Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaÁtmeneti fémekÁtmeneti fémek

Vascsoport (triád: Fe, Co, Ni)• Nagyon hasonló tulajdonságokkal rendelkeznek: nagy sűrűség, magas op, mágnesezhetők, legszorosabb illeszkedésű fémrács, könnyen alakíthatók (kis keménység), ötvözhetők, oxidációs szám +2 és +3.

Általános tulajdonságok• Elektronszerkezet: (n-1)s2 (n-1)p6 (n-1)d1-10 ns1-2 np0

• Szilárd halmazállapotúak, kivéve Hg• Fémes tulajdonságok: fémrács, áram- és hővezetés, szürkés szín (kivéve Cu, Au)• A nyílt vegyértékhéj miatt (kivétel Zn, Cd) több oxidációs számmal képezhetnek vegyületeket. Vegyületeik általában színesek. Az részben betöltött d-pályák miatt szervetlen ill. szerves ligandumokkal datív kötéssel komplexeket képeznek.

vascsoport

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaVas (Fe)Vas (Fe)

Előfordulás• Föld magját alkotja (Ni-el együtt): szilárd belső mag, folyékony külső mag• Vegyületei formájában fordul elő a földkéregben (4.8 %, 4. leggyakoribb a földkéregben), ill. tiszta állapotban a Földre került meteoritokban.

Pirit (FeS2)Sziderit (FeCO3)Kalkopirit (CuFeS2)

Hematit (Fe2O3) Magnetit (Fe3O4) Limonit (Fe2O3.1.5H2O)

Fizikai tulajdonságok:• Olvadáspont: 1538 ºC. Lehűtve térben középpontos kockarács: -vas (0.293 nm élhossz.) 1394-912 ºC: -vas – lapon középpontos kockarács (0.368 nm élhossz) – kisebb sűrűség 912 ºC alatt: -vas – térben középpontos kockarács (0.290 nm élhossz) 770 ºC: mágnesezhetőség határaKémiai tulajdonságok:• Elektronegativitása: 1.8, általában ionos vegyületeke képez +2 és +3 oxidációs számmal• Fe2+ vegyületek: zöld szín, többségük nem stabil, levegőn lassan oxidálódnak Fe3+ formává emiatt redukáló tulajdonságú• Fe3+ vegyületek: sárga-vörös, természetben ez fordul elő• Oxigénnel reagál: 4Fe + 3O2 = 2Fe2O3

• Halogénekkel: FeF3, FeCl3, FeBr3, FeI2 (jód oxidáló hatása a legkisebb, FeI3 instabil)• Kénnel: FeS (kén is gyenge oxidálószer)• Vízzel nem reagál, csak ha van benne oldott O2 → rozsda FeO(OH) ill. Fe(OH)3

.Fe2O3

• Híg savak H2 fejlődés közben oldják• Tömény savak (HNO3, H2SO4, H3PO4) passzív védőréteget képeznek a felületen.

Szervetlen Szervetlen kémiakémia

Nyersvasgyártás:• Fe2O3/Fe3O4 Fe• vasérc megfelelő méretre aprítása• salakképző (mészkő, dolomit) hozzákeverése: kén eltávolítása CaS-ként (minőséget ront)• tüzelő/redukáló anyag: koksz v. szénhidrogén - reakcióhoz, olvadáshoz szükséges hő - redukálószer, ill. redukáló CO képződik - adja a vasak széntartalmát - kb. 1 % kén: el kell távolítani• levegő (égéshez): fúvószél; forrószél= égéstermékekkel 1100-1300 ºC-ra felmelegítik A nagyolvasztó részei:

1 – meleg levegő befúvás; 2 – olvasztó zóna; 3 – redukáló zóna 1; 4 – redukáló zóna 2; 5 – előmelegítő zóna; 6 – elegy adagoló; 7 – torokgáz; 8 – elegyoszlop; 9 – salak és salakcsapoló nyílás; 10 – medence és a nyersvas csapolónyílása; 11 – távozó kohógáz.

redukció

Direkt redukció:• Fe2O3 + 3C = 2Fe + 3CO• Fe3O4 + 4C = 3Fe + 4CO• FeO + C = Fe + CO endoterm, hőt fogyaszt, több tüzelőanyag kell

