Vascsoport elemei.

Az előadások a következő témára: "Vascsoport elemei."— Előadás másolata:

1 Vascsoport elemei

2 Fizikai tulajdonságok
Vegyérték elektron konfiguráció Fe 3d6 4s2 Co 3d7 4s2 Ni 3d8 4s2 vízszintes hasonlóság (a belépő elektronok energiaszintje közel azonos)

3 vasnak 4, nikkelnek 5 izotópja van
kobalt tiszta elem ezüstösen csillogó fémek (kobalt kékes árnyalatú) puha, jól megmunkálható (a vas ha nem tiszta törékeny) nehéz fémek ferromágnesek op: 1500 oC körül jó elektromos és hővezetők

4 vas allotróp módosulatai
-vas: tércentrált, stabil (szobahőmérsékleten) -vas: az -vas alakul át a Curie ponton (769 oC) - már nem mágnesezhető -vas: 900 oC fölött alakul át, laponcentrált köbös, kemény fém (ausztenit) -vas: 1400 oC-on éri el ezt az állapotot, tércentrált, paramágneses

5 Kémiai tulajdonságok Oxidációsszámok legreakcióképesebb a vas
Fe 0, +2, +3, +6 [FeO4]2- [ferrát(VI)]-ion Co 0, +2, +3 Ni 0, +2, +3 legreakcióképesebb a vas Halogénekkel melegen reagálnak (víz jelenlétében) Vas +2 oxidációsszámmal valamennyi halogénnel képeznek vegyületet FeF2, FeCl2, … Fe + Cl2 = FeCl2 vízben jól oldódnak, vizes oldatban [Fe(H2O)6]2+ halvány zöld

6 halványzöld rozsdabarna barna fekete 2Fe + 3F2 = 2FeF3
Vas +3 oxidációszámmal FeF3, FeCl3, FeBr3, FeI3 halványzöld rozsdabarna barna fekete 2Fe + 3F2 = 2FeF3 Vizes oldatban: [Fe(H2O)6]3+ sárga Kobalt +2 oxidációszámmal CoF2, CoCl2, CoBr2, CoI2, rózsaszínű kék zöld kékes fekete Vizes oldatban: [Co(H2O)6]2+ rózsaszínű Kobalt +3 oxidációszámmal CoF3 világosbarna

7 Nikkel +2 oxidációsszámmal
NiF2, NiCl2, NiBr2, NiI2, sárga sárga sárga fekete Vizes oldatban: [Ni(H2O)6]2+ mélyzöld

8 Oxigénnel magas hőmérsékleten reagálnak, de finom eloszlású poruk pirofóros
4Fe + 3O2 = 2Fe2O3 MO, M2O3, M3O4 összetételűek Vas oxidok, hidroxidok FeO fekete por, híg savakban jól oldódik, pirofóros Fe2O3 vöröses barna, atomrácsos szerkezetű, kemény, vízben, híg lúgban nem oldódik, de tömény lúgok és savak oldják Fe3O4, fekete, lúgokban nem, tömény savak lassan oldják, jó vezető. Természetes mágneses tulajdonságú

9 sói nátrium-hidroxiddal csapadékot képeznek
FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2 + Na2SO zöldesfehér jól oldódik nem oxidáló savakban Levegőn könnyen tovább oxidálódik vas(III)-hidroxiddá 2Fe(OH)2 + 2H2O + 1/2O2 = 2Fe(OH) vörösbarna

10 Kobalt- oxidok, hidroxidok
CoO olajzöld, por, vízben nem oldódik Co3O4 (CoO, Co2O3) fekete CoCl2 + NaOH = CoCl(OH) + NaCl kék CoCl(OH) + NaOH = Co(OH)2 + NaCl rózsaszínű Ammónium-hidroxidban komplexképződés közben oldódik piszkossárga színnel Co(OH)2 + 6NH4OH = [Co(NH3)6](OH)2 +6H2O Hidrogén-peroxiddal kobalt(III)-hidroxiddá oxidálható 2Co(OH)2 + H2O2 = 2Co(OH)3

11 Nikkel-oxidok, hidroxidok
NiO szürkésfekete NiSO4 + 2NaOH = Ni(OH)2 + Na2SO4 halványzöld Ammónium-hidroxidban komplexképződés közben oldódik világoskék színnel Ni(OH)2 + 6NH4OH = [Ni(NH3)6](OH)2 +6H2O Klóros vízzel nikkel(III)-hidroxiddá oxidálható 2Ni(OH)2 + Cl2 + 2H2O = 2Ni(OH)3 + 2HCl

12 Kénnel melegítve, tűztüneménnyel járó heves reakció
Fe + S = FeS FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S pirit pörkölése 4FeS2 +11O2 = 2Fe2O3 +8SO2 Nitrogénnel magasabb hőmérsékleten sem reagál Szénnel magasabb hőmérsékleten vas-karbidot alkot (Fe3C) Hidrogént elnyeli, nem sztöchimetriai összetételű hidridet alkot. Törékennyé, rideggé válik.

