⚙️ Kovy, výroba železa a koroze

Řada kovů

O čem to je

Zlatý prsten najdou archeologové po tisících let pořád lesklý. Železný hřebík na dešti zrezaví za pár týdnů. A sodík se musí schovávat pod petrolej, jinak zreaguje se vzduchem.

Kovy jsou různě „ochotné“ reagovat. Když to víš, pochopíš, proč se šperky dělají ze zlata, proč se natírají ploty a proč se železo musí vyrábět v obří peci.

Nové pojmy

KovPrvek, který je lesklý, dobře vede elektřinu a teplo a dá se kovat a ohýbat. Za běžné teploty jsou všechny kovy pevné – kromě rtuti, která je kapalná.železo, měď, hliník, zlato

Ušlechtilý kovKov, který jen velmi nerad reaguje – se vzduchem, s vodou ani se zředěnými kyselinami.měď, stříbro, zlato, platina

Neušlechtilý kovKov, který reaguje ochotně: rezaví, rozpouští se v kyselinách, některé reagují i s vodou.draslík, sodík, hořčík, hliník, zinek, železo

Řada kovů

Chemici seřadili kovy podle ochoty reagovat. Této řadě se říká Beketovova řada. Vlevo jsou nejochotnější, vpravo nejušlechtilejší:

K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au

Uprostřed je vodík H. Není to kov, ale slouží jako hranice: co je před ním, je neušlechtilé, co je za ním, ušlechtilé.

Co z řady vyčteš

Kovy před vodíkem reagují se zředěnými kyselinami a uvolňují vodík: Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂.
Kovy za vodíkem (Cu, Ag, Au) se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou nereagují.
Kov, který je v řadě víc vlevo, vytlačí z roztoku soli kov, který je víc vpravo: Fe + CuSO₄ → FeSO₄ + Cu.

Roztřiď kovy podle toho, jestli jsou v řadě před vodíkem, nebo za ním.

Bude měď reagovat se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou?

Najdi měď v řadě: je za vodíkem → je ušlechtilá. Vodík z kyseliny nevytlačí. Reakce neproběhne, žádné bublinky.

Zinkový plíšek ponoříš do modrého roztoku síranu měďnatého. Co se stane?

Zinek je v řadě vlevo od mědi → je méně ušlechtilý → měď z roztoku vytlačí. Na plíšku se objeví červenohnědá měď: Zn + CuSO₄ → ZnSO₄ + Cu.

Jak se kovy získávají

RudaHornina, ze které se vyplatí kov vyrábět. Kov v ní není čistý, ale vázaný ve sloučenině – nejčastěji s kyslíkem (oxid).Krevel Fe₂O₃ je ruda železa, bauxit je ruda hliníku.

Ušlechtilé kovy (zlato) se v přírodě najdou i čisté. Neušlechtilé jen v rudách. Železo se z rudy vyrábí ve vysoké peci: uhlík z koksu (oxid uhelnatý CO) odebere rudě kyslík. Hliník se vyrábí z bauxitu elektrickým proudem – elektrolýzou.

Slitiny

SlitinaSměs kovu s jiným kovem (nebo s uhlíkem), vzniklá roztavením a smícháním. Má lepší vlastnosti než čistý kov.Ocel je pevnější než čisté železo.

Slitina	Složení	Použití
mosaz	měď + zinek	kliky, hudební nástroje
bronz	měď + cín	sochy, zvony, medaile
ocel	železo + uhlík (do asi 2 %)	stavby, nářadí, auta
amalgám	rtuť + jiný kov	dříve zubní plomby

Koroze

KorozePomalé narušování kovu působením vody a kyslíku ze vzduchu. U železa se jí říká rezavění.Zrezivělý plot, prorezlý blatník auta.

nátěr barvou – voda a vzduch se ke kovu nedostanou
pozinkování – potažení vrstvou zinku; zinek je méně ušlechtilý, koroduje místo železa
nerezová ocel – ocel s chromem a niklem, která nerezaví

✗Čím víc vlevo je kov v řadě, tím je ušlechtilejší.

✓Čím víc vlevo, tím je kov méně ušlechtilý – reaguje ochotněji.

Draslík úplně vlevo bouřlivě reaguje už s vodou. Zlato úplně vpravo nereaguje skoro s ničím.

Kovy před vodíkem jsou neušlechtilé – uvolňují z kyselin vodík. Kov vlevo vytlačí z roztoku soli kov vpravo. Železo chráníme před korozí nátěrem, zinkem nebo nerezovou ocelí.

