METALE

1.Formy występowania metali w Przyrodzie:

-w stanie wolnym : Au, Pt (złoto,platyna )

-w postaci związków (minerały)->tlenki, wodorotlenki (np. SnO₂ kasyteryt, AlO(OH) bemit)->sole

↙ ↘

sole kw. sole kw.

beztlenowych tlenowych

↓ ↓

HgS(cynober), MgCO₃,

NaCl (halit) BaSO₄,

Ca₃(PO₄)₂,

KNO₃, Ca[Al₂Si₂O₈] (anortyt)

2.Metody otrzymywania metali:

-redukcja tlenków metali za pomocą wodoru, metali I i II gr. ukł. okresowego, glinu,węgla,tlenku węgla w wysokich temp. ( tlenki otrzym. się przez prażenie rud w powietrzu)

H₂ ↗ Me+ H₂O

M^I,M^II↗Me+(M₂O lub MO)

Me_xO_{y AL} → Me+ Al₂O₃ (aluminotermia)

C↘ Me+ CO+ CO₂

CO ↘ Me + CO₂

-rozkład termiczny tlenków metali, np. HgO ↔ Hg + O₂

-rozkład termiczny soli, np.: Ag₂C₂O₄↔ Ag + CO₂ - proces ten może być stosow. Wyłącznie do metali szlachetnych (półszlachetnych), które tworzą nietrwałe tlenki i sole (dodatni potencjał chem.)

-elektroliza- elektrolityczne otrzymywanie glinu

Elektroliza stopu Al₂O₃ z kriolitem (Na₃AlF₆)-ok.980 st.C; elektrolizę prowadzi się w wannie z blachy stalowej wyłóżonej masą węglową jako katodą- anodę stanowi blok grafitowy:

Al₂O₃= 2 Al³⁺ + 3O^2-

Al³⁺+6e↔ 2 Al (ciekły glin)

3O^2- ↔ $\frac{3}{2}$ O₂ + 6 e

3C + 3 O₂↔ 3 CO₂

- otrzymywanie żelaza – PROCES WIELKOPIECOWY !!!!!!

Tlenki żelaza redukuje się koksem. Użyty węgiel (koks) jest paliwem potrzebnym do podtrzymywania wysokiej temp.pieca, reduktorem tlenków żelaza i wchodzi w skład tzw. surówki:

Otrz. reduktora:

C+O₂↔CO₂

CO+ C ↔ 2 CO

Otrz. metalicznego żelaza:

Fe₂O₃ + CO↔ 2 FeO + CO₂

FeO+ C ↔ Fe + CO

FeO + CO ↔ Fe+ CO₂

Procesy prowadzące do otrz. stali:

c powietrze CO, CO

↙ ↙ ↗

powietrze→koks (C) ,CO→ Fe₂O₃→Fe→Fe+C (> 2%) SURÓWKA

↓ →Fe+C (<2%) STAL

CO, CO₂

3.Klasyfikacja metali:

-ze wzgl.na wł. Fizykochem: żelazne i nieżelazne (?)

4.Reakcje metali

-z węglem: Me + C ↔ węglik, np. Li + C ↔ Li₂C₂ ( C na –I stopniu utl.)

-z tlenem:

↗ nadtlenki ((O-O)^2- ,O na –I st.utl.), np.:H₂O₂

Me + O₂ → tlenki (O^2-, O na –II st. Utl.), np. 2Mg+O₂↔ 2 MgO

↘ ↘ ponadtlenki ((O-O)^- , O na - $\frac{1}{2}$ st.utl.), np. KO₂

ozonki

- wodorem: Me +H₂↔ wodorki , np.: NaH ( H na –I st.utl.)

- z fluorowcami: Me + F↔ fluorki

Me + Cl↔chlorki

Me+ Br ↔ bromki

Me + I ↔ jodki

Flurowce na – I st. utl.

