Műszaki kémia

1. Műszaki kémia Előadó: Dr. Dóró Tünde 2011/12, I. félév V. előadás

2. Hidrogén (H) Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

3. A természetben az elemi hidrogén kétatomos gáz(H2) alakjában fordul elő,apoláris szerkezetű,igen stabilis,a H-H kötés egyike a legerősebb kötéseknek. Elektronszerkezete:1s1 Relativ atomtömeg:1,008 Fizikai tulajdonságai: Színtelen,szagtalan,nem mérgező gáz.Sűrűsége 14,4-szer kisebb a levegőnél,nagy a diffúziósebessége,a fajlagos hőkapacitása,hővezető képessége,elektromos vezetése. Olvadáspontja:-259,3°C Forráspontja:-252,8 °C Kritikus hőmérséklete:-239,9°C -nehezen cseppfolyósítható. Vízben igen kevéssé oldódik,de egyes fémek oldják (platinafémek,palládium)- pl.katalizátorlehet, de a vasat törékennyé teheti(hidrogénridegség). Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

4. Kémiai tulajdonságai A hidrogénatom egyetlen protonból és egyetlen elektronból áll. Oxidációs száma vegyületeiben elektronleadás esetén +1, elektronfelvételkor -1. Egy elektronja leadásával pozitív hidrogénion (H+) keletkezik, ami elektronhéj nélküli atommag (proton) - az igen kis térfogatban koncentrált pozitív töltés erősen polarizáló hatást fejt ki a vele vegyülő atomok elektronfelhőjére, azokba teljesen belemerül, így az elektronfelhő mindkét atomot körülveszi, poláris kovalens kötés jön létre. Pozitív oxidációs számmal csak kovalens kötésű vegyületekben szerepelhet, ilyen a nemfémekkel alkotott összes vegyülete . Vizes oldatban mindig a poláris vízmolekulához kapcsolódik: H3O+ oxóniumionként van jelen az oldatban. Nagy elektronegativitású elemek (F, O, N) két atomja között hidrogénhíd jöhet létre, ilyenkor a hidrogén az egyik atomhoz poláris kovalens kötéssel kapcsolódik, a másikhoz hidrogénkötéssel. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

5. A hidrogén egy elektron felvételével 1s2 konfigurációjú telített héliumhéjjal rendelkező iont képez, (H-) –negatív hidrogéniont = hidridiont,mely az erősen pozitív fémekkel (alkáli-, alkáliföldfémek) alkotott vegyületekben ún.sószerü hibridekben fordul elő (NaH,CaH2). A hidridek ionrácsot alkotnak, olvadékuk elekrolízisénél a negatív hidrogénion az anódhozvándorolva veszíti el töltését és ott kiválik hidrogéngáz formájában. Levegőn vagy oxigéngázban meggyújtva vízzé ég el: 2 H2 + O2 = 2 H2O Nagy hőmérsékleten (600°C) vagy katalizátorok jelenlétében O2-nél robbanásszerű hevességgel egyesül vízzé (durranógáz-reakció). A hidrogén és klór 1:1 arányú elegye szintén robbanásszerű hevességgel egyesülhidrogén-kloriddá a klórdurranógáz-reakcióban: H2 + Cl2 = 2 HCl Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

6. Fontos redukálószer: CuO + H2 = Cu + H2O A réz(II) - oxid hidrogénáramban izzítva fém rézzé redukálódik. Gyakran használják a szerves kémiában is redukálószerként, pl.: telítetlen szénhidrogének telítésére katalizátorok jelenlétében (Pt vagy Ni): katalitikus hidrogénezés. Előfordulása: A Földön elemi állapotban csak ritkán fordul elő, kötött állapotban a gyakori elemek közé tartozik: víz, szénhidrogének, a világűrben pedig a legelterjedtebb elem, az állócsillagoknak és a csillagködöknek anyaga túlnyomórészt hidrogén. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

