Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola CSÓKA

Az előadások a következő témára: "Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola CSÓKA"— Előadás másolata:

1 Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola CSÓKA
2. CSOPORT (iIa CSOPORT) Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola CSÓKA Készítette: Varga István

2 A vegyértékelektronok általános elektronszerkezete
EN Ei Be Mg Ca Sr Ba Ra A vegyértékelektronok általános elektronszerkezete cs ö k k e n cs ö k k e n A fémes jellem erősödik ns2

3 Be Mg Ca Sr Ba Ra alkáliföldfémek

4 AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK FONTOSABB ADATAI
Fontosabb adatok Be Mg Ca Sr Ba Ra Elektronegativitás Pauling szerint 1,57 1,31 1,00 0,95 0,89 0,90 Ei (I.) [kJ/mol] 900 737,7 596 550 500 509,3 Olvadásponti hőmérséklet [°C] 1277 650 838 768 714 700 Forrásponti hőmérséklet [°C] 2770 1107 1440 1380 1640 1737 Sűrűség [g/cm3] 1,86 1,75 1,55 2,6 3,6 5,5 Lángfestés - téglavörös bíborvörös zöld vörös A bázisok erőssége a nyíl irányában növekszik

5 MAGNÉZIUM (magnesii, magnesium, magnezijum, магний )

6 A 8. leggyakrabban előforduló elem
A 8. leggyakrabban előforduló elem. Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő a természetben.

7 Fontosabb ásványai: magnezit MgCO3 karnalit KMgCl3·6H2O
A magnéziumot először Antoine Bussy francia kémikus állította elő 1828-ban, a magnézium-klorid redukciójával. Fontosabb ásványai: dolomit CaMg(CO3)2 magnezit MgCO3 karnalit KMgCl3·6H2O ensztatit MgSiO3 kainit KCl∙MgSO4·3H2O Antoine Bussy ( )

8 A magnézium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha könnyen nyújtható könnyűfém.
Levegőn állva a felülete már szobahőmérsékleten vékony, a további oxidációtól védő, fakó színű oxidréteggel vonódik be.

9 A magnézium izotópjai A magnéziumnak 3 stabil és több radioaktív izotópja van. Stabil izotópjai a következők: 24Mg – 78,99%-ban, 25Mg – 10%-ban és 26Mg – 11,01%-ban fordul elő a természetben.

10 Emissziós színképe a látható tartományban

11 Ipari előállítása Megolvasztott sóinak, például MgCl2 elektrolízisével Dow- féle cellákban. A cellák belülről fűthető vaskádak. A tartály fala katódként működik, az anódot pedig fölülről az olvadékba nyúló grafitrudak alkotják. Újabban a magnéziumot karbonátjai hevítésekor keletkező oxidjának karbotermiás vagy szilikotermiás redukciójával állítják elő.

12 Élettani jelentősége A magnézium életfontosságú anyag. Nélkülözhetetlen több száz enzim megfelelő működéséhez, szükséges minden energiaigényes folyamathoz, a fehérje- zsír- és szénhidrát-anyagcsere számos lépéséhez, az inzulintermeléshez. A szervezetben mintegy gramm magnézium található, melynek csaknem fele a csontokban koncentrálódik.

13 A magnézium a klorofillban is megtalálható.
A klorofill porfinvázas magnézium-tartalmú komplex vegyület, amely a napsugárzás energiáját elnyeli, és szén-dioxidból és vízből glükózt képes létrehozni a zöld növények sejtjeiben a fotoszintézis által. Szintetikusan először Woodwardnak sikerült előállítania 1960-ban.

14 A klorofill-A szerkezete
A klorofill-B szerkezete

15 Felhasználása Kis sűrűségű és viszonylag nagy szilárdságú ötvözetek (magnálium, elektronfém, duralumínium) előállítására, főleg a repülőgépiparban. Nehezen redukálható fémek (V, U, Zr, Ti) kinyerésére, Villanófényporok, világító rakéták, víz alatti fáklya, gyújtóbombák készítésére, Szerves szintéziseknél gyakran használt Grignárd-reagens, azaz alkil-magnézium-halogenid (RMgX) készítésére, Fluor előállítására alkalmas edények gyártására (a felületén képződő MgF2 jó védőréteg).

