Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Az előadás letöltése folymat van. Kérjük, várjon

Előfordulás, ásványok Fe: Fe 2 O 3 vörös vasérc=hematit, Fe 3 O 4 mágneses vasérc=magnetit, Fe 2 O 3.nH 2 O≈FeOOH barna vasérc=limonit, FeCO 3 vaspát=sziderit,

Hasonló előadás


Az előadások a következő témára: "Előfordulás, ásványok Fe: Fe 2 O 3 vörös vasérc=hematit, Fe 3 O 4 mágneses vasérc=magnetit, Fe 2 O 3.nH 2 O≈FeOOH barna vasérc=limonit, FeCO 3 vaspát=sziderit,"— Előadás másolata:

1 Előfordulás, ásványok Fe: Fe 2 O 3 vörös vasérc=hematit, Fe 3 O 4 mágneses vasérc=magnetit, Fe 2 O 3.nH 2 O≈FeOOH barna vasérc=limonit, FeCO 3 vaspát=sziderit, FeS 2 pirit és markazit, FeTiO 3 ilmenit, Fe(NbO 3 ) 2 niobit, Fe(TaO 3 ) 2 (ferro)tantalit, FeCr 2 O 4 krómvaskő=kromit, (Fe,Mn)WO 4 (wolframit); CuFeS 2 kalkopirit; (Zn,Fe)O.Fe 2 O 3 franklinit Co: Co 3 S 4 linnaeit, CoAsS kobaltit, CoAs 2 szmaltit Ni: NiAs nikkolit, (Ni,Co,Fe)As 2 szmaltit, NiAsS gersdorffit, (Ni,Fe) 9 S 8 pentlandit, (Fe,Ni)O(OH)(H 2 O) n Fe-Ni-limonit, lateritekben=vörös agyagásványokban: pl. (Ni,Mg) 6 Si 4 O 10 (OH) 8, (Ni,Mg)SiO 3 garnierit; {M II Porfirin (M=V, Ni) kerogén anyag} Gyakoriság A vas a földkéregben a negyedik leggyakoribb elem és egyben a legnagyobb gyakoriságú átmenetifém. A kobalt kevésbé gyakori (Harkins-szabálynak megfelelőnek), az átmenetifémek első sorában csak a szkandiumot előzi meg. A nikkel a hetedik leggyakoribb átmenetifém. VIII.3d) A vas-csoport Előállítás Általánosan tiszta elemet Mond-eljárással vagy hidrotermiásan; tisztítás: elektrolízissel Co: ércének pörkölése nitrittel, karbonáttal  nyers oxid + Fe, As (Cu, Ni, Pb) kísérők - eltávolításuk SiO 2 -on (oldás, kicsapás)  Co(OH) 3 leválasztás, hevítéssel Co 3 O 4, majd redukció Al, C, H 2 -nel Ni: pörkölés SiO 2 -on  NiO  redukció vízgázzal és szénnel  Ni(CO) 4  Ni

2 VIII.3d) A vas és az acél előállítása Acélgyártás a C-tartalom 1,7 % alá történő csökkentése és a S, Si és P eltávolítása oxidációval: Bessemer-Thomas- (levegő átfúvatás, alkalmas konverter bélésanyag), BOS- (basic oxygen steelmaking: levegő helyett oxigén átfúvatás, N 2 oldódás megakadályozása) vagy Siemens-Martin eljárás (vasoxid vagy ócskavas az oxidálószer) Acél hőkezelése: a vas különböző allotróp módosulatai közötti átalakítással az acél megmunkálhatóságának és mechanikai tulajdonságainak javítása Ötvözés: C, Si, V, Cr, Mn (szívósság, szilárdság, mágnesesség), Co (melegen is éltartó, mágneses), Ni (rozsdamentes, saválló, kis hőtágulás: invar 36%), Mo, W. Nyersvas= Fe + C 4% + Si 1% + P 0,1% +S 0,01%; rideg és törékeny a karbidképződés miatt; a szénatomok nem férnek el a rácshézagokban, szétfeszítik azt.

