Szervetlen kémia Földfémek, bór

Az előadások a következő témára: "Szervetlen kémia Földfémek, bór"— Előadás másolata:

1 Szervetlen kémia Földfémek, 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: (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 Szervetlen kémia Al és vegyületei
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) H2 2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H NaAl(OH)4 Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető Előállítás: bauxitból AlO(OH) Al(OH) Al2O Al bauxit timföldhidrát timföld tiszta fém Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása. nátrium[tetrahidroxo-aluminát] lúgos feltárás 1300 ºC elektrolízis

3 Szervetlen kémia Al 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 kémia Al 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: ºC 4. pl. Cr2O Al = Al2O Cr Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korund Alkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7.2H2O) kaolinit vagy porcelánföld Agyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.

5 Szervetlen kémia Széncsoport
IV/A. oszlop Elektronszerkezet: ns2np2 Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4) C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. Elektronegativitás: (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) aktivált szén molekulák

6 Szervetlen kémia Széncsoport
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 kémia Szén 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 H2CO HCO H+ (H3O+) K1= mol/dm3 HCO CO H+ (H3O+) K2= mol/dm3 Szénsav sói, a karbonátok stabilak Karbonátion (CO32-): 6 delokalizált elektron

8 Szervetlen kémia Széncsoport 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- = SiO H2 Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3K2SiF Al = 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)