Szervetlen Szervetlen kémiakémia

Nyersvasgyártás:Indirekt redukció:• 3Fe2O3 + CO = 2Fe3O4 + CO2

• Fe3O4 + CO = 3FeO + CO2

• Fe3O4 + 4CO = 3Fe + 4CO2

• FeO + CO = Fe + CO2

exoterm reakciók, kevesebb tüzelőanyag kell. CO keletkezése:• C + O2 = CO2

• CO2 + C = 2CO• C + H2O = CO + H2

• (CO + H2O = CO2 + H2)Nyersvas tulajdonságai:• 3-5 % szén + kisebb mennyiségben egyéb elemek (1.5-4 % Mn, 0.5-1 % Si, kevés P, S• képlékenyen nem alakítható a magas széntartalom miatt

H2 is képes redukálni:• 3Fe2O3 + H2 = 2Fe3O4 + H2O• Fe2O3 + 3H2 = 2Fe + 3H2O • Fe3O4 + H2 = 3FeO + H2O• Fe3O4 + 4H2 = 3Fe + 4H2O• FeO + H2 = Fe + H2O

magasabb hőmérsékleten redukál mint a CO, de gyorsabban

Öntöttvas tulajdonságai:• 2-3.6 % szén + Si, Mn, P, S• nyersvasból ócskavas hozzáadásával, olvasztással gyártják• könnyen megmunkálható, korrózióálló, rezgéscsill. (szerszámgépállvány)• rideg, könnyen törik, acélnál kisebb szilárdságú C

Szervetlen Szervetlen kémiakémia

Acél:• Széntartalom max. 2.11 %• Könnyen megmunkálható (kovácsolás, hengerlés)• Acélgyártás: oxidációval a széntartalom lecsökkentése, ötvözetkészítés: keménység, rugalmasság, hajlékonyság, szilárdság, hőállóság, savállóság, korróziómentesség - olvadt nyersvasba nagy nyomással oxigént fúvatnak (30 perc) régebben Siemens-Martin eljárás: rozsdás ócskavassal olvasztották (O rozsdából – 6-8 óra) - ötvöző anyag oldása az olvadékban: lehűlve szilárd oldat• Ezután hőkezeléssel mechanikai tulajdonságok módosíthatók - lágyítás: belső feszültség megszüntetése; pár fokkal 727 ºC alá melegítik, lassan lehűtik - edzés: keménység növelése; hevítés kb. 1300 ºC-ra, egy ideig ott tartják, majd gyorsan lehűtik. Ezzel befagyasztják az 1300 ºC-on levő kristályszerkezetet – de belső feszültségek keletkeznek. Megeresztés: ugyanez kb. 100-700 ºC-on; feszültség csökken, keménység is. - kérgesítés: kemény kopásálló külső réteg; felületi edzéssel vagy ötvözéssel

helyettesítés beékelődés

Ötvözetek:• Helyettesítés (szubsztitúció): atomok hasonló méretűek, azonos rácsban kristályosodnak.• Beékelődéses (interszticiós): ötvözőfém atomjai kisebbek

Szervetlen Szervetlen kémiakémia

Szervetlen kémiaSzervetlen kémia

Fontosabb ötvözők:• C 0.6 % alatt = szerkezeti acélok: szilárdság, szívósság, ellenállás lökésszerű igénybevétellel szemben C 0.6 % felett = szerszámacélok: keménység, kopásállóság• Ni, Mn: szilárdságot növelik, magas hőmérsékleten is (hőálló acél)• Vanádium (V): keménységet, kifáradással szembeni ellenállást növeli• Cr, Ni: rozsdamentessé, savállóvá teszi• Cr, Al, Si: magas hőmérsékleten is korrózióálló (FeCr2O4 réteg van a felületen)• W: nagyon kemény un. gyorsacélok (forgácsolószerszámokhoz)• Bór (B, ezred %): acél edzhetőségét növeli• Nióbium (Nb, század %): acél rugalmasságát növeli• N, S, P: káros ötvözőanyagok, acélt törékennyé teszik

Vas nem ötvöződik: nemesgázokkal, halogénekkel, s-mező elemeivel, higannyal, kadmiummal, ezüsttel. Nehezen elegyíthető bizmuttal, ólommal, cinkkel.

