D-prvky

  • přechodné prvky
  • společné vlastnosti ve skupinách i periodách
  • elektronegativita: neliší se příliš
  • elektropozitivní: snadno tvoří kationty

Elektronová konfigurace

  • valenční elektrony v orbitalech ns (n-1)d
  • stabilní konfigurace (z poloviny, nebo zcela zaplněna d slupka)
  • 3-12 valenčních elektronů
  • U některých d-prvků existují odchylky od očekávaného obsazení valenčních orbitalů podle výstavbového pravidla (např. Cr, Mo, Pt, Cu, Ag, Pd). Tyto odchylky lze vysvětlit větší stabilitou z poloviny obsazených nebo úplně obsazených d-orbitalů.

Vazebné možnosti d-prvků závisí na:

a) celkovém počtu valenčních elektronů

b) počtu nespárovaných elektronů utvořených excitací

c) zapojení prázdných (n-1)d orbitalů do tvorby koordinačních chemických vazeb jako příjemců elektronových párů

Společné vlastnosti d-prvků.

  • kovy, velká tvrdost a vysoké teploty tání
  • velká hustota
  • barevnost: ionty a sloučeniny: barevné, díky přechodům mezi d orbitaly (krom iontů s prázdnými, či plně zaplněnými orbitaly), Cr+II modrý, Cr+III zelený, Cr+VI žlutý
  • proměnlivost ox. čísel: ve sloučeninách – v několika různých kladných oxidačních číslech
  • tvorba komplexních (koordinačních) sloučenin (použití, jako katalyzátory, nepostradatelné pro organismy (např. hemoglobin – komplexní sloučenina železa, chlorofyl – komplexní sloučenina hořčíku, vitamin B12 – komplexní sloučenina kobaltu).)

Komplexní sloučeniny

  • přechodné prvky
  • 2 části: centrální atom/iont (akceptor, M) + lyganda vázána koordinačními vazbami (donor, L)
  • komplex. sloučenina > hranatá [Wernerova] závorka
  • [centrální atom (nejčastěj d – prvek), 1 a více ligand]
  • molekula komplexní sloučeniny = komplexní částice + zbývající část
  • počet ligandů = koordinační číslo (nejčastěji 4 a 6)
  • centrální částí atomy/kationty d-prvků, volné (=prázdné) valenční orbitaly > akceptor
  • ligandy volný elektronový pár molekuly (např. H2O, NH3, CO) nebo anionty (nejčastěji F1-,Cl1-,Br1-,I1-,CN1-,OH1-)
  • elektricky neutrální, komplexním kationtem, komplexním aniontem

Závislost oxidačního čísla na kyselinotvorných a zásadotvorných vlastnostech sloučenin

  • různá ox. čísla prvků (různě stálé)
  • různé acidobazické vlastnosti (+I, +II, +III > hydroxidy; +IV, +V > amfoterní; +VI, +VII > kyselinotvorné)
    • různé redoxní vlastnosti (nižší ox. číslo: redukční činidla, vyšší oxidační)
  • s oxidačním číslem roste kovalentní povaha vazby

Základní přehled významných prvků a sloučenin d-prvků.

III. B skupina

  • Sc (Skandium), Ac (Aktinium) : radioaktivní
  • Y (Yttrium) : základ luminoforů (vrstvy schopné absorbovat světlo) – dřív v Tv červená barva, zpomalení neutronů v jaderných reaktorech
  • La (Lanthan) : kamínky v zapalovačích, optická skla

IV. B skupina

  • Ti (Titan) : nejrozšířenější, lehký >konstrukční materiály (letadla, motory), endoprotézy, TiO2 – titanová běloba – krycí schopnosti – potravinářství, malířství
  • Zr (Zirkonium) : korozivzdorná ocel, klenotnictví – ZrSiO4 – zirkon
  • Hf (Hafnium), Rf (Rutherfordium)

V. B skupina

  • V (Vanad) : tvrdý, chemicky odolný kov, přísada do oceli > zjemňuje strukturu (zušlechtění – legování) > větší odolnost – nože, kleště, vrtáky, V2O5 – katalizátor při výrobě H2SO4
  • Nb (Niob) : šedý, tvrdý kov, přidává se do slitin
  • Ta (Tantal) : mechanicky a chemicky odolný kov, pro chirurgické nástroje a trysky
  • Nb a Ta > inertní kovy – nereagují > slitiny, odolnost proti chemikáliím – trysky a trubky

