🪙 Železo, měď, zinek a další kovy

Kov po kovu

O čem to je

Ocelový most, měděný drát v nabíječce, pozinkovaný plot, stříbrný řetízek, wolframové vlákno v žárovce, titanový kloub v koleni. Každý z těch kovů byl vybrán kvůli jedné své výjimečné vlastnosti.

Projdeme nejdůležitější d-prvky jeden po druhém: z čeho se vyrábějí, co umějí a k čemu slouží.

Nové pojmy

d-prvkyKovy 3.–12. skupiny periodické tabulky (přechodné kovy). Mívají více oxidačních čísel a barevné sloučeniny.

RudaHornina, ze které se kov vyrábí; kov je v ní ve sloučenině (oxid, sulfid).

Ušlechtilý kovKov, který málo reaguje (nekoroduje, nerozpouští se ve zředěných kyselinách).Cu, Ag, Au, Pt

KorozePostupné narušování kovu vzduchem a vodou.

Železo Fe

Nejpoužívanější kov. Ruda hematit Fe₂O₃, vyrábí se ve vysoké peci redukcí oxidem uhelnatým. Ocel = železo s méně než asi 2 % uhlíku. Nerezová ocel obsahuje chrom (a obvykle nikl). Zelená skalice je FeSO₄ · 7 H₂O.

Měď Cu a stříbro Ag

Měď skvěle vede proud – na dráty. Na vzduchu se pokryje zelenou měděnkou (zásaditý uhličitan měďnatý) – proto jsou staré střechy zelené. Stříbro vede proud nejlépe ze všech kovů, ale je drahé. AgNO₃ se říká lápis.

Zinek Zn a ochrana železa

Ruda sfalerit ZnS. Zinkem se pozinkovává železo. Zinek je méně ušlechtilý než železo, takže když se vrstva poškrábe, koroduje přednostně zinek a železo zůstane chráněné.

Proč pozinkovaný plot nerezaví ani tam, kde je zinek oškrábaný?

Zinek je v řadě kovů víc vlevo než železo – ochotněji odevzdává elektrony. Při kontaktu s vodou se tedy oxiduje zinek místo železa. Je to „obětovaná“ ochrana.

Další významné kovy

Wolfram W – nejvyšší teplota tání ze všech kovů (přes 3 400 °C); vlákna žárovek.
Titan Ti – lehký, pevný, nekoroduje; implantáty, letectví.
Chrom Cr – chromování, nerezová ocel.
Mangan Mn – ruda burel MnO₂; KMnO₄ (hypermangan, Mn^VII) dezinfikuje.
Rtuť Hg – kapalná; ruda rumělka HgS; páry jsou jedovaté (nervy, ledviny).
Zlato Au – nejušlechtilejší; rozpustí ho jen lučavka královská (HCl + HNO₃ 3 : 1).

Jaké oxidační číslo má mangan v KMnO₄?

K: +1, O: 4 · (−2) = −8. 1 + Mn − 8 = 0 → Mn = VII. To je nejvyšší možné OČ manganu – proto je KMnO₄ silné oxidační činidlo.

Spoj kov s rudou – otoč kartu.

železo – hematit Fe₂O₃
zinek – sfalerit ZnS
rtuť – rumělka HgS
mangan – burel MnO₂

✗Nejlépe vede elektrický proud měď, proto jsou z ní dráty.

✓Nejlépe vede proud stříbro, měď je druhá.

Měď se na dráty používá, protože je mnohem levnější a vede jen o málo hůř.

Fe – ocel, hematit. Cu – vodiče, měděnka. Ag – nejlepší vodič. Zn – pozinkování (obětovaná ochrana). W – nejvyšší teplota tání. Ti – implantáty. Hg – jedovaté páry. Au – jen lučavka královská.

Podle vlastností

O čem to je

Inženýr nevybírá kov podle jména, ale podle toho, co potřebuje: vodivost, pevnost, lehkost, odolnost proti korozi, teplotu tání. Seřadíme si proto významné d-prvky podle toho, v čem vynikají.