16 Kémiai tulajdonságai Levegőn állva a felülete már szobahőmérsékleten vékony, a további oxidációtól védő, összefüggő oxidréteggel vonódik be. Meggyújtva, vakító fehér lánggal magnézium-oxiddá ég el: 2Mg + O2 → 2MgO A forró vizet az alábbi egyenlet szerint bontja: Mg + H2O → MgO + H2

17 Híg savakkal reagálva H2-gázt fejleszt a következő reakció szerint:
Mg + 2HCl → H2 + MgCl2 Erős redukálószer. Ezt a tulajdonságát a titán előállításánál is kihasználják. Titán(IV)-kloridból elemi titánt állítanak elő a következő egyenlet szerint: TiCl4 + 2Mg → Ti + 2MgCl2

18 Alkil-, és aril-halogenidekkel dietil-éter jelenlétében kötésbe lép és megfelelő magnéziumtartalmú szerves alkil- vagy arilvegyület képződik. Ezeket a vegyületeket feltalálójukról Victor Grignard-ról nevezték el Grignard-vegyületeknek.

19 Fontosabb vegyületei Vegyületeiben a magnézium oxidációs száma +2.
Magnézium-oxid (égetett magnézia) – MgO: laza, fehér tapadós por. A természetben zöldes színű periklász ásvány formájában fordul elő vasoxiddal együtt. Ipari előállítása a magnezit 500°C-on való égetésével (kalcinálásával) történik a következő reakció szerint: MgCO3 → MgO + CO2

20 A magnézium-oxidot leginkább tűzálló tégelyek és téglák készítésére használják.

21 Magnézium-hidroxid - Mg(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag
Magnézium-hidroxid - Mg(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag. A természetben is előfordul ásványa a brucit formájában. Előállítása vízben oldható magnéziumsókból történik kalcium-hidroxiddal. A reakció során fehér, laza csapadék formájában válik ki a magnézium-hidroxid:   MgCl2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (s) + CaCl2   A keletkezett magnézium-hidroxid gyenge bázis. Vízben rosszul oldódik (oldhatósága 20°C-on kb. 9 g/L).

22 Magnézium-karbonát (magnezit) - MgCO3: A természetben is előfordul mint a dolomit ásvány egyik alkotója. Fehér trigonális kristályokat alkot.

23 Vízben nem oldódik, de már a gyenge ásványi savak is jól oldják
Vízben nem oldódik, de már a gyenge ásványi savak is jól oldják. A híg szénsavoldat, lassan feloldja a következő reverzibilis reakció szerint:

24 Magnézium-szulfát-heptahidrát (keserűsó) – MgSO4 · 7H2O:
Színtelen, keserű ízű, vízben jól oldódó vegyület. A természetben oldott állapotban is előfordul az ún. keserűvizekben. Gyapotszövetek kikészítéséhez, ásványvizek készítéséhez és enyhe hashajtóként használják.

25 Magnézium-klorid-hexahidrát – MgCl2 · 6H2O: Színtelen, monoklin kristályos, erősen higroszkópos vegyület. A természetben a tengervízben és a karnalit (KCl · MgCl2 · 6H2O) nevű ásványban fordul elő. Előállítása a KCl-gyártás során keletkező hulladéklúg bepárlásával történik. A magnézium-kloridot a különleges cementek, tűzálló faimpregnálószerek előállítására használják, továbbá a magnézium-előállítás fontos kiindulási anyaga.

26

27 kalcIUM (calcium, calcium, kalcijum, кальций)

28 A 3. leggyakrabban előforduló elem.

29 A kalciumot először Humphry Davy angol kémikus állította elő ben, és ugyancsak ő nevezte el a mész = calx latin neve után kalciumnak. Lengyel Béla ( ) Nagyobb mennyiségű tiszta kalcium előállítására azonban legelőször Lengyel Béla magyar vegyész, dolgozott ki eljárást 1896-ban.

30 Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő, mint amilyenek a:
CaCO3 (kalcit-, mészkő-, kréta-formájában) CaMg(CO3)2 (dolomit) Ca3(PO4)2 (foszforit) CaF2 (fluorit) CaSO4 · 2H2O (gipsz) CaSO4 (anhidrit)

31 Elektromos vezetőképessége a rézének kb. 10%-a.
A kalcium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha (késsel vágható) paramágneses fém. Elektromos vezetőképessége a rézének kb. 10%-a. Levegőn gyorsan oxidálódik, ezért levegőtől elzárva tárolják. Kisebb mennyiségű kalciumot általában petróleumban célszerű tárolni.

32

33 A kalcium izotópjai A kalciumnak 9 izotópja ismert. Ezek közül csak a: 40, 42, 43, és a 44-es tömegszámú izotópok stabilak, míg a többi kalciumizotóp radioaktív.

