2 CSOPORT IIA CSOPORT Vegyszetilelmiszeripari Kzpiskola CSKA Ksztette

  • Slides: 64
Download presentation
2. CSOPORT (IIA CSOPORT) Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola CSÓKA Készítette: Varga István 1

2. CSOPORT (IIA CSOPORT) Vegyészeti-élelmiszeripari Középiskola CSÓKA Készítette: Varga István 1

Ei Ca Sr Ba cs ö k k e n Mg cs ö k

Ei Ca Sr Ba cs ö k k e n Mg cs ö k k e n Be A fémes jellem erősödik EN A vegyértékelektronok általános elektronszerkezete 2 ns Ra 2

Be Mg Ca alkáliföldfémek Sr Ba Ra 3

Be Mg Ca alkáliföldfémek Sr Ba Ra 3

AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK FONTOSABB ADATAI Fontosabb adatok Be Mg Ca Sr Ba Ra Elektronegativitás Pauling

AZ ALKÁLIFÖLDFÉMEK FONTOSABB ADATAI Fontosabb adatok Be Mg Ca Sr Ba Ra Elektronegativitás Pauling szerint Ei (I. ) [k. J/mol] 1, 57 1, 31 1, 00 0, 95 0, 89 0, 90 900 737, 7 596 550 509, 3 Olvadásponti hőmérséklet [°C] Forrásponti hőmérséklet [°C] Sűrűség [g/cm 3] Lángfestés 1277 650 838 768 714 2770 1107 1440 1380 1640 1737 1, 86 - 1, 75 - A bázisok erőssége a nyíl irányában növekszik 700 1, 55 2, 6 3, 6 5, 5 téglavö bíborv zöld vörös 4

MAGNÉZIUM (magnesii, magnesium, magnezijum, магний ) 5

MAGNÉZIUM (magnesii, magnesium, magnezijum, магний ) 5

A 8. leggyakrabban előforduló elem. Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő

A 8. leggyakrabban előforduló elem. Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő a természetben. 6

A magnéziumot először Antoine Bussy francia kémikus állította elő 1828 -ban, a magnézium-klorid redukciójával.

A magnéziumot először Antoine Bussy francia kémikus állította elő 1828 -ban, a magnézium-klorid redukciójával. Fontosabb ásványai: Ø dolomit Ca. Mg(CO 3)2 Antoine Bussy (1794 -1882) Ø magnezit Mg. CO 3 Ø karnalit KMg. Cl 3· 6 H 2 O Ø ensztatit Mg. Si. O 3 Ø kainit KCl∙Mg. SO 4· 3 H 2 O 7

A magnézium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha könnyen nyújtható könnyűfém. Levegőn állva a felülete

A magnézium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha könnyen nyújtható könnyűfém. Levegőn állva a felülete már szobahőmérsékleten vékony, a további oxidációtól védő, fakó színű oxidréteggel vonódik be. 8

A magnézium izotópjai q A magnéziumnak 3 stabil és több radioaktív izotópja van. Stabil

A magnézium izotópjai q A magnéziumnak 3 stabil és több radioaktív izotópja van. Stabil izotópjai a következők: 24 Mg – 78, 99%-ban, 25 Mg – 10%-ban és 26 Mg – 11, 01%-ban fordul elő a természetben. 9

Emissziós színképe a látható tartományban 10

Emissziós színképe a látható tartományban 10

Ipari előállítása Megolvasztott sóinak, például Mg. Cl 2 elektrolízisével Dowféle cellákban. A cellák belülről

Ipari előállítása Megolvasztott sóinak, például Mg. Cl 2 elektrolízisével Dowféle cellákban. A cellák belülről fűthető vaskádak. A tartály fala katódként működik, az anódot pedig fölülről az olvadékba nyúló grafitrudak alkotják. Újabban a magnéziumot karbonátjai hevítésekor keletkező oxidjának karbotermiás vagy szilikotermiás redukciójával állítják elő. 11

Élettani jelentősége A magnézium életfontosságú anyag. Nélkülözhetetlen több száz enzim megfelelő működéséhez, szükséges minden

Élettani jelentősége A magnézium életfontosságú anyag. Nélkülözhetetlen több száz enzim megfelelő működéséhez, szükséges minden energiaigényes folyamathoz, a fehérje- zsír- és szénhidrátanyagcsere számos lépéséhez, az inzulintermeléshez. Ø A szervezetben mintegy 25 -30 gramm magnézium található, melynek csaknem fele a csontokban koncentrálódik. 12

Ø A magnézium a klorofillban is megtalálható. Ø A klorofill porfinvázas magnézium-tartalmú komplex vegyület,