Vysoká pec

O čem to je

Auto, most, kolejnice, příbor – všude je železo nebo ocel. V přírodě ale kousek čistého železa skoro nenajdeš. Železo je schované v kamení jako sloučenina s kyslíkem.

Jak z kamene udělat kov? To se děje ve vysoké peci. A až kov máš, musíš ho chránit, aby ti zase nezrezavěl.

Nové pojmy

RudaHornina, ve které je kov vázaný ve sloučenině. Železné rudy jsou hlavně oxidy železa.krevel Fe₂O₃, magnetit Fe₃O₄

RedukceTady jednoduše: odebrání kyslíku z oxidu kovu. Kov tím získá zpět své elektrony a stane se z něj zase čistý kov.Fe₂O₃ → Fe

KoksSkoro čistý uhlík, vyrobený z černého uhlí zahřátím bez přístupu vzduchu.

Vysoká pecVěž vysoká desítky metrů. Uvnitř je teplota přes tisíc stupňů Celsia. Shora se plní, zdola se z ní vypouští roztavené železo.

StruskaRoztavený odpad z hlušiny (nepotřebné horniny) a vápence. Je lehčí, takže plave na železe.Používá se třeba při stavbě silnic.

Co se v peci děje

Shora se sype ruda, koks a vápenec.

Zdola se vhání horký vzduch.

Koks hoří: C + O₂ → CO₂. Oxid uhličitý reaguje s dalším koksem: CO₂ + C → 2 CO.

Oxid uhelnatý CO odebere rudě kyslík: Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂.

Vápenec na sebe naváže hlušinu a vznikne struska.

Dole se vypouští (odpichuje) surové železo a nad ním struska.

Kdo je ve vysoké peci redukční činidlo – tedy ten, kdo rudě kyslík bere?

Podívej se na rovnici Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂. Kyslík z rudy přešel na CO a vzniklo CO₂. Rudu tedy redukuje oxid uhelnatý CO, který vzniká z koksu.

Ze surového železa ocel

Surové železoŽelezo přímo z vysoké pece. Obsahuje kolem 4 % uhlíku, a proto je křehké – při úderu praskne.

OcelSlitina železa s menším množstvím uhlíku (do asi 2 %). Je pevná, pružná a dá se kovat.Ze surového železa se vyrábí tak, že se do roztaveného kovu vhání kyslík a ten „spálí“ přebytečný uhlík. Tomu se říká zkujňování.

Proč se kolejnice nedělají ze surového železa?

Surové železo má hodně uhlíku → je křehké → pod těžkým vlakem by prasklo. Ocel má uhlíku méně, je pevná a pružná. Proto kolejnice jsou z oceli.

Jiné kovy a slitiny

Hliník se nevyrábí v peci, ale z rudy bauxitu elektrickým proudem – elektrolýzou. Rtuť je jediný kov, který je při pokojové teplotě kapalný.

Klepni na kartu a zjisti, z čeho je slitina – tedy směs kovu s dalším kovem nebo uhlíkem.

mosaz – měď + zinek
bronz – měď + cín
ocel – železo + uhlík (do asi 2 %)
amalgám – rtuť + jiný kov

Proč železo rezaví

Kovy se dají seřadit podle ochoty reagovat (Beketovova řada): K Ca Na Mg Al Zn Fe Sn Pb H Cu Hg Ag Pt Au. Vlevo neušlechtilé (reagují ochotně), za vodíkem ušlechtilé (reagují nerady). Kovy před vodíkem uvolňují z kyselin vodík a kov vlevo vytlačí z roztoku soli kov vpravo.

KorozePomalé narušování kovu vodou a kyslíkem. Železo je neušlechtilé, a proto koroduje (rezaví) snadno.

nátěr – kov se zakryje
pozinkování – zinek je v řadě víc vlevo než železo, takže koroduje dřív a železo ušetří
nerezová ocel – přidaný chrom a nikl

✗Ocel je čisté železo.

✓Ocel je slitina železa s malým množstvím uhlíku (do asi 2 %), často i s dalšími kovy.

Právě ten správný (malý) obsah uhlíku dělá ocel pevnou. Čisté železo je měkké, surové železo s hodně uhlíkem křehké.

Ve vysoké peci redukuje CO z koksu železnou rudu na surové železo. Zkujňováním (snížením uhlíku) vzniká ocel. Před korozí ji chrání nátěr, zinek nebo nerez.

🔄Redoxní reakce⛽Uhlovodíky – alkany