Szervetlen kémia

Szervetlen kémia Nevezéktan

IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry = Tiszta és Alkalmazott Kémia Nemzetközi Uniója) nemzetközi elnevezési szabályai alapján

Kivétel a triviális (hétköznapi) nevek néhány anyagra, pl.:

• H2O – víz (hidrogén-oxid) • NH3 – ammónia (trihidrogén-mononitrid) • HNO3 – salétromsav (nitrogénsav) • CuSO4⋅5H2O – rézgálic (réz(II)-szulfát; kristályvizes)

• Na3PO4 – trisó (nátrium-foszfát)

http://www.chem.qmul.ac.uk/iupac/

A kémiai vegyületek szisztematikus elnevezése, lehetővé téve a rendszerezést.

Az elnevezés szabályai az alkotórészek elektronegativitásának és oxidációs számainak figyelembevételével, azok alkalmazásán alapulnak.

Szervetlen kémia Nevezéktan

1. Vegyület két ”elemből” áll: • fém-nemfém (általában ionosak): a fémion alkotórész az elem teljes nevével, első

helyen szerepel, a nemfém szótöve -id toldalékot kap és nem jelöljük a kapcsolódó komponensek számát

• fém-oxidációs száma állandó: MgBr2 - magnézium-bromid Al2O3 - alumínium-oxid Na2S - nátrium-szulfid (latin) CaC2 - kalcium-karbid (latin) NH4Br - ammónium-bromid (NH4

+: alkálifémekhez soroljuk) KOH - kálium-hidroxid (nem bomló összetett anionok elnevezése analóg) NaCN - nátrium-cianid Ca(SCN)2 - kalcium-rodanid • fémnek több oxidációs számú formája létezik: a fém neve után római számmal jelezzük az ion töltését FeCl2 - vas(II)-klorid Fe2O3 - vas(III)-oxid HgO - higany(II)-oxid Hg2Cl2 - higany(I)-klorid (nem ionos, hanem molekula, ezért nem HgCl)

Szervetlen kémia Nevezéktan

1. Vegyület két ”elemből” áll: • nemfém-nemfém vagy metalloid (általában kovalens kötésű molekulák): úgy

mint a fém-nemfém esetben, csak itt a névben görög számnevekkel jelezzük mind a két összetevő számát (bár a mono- sokszor elmarad). 1 – mono; 2 – di, 3 – tri; 4 – tetra, 5 – penta; 6 – hexa; 7 – hepta; 8 – okta; 9 – nona; 10 – deka

A két atom közül melyik legyen az első ill. második helyen: az alábbi, periódusos rendszeren alapuló, sorrend alapján: B Si C Sb As P N H Te Se S I Br Cl O F A balra elhelyezkedő megnevezése kationnal analóg módon történik, míg a jobbra található az anion mintájára -id toldalékot kap. CO - szén-monoxid CS2 - szén-diszulfid N2O - dinitrogén-oxid N2O3 - dinitrogén-trioxid HBr - hidrogén-bromid HCN - hidrogén-cianid H2O2 - hidrogén-peroxid (dihidrogén-dioxid) PH3 - foszfor-hidrogén (trihidrogén-foszfid)

Szervetlen kémia Nevezéktan

2. Összetett aniont tartalmazó vegyületek és oxosavak A többatomos anionokban egy nemfém, annak oxidációs állapotától függően, különböző számú oxigénhez kapcsolódik kovalens kötéssel (pl. SO4

2−, SO32−, NO3

−, ClO−, ClO3−, ClO4

−). Ilyen ún. oxoaniont a magas oxidációs számú fémek is képezhetnek (pl. CrO4

2−, MnO4−).

Oxoanionhoz hidrogénion kapcsolódik: oxosavak (pl. H2SO4, HClO, H3PO4, H2CO3).

sav neve anion neve B C, Si N, P, As, Sb S, Se, Te Cl, Br, I

per…..sav per….át - - - - +7

…..sav ……át +3 +4 +5 +6 +5

….essav …..it - - +3 +4 +3

hipo…ossav hipo….it - - (+1) (+2) +1

Oxidációs számok

A halogének és a nitrogén oxoanionjai mindig -1 töltésűek (pl. BrO3−, NO3

−, ClO−), a páros oxidációs számú központi atomok oxoanionjai mindig -2 töltésűek (pl. CO3

2−, SO42−, SO3

2−) – kivétel SiO4

4− – a páratlan oxidációs számú központi atomból képzett ionok töltése pedig mindig -3 (pl. PO4

3−, PO33−).

Szervetlen kémia Nevezéktan

2. Összetett aniont tartalmazó vegyületek és oxosavak. Példák:

HClO4 – perklórsav HBrO3 - brómsav H2SeO4 - szelénsav HClO2 - klórossav HClO - hipoklórossav

NaClO4 - nátrium-perklorát KBrO3 - kálium-bromát K2SeO4 - ammónium-szelenát KClO2 - kálium-klorit Ca(ClO)2 - kalcium-hipoklorit

Kivételek: A nitrogén és a szilícium oxosavjának nevét egy-egy ásványuk alapján képezzük (salétrom, kova), a szén és a kén oxoanionját pedig latin nevükből (karbon, szulf(ur)) származtatjuk.