3 VIII.3d) A vas-csoport Kémiai tulajdonságok Kémiailag nem nagyon ellenálló fémek. Az izzó fémek bontják a vízgőzt: 3 Fe + 4 H 2 O  Fe 3 O H 2 M + H 2 O  MO + H 2 M=Co,Ni A Fe és a Ni könnyen, a Co nehezebben oldódik ásványi savakban, viszont a forró HNO 3 passziválja a fémeket: Fe + 2 HCl  FeCl 2 + H 2 Lúgoknak ellenállnak, különösen a Ni (tégelyek). A vastárgyak nedves levegőn gyorsan oxidálódnak. A felületen keletkező rozsda nem alkot védőréteget, ezért a vastárgy teljes egészében oxidálódhat, rozsdásodhat. Ezzel szemben a kobalt és a nikkel felületén kialakult oxidréteg megakadályozza a további oxidációt. Finom eloszlású poraik viszont pirofórosak. A csoport elemei halogénekkel általában közvetlenül egyesülnek. A száraz, cseppfolyós klór azonban nem támadja meg a vasat (a klór tárolható acélpalackban). A nikkel pedig meglehetősen lassan reagál a fluorral. Fizikai tulajdonságok A VIII. mellékcsoportban a d és s alhéjak energiáinak keveredése miatt előtérbe kerül a vízszintes rokonság, az elemek triádokat alkotnak: Fe-Co-Ni, könnyű és nehéz platinafém triád. A Fe-csoportban a rácsszerkezetek mégis eltérőek: Fe , ,  (A2, A1, A2); Co A3, Ni A1. A vas és a nikkel meglehetősen lágy, könnyen megmunkálható fémek; a kobalt keményebb. Fe és Ni ezüstfehér, Co ezüstösen kékes. Olvadáspontjuk megfelelő széntartalom esetén jelentősen csökken. Vezetőképességük a Fe 1100 °C, Ni 375 °C.

4 VIII.3d) A vas-csoport Felhasználás Fe: a legfontosabb szerkezeti anyag (~700 millió tonna/év), ötvözetek, permanens mágnesek, katalizátorok (pl. Haber-Bosch féle NH 3 szintézis), gyógyszerek, Y 3 Fe 5 O 12 (ittrium-vas gránát) TV képernyőn a vörös szín, Berlini- és Turnbull-kék színezék. Co: ötvözetek, erős permanens mágnesek (pl. AlNiCo), (kék)színezék és fehérítő (kerámia ipar), katalizátorok. Ni: laboratóriumi eszközök, permanens mágnesek, katalizátorok (pl. Raney Ni hidrogénezés), akkumulátorok, védőréteg (galvánozással), (zöld)színezékek, ötvözetek: rozsdamentes V2A acél=18% Cr + 8% Ni; konstantán=45%Ni+55%Cu (hőmérséklettől szinte független ellenállás és termoelektromosság); újezüst= 25% Ag + 50% Ni + 25% Zn; alpakka=Ni+Cu+Zn Kémiai tulajdonságok Míg a platinafémek vegyületei sokszor magas oxidációfokúak ↔ Fe esetén 2-6 között változhat, de legstabilabb 3, a 6 pedig csak a FeO ban: Fe 3+, d 5 mindig paramágneses, [Fe(H 2 O) 6 ] 3+ halványibolya, vizes oldata a [(H 2 O) 4 Fe(OH) 2 Fe(H 2 O) 4 ] 4+ komplextől sárga; Fe 2+, d 6 kisspinszámú diamágneses, közepes- és nagyspinszámú paramágneses, redukáló, [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ halványzöld. A Co oxidációfoka 2-4 között, a legstabilabb a 2: Co 2+, d 7 paramágneses, [Co(H 2 O) 6 ] 2+ rózsaszínű, komplexképzéssel a szín változik [CoCl 4 ] 2- kék (vízmentes sói is); Co 3+ d 6 sárgásbarna, az akvakomplex nem stabilis, oxidál, ám ammin- (és nitrito-) komplexe is stabilabb. A Ni oxidációfoka 2-4 közötti, de 3 és 4 ritka – inkább csak komplexeiben: Ni 2+, d 8 kisspinszámú diamágneses, nagyspinszámú paramágneses, [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ zöld, komplexképzéssel a szín változik [Ni(NH 3 ) 6 ] 2+ kék, [Ni(CN) 4 ] 2- sárga (vízmentes sói is). A +3 oxidációfok stabilitása a Fe>Co>Ni sorrendben csökken.

