🥫 Hliník, cín a olovo

Z kuchyně a dílny

O čem to je

Plechovka od limonády, alobal, rám kola – to je hliník. Pájka v elektronice a bronzová socha obsahují cín. Autobaterie skrývá desky z olova.

Tři kovy, každý s jiným příběhem: hliník byl kdysi dražší než zlato, cín se v mrazu „rozpadá“ a olovo bylo po staletí v trubkách, než se zjistilo, že je jedovaté.

Nové pojmy

RudaHornina, ze které se vyplatí kov vyrábět. Kov je v ní ve sloučenině.bauxit (hliník), kasiterit SnO₂ (cín), galenit PbS (olovo)
ElektrolýzaRozklad látky elektrickým proudem. Na záporné elektrodě se vylučuje kov.
PasivaceNa povrchu kovu vznikne tenká, pevná vrstvička oxidu, která chrání kov pod ní před další korozí.Hliník se na vzduchu pokryje vrstvičkou Al₂O₃.
Amfoterní látkaLátka, která reaguje s kyselinami i se zásadami (hydroxidy).hliník, jeho oxid a hydroxid

Hliník

Hliník je lehký (asi třetina hmotnosti oceli), dobře vede teplo i proud a díky pasivaci nekoroduje. V zemské kůře je to nejrozšířenější kov.

Vyrábí se z bauxitu: z něj se získá čistý Al₂O₃, ten se rozpustí v roztaveném kryolitu a rozkládá elektrolýzou. Spotřebuje to obrovské množství elektřiny – proto byl hliník v 19. století vzácný a proto se vyplatí ho recyklovat (stačí zlomek energie).

Hliník je neušlechtilý kov, a přesto plechovka na vzduchu nezrezaví. Proč?
Povrch hliníku okamžitě zreaguje se vzdušným kyslíkem na tenkou vrstvu Al₂O₃. Ta je pevná a nepropustná a kov pod ní chrání. To je pasivace.

Hliník je amfoterní – reaguje s kyselinou i s hydroxidem a v obou případech uvolní vodík:

  • 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂
  • 2 Al + 2 NaOH + 6 H₂O → 2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂
AluminotermieVýroba kovu z jeho oxidu pomocí hliníku. Hliník oxidu „vezme“ kyslík a uvolní obrovské teplo.Fe₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Fe – tak se svařují kolejnice.

Cín a olovo

Cín a olovo jsou ve 14. skupině. Tvoří sloučeniny s oxidačním číslem II a IV – např. oxid olovnatý PbO a oxid olovičitý PbO₂.

  • Cín – z kasiteritu SnO₂. Pocínování plechu (konzervy), pájky, slitina bronz (měď + cín). Pod 13 °C se může pomalu měnit na šedý prášek („cínový mor“).
  • Olovo – z galenitu PbS. Měkké a těžké. Dnes hlavně olověné akumulátory v autech a stínění rentgenového záření. Olovo a jeho sloučeniny jsou toxické, proto už nejsou v trubkách, benzínu ani barvách.

Vyzkoušej si to

Roztřiď vlastnosti a použití ke správnému kovu.

✗Hliník na vzduchu rychle celý zkoroduje, protože je neušlechtilý.
✓Hliník se pokryje ochrannou vrstvou Al₂O₃ a dál nekoroduje (pasivace).

Na rozdíl od rzi na železe je vrstva Al₂O₃ pevná a neodlupuje se, takže kyslík se ke kovu dál nedostane.

Hliník: lehký, z bauxitu elektrolýzou, pasivace, amfoterní, aluminotermie. Cín: bronz, pájky, pocínování. Olovo: akumulátory, stínění, toxické. Sn a Pb mají OČ II a IV.

Přehledem

O čem to je

Hliník (13. skupina), cín a olovo (14. skupina) jsou p-prvky, ale chovají se jako kovy. Pro každý z nich si projdeme stejné body: výskyt, výrobu, vlastnosti, reakce a použití.

Nové pojmy

p-prvkyPrvky 13.–18. skupiny; poslední elektrony mají v orbitalech typu p. Vlevo dole mezi nimi jsou i kovy.
AmfoterníReaguje s kyselinami i se zásadami.
PasivaceOchrana kovu tenkou souvislou vrstvou jeho oxidu.
KryolitMinerál Na₃AlF₆. Jeho tavenina rozpouští Al₂O₃ a snižuje teplotu potřebnou k elektrolýze.

Srovnávací tabulka

AlSnPb
skupina131414
valenční elektrony3 (ns² np¹)4 (ns² np²)4 (ns² np²)
typická OČIIIII, IVII (častější), IV
rudabauxitkasiterit SnO₂galenit PbS
výrobaelektrolýza Al₂O₃ v tavenině kryolituredukce SnO₂ uhlíkempražení PbS a redukce uhlíkem
použitíobaly, letadla, vodiče, alobalpocínování, pájky, bronzakumulátory, stínění záření

Výroba hliníku krok za krokem

Z bauxitu se vyčistí oxid hlinitý Al₂O₃.
Al₂O₃ se rozpustí v roztaveném kryolitu (asi 950 °C).
Elektrolýzou se na záporné elektrodě vylučuje kapalný hliník.
Spotřebuje se velké množství elektřiny → recyklace šetří přes 90 % energie.

Reakce hliníku

Doložte rovnicemi, že hliník je amfoterní.
S kyselinou: 2 Al + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂. Se zásadou: 2 Al + 2 NaOH + 6 H₂O → 2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂ (vzniká tetrahydroxidohlinitan sodný). V obou případech uniká vodík.
Co je aluminotermie? Napiš rovnici s oxidem železitým.
Redukce oxidu kovu hliníkem: Fe₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Fe. Reakce je silně exotermní, železo se roztaví – využívá se ke svařování kolejnic.

Sloučeniny Sn a Pb

Napiš vzorce oxidu olovnatého a olovičitého.
Olovnatý → PbII, kyslík −II → PbO. Olovičitý → PbIV → PbO₂. (PbO₂ je v kladných deskách olověného akumulátoru.)

Spoj si rudy s kovy – otoč karty.

  • bauxit – hliník
  • kasiterit SnO₂ – cín
  • galenit PbS – olovo
  • bronz – měď + cín

Zdraví a prostředí

Olovo se hromadí v těle, poškozuje nervy, krvetvorbu a ledviny. Dříve se přidávalo do benzínu a barev a bylo ve vodovodních trubkách – dnes se tomu vyhýbáme. Do potravinových obalů nepatří.

✗Hliník se vyrábí ve vysoké peci redukcí koksem jako železo.
✓Hliník se vyrábí elektrolýzou Al₂O₃ rozpuštěného v tavenině kryolitu.

Hliník je velmi neušlechtilý – uhlík ho z oxidu nevytlačí. Pomůže jen elektrický proud.

Al: 13. skupina, OČ III, z bauxitu elektrolýzou v kryolitu, pasivace, amfoterní, aluminotermie. Sn, Pb: 14. skupina, OČ II a IV; bronz, pájky; olověné akumulátory; olovo je toxické.
🧂s-prvky: alkalické kovy a kovy alkalických zemin💎Uhlík a křemík