H2SO4 – kénsav HNO3 - salétromsav H4SiO4 - orto-kovasav H2CO3 - szénsav H2SO3 - kénessav HNO2 - salétromossav

CuSO4 - réz(II)-szulfát Bi(NO3)3 - bizmut(III)-nitrát Mg2SiO4 - magnézium-ortoszilikát CaCO3 - kalcium-karbonát MgSO3 - magnézium-szulfit NH4NO2 - ammónium-nitrit

Szervetlen kémia Nevezéktan

2. Összetett aniont tartalmazó vegyületek és oxosavak. Savanyúsók: többértékű savak azon sói, melyekben nincs minden hidrogén fémionra cserélve. Nevüket a sóalak nevéből származtatjuk, a maradék hidrogének számának jelölésével:

Na2CO3 - nátrium-karbonát K3PO4 - kálium-foszfát (NH4)3SbO4 - ammónium-antimonát

NaHCO3 - nátrium-hidrogén-karbonát K2HPO4 - kálium-hidrogén-foszfát (NH4)H2SbO4 - ammónium-dihidrogén-antimonát

Vegyes sók: egyértékű sav + sója

NaHF2 - nátrium-hidrogén-fluorid (NaF + HF) KH(IO3)2 – kálium-hidrogén-jodát (KIO3 + HIO3)

Fémeket tartalmazó összetett anionok:

HMnO4 – permangánsav H2CrO4 – krómsav H2Cr2O7 - dikrómsav

MnO4- - permanganát ion

CrO42- - kromát ion

Cr2O72- - dikromát ion

Szervetlen kémia

Szervetlen kémia Hidrogén

1. oszlop (alkálifémek), 1. sor – nem minden tulajdonsága illik az alkálifémekhez • Elektronszerkezet: 1s1; rendszám: 1; atomtömeg: 1

• Előfordulás: 93% a világegyetemben; 61% az emberi testben • Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1, -1 • Elektronegativitás: 2.1 • Természetes körülmények között kétatomos molekulákat alkot, kötési energia: -436 kJ/mol • Természetes körülmények között gáz, legkönnyebb, 14,4-szer könnyebb a levegőnél • Könnyen ad le elektront (oxidációs szám: +1), de szabad proton természetes körülmények között nem marad meg önállóan (H3O

+, NH4+). Ez a gyakoribb ionos formája.

• EN<1 fémekkel sószerű hidrideket képez (oxidációs szám: -1). H--ion csak kristályban létezik, vízben oldva: H- + H3O

+ = H2 + H2O

• Hasonló elektronegativitású elemekkel (nemfémes elemek) kovalens kötésű molekulákat képez (elsősorban a C: szerves vegyületek) • Redukálószer: oxidokat, halidokat • Előállítás: labor: Zn + HCl; ipari méretben: földgáz + vízgőz reakciójával • Felhasználás: ammóniagyártás, hidrogénezés (pl. folyékony olajokat szilárd zsírokká), redukálószer (pl. ásványokból nyert oxidokat fémmé) • Hidrogén alapú gazdaság: energiatermelés (gépjárműmotor, fúziós reaktor) !!!drága előállítás, oxigén jelenlétében robbanékony!!!

Szervetlen kémia Hidrogén

Nemzetközi Kísérleti Termonukleáris Reaktor (ITER)

• Cadarache (Franciaország) •

• Építés: 2009 - 2018 • Kísérleti üzemeltetés: 20 év • Hőmérséklet: 150 millió ºC • Elektromos fűtés+mágneses térrel való összenyomás → plazma állapot

• Teljesítmény: 500 MW 400 s-on keresztül • Ezalatt fél gramm deutérium/trícium keverék fúzionál a 840 m3-es reaktorban.

Szervetlen kémia Alkálifémek

I. oszlop • Elektronszerkezet: ns1

• Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1 • Elektronegativitás: 0.7-1 (ionvegyületeket képeznek, +1 töltésű ionjaik elektronszerkezete nemesgázszerű, nagyon stabil, ionizációs energia kicsi) • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak, térközepes kockarácsot alkotnak • Oxigénnel, vízzel azonnal reagálnak, védőfolyadék (pl. petróleum) alatt tartják • Sűrűségük, keménységük kicsi

Nátrium • Nagyon reaktív: 2Na + 2H2O = 2NaOH + H2

• Természetben fő előfordulási formája: NaCl, Na2CO3

• Előállítás: NaCl olvadék elektrolízisével • Felhasználás: redukálószer, nátriumgőzlámpa

Nátrium-hidroxid (NaOH) • Fehér kristály (vizes oldata színtelen), nagyon erős bázis

• Kristályos állapotban rendkívül higroszkópos, levegőből H2O-t, CO2-t megköti • Előállítás: NaCl-oldat elektrolízisével • Felhasználás: textil- és papíriparban, szappan és mosószergyártás

