Szervetlen kémia Földfémek, bór

1. Szervetlen kémiaFöldfémek, bór • III/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np1 • Vegyérték általában: 3 ill. 1 (Ga, In, Tl); oxidációs szám: +3, +1 (Ga, In, Tl) • B félfém, a többi fém. • Elektronegativitás: 1.5-2.0 (B és Al gyakran képez kovalens kötéseket, a • többiek viszont elsősorban ionosat) • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak • Bór (B) és fontosabb vegyületei • Atomrácsos kristályszerkezet, gyémánt után legkeményebb • Természetben vegyületei formájában található, leggyakoribb a • bórax, a bórsav Na sója: Na2B4O7•10H2O • Elektromos szigetelő, de jól vezeti a hőt. • Felhasználás: 1) acélötvöző szerként növeli annak keménységét, kopásállóságát, • korrózióval szembeni ellenállását • 2) bórszálakat űrrepülőgépek gyártásánál, kis súlyuk és nagy szakítószilárdságuk • miatt. • Bórax felhasználása: acélgyártásban – csökkenti a vas-oxid olvadáspontját, • így az könnyebben eltávolítható az acélból.

2. Alumínium (Al) • Természetben főként bauxitban (AlO(OH)) ill. agyagásványokban • fordul elő, míg a korund tiszta Al2O3 ásvány . • 3. leggyakoribb elem • levegővel gyorsan reagál, de a felületén összefüggő Al2O3 réteg képződik, mely • óvja a további oxidációtól. Eloxálás: e réteg mesterséges vastagítása anódos • oxidációval híg savban (foszforsav, kénsav, krómsav, stb.) • Amfoter: oldják híg savak és lúgok, de tömény savak nem • 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2 • 2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2NaAl(OH)4 • Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető • Előállítás: bauxitból • AlO(OH) Al(OH)3 Al2O3 Al • bauxit timföldhidrát timföld tiszta fém • Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása. lúgos feltárás elektrolízis 1300 ºC Szervetlen kémiaAl és vegyületei nátrium[tetrahidroxo-aluminát]

3. Szervetlen kémiaAl és vegyületei • Al ötvözetek • Magnálium, duralumínium (lásd magnéziumnál) • Csoportosítás: • - Alakítható (sajtolható) ötvözetek: nagy szilárdság a cél. A keverékek • jellege (koncentrációk!) szilárd oldat. Fő ötvözők: Cu, Mn, Mg • Duralumínium (4,5% Cu + 0,5% Mg + 0,6%Mn). Cu-ra túltelített, ezért CuAl2 • halmazok keletkeznek. Megfelelő kezeléssel ezek finoman eloszolt kis szemcsék • formájában válnak ki, → nagy szakítószilárdság. • Al-Cu-Ni ötvözetek: magasabb hőmérsékleten nagy szakítószilárdság. • A fenti ötvözetek a Cu miatt nem korrózióállóak. • Al-Mg-Si ötvözetek (1% Si, 1% Mg, 0.7%Mn): nagy szilárdságúak, korrózióállóak • Al-Mn ötvözetek: kitűnő korrózióállóság, képlékenység, hegeszthetőség. • - Önthető ötvözetek: Al öntészeti tulajdonságai nem jók. • Eutektikus összetételhez közel álló keverékek, alacsony op. • Al-Si ötvözetek (sziluminok, 9-14% Si): jól önthetők, gyenge szakítószilárdságúak. • Al-Si-Cu ötvözetek (4% Cu, 2.5 %Si): önthetőség mellett nagy szilárdságúak. • Al-Cu-Mg ötvözetek (4% Cu, 1.5 % Mg): önthetők, nagy szilárdságúak, kis Ni-t, • hozzáadva magas hőmérsékleten igénybevett alkatrészek (dugattyú).

4. Szervetlen kémiaAl és vegyületei • Alumínium-oxid (Al2O3) • Természetben: korund, rubin (+Cr2O3), zafír (+FeO,Ti2O3) • Al por hevítve: 4Al + 3O2 = 2Al2O3 (DH=-1687 kJ/mol) • Az oxid nagy képződési entalpiájának köszönhetően az Al gyakran alkalmazott • redukálószer (aktivási energiagátat a fejlődő hő leküzdi). • Fémek (Cr, Mn) előállítása oxidból: • 1. fém-oxid + Al por + gyújtókeverék (Al+BaO2) • 2. begyújtva Mg szalaggal: 800 ºC • 3. 3BaO2 + 4Al = 3Ba + 2Al2O3 reakcióból: 2000 ºC • 4. pl. Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr • Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korund Alkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7.2H2O) kaolinit vagy porcelánföld Agyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.

