PIERWIASTKI BLOKU D

UKŁAD OKRESOWY PIERWIASTKÓW

Tab. Str 27.1 str 831 Bielanski

Pierwiastki bloku d

– metale, dobre przewodniki prądu elektrycznego

i

ciepła, plastyczne, mogą tworzyć stopy z innymi metalami. Zazwyczaj

wykazują wysokie temperatury wrzenia i topnienia. Posiadają dużą gęstość.

Szczególna trwałość konfiguracji d

5

i d

10

.

Związki pierwiastków przejściowych są na ogół barwne – jest to
związane z możliwością przenoszenia elektronów na wyższe poziomy
energetyczne (potrzebna energia odpowiada energii promieniowania
światła w zakresie widzialnym).

NiCl

2

CoCl

2

CuSO

4

Fe

2

O

3

STOPIEŃ UTLENIENIA

Stopnie utlenienia pierwiastków przejściowych można porównad z ich strukturą
elektronową.

Tab. 6.3 str 303 Lee

Cząsteczki, w których metal występuje na wysokim stopniu utlenienia są
często dobrymi utleniaczami np. KMnO

4

.

Zmiana charakteru wybranych tlenków w zależności od stopnia utlenienia
metalu

Chrom

CrO (zasadowy)

Cr

2

O

3

(amfoteryczny)

CrO

3

(kwasowy)

Mangan

MnO (zasadowy)

Mn

2

O

3

(zasadowy)

MnO

2

(amfoteryczny)

Mn

2

O

7

(kwasowy)

ZDOLNOŚĆ DO TWORZENIA KOMPLEKSÓW

Pierwiastki bloku d

tworzą wiele związków koordynacyjnych.

Wiąże się to z małymi rozmiarami i dużym ładunkiem jonów metali bloku d
oraz

obecnością w ich atomach pustych orbitali, które mają odpowiednią

energie do

przyjęcia wolnych par elektronowych oddawanych przez ligandy.

hemoglobina

Fe(CO)

5

Rys. 6.15a str 354 LEE

TWORZENIE STOPÓW

Zbliżone

rozmiary

atomów

–

możliwość

tworzenia

stopów

substytucyjnych.
Struktura

uporządkowana i nieuporządkowana.

Stopy szybko

schładzane cechują się z reguły nieuporządkowaną

strukturą.

Rys. 27.3 str 838 Bielanski

Przykłady popularnych stopów:

Brąz

– 90% miedzi, do 10% cyny – w starożytności

wytwarzanie

przedmiotów codziennego użytku, ozdób.

Mosiądz

– stop miedzi i cynku (do 40%). Może zawierać

dodatki innych metali, takich jak Pb, Al, Sn, Mn, Fe, Cr.
Z

mosiądzu

wytwarza

się

armaturę,

instrumenty

muzyczne,

łuski amunicji, monety, klamki, dzwony, okucia.

Nadaje

się do obróbki plastycznej na zimno.

Tombak

– Cu z Zn, zawiera powyżej 80% miedzi. Cechuje

się żółtą barwą przypominającą złoto, jest jednak mało
wartościowy.

Stal

– stop Fe i C (do ok. 2%), inne składniki to Cr, Cu,

Mo, Ti, W, itd.
Właściwości stali zależą od odmiany polimorficznej stopu:
γ-Fe martenzyt, α-Fe ferryt, Fe

3

C (cementyt)

– twardość.

Inne metale

też mogą tworzyć węgliki, co zwiększa

twardość stali.

ŻELAZO

WYSTĘPOWANIE

Rudy żelaza – Fe

2

O

3

hematyt, Fe

3

O

4

magnetyt, Fe

2

O

3

∙ nH

2

O limonit,

FeCO

3

syderyt, FeS

2

piryt.

OTRZYMYWANIE

Na skalę przemysłową żelazo otrzymuje się w wielkich piecach (wysokość
ok. 30m)

Metoda polega na redukcji rud tlenkowych koksem.

Zanieczyszczenia usuwane są przy użyciu wapna palonego, gliny skaleni

(w zależności od charakteru domieszek – kwasowy/zasadowy)

Wyprodukowanie 1 kg Fe = zużycie ok. 1,75 kg rudy, 0,75kg koksu i 0,25
CaCO

3

.

Rys 33.1 str 919
Bielanski

ALUMINOTERMIA

Proces metalurgiczny otrzymywania metali poprzez

redukcję ich

tlenków sproszkowanym lub zgranulowanym glinem.