Szervetlen kémia Alkálifémek

• I. oszlop • Elektronszerkezet: ns1 • Vegyérték: 1; oxidációs szám: +1 • Elektronegativitás: 0.7-1 (ionvegyületeket

képeznek, +1 töltésű ionjaik • elektronszerkezete nemesgázszerű, nagyon

stabil, ionizációs energia kicsi) • Természetes körülmények között szilárd

halmazállapotúak, térközepes • kockarácsot alkotnak • Oxigénnel, vízzel azonnal reagálnak, védőfolyadék

(pl. petróleum) alatt tartják • Sűrűségük, keménységük kicsi

Szervetlen kémia Na fontosabb vegyületei

Nátrium-klorid (NaCl) • Színtelen kristály • Előfordulás: tengervízben (2.7%), kősótelepeken, állati szervezetben (emberi vérben 0.85%)

• Előállítás: sóbányákból • Felhasználás: fémnátrium, nátriumvegyületek, klór, klórvegyületek előállítására Olvadékelektrolízis: 2NaCl = 2Na + Cl2 (T<700 ºC) Oldatelektrolízis: 2NaCl + 2H2O = 2NaOH + Cl2 + H2

Nátrium-hipoklorit (NaOCl, Hypo) • Fertőtlenítő- tisztító-, illetve mosószer • Előállítás: NaCl-oldat elektrolízisével: 2NaOH + Cl2 = NaOCl + NaCl + H2O

Diszproporcionálódás: olyan redoxireakció, melyben egy elem adott oxidációs számú formája két különböző oxidációs számú formává alakul. 0 +1 -1

A fenti reakcióban: Cl2 = OCl- + Cl-

Szinproporcionálódás: két különböző oxidációs formából lesz egy. +5 -1 0

IO3- + 5I- = 3I2 + 3O2-

Szervetlen kémia Na fontosabb vegyületei

Nátrium-karbonát (Na2CO3.10H2O)

• Színtelen kristály → 100ºC-on hevítve fehér por (kristályvíz elvesztés)

• Előfordulás: talajban (sziksó); ha túl sok, terméketlenné teszi a talajt • Felhasználás: szappan-, mosószer-, üveggyártás, vízlágyítás Oldata lúgos kémhatású (hidrolízis)

Nátrium-hidrogén-karbonát (NaHCO3, szódabikarbóna) • Fehér kristály • Felhasználás: gyógyászatban fölös gyomorsav lekötésére Oldata enyhén lúgos kémhatású: HCO3

- + H2O = OH- + H2CO3 (hidrolízis)

Nátrium-foszfát (Na3PO4, trisó) • Fehér kristály • Vizes oldata lúgos: PO4

3- + 3H2O = 3 OH- + H3PO4 (hidrolízis)

• Felhasználás: mosószerek, vízlágyítás

Nátrium-tioszulfát (Na2S2O3.5H2O, fixírsó)

• Színtelen kristály • Felhasználás: analitikában jodometriában: 2Na2S2O3 + I2 = Na2S4O6 + 2NaI ill. kép rögzítésére fényképészetben: AgBr + Na2S2O3 = Na3[Ag(S2O3)2] + NaBr

Szervetlen kémia K és fontosabb vegyületei

Kálium • Nátriumhoz hasonló, de nála reakcióképesebb (kisebb EN miatt)

• Természetben fő előfordulási formája: KCl kősótelepeken NaCl kísérőjeként • Előállítás: KCl, KOH vagy K2CO3 olvadék elektrolízisével • Felhasználás: műtrágyagyártás, pirotechnika, robbanóanyag-gyártás Kálium-klorid (KCl) • Jelentőség: növényi szervezetben • Felhasználás: műtrágyagyártás, K és KOH előállítás, méreginjekció,

Kálium-nitrát (KNO3) • Felhasználás: műtrágya, feketelőpor, füstbomba, élelmiszer tartósítószer (E252)

Kálium-hidroxid (KOH) • Fehér kristály (vizes oldata színtelen), NaOH-nál is erős bázis

• Kristályos állapotban rendkívül higroszkópos, levegőből H2O-t, CO2-t megköti • Oldja az üveget. • Előállítás: KCl-oldat elektrolízisével • Felhasználás: textil- és papíriparban, szappan és mosószergyártás, élelmiszer- iparban gyümölcs héjának eltávolítása

Szervetlen kémia Alkáliföldfémek

II/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2

• Vegyérték: 2; oxidációs szám: +2 • Elektronegativitás: 0.9-1.5 (Mg-tól lefelé ionvegyületeket képeznek, +2 töltésű ionjaiknak nemesgáz elektronszerkezete van, ionizációs energia kicsi) • Berillium nagyobb elektronegativitása (1.5) miatt inkább kovalens vegyületet képez, bizonyos esetekben a Mg is • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak • Oxigénnel, vízzel reagálnak (kevésbé intenzíven mint az alkálifémek), aktivitásuk a rendszámmal nő (ahogy EN csökken) • Sűrűségük, keménységük kicsi (nagyobb mint az alkálifémeké) • Redukálószerek (gyengébbek mint az alkálifémek)

Szervetlen kémia Mg és fontosabb vegyületei

Magnézium • Ezüstfehér, könnyű fém. • Természetben csak vegyületben fordul elő: magnezit (MgCO3), a dolomit (CaCO3