34 Emissziós színképe a látható tartományban

35 Ipari előállítása CaCl2 és CaF2 vagy KCl keverékének olvadékából állítják elő elektrolízissel. Az elektrolízishez grafit anódot és vas katódot használnak. A Cl2 vagy az F2 az anódon, míg a kalcium a vas katódon válik ki. A kapott kalciumot átolvasztással tisztítják meg a szennyezőanyagoktól.

36 Élettani jelentősége Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen.
A gerincesek testében a csontok és a fogak alapját a kalcium-sók alkotják. Előfordul azonban az izmokban, a vérben és más szervekben is. A modern táplálkozástudományi ajánlások szerint  mg/nap kalciumbevitel elegendő az ember kalcium-szükségletének fedezésére.

37 Felhasználása A kalcium igen erős redukálószer, a finoman szétoszlatott kalciumot szerves redukciókhoz használják, de fontos szerepet kap egyes fémek redukciójánál is (például, urán, cirkónium, tórium). Kalcium segítségével történik a kén és az oxigén kisebb mennyiségének eltávolítása a vas olvadékból az acélgyártás során. Adalékanyag az üveggyártás során. Gyógyszeriparban. Alkoholok vízmentesítésére, stb.

38 Kémiai tulajdonságai Reakcióképesebb a magnéziumnál.
Levegőben elégetve oxiddá és nitriddé ég el: 2Ca + O2 → 2CaO 3Ca + N2 → Ca3N2 Hideg vízzel exoterm reakció közben kalcium-hidroxid keletkezik és H2-gáz fejlődik:  Ca + 2H2O → Ca(OH)2 + H2

39 Híg savakkal reagálva H2-gázt fejleszt a következő reakció szerint:
Ca + 2HCl → CaCl2 + H2 A halogén elemekkel szintén reagál, miközben megfelelő kalcium-halogenid keletkezik.  Ca + Cl2 → CaCl2

40 Magas hőmérsékleten (1600°C-on) a szénnel kalcium-karbiddá, a kénnel kalcium-szulfiddá, a foszforral kalcium-foszfiddá egyesül:  Ca + 2C → CaC2 Ca + S → CaS  3Ca + 2P → Ca3P2 A kalcium és vegyületei a lángot téglavörös színűre festik.

41 Fontosabb vegyületei Vegyületeiben a kalcium oxidációs száma +2.
Kalcium-oxid (égetett mész) – CaO: fehér, kemény, maró hatású anyag. Iparilag mészkőből állítják elő úgy, hogy a mészkövet ún. körkemencében vagy aknás kemencében hevítik °C-on. Hevítéskor a mészkő termikus disszociációja megy végbe: CaCO3 → CaO + CO2

42 Az égetett mész fontos ipari nyersanyag
Az égetett mész fontos ipari nyersanyag. Felhasználása: habarcskészítés, kalcium- karbid előállítása, kerámiaipar, üveggyártás, szódagyártás.

43 Kalcium-hidroxid (oltott mész) - Ca(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag.
Előállítása égetett mészből történik vízzel (mészoltás) a következő exoterm reakció szerint:  CaO + H2O → Ca(OH)2 Az oltott mész erős bázis, amely vízben rosszul oldódik. Telített oldatát meszesvíznek, vízzel alkotott szuszpenzióját pedig mésztejnek nevezzük.

44 Ca2+ OH–

45 Kalcium-karbonát - CaCO3: A természetben kalcit, mészkő, márvány, kréta formájában fordul elő.
Két kristálymódosulata létezik, a kalcit és az aragonit. A mészkő, márvány, kréta egyaránt kalcit, az igazgyöngy pedig aragonitkristályokból áll. A tiszta, áttetsző kalcitot izlandi pát néven ismerik.

46 A mészkő szennyezett kalcium-karbonát fontos ipari nyersanyag
A mészkő szennyezett kalcium-karbonát fontos ipari nyersanyag. Főleg égetett mész gyártására használják, de a cement- és az üvegiparban is nyersanyagul szolgál. A kalcium-karbonát vízben gyakorlatilag oldhatatlan, de az esővíz, amely híg szénsavoldatnak is tekinthető, lassan feloldja. Szervetlen és szerves savakban, a sav erősségétől függően, különböző sebességgel oldódik.