7. Előállítása • Laboratóriumban savakból fémekkel, pl.: Zn + H2SO4 = ZnSO4 + H2 Az alkálifémek már vízzel is hevesen hidrogént fejlesztenek: 2 Na + 2 H2O = 2 NaOH + H2 A reakció igen heves. Az amfoter jellemű fémek, pl.: alumínium és cink lúgokból is fejlesztenek hidrogént. • Ipari előállítási módszerek: Vízgázreakcióval izzó szén és vízgőz 1000 °C-on hidrogénné és szén-monoxiddá alakul: C + H2O = CO + H2 A keletkezett CO vasoxid - katalizátor jelenlétében szén-dioxiddá alakítható víz hatására 450 °C-on és újabb molekula H2 keletkezik: CO + H2O= CO2 + H2 A gázelegyből a szén-dioxid vízzel nyomás alatt kimosható. Földgázból-a metán 1000 °C-on aluminium-oxid-katalizátor jelenlétében szén-monoxiddá és hidrogénné alakítható: CH4 + H2O = CO + 3 H2 Elektrolitikus úton a víz elektrolízisével a katódfolyamatban hidrogén gáz fejlődik: 2H+ + 2 e- = H2 Pl.: kénsavoldatot vagy nátrium-klorid vizes oldatot elektrolizálnak. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

8. Felhasználás Szervetlen vegyületek alapanyaga: pl.: sósavgáz, ammónia, hidrogéncianid Szerves vegyipari szintézis alapanyaga: pl.: metanol, formaldehid, mesterséges benzingyártás Élelmiszeripar: telítetlen növényi olajok keményítése (margaringyártás) Fontos redukálószer, kohászatban védőgázként használják: nagy tisztaságú fémek előállításánál WO3 + 3H2 = W + 3H2O A folyékony hidrogén és oxigén elegye rakétahajtó anyag. Más gázokkal elegyítve ún.: tüzelőanyag-elemben fontos fűtőgáz. Hidrogéngázt használnak magas hőmérsékletű láng előállítására is (autogénhegesztés és vágás) Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

9. A HIDROGÉN IZOTÓPJAI A természetben 99,985%-ban az 1-es tömegszámú H – izotóp fordul elő. 0,015%-ban deutérium, a 2-es tömegszámú nehézhidrogén van (egy proton és egy neutron), a deutérium a termonukleáris reakciók kiindulási anyaga. Harmadik izotóp, a radioaktiv trícium (egy proton és két neutron), béta-sugárzás kibocsátása közben bomlik, felezési ideje 12,5 év, a természetes hidrogénben elenyésző mennyiségben van. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

10. Nemesgázok 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 10

11. A külső elektronhéj szerkezete: s2p6 Hélium(He), Neon(Ne), Argon(Ar), Kripton(Kr), Xenon(Xe), Radon(Rn) A nemesgázok fizikai és kémiai tulajdonságai közvetlenül levezethetők a lezárt külső héjú, kémiailag igen stabilis elektronszerkezetükből (nemesgáz-konfiguráció, elektronoktett). Atomjaik nem egyesülnek molekulákká, önálló egyatomos molekulák, közöttük csak a van der Waals-féle erő hat. Alacsonyak az olvadás- és forráspontjaik, szintelenek, szagtalanok, vízben rosszul, cseppfolyós levegőben jól oldódnak. Előfordulásuk elemi állapotban a levegőben: He 5.10-6 tf%, Ne 1,5.10-5 tf%, Ar 0,932 tf%, Kr 10-6 tf% , Xe 10-7 tf%, és a Rn 5.10-20 tf% (radioaktiv bomlás termékeként). A He földgázban és uránércekben ásványi zárványként is előfordul,a világegyetem második legelterjedtebb eleme. Előállitása földgázból a többi alkotó cseppfolyósításával, ásványokból hevítéssel történik A Ne, Ar, Kr, Xe cseppfolyós levegő frakcionált desztillálásával állítható elő. A Rn radioaktív elemek bomlástermékeként állítható elő. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

12. Felhasználás He: léggömbök töltése, atomreaktorban hűtőgáz, világítástechnika, radioaktív kormeghatározás, oxigénnel keverve mesterséges levegő búvárok részére Ne: fénycsövek töltése (narancsvörös fény) Ar: védőgázhegesztésnél, egyes fémek előállításánál, kémiai reakcióknál, fénycsövek töltése (kék fény) Kr: izzólámpák töltése Xe: izzólámpák töltése Rn: gyógyászat (gyógyvizekben), Berilliummal keverve neutronforrás (geológiai rétegek szelvényezésére) Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

13. Az s-mező fémei Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

14. Az s-mező elemei az alkálifémek (I. oszlop) és az alkáliföldfémek(II.oszlop). Külső elektronhéjukon csak egy illetve két s-elektron van. A hasonló elektronszerkezet miatt sok közös tulajdonságuk van: kis elekronegativitás, erősen negatív elektrokémiai standardpotenciál, nagy reakcióképesség, hasonló reakciók. Alkálifémek: a külső elektronhéj szerkezete- s1 Li, Na, K, Rb, Cs, Fr Elnevezésük onnan származik, hogy hidroxidjaik maró hatású lúgok. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

15. Szerkezet, tulajdonságokA legreakcióképesebb és a legkisebb elektronegativitású fémek, a külső elektronhéjukon lévő egyetlen elektronjukat könnyen leadják és +1 töltésű, nagyon stabilis nemesgázhéjú ionná alakulnak. Oxidációs számuk vegyületeikben mindig +1!Tipikusan ionos kötésű vegyületeket képeznek, vízben általában jól oldódnak.Jellemző a lángfestésük: Li-kárminvörös, Na-narancssárga, K-fakóibolya, Rb-vörös, Cs-kékOlvadás – és forráspontjuk alacsony, a relatív atomtömeggel, vagyis az atom méretének növekedésével csökken. Lágyak, késsel vághatók, ezüstfehér szinűek. Az elektromos áramot jól vezetik. Könnyűfémek, sűrűségük általában nő a relativ atomtömeggel. Higanyban oldódva amalgámot képeznek. Kémiai változás nélkül oldódnak cseppfolyós ammóniában is.Halogénekkel tűztünemény közben egyesülnek. Levegőn gyorsan oxid-, illetve nedves levegőn hidroxidréteg képződik felületükön (Li kivétel), ezért petróleum alatt tartják. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 15

16. A legerősebb redukálószerek. Levegőn hevítve a Li oxiddá, a többi peroxiddá ég el: 4 Li + O2 = 2 Li2O és 2 Na + O2 = Na2O2 Hidrogénnel hevítve hidrideket képeznek (pl.:LiH) - itt a hidrogén negatív alkotórész. Vízzel is hevesen reagál, bontja hidrogénfejlődés közben: 2 K + 2 H2O = 2 KOH + H2 A keletkezett hidroxidok a legerősebb bázisok. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

17. Élettani hatásuk A kálium és a nátrium vegyületeik formájában nélkülözhetetlenek az élő szervezetekben, biztosítják a sav-bázis egyensúlyt és a megfelelő ozmózisnyomást. A növényeknek a káliumsók különösen fontosak (káliműtrágyák). Előfordulás Szabad állapotban a nagy reakcióképességük miatt nem fordulnak elő, a kálium és a nátrium vegyületei igen elterjedtek, főként alumíniummal alkotott szilikátjaik a földkéreg jelentős részét képezik: legfontosabbak a földpátok /nátronföldpát - NaAlSi3O8 és káliföldpát - KAlSi3O8/. A Na fontosabb ásványai: kősó-NaCl, nátronsalétrom-NaNO3, szóda vagy sziksó-Na2CO3, Glaubersó - Na2SO4· 10 H2O, bórax - Na2B4O7·10 H2O, kriolit-Na3(AlF6) A tengervíz 2,5 tömeg% NaCl-ot tartalmaz oldva. A K legfontosabb ásványa a szilvin-KCl és a karnallit - KCl. MgCl2, ezek a tengerek bepárlódásakor keletkezett sótelepek felső rétegében találhatók. A növények is sok káliumsót tartalmaznak. A Li ritka elem, néhány csillám alkotórésze, a Rb és a Cs még ritkábbak, a természetben a K kísérői. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

18. Előállítás Olvadékelektrolízissel állítják elő őket, elsősorban kloridjaikból, gyakran más sókkal keverve az olvadáspont csökkenthető. Az anód grafitból van és gyűrű alakú vaskatód veszi körül. A katódon keletkező folyékony fém kisebb sűrűségű, mint az olvadék ezért felfelé mozog és a katódtér felső részén elvezethető. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

19. Felhasználás Li: kohászatban ötvözőanyag, kőolajiparban katalizátor és kéntelenitő, nukleáris technikában a 6-os tömegszámú Li nagy neutronelnyelő képessége miatt árnyékolószer és a termonukleáris reakció egyik kiindulási anyaga, a 7-es tömegszámú Li kis neutronelnyelő képessége miatt reaktor-hűtőfolyadék és neutronlassító,a litiumszappanok kiváló kenőanyagok. Na: a legnagyobb mennyiségben alkalmazzák, redukálószer, a kohászatban pl.: Ti előállításánál használják, fontos reagens a szerves szintéziseknél, víztelenítőszer (NaHg), nátriumvegyületek előállítása (NaOH, Na2O2), cseppfolyós állapotban atomreaktorok hűtőfolyadéka, nátriumgőzlámpák, gázelnyelő anyag ún. getter a vákuumtechnikában. K: fotocellákban emissziós réteg (fotokatód), cseppfolyós állapotban atomreaktorok hűtőfolyadéka, műtrágya. Rb: emissziós réteg fotocellákban, elektronsokszorozókban, gázelnyelő anyag röntgencsövekben és nagy teljesítményű lámpákban. Cs: fotokatód fotocellákban, elektronsokszorozókban, televíziós adócsövekben, izzókatód - a hőenergiát elektromos energiává alakító termoemissziós elemek fő alkotóeleme, gázelnyelő anyag röntgen - és erősítőcsövekben, atomórák része, mesterséges radioaktiv izotópjait gyógyászatban és anyagvizsgálatban alkalmazzák. Fr: csak elméletileg van jelentősége. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

20. Alkáliföldfémek : A külső elektronhéj szerkezete - s2 Átmenetet képeznek az alkálifémek és a földfémek között, nevüket is ezért kapták. Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra Szorosan véve csak a Ca, Sr és Ba igazi alkáliföldfém. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 20

21. Tulajdonságok Az alkálifémek után a legreakciósabb fémek. Oxidációs számuk vegyületeikben mindig +2. Két külső elektronjuk leadásával stabilis nemesgázhéjú ionok keletkeznek, kétszeresen pozitív töltésük miatt sugaruk kisebb, mint az alkálifémionoké. Az elektronegativitás az atom méretének növekedésével csökken, a reakcióképesség pedig nő. A kalcium, stroncium és bárium vegyületei még ionkötésűek, de a magnéziumnál az ionvegyületek mellett már ionos-kovalens átmeneti kötésű vegyületek is találhatók. Fehér színű, friss vágási felületükön csillogó fémek, levegőn gyorsan oxidálódnak. Sűrűségük nagyobb az alkálifémeknél, de még így is könnyűfémek. A Be kemény és rideg fém, a többiek puhábbak, nyújthatók. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

22. A kalcium lángfestése téglavörös, a stroncium kárminvörös és a bárium fakózöld színre festik a lángot. Oxigénben és levegőn könnyen éghetőek, vízzel a Be nem reagál, a Mg csak lassan reagál szobahőmérsékleten, a többi viszont bontja a vizet is. Ca + 2 H2O = Ca(OH)2 + H2 Élettani hatásukat tekintve a Mg és a Ca az élő szervezetekben fontos szerepet játszik, a Be maga, vegyületei és a bárium oldható vegyületei viszont már veszélyes mérgek. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

23. Előfodulás Csak vegyületeikben fordulnak elő. A Ca és a Mg a leggyakoribb elemek közé tartozik. Legfontosabb ásványaik: magnezit (MgCO3), dolomit [CaMg(CO3)2], mészkő(CaCO3), - utóbbi kettő hegységeket alkot, apatit [Ca5(PO4)3F], anhidrit (CaSO4), gipsz (CaSO4·2H2O), fluorit vagy folypát (CaF2). A tengervízben a Na után a legnagyobb mennyiségben a Mg (MgCl2, MgSO4), majd a Ca(CaSO4) fordul elő. Nagyon gyakoriak szilikátjaik is. A Be ritka elem, legfontosabb érce a berill (Be-Al-szilikát), amelynek néhány tized% króm(III) - oxiddal szennyezett változata a zöld smaragd drágakő. A Sr és a Ba közepes gyakoriságú, általában a Ca kísérői, önálló ásványuk a viszonylag ritka stroncianit (SrCO3) és a nagyobb mennyiségben előforduló barit vagy súlypát(BaSO4). Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

24. Előállításuk leginkább kloridjaik olvadékelektrolízisével történik. A Mg-ot gyakran karbotermikus eljárással, míg a Ba-ot pedig higanykatódos elektrolízissel a kloridjának vizes oldatából állítják elő. Felhasználásuk: Be: Cu, Al, Fe ötvöző anyaga, növeli a szilárdságot és korrózióállóságot – Fontosabb ötvözetei: Be-Cu = berilliumbronz kiváló rugóanyag, nem szikrázik 62%Be-38%Al ötvözetet a repülőgépipar használja Be-Fe = berilliumacél ,rugókat készítenek belőle A röntgensugárzást átengedi: röntgenablak Radonnal vagy rádiummal keverve neutronforrás Atomreaktorokban moderátor Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

25. Mg: A legnagyobb mennyiségben alkalmazzák, könnyűfémek ötvözőanyaga, különösen Al - ötvözetei jelentősek Redukáló – és dezoxidálószer a kohászatban Pirotechnika (tűzijátékok) Szerves folyadékok víztelenítése Szerves szintézisekben fontos reagens Ca: A csapágyfém egyik ötvözőeleme Redukálószer Víztelenítőszer Ni és Cu kohósításánál dezoxidáló- és kéntelenítőszer Gázelnyelő anyag Szerves szintézisek fontos reagense 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 25

26. Sr: Acél kén-és foszformentesítése Ólomból készült akkumulátorlemezek szilárdítása Vákuumtechnikában gázelnyelő anyag Mesterséges radioaktív izotópjait az izotóptechnika alkalmazza Ba: Csapágyfémötvöző, növeli az ólom keménységét Gázelnyelő anyag (getteranyag) Ra: Nukleáris technika(magreakciók) Daganatos megbetegedések kezelése Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

27. A p-mező fémei 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 27

28. Az alumíniumcsoport, a III. oszlop fémes elemei: a külső elektronhéj szerkezete- s2p1 Az alumíniumcsoport fémeit földfémeknek is nevezik, mivel vízben oldhatatlan oxidokat, régi elnevezéssel földeket (timföld) alkotnak: Al, Ga, In, Tl Az Al könnyűfém, a többi nehézfém. Általában jó elektromosságvezetők. A Ga, In, Tl tulajdonságai nagymértékben hasonlítanak egymáshoz (triádot alkotnak) /Az Al viszont a Sc-csoportra emlékeztet, mivel az Al külső héja alatt s2p6 nemesgázhéj van/ Vegyületeikben elsősorban +3 oxidációs számmal szerepelnek, az atomtömeg növekedésével a +1 oxidációs szám is előfordul a Tl esetén. Mérgező hatásuk a rendszám növekedésével nő. Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

29. A legfontosabb közülük az Al, a többi a természetben csak ritkán fordul elő. A Ga az Al-mal együtt a magyar bauxitban is található, előállítása a timföldgyári aluminátlúgokból elektrolízissel történik. Al: ezüstfehér, könnyen nyújtható, hengerelhető, könnyűfém, hővezetése kb 50%-a, elektromosságvezetése kb 60%-a a rézének. Kémiai tulajdonságai Erősen negatív elektrokémiai standardpotenciálú, kis elektronegativitású, vegyületeiben +3-as oxidációs számmal szerepel. Levegőn illetve vizben nem változik, mert felületét összefüggő, néhány molekularéteg vastagságú, szabad szemmel nem látható oxidréteg fedi. Amfoter jellegű: Savakban és lúgokban is oldódik hidrogénfejlődés ill. utóbbi esetben H2 és hidroxokomplex képződése közben. 2 Al + 6 HCl = 2 AlCl3 + 3 H2 2 Al + 2 NaOH + 6 H2O = 2 Na[Al(OH)4] + 3 H2 Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

30. Előfordulás A természetben az oxigén és a szilícium után, vegyületei formájában a harmadik legelterjedtebb elem. A legfontosabb szilikátoknak (földpátok, csillám) lényeges alkotórésze. Előfordul még Al2O3-ként (korund) is, ennek színezett formái drágakövek (vörös szinű rubin és a kék szinű zafír). Technikai szempontból jelentős a kriolit [Na3(AlF6)]. Hazánkban vörös színű bauxit van, melyben hidroxidok formájában fordul elő az Al- AlO(OH), ezen kívül mindig tartalmaz más oxidokat is: Al2O3 : 50-60% Fe2O3: 20-30% H2O: 10-30% (kémiailag kötött) SiO2: 2-10% TiO2: 2-6% V2O5: 0,04-1% Ga2O3: 0,002-0,003% Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde

31. Előállítása : Timföldgyártás (Al2O3) Timföld elektrolízise 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 31

32. A tiszta timföld előállítására a Bayer-eljárást használják, ami az Al amfoter tulajdonságán alapul. A megfelelően előkészített (szárított, őrölt) bauxitot NaOH-dal feltárják, amikor Al tartalma Na-aluminát alakban kioldódik: Al(OH)3 + NaOH = Na[Al(OH)4] ill. AlO(OH) + NaOH +H2O = Na[Al(OH)4] A szennyező oxidok ilyen körülmények között nem oldódnak ki, ezek az ún vörösiszap formájában ülepitéssel, ill. szűréssel elkülöníthetők. Az értékes vanádium és gallium vanadát és gallát formájában szintén feloldódik. Az aluminátoldatot lehűtik, vízzel higítják, kristályos Al(OH)3-ot adnak hozzá (beoltják) és erőteljesen keverik, így az aluminát elbomlik: Na[Al(OH)4] = Al(OH)3 + NaOH A kicsapódott Al(OH)3 –ot szűrés és kimosás után forgó csőkemencében kiizzítják (kalcinálják): 2 Al(OH)3 = Al2O3 + 3 H2O 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 32

33. A timföld olvadékának elektrolizisénél gond, hogy igen magas az olvadáspontja (2050°C ), ezért olvasztott kriolitban oldják –Na3[AlF6]-, a kriolitból és aluminium-oxidból képezhető legalacsonyabb olvadáspontú elegy (eutektikum) olvadáspontja csak 935°C. A gyakorlatban 950°C körüli hőmérsékleten grafitelektródokkal végzik az elektrolízist, a katód az elektrolizálókád grafitbélése, amelyen az Al kiválik: Al3+ + 3 e- = Al Az anódként kapcsolt grafitrudakon oxigén szabadul fel: O2- = ½ O2 + 2 e- A képződő oxigén az anód szenével CO2-dá alakul, így az anód anyaga fogy, időnként új anód kell. Az olvadt Al a kád aljáról folyamatosan elvezethető. Az Al-t elektrolitikusan tisztítják és 99,99%-os Al nyerhető. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 33

34. Felhasználás Al: Elekromos vezetékek Alufólia Redukálószer a kohászatban Dezoxidálószer (acélgyártás) Hegesztés Ötvözetek alkotórésze Ga: Hőmérők töltése (1000 °C-ig) Atomreaktorok hűtőfolyadéka (ötvözeteiben) Félvezető pl a GaAs In: Korróziógátló csapágyfémadalék Kis olvadáspontú forraszok alkotórésze Egyes vegyületei félvezetők Tl: Ólommal alkotott ötvözetei korrózióállóak Ólomalapú csapágyfémek deformációállóságát növeli Egyes vegyületei félvezetők 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 34

35. Legfontosabb alumíniumötvözetek Alumíniumbronz: 90-95% Cu - nagy szakítószilárdság, vegyi ellenállóság (pénzérmék, mérlegek, órarugók, gépelemek) Devardaötvözet: 50% Cu, 5% Zn-savval és lúggal is hidrogént fejleszt, rideg, porítható (laboratóriumi redukálószer) Duraluminium: 2,5-5,5% Cu, 0,2-2% Mg, 0,5-1,2% Mn, 0,2-1,0% Si-nagy szilárdságú, nemesíthető, kovácsolható (repülőgép-és járműipar nagy igénybevételnek kitett alkatrészek) Hidronálium: 3-12% Mg-korrozióálló, tengervízálló (hajóalkatrészek, gépjárművek alkatrészei) Szilumin: 11-13,5% Si, 0,3-0,5% Mn-szilárd, korrózióálló, hegeszthető, önthető (vegyipari készülékek, járművek alkatrészei, motordugattyúk, hengerfejek) 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 35

36. Óncsoport : Ón (Sn) és Ólom (Pb) A legkülső elektronhéj szerkezete: s2p2 Az ón oxidációs száma lehet +2 és +4 , az ón (II)-vegyületek kevésbé stabilisak, erősen redukáló hatásúak. Az ólom stabilis oxidációs száma +2, ritkábbak az ólom (IV) - vegyületek és oxidáló hatásúak. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 36

37. Sn: több allotróp módosulata van, szobahőmérsékleten ezüstfehér, fémes fényű fehérón, 13,2°C alatt mikrokristályos szürkeón, 161°C fölött pedig a rideg, törékeny gammaón. A fehérón jól nyújtható, fóliává hengerelhető(sztaniol). Felületén vékony oxidréteg képződik. Amfoter jellemű, savban és lúgban is oldódik hidrogénfejlődés közben: Sn + 2 HCl = SnCl2 +H2 Sn + 2 NaOH + 2 H2O = Na2 [Sn(OH)4] + H2 Tömény salétromsavban nem oldható, mert vízben oldhatatlan fehérón(IV) - oxid keletkezik. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 37

38. Az ón legfontosabb érce az SnO2 (ónkő), előállítása oxidjából történik szénnel való redukcióval: SnO2 + 2 C = Sn + 2 CO Felhasználás Az ón a legrégebben ismert fémek közé tartozik, sok dísztárgy, edény készült belőle, ma a vas korrózió elleni védelmére, vaslemezek bevonására (fehér bádog) használják. Konzervdobozok belső bevonataként is alkalmazzák. Ötvözetek alkotórésze: Bronz – réz + ón (10-25%) Csapágyfém - réz, ón, antimon, ólom, cink Forrasztóón - ón (40-74%) + ólom Dísztárgyak- ón (85-90%) + antimon + réz 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 38

39. Pb: sötétszürke, friss vágási felületén fehéren csillogó,nagy sűrűségű,igen lágy fém.Könnyen hengerelhető,nyújtható. Felületén levegőn oxidréteg, szénsav jelenlétében pedig oldhatatlan bázisos ólom-karbonát - réteg képződik (vízvezeték cső). Nem amfoter jellemű, lúgban nem oldható, de oxidja és hidroxidja már amfoter. Tömény kénsav és salétromsav oldja . Erősen mérgezőek az oldható vegyületei és az elemi Pb-por. Legfontosabb érce a galenit (PbS), van még a cerusszit (PbCO3) és a vörös ólomérc (PbCrO4), előfordul urán-és tóriumtartalmú kőzetekben is, mint a természetes radioaktiv bomlási sorozatok stabilis végterméke. Az Pb-tartalom alapján meghatározható a kőzetek kora. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 39

40. Előállítása: galenitből történik kétféle módon Redukciós eljárásnál a galenitet pörköléssel ólom(II) - oxiddá alakítják, amelyet szénnel redukálnak: 2 PbS + 3 O2 = 2 PbO + 2 SO2 PbO + C = Pb + CO Reagáló olvasztás lényege, hogy az ólom -szulfidot csak részben alakítják át pörköléssel oxiddá, a keletkezett oxid és a megmaradt szulfid reagál egymással és belőlük fémólom keletkezik, külön redukálószer alkalmazása nélkül: PbS + 2 PbO = 3 Pb + SO2 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 40

41. Felhasználás Vízvezeték csövek, kábelköpenyek készítése, ólomakkumulátorok lemezeként. Vegyipari berendezések készítése (saválló), a röntgen és gamma-sugarakat elnyeli ezért fontos a sugárzás elleni védekezésben is. Ötvözetei: betűfém (kb 80% Pb+Sb+Sn), sörét (As tartalmú Pb), csapágyfém és forrasztóón (60-25% Pb+Sn) Vegyületei közül legstabilisabb oxidja, a vörös színű Pb3O4 (2 PbO·PbO2, mínium) a korrózióvédelemben fontos. 2011/12 I.félév Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde 41

42. Köszönöm a figyelmet! Műszaki kémia - Dr. Dóró Tünde