.MgCO3), • Felületén védő oxidréteg (MgO) képződik • Jellegzetes az égése, vakító fehér fényt bocsát ki (égéshő -603 kJ/mol)

Szervetlen kémia Mg és fontosabb vegyületei

Magnézium ötvözetek: kis sűrűségű, de nagy szilárdságúak • Magnálium: Al + 5-50% Mg + nyomokban egyéb elemek

kevés Mg: szilárd: repülőgép és autó alkatrészek sok Mg: törékeny, a por gyúlékony: pirotechnikában csillagszóró • Duralumínium: repülőgépek szerkezeti anyagának nagy része

Magnézium • Ezüstfehér, könnyű fém. • Természetben csak vegyületben fordul elő: magnezit (MgCO3), a dolomit (CaCO3

.MgCO3), • Felületén védő oxidréteg (MgO) képződik • Jellegzetes az égése, vakító fehér fényt bocsát ki (égéshő -603 kJ/mol) • Előállítás: MgCl2 olvadék elektrolízisével, karbonát hevítésével kapott oxid redukciójával • Felhasználás: villanófény, víz alatti fáklya, ötvözetek előállítása repülőgépekhez

Szervetlen kémia Mg és fontosabb vegyületei

Magnézium-hidroxid (Mg(OH)2)

• Gyenge lúg, vízben rosszul oldódik (Mg-O kötés erősen kovalens jellegű)

• Előállítás: természetben ásvány formájában előfordul • Felhasználás: gyomorsav megkötő, konzerv gyümölcsök, zöldségek színének tartósítása (E528)

Magnézium-klorid (MgCl2)

• Gyenge sav (savasan hidrolizál): Mg2+ + 2H2O = Mg(OH)2 + 2H+ (2H3O+)

• Előfordulás: természetben ásvány formájában • Felhasználás: Mg illetve Mg vegyületek előállítására, cementgyártás, USA-ban utak jégtelenítésére • Hidrogéntárolás egy formája: Mg(NH3)6Cl2 formájában sok ammóniát köt meg, mely hevítés hatására könnyen távozik

Magnézium-szulfát (MgSO4) keserűsó, Epson-só

• Előállítás: természetben heptahidrát formájában (MgSO4.7H2O) előfordul

• Felhasználás: nagy magnézium-igényű növények (burgonya, bors, rózsa) trágyázása, gyógyászatban bélmozgás elősegítő, hashajtó

Szervetlen kémia Ca és fontosabb vegyületei

Kalcium • Ezüstfehér színű, könnyű fém. • Lángfestés: téglavörös

• Természetben csak vegyületben fordul elő: mészkő, kalcit, márvány (CaCO3), dolomit (CaCO3

.MgCO3), fluorit (CaF2) • Előállítás: CaCl2 ill. CaCl2+CaF2 olvadék elektrolízisével • Felhasználás: redukálószer, ötvözetek (csapágyfémben 0.7 %)

fluorit kalcit kristályon

Szervetlen kémia Ca és fontosabb vegyületei

Állandó keménységet okozó sók: CaCl2, Ca(NO3)2, CaSO4, MgCl2, Mg(NO3)2, MgSO4

Megszüntetés (vízlágyítás): Ca2+ és Mg2+ ionokat csapadék formájában leválasztani, majd szűréssel eltávolítani: Ca2+ + Na2CO3 = CaCO3 + 2Na+

3Ca2+ + 2Na3PO4 = Ca3(PO4)2 + 6Na+

Ioncserélővel: • lágyvíz: lecserélni a Ca2+ és Mg2+-ionokat Na+-ionokra • ionmentes víz: a víz összes idegen ionját lecserélni H3O

+ illetve OH—ionokra.

Kalcium-karbonát (CaCO3) • Természetben leggyakrabban előforduló Ca-vegyület • Felhasználás: építőipar, csiszolópor, tisztítószer • CO2-t tartalmazó vízben hidrokarbonát képződése formájában oldódik, az analóg módon képződő Mg(HCO3)2-vel együtt a víz változó keménységét okozva. CaCO3 + H2O + CO2 Ca(HCO3)2 • változó: forralással megszüntethető (visszaalakulás, CO2 gáz eltávozik)

Szervetlen kémia Ca és fontosabb vegyületei

Kalcium-szulfát (CaSO4.2H2O) = gipsz

• Természetben gipsz1 ill. evaporit2 ásványok formájában • Felhasználás: építőipar (cement), iskolai kréta, gyógyászat (gipszelés), tűzálló fal • 100-150 ºC-ra hevítve a kristályvíz 75%-a távozik (cement, orvosi gipsz): CaSO4

.2H2O → CaSO4.½H2O + 1½H2O

(tűzálló falban lassan melegszik, mert előbb a kristályvíz távozására fordítódik a hő)

• teljesen kiégetett gipsz már nem tud vizet felvenni

Kalcium-hidroxid Ca(OH)2

• CaCO3 → CO2 + CaO (égetett mész) • Égetett mészből vízzel (mészoltás): CaO + H2O → Ca(OH)2 (oltott mész)

• Felhasználás: építőiparban habarcs készítésre: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O

(megkötés a csapadékként kiváló CaCO3 miatt)

1 2

Szervetlen kémia Ba és Ra

Bárium (Ba) és fontosabb vegyületei: • Természetben BaSO4 (barit) ill. BaCO3 formájában • Lángfestés: sárgászöld • Előállítás: BaCl2 elektrolízisével • Felhasználás: kontrasztanyagként BaSO4 formájában (jól elnyeli a Röntgen sugarakat) és tűzijátékban.