5 VIII.3d) A vas-csoport elemeinek vegyületei 1) Hidridek: MH x (x<<1), Fe: 773 K-en x=3,9×10 -5 ; 1273 K 2,8×10 -4 ; 1773 K 6,7× ~Ni 2) Halogenidek: MX 4 : nem stabilis, halogeno-komplexeik léteznek (pl. Cs 2 [CoF 6 ], K 2 [NiF 6 ]), de vízben O 2 fejlődés közben bomlanak. MX 3 : csak CoF 3 és FeX 3 X=F, Cl, Br; előállításuk: 2 Fe + 3 X 2 = 2 FeX 3 A FeF 3 háromdimenziós, a többi rétegrácsos, vízben rosszul oldódnak, nem disszociálnak. Fe 2 Cl 6 gőzfázisban (~Al 2 Cl 6 ) dimer két kloro-híddal (talán oldatban is), míg szilárdan óriásmolekula FeI 3 nem létezik: 2 Fe I - = 2 Fe 2+ + I 2 MX 2 : mindhárom fém ionjának és mind a négy halogeniddel, előállításuk: M + 2 HX = MX 2.nH 2 O + H 2 (hidrátizomerek). 3) Szulfidok: FeS teljesen színtelen, de az oldatból leváló csapadék fekete, híg sósavban oldódik→H 2 S előállítása laboratóriumban. Fe 3+ redukálódik: 2 Fe S 2-  2 FeS + S CoS, NiS híg sósavban nem oldható (β-módosulat), de savas közegből le sem választható (α- módosulat képződik először), óriásmolekulák. Mindegyik fémnek van di-, poliszulfidja, melyek nem oldódnak sósavban: FeS 2 (pirit és markazit), CoS 2, NiS 2, Co 3 S 4, Ni 3 S 4. 4) Nitridek: nem annyira jellemző, kiv. Fe 2 N; amminkomplexeik viszont léteznek (kiv. Fe): [Co II (NH 3 ) 6 ] 2+ rózsaszín, levegőn  [Co III (NH 3 ) 6 ] 3+ barna; [Ni II (NH 3 ) 6 ] 2+ kék 5) Karbidok: r≤130 pm  C-láncok járják át a fémrácsot→termikus, mechanikai és kémiai ellenállóképesség csökken (nyersvas): Co 2 C, de főleg M 3 C: Fe 3 C cementit vízben is oldódik   Fe(OH) 3 + CH 4 + C 2 H 6 + C 2 H 4 + egyéb C x H y + C + H 2 Cianid-sók: Fe(CN) 2 barna, Fe(CN) 3 vörösesbarna, Co(CN) 2 vörösesbarna, Ni(CN) 2 zöld

6 VIII.3d) A vas-csoport elemeinek vegyületei 6) Oxidok: a) Biner oxidok: MO, M 2 O 3, M 3 O 4, bázikus karakterűek, csak savakban oldódnak b) Összetett oxidok: Hidroxidok: M(OH) 2, M(OH) 3, MOOH óriásmolekulák; a Co(OH) 2 rózsaszín {Co(OH)X kék} levegőn spontán oxidálódik, megbarnul – Fe(OH) 2 is; Ni(OH) 3 fekete A lúgos Ni-Fe akkumulátor (elektrolit KOH): Fe(OH) Ni(OH) 2 ↔ Fe + 2 NiOOH + 2 H 2 O Kettős oxidok: A II M III 2 O 4 (A=Mg,Fe,Co,Ni,Zn; M=Al,Fe,Ti,Cr,Sb,Ge,V) spinell-szerkezetű: A II Fe III 2 O 4 (ferritek) – ferromágnesesek; CoO olivazöld  kobaltüveg: CoO+SiO 2 +K 2 CO 3 kék, Thernard-kék: CoO.Al 2 O 3, Rinmann- zöld: CoO.ZnO Oxoanionok: ferrát [Fe VI O 4 ] 2-, eá.: 2 FeOOH + 3 Cl OH - = 2 [FeO 4 ] Cl - + 4H 2 O (bíborszínű); igen erélyes oxidálószer: CrO 4 2-