47 A kalcit kristályszerkezete

48 Fluorit (lila) és kalcit (fehér) kristályai

49 Kalcium-szulfát – CaSO4: A természetben anhidrit és gipsz alakjában fordul elő. Színtelen vagy szürke, rombos kristályokat képez. Vízben alig oldódik. Az építőiparban kötőanyagként, a festékiparban nyersanyagként használják nagyobb mennyiségben.

50 Kalcium-foszfát – Ca3(PO4)2: Színtelen, amorf anyag, amely vízben oldhatatlan. Híg sósavban és salétromsavban jól oldódik. A természetben a foszforit és apatit nevű ásványokban fordul elő. A csontok és a fogzománc fontos alkotórésze. Az iparban üveg, zománc és porcelán gyártására használják.

51 Kalcium-dihidrogén-foszfát – Ca(H2PO4)2: Színtelen, kristályos anyag, amely vízben és híg savakban mérsékelten oldódik. A szuperfoszfát nevű foszfortartalmú műtrágya egyik alkotója. 200°C feletti hőmérsékletre hevítve, elbomlik.

52 Kalcium-nitrát (mészsalétrom) – Ca(NO3)2: Színtelen, kristályos anyag, amely vízben jól oldódik.
Kristályvizes alakja, a Ca(NO3)2· 4H2O a levegőn elfolyósodik, és 40°C-on saját kristályvizében megolvad. Iparilag mészkőből állítják elő salétromsavval:

53 Kalcium-hidrid – CaH2: Fehér kristályos anyag
Kalcium-hidrid – CaH2: Fehér kristályos anyag. Előállítható fém kalcium elemi hidrogén atmoszférában való melegítésével. A kalcium-hidrid erős redukálószer. Vízzel való reakciója során kalcium-hidroxid és hidrogén keletkezik. CaH2 + 2H2O → Ca(OH)2 + 2H2

54

55 A csoport többi eleme

56 berillium Neve a berill (3BeO·Al2O3·6SiO2) ásvány nevéből származik.
A kevés Cr2O3-dal szennyezett beril smaragd néven ismert, igen szép zöld színű drágakő. Előállítása BeF2-ból történik redukcióval magas hőmérsékleten. Redukálószerként magnéziumot használnak. BeF2 + Mg → Be + MgF2

57 Fontosabb vegyületei:
A berillium szürkés színű, kemény és nagyon rideg könnyűfém. 600°C fölött jól alakítható. Elektromos vezetőképessége a rézének kb. 10%-a. Fontosabb vegyületei: BeCl2: nagyon higroszkópos vegyület. A berillium-előállítás kiindulási anyaga. Be(OH)2: Fehér, savakban és bázisokban könnyen oldódó amfoter vegyület. BeO: Fehér, porszerű vegyület, amely a berillium-hidroxid izzításakor keletkezik. Be(OH)2 → BeO + H2O

58 Smaragd Berilliumérc

59 Stroncium A földkéregben 0,03%-ban fordul elő, de csak vegyületei (SrSO4 és SrCO3) formájában. Ezüstfehér színű, jól alakítható könnyűfém. Levegőn állva a fém felületén nagyon gyorsan sárgásbarna oxidréteg képződik, ezért toluolban vagy xilolban tárolják. Előállítása a SrCl2-olvadék elektrolízisével történik. Etanolban, savakban és cseppfolyós ammóniában jól oldódik. A stronciumot elsősorban könnyűfémötvözetek nemesítésére használják. A stroncium és vegyületei a lángot élénkvörösre festik.

60 Stroncium A stroncium lángfestése

61 Bárium Az elemek gyakorisági sorában a 18. helyen áll. Csak ásványai formájában fordul elő. Fontosabb ásványa a barit (BaSO4). A bárium ezüstfehér, puha fém, amely levegőn nem állandó. Előállítása bárium-oxidból történik redukcióval magas hőmérsékleten. Redukálószerként alumíniumot használnak. Vízzel és etanollal hidrogénfejlődés közben hevesen reagál. Savakban (kivétel a kénsav) és cseppfolyós ammóniában könnyen feloldódik.

62 Bárium Barit (BaSO4)

63 Rádium Fehér színű, radioaktív nehézfém.
Mind a 28 ismert rádium izotóp radioaktív. Felezési idejük 1600 év és 0,18 μs között van. Igen ritka elem. A természetben az uránszurokércben fordul elő. Hét tonna érc kb. 1 g rádiumot tartalmaz. Levegőn állva, sötétben világít, és a felületén fekete nitridréteg képződik.

64 Rádium