Otrzymywanie metali.
Otrzymywanie metali z rud jest zadaniem metalurgii. Metalurgia jest nauką o przemysłowych metodach otrzymywania metali z surowców naturalnych. Metalurgią nazywa się również przemysł metalurgiczny. We współczesnej metalurgii otrzymuje się ponad 75 metali oraz liczne ich stopy. W zależności od metod otrzymywania metali rozróżnia się piro-, hydro-oraz elektrometalurgię. Piro metalurgia zajmuje w metalurgii czołową pozycję. Obejmuje ona metody otrzymywania metali z rud za pomocą reakcji redukcji prowa dzonych w wysokich temperaturach. W charakterze reduktorów stosuje się węgiel, metale aktywne, tlenek węgla, wodór, metan. Istotą tej metody jest redukcja metalu z jego tlenku. Na przykład węgiel i tlenek węgla redukują miedź z czerwonej rudy miedziowej kuprytu Cu2O. Analogicznym przykładem może być otrzymywanie żeliwa i stali z rud że laza. W tych przypadkach, kiedy ruda jest siarczkiem metalu zamienia się ją uprzednio na tlenek drogą wypalania utleniającego (wypalanie z dos tępem tlenu), następnie tlenek metalu redukuje się węglem. Redukcję węglem (koksem) prowadzi się wtedy, kiedy otrzymywane metale wcale nie tworzą węglików albo tworzą węgliki nietrwałe (związki z węglem). Otrzymuje się w ten sposób żelazo i liczne metale kolorowe - miedź, cynk, kadm, german, cynę, ołów i inne.
Redukcja metali i ich związków z innymi metalami, bardziej aktywnymi chemicznie, nazywa się metalotermią. Te procesy również przebiegają w podwyższonej temperaturze. W charakterze reduktorów stosuje się glin, magnez, wapń, sód oraz krzem. Jeżeli reduktorem jest glin to proces nazywa się aluminotermia.
Metodą metalotermii otrzymuje się te metale (oraz ich stopy), które podczas redukcji ich tlenków węglem tworzą węgliki. Są to mangan, chrom, tytan, molibden, wolfram i inne.
Niekiedy metale z ich tlenków redukuje się wodorem.
Hydrometalurgia obejmuje metody otrzymywania metali z roz tworów ich soli. Metal wchodzący w skład rudy najpierw przeprowadza się do roztworu za pomocą odpowiednich reagentów, potem zaś odzyskuje się z tego roztworu. Na przykład podczas obróbki rozcieńczonym kwasem siar kowym rudy miedzi zawierającej tlenek miedziowy CuO, miedź przechodzi do roztworu w postaci siarczanu. Następnie miedź odzyskuje się z roztworu albo drogą elektrolizy, albo poprzez wypieranie jej za pomocą żelaza. Metodą hydrometalurgiczną otrzymuje się obecnie do 25% całej wydo bywanej miedzi. Metoda ta ma dużą przyszłość, jako że pozwala otrzymywać metale bez wydobywaniarudy na powierzchnię. Podobną metodą otrzymuje się złoto. Rudę zawierającą złoto rodzime po rozdrobnieniu traktuje się roz tworem cyjanku potasowego KCN. Złoto przechodzi do roztworu. Z roztworu wydobywa się je metodą elektrolizy albo wypierając cynkiem metalicznym. Metodą hydrometaliczną otrzymuje się srebro, cynk. kadm, molibden, uran i inne.
Elektrometalurgia obejmuje metody otrzymywania metali za pomocą prądu elektrycznego (elektrolizy). Tą metodą otrzymuje się głównie metale lekkie z ich stopionych tlenków albo chlorków. Przykładem może być otrzymywanie glinu z boksytu . Innym przykładem jest otrzymywanie metali sodu i potasu.
Elektrolizę wykorzystuje się również w celu oczyszczenia niektórych metali. Z oczyszczonego metalu sporządza się anodę. Podczas elektrolizy anoda rozpuszcza się, jony metalu przechodzą do roztworu, na katodzie zaś jony te osadzają się. W ten sposób otrzymuje się elektrolitycznie metale czyste: miedź, srebro, żelazo, nikiel, ołów i wiele innych.
We współczesnej technice półprzewodnikowej i atomowej niezbędne są metale o niezwykle wysokiej czystości (zawartość domieszek rzędu 10-8 i mniej procent). Najważniejszymi metodami dokładnego oczyszczania metali jest topienie strefowe, rozkład lotnych związków metali na ogrzanej powierzchni, przetapianie metali w próżni i inne. Podstawą wszystkich metod otrzymywania metali z ich związków są zatem reakcje utleniania: - redukcji. Za pomocą różnych reduktorów oraz prądu elektrycznego jon metalu z rudy przekształca się w atom. Proces odwrotny - przejście atomu w jon następuje podczas korozji metali.
Amfoteryczność jest zdolnością niektórych pierwiastków i związków chemicznych do wykazywania własności zarówno zasadowych jak i kwasowych. Liczne wodorotlenki metali mają własności amfoteryczne, ulegając dysocjacji elektrolitycznej w dwojaki sposób: odszczepiając anion OH- lub kation H+. Własności kwasowe lub zasadowe wodorotlenków Me(OH)n są uzależnione od zdolności atomu Me do polaryzowania grupy OH. W przypadku dużej elektroujemności atom Me przyciąga do siebie elektrony tworzące wiązanie Me-O , co powoduje przesunięcie elektronów tworzących wiązanie O-H w kierunku atomu tlenu i osłabienie tego wiązania . Takie rozmieszczenie elektronów powoduje ułatwione odszczepianie protonów. W przypadku małej elektroujemności atomu Me wiązanie Me-O ma charakter jonowy w znacznym stopniu, co powoduje że jon OH- nie ulega polaryzacji i nie odszczepia protonu przechodząc w całości do roztworu.
W przypadku gdy elektroujemność atomu Me jest pośrednia jego wodorotlenek przejawia własności amfoteryczne
Co to jest w ogóle alotropia?
Jest to mianowicie występowanie tego samego pierwiastka w odmianach różniących się od siebie budową wewnętrzną.
Jakie są odmiany alotropowe pierwiastka węgla?
Są to diament, grafit i fullereny.
Diament:
a) jest najtwardszy ze znanych minerałów
b) półprzezroczyste ciało stałe
c) jest bezbarwny lub żółty, błękitny, niebiski, brunatny do czarnego
d) gęstośc wynosi 3,5 g/cm3
e) ma właściwosci półprzewodnikowe
f) jest dobrym przewodnikiem ciepła
g) jest trudno topliwy i odporny na działanie kwasów i zasad
h)spala się w wysokiej temperaturze
Grafit:
a) nieprzeroczysty, miekki, łupliwe ciało stało o stalowoszarej barwie
b) gęstość 2,3 g/cm3
c) dobrze przewodzi prąd i ciepło
d) odporny na wysoką temperaturę
Fullereny:
a) C60 jest półprzezroczystym ciałem stałym; fullereny w stanie stałym są barwy zółtej
b) ma właściwośći polprzewodnikowe i nadprzewodnikowe
c)gestosc = 1,65 g/cm3
d) futobolan (C60) nie rozpuszcza sie w wodzie ani eterze, ale z ato w węglowodanachi czterochlorku węgla
e) fullereny rozpuszczone w beznzynie przybieraja barwe czerwoną