Rádium (Ra) és fontosabb vegyületei • Ritka elem, urán és tóriumásványok mellett, mint azok radioaktív bomlásának terméke • 28 izotópja van, mind radioaktív • A szervezetbe került rádium a csontokba beépül • Felhasználás: régebben sugárterápiára, ma már vannak olcsóbb sugárforrások neutronforrás: Be + a-sugárzás(Ra-ból) → neutronok

Szervetlen kémia Földfémek, bór

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.

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: 1.5-2.0 (B és Al gyakran képez kovalens kötéseket, a többiek viszont elsősorban ionosat) • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak

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 a Föld kérgében • 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)3 + 3H2

2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2NaAl(OH)4 • Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető • Előállítás: bauxitból

AlO(OH) Al(OH)3 Al2O3 Al

bauxit timföldhidrát timföld tiszta fém

• Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása.

lúgos

feltárás 1300 ºC elektrolízis

nátrium[tetrahidroxo-aluminát]

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).

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: 2000 ºC 4. pl. Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr • Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korund

Alkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7.2H2O) kaolinit vagy porcelánföld

Agyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.

Szervetlen kémia Széncsoport

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)

IV/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np2

• Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4) • C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. • Elektronegativitás: 2.5-1.8 (C, Si, Ge kovalens kötések, Sn, Pb inkább ionos)

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

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)

C540 szén nanocső:

hengeres fullerén

C60

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 H2CO3 HCO3

- + H+ (H3O+) K1= 4.3.10-7 mol/dm3

HCO3- CO3

2- + H+ (H3O+) K2= 5.6.10-11 mol/dm3

• Szénsav sói, a karbonátok stabilak Karbonátion (CO3

2-): 6 delokalizált elektron

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- = SiO44- + 2H2

• Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3K2SiF6 + 4Al = 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.

• SiO2: üvegyártás

Germánium (Ge): ritka elem, félvezető

Ón (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn)

Ólom (Pb): csővezetékek (védő PbO2 oxidréteg, híg sav nem oldja), akkumulátor,

radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sb + Sn)

Szervetlen kémia Nitrogéncsoport

V/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np3

• N, P nemfém, As, Sb félfém, Bi fém • Elektronegativitás: 1.9-3.0 (többnyire kovalens kötést képeznek) • Vegyérték, oxidációs szám: sokféle -3: ammónia (NH3) -2: hidrazin (H2N-NH2) -1: hidroxilamin (H2N-OH) -0: nitrogén molekula (N2) +1: dinitrogén-oxid (N2O) +2: nitrogén-monoxid (NO) +3: dinitrogén-trioxid (N2O3) +4: nitrogén-dioxid (NO2) +5: nitrogén-pentaoxid (N2O5)

3e-

1e- lazító pályán!

3e- delokalizált

4e- delokalizált

4e-

Szervetlen kémia Nitrogéncsoport

N fontosabb vegyületei:

• Ammónia (NH3): színtelen, szúrós szagú, nagy párolgáshő, vízben jól oldódik. Felhasználás: salétromsav és műtrágyagyártás, hűtőgép (helyette ma HCFC, HFC)

Nitrogén (N)

• Gáz, levegő 78%-a. N2 nagyon stabil. • 3 p elektronnal kötés, negyediket datív módon (NH4

+)

• Ammónium-hidroxid (NH4OH) Csak vizes oldatban létezik, gyenge bázis: NH3 + H2O NH4OH

NH3 vízben való oldódása exoterm: hevítés hatására NH3 eltávozik.

• Ammónium-klorid (NH4Cl) Kristályos, vízben jól oldódik, oldata kissé savas Hevítés hatására bomlik: NH4Cl → NH3 + HCl

Felhasználás: lágyforrasztáskor fémfelület tisztítására, HCl és NH3 oldja a fém-oxidokat

• Ammónium-nitrát (NH4NO3) Kristályos, higroszkópos, könnyen bomlik (robbanásveszély) Felhasználás: mészkőporral keverve műtrágya

Szervetlen kémia Nitrogéncsoport

• Dinitrogén-tetroxid (N2O4): könnyen cseppfolyósítható gáz. Felhasználás: kovalens vegyületek jó aprotonos oldószere.

• Salétromsav (HNO3): színtelen, szúrós szagú, erős sav Állás közben bomlik: 2HNO3 → 2NO2 + H2O + O Oxidálószer: N5+ → N4+-re redukálódik, ill. naszcensz oxigén képződik

Fémeket oldja (választóvíz: ezüst): 2Ag + 2HNO3 = Ag2O + 2NO2 + H2O Ag2O + 2HNO3 = 2AgNO3 + H2O Királyvíz: cc. HNO3 és cc. HCl 1:3 arányú keveréke (aranyat is oldja) HNO3 + 3HCl = 2H2O + NO + 3Cl (atomos klór oxidál) HCl + 3Cl + Au = H[AuCl4] (hidrogén-tetrakloro-aurát)

cc. HNO3 a vasat és alumíniumot nem oldja, mert passzív oxidréteget csinál (de: a híg HNO3 oldja őket!!