Substraty

tworzą mieszankę termitową, która reaguje z wydzieleniem

dużych ilości ciepła, na skutek czego jej temperatura dochodzi do
3000K (wykorzystywana do produkcji manganu, chromu, wanadu).

Przykładowe reakcje:

Cr

2

O

3

+ 2Al

→ Al

2

O

3

+ Cr (wys. temperatura)

3MnO

2

+ 4Al

→ 3Mn + 2Al

2

O

3

(wys. temperatura)

Chrom

może być także otrzymywany przez redukcję minerału chromitu

węglem w piecu elektrycznym

FeCr

2

O

4

+ 4C

→ Fe + 2Cr + 4CO

Chromiany

W

obecności kwasu jon chromianowy (żółty) przekształca się w jon

dichromianowy

(pomarańczowy)

2CrO

4

2-

+ 2H

+

→ Cr

2

O

7

2-

+ H

2

O

Zakwaszone roztwory

dichromianów mogą służyć jako użyteczne środki

utleniające

Cr

2

O

7

2-

+ 14H

+

+ 6e

→ 2Cr

3+

+ 7H

2

O

Rys. 21.11 str.
976 Atkins

MIEDŹ

Otrzymywana

głównie z rud siarczkowych – chalkopirytu CuFeS

2

Ruda oddzielana jest od

materiału skalnego metodą flotacji pianowej

(wykorzystuje

się zjawisko zwilżania rud siarczkowych przez olej, a nie

wodę).

Olej zmieszany z detergentami
i

wodą jest wprowadzany do

złoża. Zwilżone cząstki minerału
wypływają

wraz z

pianą na

powierzchnię.

Rys 21.16
str 981
Atkins

Dalszy etap na prażeniu wzbogaconej rudy w powietrzu

2CuFeS

2

+ 3O

2

→ 2CuS + 2FeO + 2SO

2

Następnie przetapia się CuS przedmuchując sprężone powietrze przez
mieszaninę

CuS + O

2

→ Cu + SO

2

Odpadowy SO

2

może być wykorzystany jako surowiec do produkcji

kwasu siarkowego.

KOROZJA MIEDZI

Miedz w wilgotnym powietrzu w obecności CO

2

pokrywa się zieloną powłoką

„patyny”

2Cu + H

2

O + O

2

+ CO

2

→ Cu

2

(OH)

2

CO

3

Bladozielony produkt

– hydroksowęglan miedzi

W

obecności powietrza powierzchnia miedzi może pokrywać się

czerwoną warstwą Cu

2

O,

która może utleniać się do czarnego CuO.

PLATYNOWCE

Tab. 34.1 str 949
Bielanski

WYSTĘPOWANIE

Platynowce

należą do pierwiastków o małym rozpowszechnieniu (2,5 ∙ 10

-6

%

skorupy ziemskiej) -

najwięcej Pd (około połowa).

Najczęściej występują w postaci rodzimej oraz jako zanieczyszczenia
siarczkowych i arsenkowych rud Ni i Cu.

Platynowce w stanie wolnym najlepiej

otrzymać przeprowadzając rozkład

termiczny ich

związków.

WŁAŚCIWOŚCI CHEMICZNE

Platyna i pallad

odznaczają się zdolnością do rozpuszczania wodoru.

Platynowce

są zaliczane do metali szlachetnych.

Mimo niezbyt wysokich energii aktywacji

wykazują wysokie potencjały

standardowe (o potencjale standardowym

oprócz energii jonizacji decyduje

także ciepło sublimacji).

Kwas azotowy reaguje tylko z palladem.

Działaniu wody królewskiej ulegają

platyna, pallad i czysty osm.

Platynowce w

podwyższonych temperaturach ulegają działaniu F i Cl oraz

reagują z S i P.

ZASTOSOWANIE

Najszersze zastosowanie

wśród platynowców – Pt.

Odporność na wysokie temperatury oraz odporność chemiczną powoduje,
że platynę wykorzystuje się do wyrobu tygli i parownic używanych
w procesach chemicznych.

W

związku ze swoją niską reaktywnością platyna używana jest

w jubilerstwie,

będąc metalem cenniejszym od złota i srebra.

Różne procesy katalityczne – np. proces otrzymywania H

2

SO

4

, faza

aktywna w katalizatorach samochodowych.

Wzorzec kilograma wykonanego ze stopu platyny z irydem (przechowywany
w

Międzynarodowym Biurze Miar i Wag w Sèvres koło Paryża.