5. molekulák aktivált szén Szervetlen kémiaSzéncsoport • IV/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np2 • Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4) • C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. • Elektronegativitás: 2.5-1.8 (C, Si, Ge kovalens kötések, Sn, Pb inkább ionos) • Szén (C) módosulatai • Kristályos: gyémánt, grafit, fullerének • Ásványokban (70-10%, amorf): antracit, kőszén, barnaszén, • lignit, tőzeg • Mesterséges: faszén, vérszén, csontszén, korom, koksz • (szénégetés, száraz lepárlás:~500 ºC-on, O2 kizárásával hevítve) Felhasználás: - gyémánt (legkeményebb ásvány): ékszeripar, üvegvágás, fúrófejek, vágóélek - grafit: elektródok, olvasztótégelyek (jó vezetőképesség), kenőanyagokban - ásványi szenek, koksz: tüzelés - faszén, vérszén, csontszén: sok apró pórus nagy fajlagos felület → adszorbens - korom: töltőanyag (pl. gumiban)

6. Szervetlen kémiaSzéncsoport • Fullerének: mesterséges szén módosulatok (XX. sz. vége) • páros számú (60, 72, 84 stb.) szénatomból álló molekulák • Felfedezés: 1985-ben Harold Kroto, Robert Curl, Richard Smalley • 1996-ban kémiai Nobel-díj. • A molekulákat kizárólag öt- és hattagú gyűrűk építik fel. • C atom három másik C atomhoz kapcsolódik (1 kettős, 2 egyes kötés). • Az ötszögek száma mindig 12. • A C60 (backminsterfullerén) molekula futball-labda alakú. • Felhasználás: • - molekulák könnyű elmozdulása: jó kenési tulajdonságok • - 160 atm, 25 ºC-on gyémánttá alakítható: gyémántbevonat • - fénnyel besugározva vezetik az elektromosságot: optikai áramkörben • - intersticiális C60 Rb-só: 30 K alatt ellenállás nélkül vezeti az áramot (szupravezető) • - nanocsövek: nagy szakítószilárdság, jó el. vezetés, kémiai inaktivitás (űrtechnológia) C60 szén nanocső: hengeres fullerén C540

7. Szervetlen kémiaSzén vegyületei • Szerves vegyületek: 5 millió • Fontosabb szervetlen vegyületek: • Szén-monoxid (CO): színtelen, szagtalan gáz, szén tökéletlen égésekor • Vér hemoglobinja megköti: fejfájás, szédülés, fulladás • Szintézisgáz (CO + 3 H2): metanol, műbenzin előállítása • Szén-dioxid (CO2): színtelen szagtalan gáz, égést elfojtja (0.035%) • Folyadék: csak 5 barnál nagyobb nyomás alatt • Szárazjég: szilárd CO2 (folyékony CO2 párolgása • nagy hőelvonásal jár → megfagy) • hűtésre használják • Szénsav (H2CO3): instabil, vizes oldata kétbázisú gyenge sav • H2CO3 HCO3- + H+ (H3O+) K1= 4.3.10-7 mol/dm3 • HCO3- CO32- + H+ (H3O+) K2= 5.6.10-11 mol/dm3 • Szénsav sói, a karbonátok stabilak • Karbonátion (CO32-): 6 delokalizált elektron

8. Szervetlen kémiaSzéncsoport többi eleme • Szilícium (Si) • Föld szilárd kérgének 30 %-a. Kvarc és szilikátok a vulkáni kőzetek 98%-a. • Kvarc (SiO2): hegyikristály, ametiszt, füstkvarc, rózsakvarc • Si vízzel, savval nem, lúggal reagál: Si + 4OH- = SiO44- + 2H2 • Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3K2SiF6 + 4Al = 3Si + KAlF4 + K3AlF6 • Félvezető: vegyértéksáv és vezetési sáv közötti tiltott sáv 1.1 eV széles. Csak • magasabb hőmérsékleten vezet. Adalékok segítségével alacsonyabb T-n is. • N-típus: adaléknak több elektronja van: vezetési sávban vannak a fölös elektronok • P-típus: adaléknak kevesebb elektronja van: vegyértéksávban pozitív lyukak • Alkalmazás az elektronikában, számítástechnikában. • Germánium (Ge): ritka elem, félvezető • Ón (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn) • Ólom (Pb): csővezetékek (védő PbO2 oxidréteg, híg sav sem oldja), akkumulátor, • radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sb + Sn)