Nové pojmy

Přechodné kovy (d-prvky)Kovy 3.–12. skupiny. Zaplňují d-orbitaly, mají více oxidačních čísel, barevné sloučeniny a tvoří komplexy.

Oxidační číslo (OČ)Formální náboj atomu ve sloučenině. Vysoké OČ = atom „chce“ elektrony zpět → silné oxidační činidlo.

PasivaceOchrana kovu tenkou souvislou vrstvou oxidu.Chrom v nerezové oceli vytvoří na povrchu ochrannou vrstvičku.

Hydrát (skalice)Sůl s vázanou vodou v krystalu. Skalice jsou hydráty síranů.modrá skalice CuSO₄ · 5 H₂O, zelená skalice FeSO₄ · 7 H₂O

Kdo v čem vyniká

Vlastnost	Kov	Využití
nejlepší elektrická vodivost	Ag (pak Cu)	kontakty; Cu na dráty
nejvyšší teplota tání	W	vlákna žárovek
lehký, pevný, nekoroduje	Ti	implantáty, letadla
odolnost proti korozi	Cr, Ni (v nerezu)	nerezová ocel, chromování
pevnost a cena	Fe (ocel)	stavby, stroje
kapalný	Hg	dříve teploměry
nejušlechtilejší	Au, Pt	šperky, elektronika, katalyzátory

Výroba z rud

Sulfidické rudy (ZnS, HgS) se nejdřív praží – zahřívají na vzduchu: 2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂.

Oxid se redukuje uhlíkem nebo CO: ZnO + C → Zn + CO; Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂.

Velmi čisté kovy (Cu) se rafinují elektrolýzou.

Koroze a ochrana

Proč chrání zinek železo, i když je jeho vrstva poškrábaná – a proč to cín neumí?

Zinek je méně ušlechtilý než železo → oxiduje se přednostně a železo šetří. Cín je ušlechtilejší než železo → po poškrábání naopak koroduje železo rychleji. Proto pocínovaná konzerva v místě rýhy rychle rezaví.

Měď na vzduchu zezelená – vzniká měděnka (zásaditý uhličitan měďnatý). Stříbro černá působením sulfanu H₂S (vzniká Ag₂S).

Sloučeniny, které musíš znát

Zkus si nejdřív vzpomenout, pak kartu otoč.

zelená skalice – FeSO₄ · 7 H₂O – heptahydrát síranu železnatého
modrá skalice – CuSO₄ · 5 H₂O
KMnO₄ – manganistan draselný, Mn^VII, fialový
lápis – AgNO₃ dusičnan stříbrný
měděnka – zásaditý uhličitan měďnatý

Proč je KMnO₄ silné oxidační činidlo?

Mangan má v něm OČ VII – nejvyšší možné. Snadno přijímá elektrony a redukuje se (v kyselém prostředí až na Mn^II), přitom oxiduje jiné látky. Proto dezinfikuje a používá se v titraci.

Bezpečnost

Rtuť se odpařuje už za pokojové teploty a její páry poškozují nervy a ledviny. Rozbitý rtuťový teploměr se nesmí vysávat; kuličky se seberou a odevzdají jako nebezpečný odpad.

✗Zlato se rozpustí ve zředěné kyselině chlorovodíkové jako železo.

✓Zlato je ušlechtilé – rozpustí ho jen lučavka královská (HCl + HNO₃ v poměru 3 : 1).

Zlato je v řadě kovů daleko za vodíkem, vodík z kyseliny nevytěsní.

Ag nejlepší vodič, W nejvyšší teplota tání, Ti lehký a odolný, Cr + Ni nerez, Zn obětovaná ochrana železa. Mn^VII v KMnO₄ silně oxiduje. Páry Hg jsou jedovaté, Au rozpustí jen lučavka.

🎨d-prvky a komplexní sloučeniny