• Nitrogén-dioxid (NO2): vörösesbarna, párosítatlan elektron miatt paramágneses. Vízzel reagálva: 2NO2 + H2O = HNO3 + HNO2

Egyensúlyban van a dimerjével: 2NO2 N2O4

Szervetlen kémia Nitrogéncsoport

P fontosabb vegyületei:

• Foszforsav (H3PO4): színtelen, kristályos (42 ºC-on olvad), hárombázisú középerős sav. Sói a foszfátok (PO4

3-: tetraéder, 8 delokalizált e-). Szerves foszfátvegyületek: sejtek energiaátalakítása (adenozin foszfátok: AMP, ADP, AMP) Műtrágya: Ca(H2PO4)2

.H2O (szuperfoszfát) Csontok: Ca3(PO4)2 ; vízlágyítás: Na3PO4

Foszfor (P)

• Szilárd. 3 allotróp módosulat: elemek más (kristály)szerkezetűek (polimorfia: általános fogalom: anyagok más kristályszerkezetűek)

• egyszeres (s) kötések, 5 kötés a 3d pályára gerjesztett egyik 3s elektron révén • Felhasználás: vörösfoszfort gyufagyártásra (doboz oldalán)

fehér (P4) vörös (láncszerű) fekete (grafitszerű)

H3PO4 PO43-

Szervetlen kémia Oxigéncsoport

VI/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np4

• O, S, Se nemfém, Te, Po félfém • Elektronegativitás: 2.0-3.5 (többnyire kovalens kötést képeznek) • Vegyérték: 2, 4, 6

Oxigén (O)

• 3. leggyakoribb elem a világegyetemben • Leggyakoribb elem a Földön, a földkéreg (30-40 km) súlyának fele oxigén. • Gáz, levegő 20.9 %-a. • Cseppfolyós és szilárd halmazállapotban kék. • Kétatomos molekula (O2), kevésbé stabilabb mint N2. Egy s kötés, és két azonos spinű magános p elektron (két fél p kötés) • Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált desztillációjával, ill. vízből elektrolízissel • Legjelentősebb allotróp módosulata az ózon (O3): Fertőtlenítő hatású, légkörben UV védelem

O O

O O

O 4e-

Szervetlen kémia Oxigéncsoport

Oxigén vegyületei Víz (H2O) • Erős hidrogénkötés, vízben legstabilabbak a négyes asszociátumok (H8O4) • Jég: folyadéknál lazább szerkezete miatt sűrűsége kisebb mint a vízé (térfogata nagyobb 9%-al). Víz sűrűsége is +4 ºC-on a legnagyobb. Hidrogén-peroxid (H2O2) • Színtelen, szagtalan, nem éghető folyadék • Erős hidrogénkötést képez, vízzel korlátlanul elegyedik • Peroxokötés gyenge, erősen bomlékony: H2O2 = H2O + O A felszabaduló naszcensz (atomos) oxigén miatt erős oxidálószer. 2HCl + H2O2 = Cl2 + H2O • Előállítása: BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

(BaO + O2 = BaO2 500 ºC-on) • Fontosabb alkalmazásai: fertőtlenítőszer, színtelenítőszer, rakéták üzemanyaga Bomlását nehézfémek és sóik katalizálják

Szervetlen kémia Oxigéncsoport

Kén (S) • Sárga, szilárd, 8-atomos molekulák (s-kötés) • Természetben elemi állapotban vulkángőzökben. • Kőolajfinomítás mellékterméke • Felhasználás: borászat (baktériumölő), kénsav előállítás

Ha oldani akarsz, vízzel ne próbálkozz, Erre inkább, szén-diszulfid, te ajánlkozz! Hevítgetnek gyakran, megolvadok, folyok, Sűrű, sötét gyűrű leszek, majd folyékony vagyok.

Ha ilykor lehűtenek orvul, Nem érzem jól magam, csak amorful. Egyéb elemekkel reagálok sorba', Ekképp stabilizálódom három rácstípusba.

Atom, molekula, s ionrács e három, Soulfour vagyok, magamat ajánlom.

Antal István: A kén

Egy sárga úr vagyok, Megismerhetsz nyomban, Megtalálsz a hatodik főcsoportban.

Távol áll tőlem bohém élet, pia, Jellemzőm az allotrópia. Egy lóugrás a szén, ki mindig ,,kormos'', Iker vagyok, monoklin és rombos.

Nem vagyok túl kemény, De mégis sármos, Egész testem molekularácsos. Testem látszik, nem poláros, Nyolc atomos gyűrű, apoláros.