Szervetlen kémiaSzervetlen kémia

Réz(Cu):• színesfém, vörös színű (vörösréz)• vegyértékhéj: 4s1 3d10 • vegyületeiben többnyire +2, esetenként +1 oxidációs számú• Kémiai aktivitása kicsi: híg savakban nem, oxidáló savakban oldódik• Nedves levegőn bázisos réz-karbonát (CuCO3) = patina képződik, mely védi a további korróziótól

• Ötvözetek: - sárgaréz (Cu + Zn). Hamis arany 80 % réz. - bronz (Cu + Sn): disztárgyak, szobrok, harang - újezüst=alpakka (Cu + Ni): pénz, evőkészlet

• Felhasználás (fentieken felül): - elektromos vezeték - CuSO4.5H2O (rézgálic): permetezőszer Minneapolis városháza (Cu tető)

Cink (Zn):• Vegyértékhéj: 4s2 3d10 → +2 oxidációs szám vegyületeiben• Felhasználás: korrózióvédelem (horganyzott bádog), galvánelem, ötvözetek

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaEzüst:• Természetben elemi állapotban (ritka) és ércásványokban (többnyire szulfidok)• Vegyértékhéj: 5s1 4d10 → oxidációs száma +1• Klasszikus előállítás: Ag2S + 2NaCl = 2AgCl + Na2S

2AgCl + 2Hg = 2(AgHg)Cl 2Ag + Hg2Cl2• Oxidáló savak (salétromsav, tömény kénsav) oldják• Levegőn oxigénnel nem reagál, csak H2S-el → fekete AgS a felületen• Hővezető és fényvisszaverő képessége a fémek között a legjobb → tükör• Felhasználás: ékszerek, étkészletek, egészségügyi műszerek, fertőtlenítő hatás gyógyászat elektronikai ipar: nyomtatott áramkörök, kapcsolók, Ag-Zn, Ag-Cd gombelemek

hevítés

Szervetlen kémiaSzervetlen kémia

Arany:• Természetben elemi állapotban és ércásvány formájában is előfordul• Vegyértékhéj: 6s1 5d10 → oxidációs száma +1 és +3• Híg/tömény savak nem oldják. Oldja: királyvíz, folyékony Br, Cl, Hg, alkáli-cianid olvadék• Előállítás: meddő kőzetekből cianidokkal való kioldással lúgos közegben: 4Au + 8NaCN + O2 +2H2O = 4Na[Au(CN)2] + 4NaOH 2Na[Au(CN)2] + Zn = Na2[Zn(CN)4] + 2Au• Nem korrodeálódik: ékszer alapanyag és fizetőeszköz (volt)• Ipari felhasználás: elektromos kontaktus, aranyfüsttel bevont egyirányban átlátszó ablakokHigany:• Cseppfolyós, könnyen párolog (mérgező gőzök)• Természetben ércásvány formájában fordul elő (HgS, vulkáni tevékenység helyein)• Vegyértékhéj: 6s2 5d10 → oxidációs száma +1 és +2• Fémeket hidegen oldja: amalgám ötvözetek• Felhasználás: hőmérő, barométer, higanygőzlámpa Ag-, Zn-amalgámok: fogtömés• Hg2Cl2: lineáris molekula Cl-Hg-Hg-Cl elektrokémiában referenciaelektród

Szerves kémiaSzerves kémiaFontosabb Fontosabb

vegyülettípusokvegyülettípusokSzénhidrogének:• alifás telített (metán, etán, propán, bután, …)• alifás telítetlen (etén, etin, …)• aromás (benzol, toluol, naftalin)

Oxovegyületek:• hidroxivegyületek (metanol, etanol, fenol)• éterek (dietil-éter)• aldehidek, ketonok (acetaldehid, aceton)• karbonsavak (ecetsav)• észterek• szénhidrátok

Nitrogéntartalmú vegyületek:• aminok (metil-amin, anilin)• aminosavak• amidok

Műanyagok:• természetes alapú műanyagok (kaucsuk)• mesterséges alapú műanyagok (PVC, neylon)

Szerves kémiaSzerves kémiaAlifás telített Alifás telített

szénhidrogénekszénhidrogénekJellemzők:• Név: alkánok, paraffinok, összegképlet: CnH2n+2

• csak egyszeres () kovalens kötéseket tartalmaznak - nyílt láncú: nincs elágazás (bután) - elágazó: izobután - gyűrűs: cikloalkánok, cikloparaffinok (ciklohexán)

• Apolárisak, vízzel nem, de egymással elegyenek. Szerves oldószerekben oldódnak• Savakkal, lúgokkal, oxidálószerekkel nem reagálnak. Oxigén jelenlétében hőfelszabadulás közben elégnek: CnH2n+2 + (1,5n+0,5)O2 = nCO2 + (n+1)H2O

Térszerkezet (konformáció):• Az atomok igyekeznek minél távolabb elhelyezkedni egymástól: a szemben levő kötések 60º-os (torziós) szöget zárnak be: