KOBALT, NIKL, ŽELEZO

1. KOBALT, NIKL, ŽELEZO Faixová, Havlínová, Kyselová, Veselská

2. Kobalt

3. Využití • Hutnictví (zlepšování vlastností slitin při barvení skla) • Ocelářství-slitiny (obrábění kovů, turbíny leteckých motorů,…) • Galvanické pokovování (ochrana méně ušlechtilých kovů proti korozi) • Barvení skla a keramiky (bělidlo k optickému vyrovnání žlutavého nádechu, který vytváří železnaté sloučeniny) • Zdroj radioativního záření (ozářením stabilního izotopu vznikne nestabilní, ten se dá využívat např jako „kobaltová“ jaderná bomba)

4. Výroba • Výroba kobaltu se nejčastěji provádí tavením kobaltové rudy za přítomnosti ledku a sody. Tavenina se rozpustí v kyselině chlorovodíkové, doprovodné kovy se z roztoku vysrážejí pomocí sirovodíku. Z filtrátu se po oxidaci vyloučí kobalt ve formě Co2O3.H2O, který se po kalcinaci redukuje antracitem v elektrické peci na surový kovový kobalt, z kterého se odlévají elektrody pro následnou elektrolytickou rafinaci. Výroba práškového kobaltu se provádí redukcí oxidu kobaltitého oxidem uhelnatým.

5. Výskyt • Nižší výskyt než Ni • 30. místo ve výskytu prvků na zemi • V zemské kůře • Podmořská ložiska (Tichý a Indický ocenán) • V mořské vodě • Doprovází jiné prvky (niklové rudy, měď , olovo, manganovou čerň,…) • V železných meteoritech • Kobaltové rudy (smaltin CoAs2, kobaltin CoAsS, heterogenit CoO(OH),…)

6. Vlastnosti z tabulky • Název: Kobalt • Mezinárodní název: Cobaltum • Protonové číslo: 27 • Značka: Co • Umístění v PSP: 9.skupina, 4.perioda • Počet přírodních izotopů: 1 • Relativní atomová hmotnost: 58,933195 • Elektronová konfigurace: [Ar] 3d7 4s2 • Oxidační číslo: -I, I, II, III, IV, V • Elektronegativita: 1,88

7. Vlastnosti fyzikální • Skupenství: pevné • Krystalová struktura: šesterečná • Hustota: 8,90 kg/dm3 • Tvrdost: 5,0 (Mohsova stupnice) • Teplota tání: 1495 °C (1768 K) • Teplota varu: 3100 °C (3473 K) • Molární objem: 6,67 · 10−6 m3/mol • Rychlost zvuku: 4720 m/s−1 • Měrná tepelná kapacita: 421 Jkg-1K-1 • Měrný elektrický odpor: 0,097 nΩ·m

8. Vlastnosti chemické • Lesklý • Šedý • Velmi tvrdý • Feromagnetické vlastnosti • Na vzduchu i ve vodě stálý • Dobře rozpustný ve zředěné kyselině dusičné, jinak středně až slabě rozpustný • Za vysokých teplot se slučuje s řadou prvků

9. Sloučeniny anorganické • V anorganických sloučeninách kobalt vystupuje v oxidačních stavech od Co1+ do Co5+, přičemž největší význam mají sloučeniny kobaltnaté a kobaltité.

10. Síran kobalnatý • CoSO4 • podobě svého heptahydrátu =kobaltnatá skalice • karmínově červenou barvu • je dobře rozpustný ve vodě • V roztoku vytváří podvojné sírany se sírany alkalických kovů. • Připravuje se rozpouštěním uhličitanu kobaltnatého nebo oxidu kobaltnatého v zředěné kyselině sírové.

11. Dusičnan kobalnatý • Co(NO3)2 • v hydratované podobě červená krystalická látka • dobře rozpustný ve vodě • Používá se v analytická chemii a v keramickém průmyslu • Při zahřívání se rozkládá na oxid kobaltnatý, oxid dusičitý a kyslík. • Připravuje se rozpouštěním uhličitanu kobaltnatého v kyselině dusičné.

12. Síran kobaltitý • Co2(SO4)3 • modrá krystalická látka • ve vodě se ihned rozkládá za vývoje kyslíku • v kyselině sírové se rozpouští bez rozkladu • Síran kobaltitý tvoří v roztoku se sírany alkalických kovů podvojné sírany – kamence. • Síran kobaltitý se dá připravit elektrolýzou koncentrovaného roztoku síranu kobaltnatého okyseleného kyselinou sírovou za použití diafragmy a chlazené anody.

13. Oxid kobaltitý • Co2O3 • v bezvodém stavu hnědý prášek • nerozpustný ve vodě, rozpustný v kyselinách na kobaltnaté soli a v koncentrovaném vroucím alkalickém hydroxidu na tetrahydroxokobaltnatany nebo hexahydroxokobaltnatany. • V přírodě se vyskytuje jako nerost stainierit. • Připravuje se oxidací hydroxidu kobaltnatého, ale pouze ve své hydratované podobě. • Žíhání na bezvodý oxid kobaltitý lze provést pouze za zvláštních podmínek. Běžně totiž dochází při zahřívání k odštěpení kyslíku a vzniku oxidu kobaltnato-kobaltitého.

14. Biologický význam • Kobalt je také součástí jednoho z důležitých členů vitaminů skupiny B, vitaminu B12. • Stopové množství kobaltu je důležité pro řadu živých organismů včetně člověka. • Koncentrace několika desetin miligramů kobaltu na kilogram půdy prokazatelně zlepšuje zdravotní stav pasoucího se dobytka. • Může nastat otrava kobaltem.