Szervetlen kémia Oxigéncsoport

Kén vegyületei:

Hidrogén-szulfid (H2S, kén-hidrogén) • Előfordulás: vulkáni gázok, kénes ásványvizek, záptojás (fehérjék bomlásterméke) • Savas jellege miatt fémekkel reagál (pl. ezüst: fekete Ag2S)

Kén-dioxid (SO2) • Vulkáni tevékenységből, szén és kőolajszármazékok elégetésekor → savas esők

• Redukálható (oxidáló tulajdonság): SO2 + 2H2S = 3S + 2H2O • Oxidálható (redukáló tulajdonság): 2SO2 + O2 = 2SO3 Ezen reakció vanádium-pentoxid (V2O5) katalizátorral a kénsavgyártás fő lépése. • Borászatban hasznos tulajdonságok: antioxidáns, antiszeptikus (mikroorganizmus ölő), íz, zamat és színalakító hatás

Kén-trioxid (SO3) • S elektronszerkezete: 3s2 3p4 = csak 2 párosítatlan, kovalens kötést képző elektron Promóció: a párosított elektronokból 1-1 a 3d pályára gerjesztődik (energia fedeződik az utána kialakuló kovalens kötés során felszabaduló energiából) Hibridizáció: pályák energiája kiegyenlítődik, hogy ekvivalens kötéseket alkothassanak: SO3-ban: 3 ekvivalens s-kötés + delokalizált p pályák

O

S

O

6e-

O

Szervetlen kémia Kén vegyületei

Kénsav (H2SO4) • Egyik legnagyobb mennyiségben előállított vegyszer (szinte minden vegyiipari ágazatban használt alapanyag) Max. 98 %-os vizes oldatát használják (efölött SO3 párolog ki belőle). Akkumulátorban 33.5 %-os van. • Kétértékű nagyon erős sav. Tömény H2SO4 erősen vízelvonó, még szerves vegyületekből is elvonja a H és O-t → elszenesíti őket.

Szervetlen kémia Kén vegyületei

Kénsav (H2SO4) • Egyik legnagyobb mennyiségben előállított vegyszer (szinte minden vegyiipari ágazatban használt alapanyag) Max. 98 %-os vizes oldatát használják (efölött SO3 párolog ki belőle). Akkumulátorban 33.5 %-os van. • Kétértékű nagyon erős sav. Tömény H2SO4 erősen vízelvonó, még szerves vegyületekből is elvonja a H és O-t → elszenesíti őket.

• Tömény forró kénsav erős oxidálószer, de HNO3-nál gyengébb. • Autoprotolízis: 2H2SO4 H3SO4

+ + HSO4- K=2.7.10-4 (mol/dm3)2

sokkal erősebb mint a vízben (10-14), vezeti az áramot. • Vízben disszociációja: H2SO4 + H2O = H3O

+ + HSO4- (hidrogén-szulfátion)

HSO4- + H2O = H3O

+ + SO42- (szulfátion)

• Szulfátok (SO42-)

• Tetraéderes szerkezetű, de – a sok helyen látható ábrával ellentétben - a 4 oxigén ekvivalens, 8 e--ból álló delokalizált p-rendszer van a 4 s S-O kötés körül. • Fontosabb szulfátok: PbSO4, CaSO4, MgSO4, CuSO4

.5H2O (növényvédőszer)

Szervetlen kémia Halogéncsoport

VII/A. oszlop • Elektronszerkezet: ns2np5

• F, Cl, Br, I nemfém, At (mesterséges elem) félfém • Elektronegativitás: 4.0-2.2 • Kis EN-ú elemekkel ionos, nagy EN-ú elemekkel kovalens kötésű vegyületeket alkotnak. • Vegyérték: 1, 3, 5, 7 (oxidációs szám: -1, +1, +3, +5, +7) kivéve a F, aminek oxidációs száma csak -1 lehet. • Erős oxidálószerek (anionná redukálódnak) • Kétatomos molekulákat képeznek. • Színesek: molekuláik a látható fény hatására gerjesztődnek. • Szobahőmérsékleten F, Cl gáz, Br folyékony, I szilárd. • Előfordulás: tengervízben, ásványvizekben, többnyire Na-só formájában.

Fluor (F)

• Legerősebb oxidáló elem, nemesgázokkal is (Kr, Xe, Rn) reagál. • Megtámadja a legtöbb elemet: esetenként a fejlődő hő mellett fényeffektus.

Szervetlen kémia Halogéncsoport

Fluor fontosabb vegyületei • Hidrogén-fluorid (HF): középerős sav, üvegmaratásra használják SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O Erős hidrogénkötés: H2F2, H4F4, H6F6 asszociátumokat képez • Nátrium-fluorid (NaF): fogpasztában • Nátrium-[hexafluoro-aluminát] = kriolit (Na3[AlF6]) Al gyártásban elektrolízisnél: 1000 ºC-os olvadéka oldja a timföldet (enélkül 2000 ºC kellene)

Klór (Cl)

• Fojtó szagú gáz, elemi állapotban vulkáni gázokban • Reaktivitása hasonló (csak gyengébb) a fluoréhoz • Előállítás: NaCl vizes oldatának elektrolízise → Cl2 + H2

• Felhasználás: fertőtlenítés (víz, gyógyászat) Cl2 + H2O HCl + HClO HClO → HCl + O

Hidrogén-klorid (HCl)

• Szúrós szagú gáz, vizes oldata a sósav (erős sav), kis koncentrációban gyomorban • Előállítás: NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl • Felhasználás: PVC gyártás, gyógyszeripar + sok egyéb iparágban