Ø A magnézium a klorofillban is megtalálható. Ø A klorofill porfinvázas magnézium-tartalmú komplex vegyület, amely a napsugárzás energiáját elnyeli, és szén-dioxidból és vízből glükózt képes létrehozni a zöld növények sejtjeiben a fotoszintézis által. Szintetikusan először Woodwardnak sikerült előállítania 1960 -ban. 13

A klorofill-A szerkezete A klorofill-B szerkezete 14

A klorofill-A szerkezete A klorofill-B szerkezete 14

Felhasználása Kis sűrűségű és viszonylag nagy szilárdságú ötvözetek (magnálium, elektronfém, duralumínium) előállítására, főleg a

Felhasználása Kis sűrűségű és viszonylag nagy szilárdságú ötvözetek (magnálium, elektronfém, duralumínium) előállítására, főleg a repülőgépiparban. Nehezen redukálható fémek (V, U, Zr, Ti) kinyerésére, Villanófényporok, világító rakéták, víz alatti fáklya, gyújtóbombák készítésére, Szerves szintéziseknél gyakran használt Grignárdreagens, azaz alkil-magnézium-halogenid (RMg. X) készítésére, Fluor előállítására alkalmas edények gyártására (a felületén képződő Mg. F 2 jó védőréteg). 15

 Levegőn állva a felülete már szobahőmérsékleten vékony, a további oxidációtól védő, összefüggő oxidréteggel

Levegőn állva a felülete már szobahőmérsékleten vékony, a további oxidációtól védő, összefüggő oxidréteggel vonódik be. Meggyújtva, vakító fehér lánggal magnéziumoxiddá ég el: 2 Mg + O 2 → 2 Mg. O A forró vizet az alábbi egyenlet szerint bontja: Mg + H 2 O → Mg. O + H 2 16

 Híg savakkal reagálva H 2 -gázt fejleszt a következő reakció szerint: Mg +

Híg savakkal reagálva H 2 -gázt fejleszt a következő reakció szerint: Mg + 2 HCl → H 2 + Mg. Cl 2 Erős redukálószer. Ezt a tulajdonságát a titán előállításánál is kihasználják. Titán(IV)-kloridból elemi titánt állítanak elő a következő egyenlet szerint: Ti. Cl 4 + 2 Mg → Ti + 2 Mg. Cl 2 17

Alkil-, és aril-halogenidekkel dietil-éter jelenlétében kötésbe lép és megfelelő magnéziumtartalmú szerves alkil- vagy arilvegyület

Alkil-, és aril-halogenidekkel dietil-éter jelenlétében kötésbe lép és megfelelő magnéziumtartalmú szerves alkil- vagy arilvegyület képződik. Ezeket a vegyületeket feltalálójukról Victor Grignard-ról nevezték el Grignard-vegyületeknek. 18

Vegyületeiben a magnézium oxidációs száma +2. Magnézium-oxid (égetett magnézia) – Mg. O: laza, fehér

Vegyületeiben a magnézium oxidációs száma +2. Magnézium-oxid (égetett magnézia) – Mg. O: laza, fehér tapadós por. A természetben zöldes színű periklász ásvány formájában fordul elő vasoxiddal együtt. Ipari előállítása a magnezit 500°C-on való égetésével (kalcinálásával) történik a következő reakció szerint: Mg. CO 3 → Mg. O + CO 2 19

A magnézium-oxidot leginkább tűzálló tégelyek és téglák készítésére használják. 20

A magnézium-oxidot leginkább tűzálló tégelyek és téglák készítésére használják. 20

Magnézium-hidroxid - Mg(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag. A természetben is előfordul ásványa a

Magnézium-hidroxid - Mg(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag. A természetben is előfordul ásványa a brucit formájában. Előállítása vízben oldható magnéziumsókból történik kalcium-hidroxiddal. A reakció során fehér, laza csapadék formájában válik ki a magnézium-hidroxid: Mg. Cl 2 + Ca(OH)2 → Mg(OH)2 (s) + Ca. Cl 2 A keletkezett magnézium-hidroxid gyenge bázis. Vízben rosszul oldódik (oldhatósága 20°C-on kb. 9 g/L). 21

Magnézium-karbonát (magnezit) - Mg. CO 3: A természetben is előfordul mint a dolomit ásvány

Magnézium-karbonát (magnezit) - Mg. CO 3: A természetben is előfordul mint a dolomit ásvány egyik alkotója. Fehér trigonális kristályokat alkot. 22

 Vízben nem oldódik, de már a gyenge ásványi savak is jól oldják. A

Vízben nem oldódik, de már a gyenge ásványi savak is jól oldják. A híg szénsavoldat, lassan feloldja a következő reverzibilis reakció szerint: 23