7 VIII.3d) A vas-csoport elemeinek vegyületei 7) Komplexek: M 4+ : Cs 2 [CoF 6 ], K 2 [NiF 6 ] M 3+ : [FeF 6 ] 3- nagyspinszámú ( 6 S 5/2 ) színtelen ↔ [Fe(CN) 6 ] 3- kisspinszámú ( 2 T 2g ): vörösvérlúgsó  Fe II 3 [Fe III (CN) 6 ] 2 Turnbull kék; [Fe(H 2 O) 6 ] 3+  [(H 2 O) 4 Fe(OH) 2 Fe(H 2 O) 4 ] 4+ sárga (LMCT), [Fe(SCN) x ] 3-x x akár 6 is lehet, de normál körülmények között 4-ig megy (Liebig-féle rodán- próba): [Fe(SCN) 4 ] - (vörös) +6 F -  [FeF 6 ] 3- (színtelen) + 4 SCN -, nitrit-ion zavaró hatása: FeCl NaNO 2  [Fe II (NO)]Cl 2 (barna) + NaNO 3 + NaCl Co III komplexek rendkívül inertek: [Co(NH 3 ) 6 ] 3+ (barna), [Co(NO 2 ) 6 ] 3- (sárga), [Co(CN) 6 ] 3- (sárga)  [Co II 2 (CN) 10 ] 6- Co-Co kötéssel, peroxid-híddal: [(CN) 5 Co III -O-O-Co III (CN) 5 ] 6-, Ni III makrociklusokkal, peptidekkel stabilizálható M 2+ : [MX 4 ] 2- tetraéderes halogeno-komplexeket képeznek a lágyabb ligandumok (aromás-N, S) a Fe(II), míg a keményebbek (F,O) a Fe(III) vegyértékállapotot stabilizálják; [Fe(H 2 O) 6 ] 2+ nagyspinszámú ( 5 D 4 ) zöldes ↔ [Fe(CN) 6 ] 4- kisspinszámú ( 1 A 1g ): sárgavérlúgsó  Fe III 4 [Fe II (CN) 6 ] 3 berlini kék; [Fe II (bpy) 3 ] 2+ vörös; {vas(II/III)-porfirinek: hemoglobin, citokrómok, oxigenázok, nitrogenázok} [Co(H 2 O) 6 ] 2+, [Co II (NH 3 ) 6 ] 2+ oktaéderesek általában rózsaszínek (levegőn oxidálódhatnak), kiv. [Co(CN) 6 ] 4- barna; tetraéderesek kékek; [Ni(H 2 O) 6 ] 2+ OC-6, zöld,[Ni II (CN) 4 ] 2- síknégyzet, sárga, [Ni I 2 (CN) 6 ] 4- Ni-Ni kötéssel, [Ni II (DMG) 2 ] [ bisz(dimetil-glioximátó)-nikkel(II)] vörös csapadék (Fe 2+ jól oldódó vörös komplex)

8 VIII.3d) A vas-csoport elemeinek vegyületei M 0 : [Ni(CN) 4 ] 4- tetraéder, [Ni(CO) 4 ] és [Fe(CO) 5 ] folyadék  Fe 2 (CO) 9, Fe 3 (CO) 12, sőt H 2 Fe(CO) 4 Finom eloszlású Fe + 5 CO → Fe(CO) 5 (470K, 100 bar) Hevítve, UV-sugárzásnak kitéve: 2 Fe(CO) 5   Fe 2 (CO) 9 + CO Co 2 (CO) 8  Co 4 (CO) 12 kvadro, Co 6 (CO) 16 oktahedro, sőt Na[Co -1 (CO) 4 ] Ferrocén: 1951 G. Wilkinson és E.O. Fischer (1973 Nobel díj): 2 C 5 H 5 MgBr + FeCl 2 = Fe(C 5 H 5 ) 2 + MgBr MgCl 2 Narancs színű, kristályos, termikusan stabilis, szerves oldószerekben oldódó, „szendvics” típusú vegyület [(Cp)Ni(NO)] [(  5 -ciklopentadienil)-nitrozil-nikkel(0)]


Letölteni ppt "Előfordulás, ásványok Fe: Fe 2 O 3 vörös vasérc=hematit, Fe 3 O 4 mágneses vasérc=magnetit, Fe 2 O 3.nH 2 O≈FeOOH barna vasérc=limonit, FeCO 3 vaspát=sziderit,"

Hasonló előadás


Google Hirdetések