5.Amfoteryczność (na przykładzie glinu i cynku oraz ich wodorotlenków):

Amfoteryczność- reakcja z kwasami i zasadami KOH i NaOH

Al+ HCl→ AlCl₃ + H₂

Al+NaOH + H₂O→ Na[Al(OH)₄]+H₂ – powstają zw. Kompleksowe ( zw. Kompleksowe zbudowane sąz jonu (atomu) centralnego, zwykle metalu, oraz otaczających go atomów, jonów lub cząsteczek zwanych ligandami; pomiędzy jonem centralnym a ligandami wyst.wiązanie koordynacyjne)

2Al(OH)₃ + 3 H₂SO₄= Al₂(SO₄)₃ + 6 H₂O

Al(OH)₃+ 3KOH= K₃[Al(OH)₆]

Zn+ 2HCl= ZnCl₂+H₂

Zn+ 2KOH+ H₂O= K₂[Zn(OH)₄)+ H₂

Zn(OH)₂+H₂SO₄=ZnSO₄+2H₂O

Zn(OH)₂+2NaOH=Na₂[Zn(OH)₄]

6.Żelazo

• wł. fiz.:

-srebrzystoszare, miękkie, ciągliwe, kowalne, T_top=1540 st.C, 3 odm.alotropowe

• wł.chem:

-nie reaguje z powietrzem w temp.pok., natomiast po ogrzaniu pokrywa się pasywacyjną warstwą tlenków,

- rozpuszcza się w kwasach nieutleniających i rozcieńczonym HNO₃

-tworzy związki z borem, węglem, azotem i krzemem.

Otrzymywane w procesie wielkopiecowym (→opisane w ‘metody otrzymywania metali’)

7.Miedź

• wł.fiz.:

-czerwono-różowa barwa, dobrze ciągliwa, d.kowalna, b. dobry przewodnik ciepła i elektryczności

• wł.chem.:

-z powietrzem w temp. pok. Reaguje powoli pokrywając się cienką warstwą czerwonego Cu₂O

-w obecności wilgoci i CO₂ tworzy się tzw.patyna- zielona warstwa hydroksowęglanów (np. Cu₂(OH)₂CO₃) chroniąca miedź przed dalszym działaniem innych czynników

-łatwo reaguje z fluorowcami tworząc odpowiednie halogenki

-nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających

-w zw. wyst.na I i II st.utl.

8.Glin

• wł.fiz.:

-srebrzystobiały, kowlany, ciągliwy, T_top=660 st.C, dobry przewodnik ciepła i elektryczności

• wł.chem.:

-wł.amfoteryczne –wodorotlenek również(reaguje z kwasami jak i zasadami KOH i NaOH)

-III st.utl.

-wystawiony na działanie powietrza natychmiast pokrywa się szczelną warstwą Al₂O₃, co powoduje jego pasywację, czyli odporność na dalsze utlenianie

-reaguje z fluorowcami i innymi niemetalami, a reakcji tej towarzyszy silne wydzielanie ciepła

-nie reaguje z wodą ani z rozcieńczonymi słabymi kwasami

-kwasy utleniające nie rozpuszczają glinu, ze względu na powstawanie pasywującej warstewki tlenku.

Otrzymywanie (→opisane w ‘metody otrzymywania metali’-elektroliza)

Aluminotermia-wydzielenie metali i stopów z ich tlenków, rud; glin jako silny reduktor utlenia się do Al₂O₃,a tym samym powoduje wydzielenie czystego metalu:

Al+ Cr₂O₃→Al₂O₃+ Cr

Fe₂O₃+2Al →Al₂O₃+2Fe - wykorzystywany do spawania szyn

NIEMETALE

1.Formy występowania

Niemetal	Forma występowania
Wodór H	Woda, węglowodory i pochodne
Tlen O	Powietrze (O2), woda i inne tlenki, sole kw. tlenowych, wodorotlenki, mat.ożywiona
Azot N	Powietrze (N2), azotany (saltery NaNO3,KNO3), materia ożywiona
G.szlach.:He, Ne,Ar,Kr,Xe	powietrze

2.Otrzymywanie niemetali:

• wodór

-elektroliza wody (tylko w lab.)- katoda: 2H₂O + 2e→H₂+2OH^- , anoda:4OH^-→O₂+2H₂O+4e

-konwersja gazu ziemnego (met.przemysłowa): CH₄+2H₂O=CO₂+4H₂

• tlen,azot, gazy szlachetne:

-destylacja frakcjonowana powietrza:

powietrze→ skroplenie → destylacja frakcjonowana→O₂, N₂, Ne, Ar, Kr, Xe

-destylacja gazu ziemnego: ↗CH₄

CH₄+He (gaz ziemny)→ skroplenie metanu → He

3.Właściwości fizyczne i chemiczne najważniejszych tlenków

Tlenek	Wł.fizyczne	Wł.chemiczne
CO (czad)	Gaz,bezwonny,bezbarwny,trudno rozp.w wodzie	Tlenek obojętny-nie reaguje z wodą, kwasami ani z zasadami,
CO2	Gaz,bezwonny,bezbarwny,niepalny, gęstość ok.1,5 razy większa od powietrza	Dobrze rozp.się w wodzie dając kwas węglowy(CO2+H2O→H2CO3)-tzw.tlenek kwasowy
Al2O3	Ciało stałe wyst.w 2 odmianach: -γ-Al2O3 – biały proszek, nierozp. w wodzie;   -α-Al2O3 (korund)-bardzo twarde krystaliczne ciało stałe	-Wł.amfoteryczne –reaguje z kwasami i zasadami(Al2O3+6HCl=2AlCl3+3H2O, Al2O3+3H2O+2NaOH=2Na[Al(OH)4] -Odporny na działanie mocnych kwasów i mocnych zasad
NO	Gaz,bezbarwny,w T=-142st. Skrapla się tworząc ciemnoniebieską ciecz	W zetknięciu z tlenem z powietrza tworzy brunatny tlenek(2NO+O2=2NO2); tlenek obojętny-nie reaguje z wodą, kwasami ani zasadami
NO2	Gaz,trujący,brunatny,o nieprzyjemnym zapachu	W temp. poniżej 147st. ulega dimeryzacji w bezbarwny tlenek :2NO2↔N2O4 ; tlenek kwasowy-NO2 i jego dimer reagują z wodą tworząc mieszaninę kwasów: HNO3 i HNO2
SiO2	Ciało stałe,bezbarwny, Ttop=1710st.	z wodorotlenkami lub węglanami litowców daje sole – krzemiany; bezwodnik kwasowym-uwodniona forma tworzy kwasy H2SiO3 i H4SiO4; nie reaguje z wodą, nie reaguje z kwasami (jedynie z HF)
SO2	Gaz, bezbarwny, ostry duszący zapach, wł.trujące	Wł. redukujące; tlenek kwasowy-reaguje z wodą dając H2SO3
SO3	W temp. pok. ciało stałe, duża lotność	Tlenek kwasowy- z wodą tworzy H2SO4; silnie utleniający; jego pary w zetknięciu z wilgocią tworzą mgłę H2SO4

4.Właściwości chemiczne najważniejszych kwasów tlenowych

Kwas	Wł. chemiczne
H2SO4	Mocny kwas,miesza się z woda w każdym stosunku; silnie higroskopijny-silna tendencja do łączenia się z wodą i odwadniania cząsteczek wielu zw. organ,; silne wł. utleniające- roztwarza np. metale szlachetne; reaguje też z niemetalami; dysocjacja dwustopniowa
HNO3	Mocny kwas, wł.utleniające- rozpuszcza metale o ujemnym i dodatnim potencjale chem., nie rozpuszcza złota ani platyny, na powietrzu bezwodny dymi i powoli się rozkłada: 4HNO3=4NO2^↑+O2^↑+2H2O
H3PO4	Kwas o średniej mocy, dysocjacja trójstopniowa, wł. odrdzewiające

5.Właściwości chemiczne najważniejszych wodorotlenków

Wodorotlenek	Wł. chemiczne
NaOH	Silnie higroskopijny; jego wodny r-ór jest b. mocną zasadą, reaguje z kwasami, tlenkami niemetali i wodorotlenkami amfoterycznymi tworząc sole sodowe, niszczy subst.organ. , działa drażniąco na skórę, pochłania z powietrza CO2 przechodząc w węglan sodu
KOH	Silnie higroskopijny, podczas ogrzewania odmiana α przechodzi w odmianę β, która topi się w 360°C
Ca(OH)2	Tzw. wapno gaszone; słabo rozp.w wodzie; jego stężony r-ór jest mocną zasadą o silnym działaniu żrącym (tzw. woda wapienna),
Al(OH)3	Wł. amfoteryczne-reaguje z kwasami jak i zasadami