VI. B skupina

  • Cr (Chrom): stříbrolesklý tvrdý kov, galvanické pokovování, ferochrom > ocel
    • oxid chromitý: amfoterní zelený prášek, olejové barvy (chromová zeleň), impregnace
    • chromany: žluté, ox. účinky, chromová žluť, dichromany > + ox. účinky
  • Mo (Molybden): čistý jako katalizátor, antikorozivní ocel – legování
  • W (Wolfram): vlákna žárovek, žáruvzdorné slitiny – legování

VII. B skupina

  • Mn (Mangan), Tc (Technecium), Re (Rhenium)

VIII. B skupina

triáda železa (Fe, Co, Ni) – neušlechtilé kovy, pouze ve sloučeninách

  • Fe (železo): stříbřitě lesklé, tažné, kujné; feromagnetické (zesiluje magnetické pole); složka oceli, konstrukční materiál, strojní součásti
  • Co (kobalt): tvrdý, kujný kov, nekoroduje, v B12 používaném na chudokrevnost, do ocelí – legování, stroje na ovoce – odolává kyselým šťávám, lékařství 60Co – ozařování; CoIImodré, s vodou růžové, CoII  barví sklo modře
  • Ni (nikl): stříbrolesklý kov, na vzduchu stálý, pokovování, slitiny, součást akumulátorů,  NiO k barvení skla – zelené,

lehké platinové kovy (Ru, Rh, Pd)

  • Ru (Ruthenium): šedobílí kov, legování
  • Rh (Rhodium): stříbřitý kov, rozpustné jen v lučavce královské, sklářský průmysl > při výrobě optických vláken
  • Pd (Palladium): šedobílí kov, výroba průmyslových katalyzátorů a jako součást slitin pro dentální a šperkařské využití

těžké platinové kovy (Os, Ir, Pt)

  • Os (Osmium): modrošedý kov, slitiny
  • Ir (Iridium): šedobílí kov, mimořádná chemická odolnost
  • Pt (Platina): velmi těžký a chemicky mimořádně odolný drahý kov stříbřitě bílé barvy, slitiny

Významné rudy těchto kovů.

Titan – letectví, raketová technika – lehké a pevné konstrukční materiály, odolnost proti korozi

Chrom – povrchová ochrana proti korozi, barviva

Wolfram – výroba ušlechtilých slitin – ocelí, výroba žhavících vláken žárovek

Mangan – slitiny, katalyzátor, KMnO4 – dezinfekční činidlo

Železo – ve slitinách s ostatními kovy

Nikl – povrchová ochrana železa před korozí

Platina – šperky, laboratorní nádoby, elektrody, termoelektrické články, katalyzátor

Měď – elektrické dráty, plechy, slitiny (bronz, mosaz

Stříbro – fotografické materiály, klenotnictví

Zlato – klenotnictví, elektrotechnika, barvení skla

Zinek – pozinkování kovů, slitiny

Rtuť – teploměry, výbojky, amalgámy

  • magnetit (magnetovec)              Fe3O4
  • hematit (krevel)                             Fe2O3
  • limonit                                                                Fe2OnH2O
  • siderit (ocelek)                                                FeCO3
  • pyrit                                                     FeS2                      > výroba oxidu siřičitého
  • zelená skalice                                   FeSO4  * 7H2O   > výroba pigmentů
  • červená krevní sůl                          K3[Fe(CN)6]        > barvení textilu, analytická chemie
  • žlutá krevní sůl                                                K4[Fe(CN)6]        > barviva
  • chalkopyrit                                        CuFeS2
  • kuprit                                                  Cu2O
  • malachit                                             CuCO3.Cu(OH)2
  • modrá skalice                                   CuSO4*5H2O      > rozpustná ve vodě, dezinfekční účinky > plísně, postřiky

v zemědělství, dezinfekce v bazénech

  • AgBr                                     > černobílé filmy (Ag+ + světlo > Ag0 koloidní stříbro)
  • lápis AgNO3                       > vypalování bradavic, také citlivé na světlo
  • koloidní stříbro Ag0        > projímadlo, ve vyšší koncentraci jedovaté
  • Ag2S                                     > stříbro na vzduchu černá, ve znečištěných oblastech
  • bílá skalice                         ZnSO4*H2O        > oční kapky, emetické účinky > vyvolává zvracení
  • zinková běloba                                ZnO                       > nátěrová hmota – bílí pigment, lékařství – zinková mast (proti

proleženinám, proti nadměrnému pocení)