15. Nikl

16. Vlastnosti fyzicke- stříbrobílý, silně lesklý kov. Nikl se dá výborně leštit, je velmi tažný a dá se kovat, svářet a válcovat na plech nebo vytahovat v drátychemicke- na vzduchu stálý, teplota tání 1452°C,teplota varu 2840°C

17. Výskyt a výroba • výskyt-v přírodě se vyskytuje hlavně vázán na síru, arsen a antimonvýroba-používá se hlavně k výrobě slitin jako katalyzátor Orfordův proces:2Ni3S2 + 7O2 → 6NiO + 4SO2NiO + C → Ni + CO Přídavek niklu do oceli podstatně ovlivňuje její houževnatost a kujnost, ve slitinách hliníku zvyšuje jejich pevnost za vysokých teplot.

18. Důležité sloučeniny • nejčastěji ox.čísla II. • oxid nikelnatý-NiO-zelený pigment v keramickém průmyslu • Chlorid nikelnatý- NiCl2 je v bezvodém stavu zlatožlutá krystalická látka, v hydratované podobě je to zelená krystalická látka, dobře rozpustná ve vodě a lihu. • Oxid niklitý Ni2O3 je šedý až černý prášek, nerozpustný ve vodě, rozpustný v kyselinách

19. Význam • Nikl má schopnost pohlcovat velká množství vodíku a to zejména za zvýšené teploty. Proto se houbovitý nikl využívá jako katalyzátor při hydrogenacích

20. Železo

21. Tabulka • Chemická značka: Fe • Umístění v PSP: 8 skupina, 4. perioda, blok d • Elektronegativita: 1,83 • Relativní atomová hmotnost: 55,8 • Elektronová konfigurace: [Ar] 3d6 4s2 • Protonové číslo: 26 • Zařazení: přechodné kovy • Celá řada oxidačních stupňů, nejdůležitější: II,III- nejstabilnější ( el. Konfigurace d5)

22. Vlastnosti • Skupenství: pevné • Poměrně měkký, kujný • Světle šedý až bílý • Ferromagnetický (neušlechtilý) kov • Snadné rozpouští za působení minerálních kyselin • Malá odolnost proti korozi • Nejvyšší vazebná energie • Za vyšší teploty dobře reaguje s chlorem, fosforem a sírou • Teplota tání: 1538 °C (1811 K) • Teplota varu: 2861 °C (3134 K) • Ve zředěných kyselinách se dobře rozpouští za vzniku vodíku a železnaté soli • Dobře vede elektrický proud

23. Sloučeniny • Anorganické sloučeniny • Železnaté ( Fe2+) • -nejvýznamnější : síran železnatý ( = zelená skalice) • - dobře rozpustné ve vodě, většinou jsou bezbarvé až světle zelené • Železité ( Fe3+) • - oxid železitý (= hematit) • -vznik - oxidací železnatých solí • Železičité ( Fe4+) • - nejsou pro železo typické, běžný člověk se s nimi nesetká • Železové ( Fe6+) • - červená barva, na vzduchu relativně stálé, silná oxidační činidla • Izotopy železa (V přírodě 4 izotopy)

24. Využití, význam • Čisté železo nemá větší praktický význam • Technické železo (slitina železa s uhlíkem, fosforem, křemíkem a dalšími prvky)-nejdůležitějším konstrukčním materiálem a technickým kovem • Některé sloučeniny železa- výroba barviv nebo jako oxidační a desinfekční činidla • Významné využití: katalyzátor při výrobě čpavku přímou syntézou z vodíku a dusíku • Lidský organismus -stopový prvek potřebný k tvorbě krve

25. Výroba • Redukcí železných rud ve vysoké peci • Ve vysoké peci probíhá při teplotách 400-1000°C nepřímá redukce železné rudy oxidem uhelnatým. Průběh nepřímé redukce železné rudy ve vysoké peci popisují rovnice: • 3Fe2O3 + CO → 2Fe3O4 + CO2 • Fe3O4 + CO → 3FeO + CO2 • Fe3O4 + 4CO → 3Fe + 4CO2 • FeO + CO → Fe + CO2

26. Výroba • Při teplotách 950-1000°C probíhá ve vysoké peci přímá redukce železné rudy uhlíkem. Průběh přímé redukce ve vysoké peci zobrazují rovnice: • 3Fe2O3 + C → 2Fe3O4 + CO • Fe3O4 + C → 3FeO + CO • Fe3O4 + 4C → 3Fe + 4CO • FeO + C → Fe + CO • Surové železo se poté dále zpracovává na ocel v elektrických pecích, konvertorech nebo Martinských pecích.

28. Výskyt • Nejrozšířenější těžký kov • V zemské kůře (pouze ve formě sloučenin) : 4,2 % hmot. • Nejčastěji ve formě oxidů a uhličitanů • Nejdůležitější železné rudy: • magnetovec (magnetit) - oxid železnato-železitý Fe3O4 • krevel (hematit) - oxid železitý Fe2O3 • hnědel (limonit) - oxid železitý, který obsahuje vodu Fe2O3 · n H2O • ocelek (siderit) - uhličitan železnatý FeCO3

30. Otázky • Který z těchto prvků má nejvyšší protonové číslo? • Kde se využívá kobalt? • Jakou barvu mají tyto 3 prvky? • Jak se vyrábí železo? • V jakých 4 nejdůležitějších rudách se vyskytuje železo? • Jaké jsou 3 kobaltové rudy? • Jaká je nejvýznamější železnatá ruda? • K čemu je v lidském těle důležitě železo? • V jakých formách se železo vyskytuje v zemské kůře? • V jakém skupenství jsou tyto prvky?

31. Zdroje • www.wikipedia.org • http://www.prvky.com • http://www.tabulka.cz