13 Híg ásványi savakban oldódnak vas(II) vegyületek képződése közben
Fe + 2HCl = FeCl2 + H2 Tömény oxidáló savakban passziválódnak (acél tartályokban szállíthatók). A védő oxidréteg savakkal (pl.sósav) eltávolítható. Vízzel reagálnak Fe + H2O = FeO + H oC felett 3Fe + 4H2O = Fe3O4 +4H oC alatt Ammóniával nitrideket képez 6Fe + 2NH3 = 2Fe3N + 3H2 Kén-hidrogénnel szulfidot képez hidrogén fejlődés közben Fe + H2S = FeS + H2

14 szén-monoxiddal nagy nyomáson, 200 oC-on karbonil komplex képződése mellett
Fe + 5CO = [Fe(CO)5] Ni + 4CO = [Ni(CO)4] szén-monoxiddal magas hőmérsékleten karbidokat képez 3Fe + 2CO = Fe3C + CO2

15 Komplex vegyületek +2 ox. állapot: [CoCl4]2-, [CoF4]2-, [Co(NH3)6]2+, [Co(H2O)6] Cl- = [CoCl4]2- oktaéderes tetraéderes rózsaszínű kék 4Fe3+ + 3K4[Fe(CN)6] = Fe4[Fe(CN)6]3 + 12K+ Turnbull-kék +3 ox. állapot: [Co(CN)6]3-, 3Fe2+ + 2K3[Fe(CN)6] = Fe3[Fe(CN)6]2 + 6K+ berlini-kék

16 Vas rozsdásodása Rozsda: Fe(OH)3, FeOOH összetételű Elektrokémiai folyamat víz, oxigén és elektrolit jelenlétében Katódos redukció: 3O2 + 6H2O + 12e-  12OH- Anódos oxidáció: 4Fe  4Fe2+ +8e- 4Fe2+  4Fe3+ 4e- Bruttó reakció: 4Fe + 3O2 + 6H2O = 4Fe OH- 4Fe(OH)3 vagy 4FeOOH + 4H2O

17 Korrózióvédelem festék bevonat egy másik fém bevonat (cink, ón) inhibitorokkal való kezelés (kromát) passziválás (összefüggő védő oxidréteg kialakítása) anódos fémvédelem (magnézium, cink)

18 Előfordulás Meteorotokban, vulkanikus vastelepeken elemi állapotban
hematit Fe2O3 magnetit Fe3O4 sziderit FeCO3 pirit FeS2 kobaltin CoAsS gersdorfit NiAsS nikkelin NiAs

19 Előállítás Oxiddá alakítani  szenes redukció vasgyártás
tiszta vas előállítása karbonilek termikus bontásával vas(III)-klorid oldat elektrolízise vas-oxalát hevítése Fe(COO)2  Fe + 2CO2 Nikkel: NiS + CuS ásványok SiO2-vel való pörkölése  kén és vastartalom csökken  az olvadék lehűlése után a NiS és CuS elválik  elektrolízis

20 Vasgyártás nagyolvasztóban: vasérc (hematit), koksz, mészkő  forró levegő 2Fe2O3 + 3C = 4Fe + 3CO2 SiO2 + CaCO3 = CaSiO3 + CO2 A cseppfolyós vas tetején úszik a megolvadt salak, ami megvédi az oxidációtól. Nyersvas  kovácsvas (olvadt vasat hematittal keverve kiégetik a fölös szenet)  acél (nyersvas széntartalmának csökkentése) - Bessemer vagy Siemens eljárás

21

22 Felhasználás Vas Kobalt Nikkel Legfontosabb szerkezeti anyag
vasötvözetek acél mágnesacél Kobalt ötvözetek (permanens mágnes) magas hőmérsékletű acélok (turbinagyártás) kerámia-, üveggyártás 60Co ,  sugárzó - rosszindulatú daganatos betegségek kezelése Nikkel ötvözetek (Ni - Cu - Zn alpakka) nikkel bevonat (védő, díszítő) margaringyártás katalizátora

23 Vas biológiai szerepe Legnagyobb mennyiségben előforduló mikroelem
vizes oldatokban Fe2+, Fe3+ Fe2+ könnyen oxidálódik Fe3+-má Fe3+ kemény Pearson sav Fe2+ közepesen kemény Pearson sav Fe3+ vizes oldatban savasan hidrolizál [Fe(H2O)6]  [Fe(OH)(H2O)5]2+ + H+ vízvesztéssel dimerizálódik

24 Vas(II)-sók FeSO4 vagy FeCl2 formában
Terápia Vas(II)-sók FeSO4 vagy FeCl2 formában C-vitaminnal vagy folsavval védik az oxidációtól Oxigén transzport oxigén csak kismértékben oldódik vízben átmenetifémek harmincszorosára növelik az O2 oldékonyságát oxigénkötő fehérjék hemoglobin mioglobin transzport fehérjék hemoeritrin hemocianin (réz tartalmú)

25 Hemoglobin és mioglobin
hem - proteinek prosztetikus (nem fehérje jellegű) csoportja a hem (protoporfirin IX és a vas(II)-komplexe) protoporfirin IX síkszerű molekula feladata: oxigén megkötése

26 mioglobin