  • rumělka                              HgS                        > nejedovatá sloučenina – nerozpustná ve vodě, červená barviva > do

nátěrových hmot, jako pigment

  • kalomel:                             Hg2Cl2                   > bílí prášek do mastí, nejedovatý
  • HgCl2: sublimát, prudce jedovatý
  • slitiny rtuti – amalgámy – nejčastěji s Ag do plomb v zubním lékařství
  • ZnS: světélkuje, CdS: kadmiová žluť
  • burel (pyroluzit)              MnO2                   > sklářství, katalyzátor
  • rodonit                                               MnSiO3

Výroba a zpracování železa.

  •  vysoká pec
  • železná ruda, koks (C – redukční činidlo, mění se nejprve na CO – nepřímá redukce, na CO2 přímá redukce), vápenec (struska – chrání železo před oxidací)
  • zdola se vhání kyslík
  • surové železo (použití na litinu – tvrdá a křehká – vysoký obsah C)

C + O2 → CO2

SiO2 + CaO → CaSiO3

přímá redukce uhlíkem

Fe2O3 + 3 C → 2 Fe (s) + 3 CO

nepřímá redukce oxidem uhelnatým

3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2

Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2

FeO + CO →Fe + CO2

  • zkujňováním železa (snižováním obsahu uhlíku) > ocel
  • kalení (prudké ochlazení): tvrdá a křehká
  • popouštění (pomalé zahřívání): odstranění křehkosti

I. B a II. B skupina.

I. B Skupina (Cu, Ag, Au)

  • ns 2, (n-1)d 9 > zestabilnění excitací > výskyt ns 1 (n-1) d 10
  • ox. čísla: I, II, III (Au až V)
  • ušlechtilé kovy
  • všechny se vyskytují jako ryzí, ušlechtilé kovy
  • vysoce vodivé (e. proud, teplo), kujné, tažné
  • stálé
  • rozpustné v roztocích se silnými ox. účinky, Au – pouze lučavka královská
  • Ag a Au: baktericidní účinky – nereaktivní, odolné proti bakteriím (zuby, plomby, chirurgické nástroje)
  • Cu: na vzduchu vytváří na povrchu potah – měděnku, Cu + CO2 > měděnka Cu(HCO3)2 – jedovatá
  • Au: lékařství, mince, klenotnictví, pozlacování
  • Ag: fotograf. prům., zrcadla, elektrotechnika, lékařství
  • Cu: elektrotechnika, výroba katalyzátorů, slitiny (Bronz (s Sn), Mosaz (s Zn))

II. B Skupina (Zn, Cd, Hg)

  • ns2, n-1d 10
  • rtuť ušlechtilá, kadmium a zinek neušlechtilé
  • stříbrolesklé kovy
  • nízká teplota tání
  • rtuť kapalná
  • ox. číslo II (Hg i I)

Zn (zinek): výroba slitin (mosaz), k pozinkování, na vzduchu vrstvička ZnO, redukční činidlo

Cd (kadmium): pokovování, jaderná technika, výroba akumulátorů

Hg (rtuť): teploměry, lampy, zářivky, katody, amalgámy, léčiva

Cd, Hg: těžké jedovaté kovy, ukládání v organismu > různé poruchy (krvetvorba, nádory)

Manganistan draselný jako významné oxidační činidlo.

Mangan

  • VII. B, neušlechtilý kov
  • pouze ve sloučeninách
  • stříbrolesklý, tvrdý kov
  • ox. č. II – VII
  • rozpustný v kyselinách i zásadách
  • feromangan (Fe, Mn): přísada do oceli

Manganistan draselný KMnO4

  • temně fialové, lesklé krystalky
  • silné oxidační činidlo
  • dezinfekční prostředek, bělení textilu, analytická chemie (manganometrie)