Magnézium-szulfát-heptahidrát (keserűsó) – Mg. SO 4 · 7 H 2 O: Színtelen, keserű ízű,

Magnézium-szulfát-heptahidrát (keserűsó) – Mg. SO 4 · 7 H 2 O: Színtelen, keserű ízű, vízben jól oldódó vegyület. A természetben oldott állapotban is előfordul az ún. keserűvizekben. Gyapotszövetek kikészítéséhez, ásványvizek készítéséhez és enyhe hashajtóként használják. 24

Magnézium-klorid-hexahidrát – Mg. Cl 2 · 6 H 2 O: Színtelen, monoklin kristályos, erősen

Magnézium-klorid-hexahidrát – Mg. Cl 2 · 6 H 2 O: Színtelen, monoklin kristályos, erősen higroszkópos vegyület. A természetben a tengervízben és a karnalit (KCl · Mg. Cl 2 · 6 H 2 O) nevű ásványban fordul elő. Előállítása a KCl-gyártás során keletkező hulladéklúg bepárlásával történik. A magnézium-kloridot a különleges cementek, tűzálló faimpregnálószerek előállítására használják, továbbá a magnézium -előállítás fontos kiindulási anyaga. 25

26

26

KALCIUM (calcium, kalcijum, кальций) 27

KALCIUM (calcium, kalcijum, кальций) 27

A 3. leggyakrabban előforduló elem. 28

A 3. leggyakrabban előforduló elem. 28

q A kalciumot először Humphry Davy angol kémikus állította elő 1807 -ben, és ugyancsak

q A kalciumot először Humphry Davy angol kémikus állította elő 1807 -ben, és ugyancsak ő nevezte el a mész = calx latin neve után kalciumnak. Lengyel Béla (1844 -1913) Nagyobb mennyiségű tiszta kalcium előállítására azonban legelőször Lengyel Béla magyar vegyész, dolgozott ki eljárást 1896 ban. 29

q Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő, mint amilyenek a: Ca.

q Nagy reakcióképessége miatt csak vegyületei (ásványai) alakjában fordul elő, mint amilyenek a: Ca. CO 3 (kalcit-, mészkő-, kréta-formájában) Ca. Mg(CO 3)2 (dolomit) Ca 3(PO 4)2 (foszforit) Ca. F 2 (fluorit) Ca. SO 4 · 2 H 2 O (gipsz) Ca. SO 4 (anhidrit) 30

A kalcium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha (késsel vágható) paramágneses fém. Elektromos vezetőképessége a

A kalcium ezüstfehér színű, erős fémfényű, puha (késsel vágható) paramágneses fém. Elektromos vezetőképessége a rézének kb. 10%-a. Levegőn gyorsan oxidálódik, ezért levegőtől elzárva tárolják. Kisebb mennyiségű kalciumot általában petróleumban célszerű tárolni. 31

32

32

A kalcium izotópjai q A kalciumnak 9 izotópja ismert. q. Ezek közül csak a:

A kalcium izotópjai q A kalciumnak 9 izotópja ismert. q. Ezek közül csak a: 40, 42, 43, és a 44 -es tömegszámú izotópok stabilak, míg a többi kalciumizotóp radioaktív. 33

Emissziós színképe a látható tartományban 34

Emissziós színképe a látható tartományban 34

Ipari előállítása Ca. Cl 2 és Ca. F 2 vagy KCl keverékének olvadékából állítják

Ipari előállítása Ca. Cl 2 és Ca. F 2 vagy KCl keverékének olvadékából állítják elő elektrolízissel. Az elektrolízishez grafit anódot és vas katódot használnak. A Cl 2 vagy az F 2 az anódon, míg a kalcium a vas katódon válik ki. A kapott kalciumot átolvasztással tisztítják meg a szennyezőanyagoktól. 35

Élettani jelentősége ü Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen. üA gerincesek testében a csontok és

Élettani jelentősége ü Az élő szervezetek számára nélkülözhetetlen. üA gerincesek testében a csontok és a fogak alapját a kalcium-sók alkotják. üElőfordul azonban az izmokban, a vérben és más szervekben is. ü A modern táplálkozástudományi ajánlások szerint 800 - 1000 mg/nap kalciumbevitel elegendő az ember kalcium-szükségletének fedezésére. 36

Felhasználása Ø A kalcium igen erős redukálószer, a finoman szétoszlatott kalciumot szerves redukciókhoz használják,