Szervetlen kémia Halogéncsoport

Bróm (Br)

• Vörösbarna, rossz szagú folyadék (büzeny) • Klóréhoz hasonló jellegű reaktivitás (de gyengébb) • Felhasználás: KBr, NaBr-t nyugtatóként a gyógyászatban AgBr-t a fényképészetben

Jód (I)

• Szürke kristály, sárgásbarna vizes oldat, lila gőz

Szervetlen kémia Halogéncsoport

Jód (I)

• Vízben rosszul oldódik, de KI-os oldatban már jól: I2 + I- = I3- komplex ion

• Oxidálószer (leggyengébb a halogének közül) • Fontos élettani szerep: pajzsmirigy által termelt tiroxin növekedési hormon Hiánya: pajzsmirigy megnagyobbodás (golyva), törpeség, szellemi visszamaradottság

Napi szükséglet felnőttkorban: 0.15 mg (jódozott só) De: 2-3 g már halálos méreg • Előfordulás: tengervíz, édesvíz (század mg/dm3), NaIO3 salétrombányákban • Radioaktív jód: 131I (urán maghasadásakor), felezési ideje 8 nap Illékony, levegőben relatíve nagy koncentráció katasztrófa esetén. Pajzsmirigyben összegyűlik → daganatos betegség.

Védekezés: napi 130 mg KI tabletta • Előállítás: NaIO3 + 3 NaHSO3 = NaI + 3NaHSO4

NaIO3 + 5NaI + 3H2O = 3I2 + 6NaOH • Felhasználás: halogén izzólámpákban W szál párolgásának csökkentésére AgI felhőkbe porlasztása: eső indítás 3 %-os alkoholos—vizes oldatát fertőtlenítésre (oxidáló hatása miatt) analitikai laborokban: reagens

Szervetlen kémia Nemesgázok

Általános tulajdonságok

• Elektronszerkezet: ns2 np6

• Egyedüli elemek, amelyek atomos állapotban természetben előfordulnak • A zárt elektronhéj miatt meglehetősen inertek, a magasabb rendszámúak laboratóriumi körülmények között reakcióba vihetők: Xe[PtF6], XeF2, KrF4, BaKrO4

• Szilárd halmazállapot: „molekularács” – diszperziós kölcsönhatásokkal • Legelterjedtebb felhasználás: fénycsövek, izzólámpák töltése - kisnyomású nemesgáz (általában keverék) + többnyire kevés Hg vagy fémsó - feszültség hatására elektromos kisülés → ionizálja a gázt

- szabaddá váló elektronok gyorsulnak a feszültség hatására, ütköznek a gázfázisban levő atomokkal, ionokkal, ezzel gerjesztik elektronjaikat. A gerjesztett elektronok visszakerülve az alapállapotba UV és látható fotonokat sugároznak ki.

Hélium (He)

• H után a leggyakoribb a világegyetemben, s legkönnyebb → léghajók, léggömbök

• Előállítás: földgáz cseppfolyósításakor gázfázisban marad, uránkőzetek hevítése • Hűtőanyag szupravezető mágnesekben, kriogenikában (< -150 ºC) • He-Ne lézer különböző műszerekben

Szervetlen kémia Nemesgázok

Argon (Ar)

• Föld légkörének 0.93 %-át alkotja

• Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált lepárlásával • Védőgáz fémkohászatban, ívhegesztésnél • Hőszigetelt üvegben az üveglapok között • Élelmiszeriparban csomagológáz

Kripton (Kr)

• Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált lepárlásával • Izzólámpa töltőgáza (Bródy Imre, TUNGSRAM)

Xenon (Xe)

• Elsőként előállított nemesgáz vegyület: Xe[PtF6].

• Előállítás: cseppfolyós levegő frakcionált lepárlásával • Xeonlámpa töltőgáza (vakuk) • Űreszközök ionhajtóművének hajtóanyaga (ionizációs kamrában ionizálják, majd az ionokat elektromos térben felgyorsítva kilövik. Kis, de hosszú ideig egyenletes tolóóerő: bolygóközi utazásra optimális.

Radon (Rn)

• Radioaktív háttérsugárzás 40 %-a, forrása a kőzetekben levő rádium. Összegyűlik a lakóhelyiségek légterében. Tüdőrák 2. leggyakoribb okozója.

Szervetlen kémia Átmeneti 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 kémia 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: d-vas (0.293 nm élhossz.)

1394-912 ºC: g-vas – lapon középpontos kockarács (0.368 nm élhossz) – kisebb sűrűség 912 ºC alatt: a-vas – térben középpontos kockarács (0.290 nm élhossz) 770 ºC: mágnesezhetőség határa

Kémiai 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 kémia

Nyersvasgyártás:

• Fe2O3/Fe3O4 Fe • vasérc megfelelő méretre aprítása • 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 • salakképző (mészkő, dolomit) hozzákeverése: kén eltávolítása CaS-ként (minőséget ront) • 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 kémia

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 kémia

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 kémia

Szervetlen 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 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 kémia

Ezüst:

• 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 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 ablakok

Higany:

• 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