1 / 129

Přechodné prvky

Přechodné prvky. Společné vlastnosti. Typické je pro ně zaplňování vnitřních AO typu d a v případě lanthanoidů a aktinoidů zaplňování vnitřních AO typu f. Obecně platí pořadí zaplňování AO n s 2 < (n-2 f 14 ) < n-1 d 10 < n p 6 , v konkrétních případech je však několik

deanna
Download Presentation

Přechodné prvky

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Přechodné prvky

  2. Společné vlastnosti Typické je pro ně zaplňování vnitřních AO typu d a v případě lanthanoidů a aktinoidů zaplňování vnitřních AO typu f. Obecně platí pořadí zaplňování AO n s2< (n-2 f14) < n-1 d10 < n p6, v konkrétních případech je však několik odchylek v pořadí (vlivy druhého řádu)

  3. Společné vlastnosti Dále je pro přechodné prvky typické, že všechny jsou kovy a většinou tvoří sloučeniny více oxidačních stavů. Proti nepřechodným prvkům je však opačný trend ve stálosti vyšších oxidačních stavů (u přechodných jsou vyšší oxidační stavy stálejší u těžších prvků).

  4. Společné vlastnosti Elektronegativita přechodných prvků je v rozmezí 1,0 až 1,8, takže s nekovy tvoří iontové nebo kovalentní polární vazby. Pro přechodné prvky je také typická tvorba komplexních sloučenin.

  5. Společné vlastnosti Protože průměr atomu (i iontu) je dán obsazenou valenční sférou a u přechodných prvků se obsazují vnitřní AO, jejich průměr (atomů nebo odpovídajících si iontů) se v rámci periody (obsazování stejného vnitřního AO při zvyšujícím se náboji jádra) zmenšuje.

  6. Společné vlastnosti Mírné to je u obsazování AO typu d (Ti2+ 90 pm, Zn2+ 86 pm), výrazné pak u lanthanoidů při obsazování AO typu f (La3+ 100 pm, Lu3+ 72 pm) lanthanoidová kontrakce Důsledkem jsou velmi podobné průměry (i vlastnosti) d-prvků 5. a 6. periody.

  7. Obsah kovů v zemské kůře (%)

  8. Celosvětová spotřeba kovů (tuny/rok)

  9. Obecné metody výroby kovů Těžba rudy Ruda – technický název pro nerost nebo směs nerostů, z níž lze v průmyslovém měřítku ekonomicky dobývat příslušný kov Obsah kovu v rudě velmi různý Železo – 35 až 70 % Zlato – 5 g/t, v rýžovištích až 0,1 g/t

  10. Separace a obohacení rudy Mechanické separační postupy Drcení, plavení, flotace, sedimentace, magnetické třídění Chemické separační postupy Loužení, pražení, spékání, hrudkování

  11. Chemický děj vedoucí k získání kovu Redukce uhlíkem (Fe, Mn, Co, Ni, Zn, Sn) Fe3O4 + 2 C → 3 Fe + 2 CO2 Redukce oxidem uhelnatým (Fe, Ni) Fe3O4 + 4 CO → 3 Fe + 4 CO2 Redukce vodíkem (W, Mo) WO3 + 3 H2 → W + 3 H2O

  12. Chemický děj vedoucí k získání kovu Redukce kovy (Cr, V, Ti ..) Cr2O3 + 2 Al → 2 Cr + Al2O3 2 V2O5 + 5 Si → 4 V + 5 SiO2 TiCl4 + 2 Mg → Ti + 2 MgCl2 NbCl5 + 5 Na → Nb + 5 NaCl 2 LaF3 + 3 Ca → 2 La + 3 CaF2

  13. Chemický děj vedoucí k získání kovu Tepelný rozklad (Ni, Zr, Ba, Hg) [Ni(CO)4] → Ni + 4 CO ZrI4 → Zr + 2 I2 Elektrolýza tavenin (Al, Ca, Na, Li ..) Elektrolýza roztoků (Cu, Au, Zn)

  14. Rafinační pochody • Destilace (sloučenin nebo kovů) • Extrakce nečistot • Rekrystalizace rozpustných solí • Elektrolýza • Pásmové tavení • Dělení na katexech

  15. Skandium, yttrium, lanthana aktinium

  16. Společné vlastnosti Konfigurace jejich valenční sféry (n-1)d1 ns2 , všechny sloučeniny M+III Nejběžnějšími sloučeninami jsou oxidy M2O3, které se dobře rozpouštějí v kyselinách na dobře krystalizující a definované soli. Hydroxidy M(OH)3 jsou ve vodě nerozpustné.

  17. Skandium Skandium se vyrábí ve velmi omezeném množství z odpadů jiných výrob (např. výroby uranu) a prakticky nemá technické využití

  18. Yttrium Yttrium bylo objeveno v minerálu z norské vesnice Ytterby (později i další prvky ytterbium, terbium a erbium), dnes se získává z xenotimu YPO4, bastnezitu (Ce, La ...)CO3F a monazitu (Ce, La, Th)PO4, které obsahují v různém množství i lanthanoidy

  19. Yttrium Yttrium má určitý průmyslový význam v mikroelektronice pro přípravu speciálních materiálů (luminofory, yttriový granát pro radarové a mikrovlnné technologie)

  20. Lanthan Lanthan se vyskytuje v monazitu (Ce, La, Th)PO4 a používá se při výrobě speciálních optických skel s vysokým indexem lomu a akumulátorů Ni-MH (obsahují slitinu LaNi5 a při nabíjení vzniká hydrid LaNi5H5)

  21. Aktinium Aktinium je vysoce radioaktivní (t1/2 = 22 let) a vzniká rozpadem 235U (1 tuna přírodního uranu obsahuje 0,2 mg Ac) Aktinium nemá žádný praktický význam

  22. Lanthanoidy

  23. Společné vlastnosti Skupina prvků s velmi podobnými chemickými vlastnostmi, velmi obtížně dělitelná. Typické oxidační číslo M+III, některé se vyskytují i v dalších oxidačních stavech a toho se využívá při dělení (M+II Sm, Eu, Yb; M+IV Ce, Pr, Tb).

  24. Společné vlastnosti Lanthanoidy se vyskytují společně s Y, La a Th v xenotimu YPO4, bastnezitu (Ce, La ...)CO3F a monazitu (Ce, La, Th)PO4, ze kterých se získávají složitými postupy (extrakce a chromatografické dělení). Europium je radioaktivní a v přírodě se nevyskytuje.

  25. Společné vlastnosti Nejběžnějšími sloučeninami jsou oxidy M2O3, které se dobře rozpouštějí v kyselinách na dobře krystalizující a definované soli. Hydroxidy M(OH)3 jsou ve vodě nerozpustné. Pouze u ceru má význam CeO2 a soli ceričité se silnými oxidačními vlastnostmi.

  26. Využití lanthanoidů Lanthanoidy se používají jako směs pro speciální slitiny a dále individuální látky pro speciální použití v elektronice, laserové a televizní technice. CeO2 se využívá při leštění optických skel.

  27. Aktinoidy

  28. Historie 1789 Klaproth izoloval z jáchymovského smolince sloučeniny uranu a potvrdil uran jako nový prvek, čistý kovový uran byl připraven 1841 1828 Berzelius získal z thoritu thorium a potvrdil ho jako nový prvek 1913 zjištěno v přírodě protaktinium jako člen rozpadové řady uranu 238U 1940 a dále příprava dalších aktinoidů jadernými reakcemi

  29. Společné vlastnosti Proti skupině lanthanoidů jsou aktinoidy vzájemně mnohem rozdílnější. Vzhledem k tomu, že všechny jsou radioaktivní a praktický význam mají pouze thorium, uran a plutonium, ostatní aktinoidy nebudou podrobněji probírány.

  30. Thorium Přírodní thorium obsahuje pouze jeden izotop (232Th), který je radioaktivní a je výchozím izotopem thoriové rozpadové řady. Vzhledem k poměrně pomalému rozpadu (t1/2 = 1,4 . 1010 roku) thorium pochází z období vzniku Země

  31. Thorium Thorium se získává spolu s lanthanoidy z monazitu a ve svých sloučeninách má vždy oxidační číslo +IV. Použití Th (s Ce) je na punčošky plynových lamp (Augerovy punčošky). Výhledově se počítá s využitím Th jako jaderného paliva.

  32. Thorium Nejdůležitější sloučeninou je ThO2, který je mimořádně tepelně stálý (b.t. 3390 °C) a lze ho použít na speciální keramiku. Dalšími významnými sloučeninami jsou halogenidy ThX4 a dusičnan Th(NO3)4.

  33. Uran Přírodní uran obsahuje dva hlavní izotopy, 235U (t1/2 = 7 . 108 roku) (0,7 %) a 238U (t1/2 = 4,5 . 109 roku) Vzhledem k poměrně pomalému rozpadu oba izotopy pocházejí z období vzniku Země, dobou se však jejich poměr měnil

  34. Uran Hlavní rudou uranu je uraninit (smolinec), U3O8 (U+IVO2 . 2 U+VIO3). Proces výroby čistého kovu je značně složitý. Primárně se sloučeniny uranu používaly na barvení skla (výroba v Jáchymově), nově je hlavní použití jako jaderné palivo (po velmi složitém obohacení obsahu 235U)

  35. Uran Uran tvoří sloučeniny s oxidačními stupni +III až +VI, nejstabilnější jsou +VI. Ve vodném prostředí jsou stabilní pouze sloučeniny s oxidačními čísly +IV a +VI.

  36. Uran Nejdůležitějšími oxidy jsou UO2 a UO3. UO2 reaguje s HF za vzniku UF4. UO3 se rozpouští v kyselinách za vzniku solí uranylu UO22+ žluté barvy nebo reaguje s uhličitanem sodným za vzniku diurananu Na2U2O7.

  37. Uran Fluorací UF4 vzniká těkavý UF6, který se používá pro obohacování 235U v centrifugách nebo tepelnou difúzí.

  38. Plutonium Vzniká jako produkt jaderných reakcí v jaderných reaktorech, izotop 239Pu má t1/2 = 2,4 . 104 roku a je použitelný jako štěpný materiál jak do jaderných reaktorů, tak do atomových bomb (Nagasaki).

  39. Plutonium Sloučeniny plutonia se vyskytují v řadě oxidačních stupňů +III až +VI, hlavně však +IV (PuO2) nebo +VI (PuF6, sloučeniny plutonylu PuO22+). Sloučeniny plutonia jsou mimořádně jedovaté.

  40. Titan, zirkonium, hafnium

  41. Historie 1791 Gregor (farář z Cornwallu) rozložil ilmenit (FeTiO3) a připravil přes síran TiO2, postup se používá dosud 1824-5 Berzelius připravil kovy titan a zirkonium 1922 Coster a Hevesy prokázali hafnium jako nový prvek

  42. Výskyt Titan – obsah 0,63 % (9.) v zemské kůře, hlavní minerály rutil TiO2 a ilmenit FeTiO3 Zirkonium – obsah 0,016 %, hlavní minerály zirkon ZrSiO4 a baddeleyit ZrO2 Hafnium – 1/50 obsahu zirkonia, vždy doprovází zirkonium v minerálech

  43. Výroba Titan – rozklad rutilu nebo ilmenitu koncentrovanou H2SO4, zředěním vypadává TiO2 čistý titan se připravuje přes TiCl4, přímou redukcí uhlíkem vznikají velmi odolné karbidy

  44. Výroba Krollova metoda TiO2 + 2 Cl2 + C  TiCl4 + CO2 TiCl4 + 2 Mg  Ti + 2 MgCl2 Použití Kov do slitin s velmi dobrými vlastnostmi a poloviční hmotností proti slitinám železa (kosmonautika, letecký průmysl apod.)

  45. Výroba Zirkonium výroba kovu minimální, pouze pro speciální slitiny pro jadernou energetiku Hafnium nemá praktický význam

  46. Vlastnosti prvků Všechny tři kovy jsou velmi reaktivní, ale masivní kovy (i jejich slitiny) se pokrývají vrstvou oxidů, která brání další oxidaci Kovy za studena nereagují ani s koncentrovanými kyselinami nebo louhy. Za horka reaguje Ti s koncentrovanou HCl, všechny kovy se rozpouštějí až ve směsi HNO3 + HF.

More Related