Felhasználása Ø A kalcium igen erős redukálószer, a finoman szétoszlatott kalciumot szerves redukciókhoz használják, de fontos szerepet kap egyes fémek redukciójánál is (például, urán, cirkónium, tórium). Ø Kalcium segítségével történik a kén és az oxigén kisebb mennyiségének eltávolítása a vas olvadékból az acélgyártás során. Ø Adalékanyag az üveggyártás során. Ø Gyógyszeriparban. Ø Alkoholok vízmentesítésére, stb. 37

Kémiai tulajdonságai Reakcióképesebb a magnéziumnál. Levegőben elégetve oxiddá és nitriddé ég el: 2 Ca

Kémiai tulajdonságai Reakcióképesebb a magnéziumnál. Levegőben elégetve oxiddá és nitriddé ég el: 2 Ca + O 2 → 2 Ca. O 3 Ca + N 2 → Ca 3 N 2 Hideg vízzel exoterm reakció közben kalciumhidroxid keletkezik és H 2 -gáz fejlődik: Ca + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + H 2 38

 Híg savakkal reagálva H 2 -gázt fejleszt a következő reakció szerint: Ca +

Híg savakkal reagálva H 2 -gázt fejleszt a következő reakció szerint: Ca + 2 HCl → Ca. Cl 2 + H 2 A halogén elemekkel szintén reagál, miközben megfelelő kalcium-halogenid keletkezik. Ca + Cl 2 → Ca. Cl 2 39

Magas hőmérsékleten (1600°C-on) a szénnel kalcium-karbiddá, a kénnel kalcium-szulfiddá, a foszforral kalcium-foszfiddá egyesül: Ca

Magas hőmérsékleten (1600°C-on) a szénnel kalcium-karbiddá, a kénnel kalcium-szulfiddá, a foszforral kalcium-foszfiddá egyesül: Ca + 2 C → Ca. C 2 Ca + S → Ca. S 3 Ca + 2 P → Ca 3 P 2 A kalcium és vegyületei a lángot téglavörös színűre festik. 40

FONTOSABB VEGYÜLETEI Vegyületeiben a kalcium oxidációs száma +2. q Kalcium-oxid (égetett mész) – Ca.

FONTOSABB VEGYÜLETEI Vegyületeiben a kalcium oxidációs száma +2. q Kalcium-oxid (égetett mész) – Ca. O: fehér, kemény, maró hatású anyag. Iparilag mészkőből állítják elő úgy, hogy a mészkövet ún. körkemencében vagy aknás kemencében hevítik 900 -1200°C-on. Hevítéskor a mészkő termikus disszociációja megy végbe: Ca. CO 3 → Ca. O + CO 2 41

 Az égetett mész fontos ipari nyersanyag. Felhasználása: habarcskészítés, kalciumkarbid előállítása, kerámiaipar, üveggyártás, szódagyártás.

Az égetett mész fontos ipari nyersanyag. Felhasználása: habarcskészítés, kalciumkarbid előállítása, kerámiaipar, üveggyártás, szódagyártás. 42

q Kalcium-hidroxid (oltott mész) - Ca(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag. Előállítása égetett mészből

q Kalcium-hidroxid (oltott mész) - Ca(OH)2 : Fehér, száraz, porszerű anyag. Előállítása égetett mészből történik vízzel (mészoltás) a következő exoterm reakció szerint: Ca. O + H 2 O → Ca(OH)2 Ø Az oltott mész erős bázis, amely vízben rosszul oldódik. Ø Telített oldatát meszesvíznek, vízzel alkotott szuszpenzióját pedig mésztejnek nevezzük. 43

Ca 2+ OH– 44

Ca 2+ OH– 44

Kalcium-karbonát - Ca. CO 3: A természetben kalcit, mészkő, márvány, kréta formájában fordul elő.

Kalcium-karbonát - Ca. CO 3: A természetben kalcit, mészkő, márvány, kréta formájában fordul elő. Két kristálymódosulata létezik, a kalcit és az aragonit. Ø A mészkő, márvány, kréta egyaránt kalcit, az igazgyöngy pedig aragonitkristályokból áll. Ø A tiszta, áttetsző kalcitot izlandi pát néven ismerik. 45

 A mészkő szennyezett kalcium-karbonát fontos ipari nyersanyag. Főleg égetett mész gyártására használják, de

A mészkő szennyezett kalcium-karbonát fontos ipari nyersanyag. Főleg égetett mész gyártására használják, de a cement- és az üvegiparban is nyersanyagul szolgál. A kalcium-karbonát vízben gyakorlatilag oldhatatlan, de az esővíz, amely híg szénsavoldatnak is tekinthető, lassan feloldja. Szervetlen és szerves savakban, a sav erősségétől függően, különböző sebességgel oldódik. 46

A kalcit kristályszerkezete 47

A kalcit kristályszerkezete 47

Fluorit (lila) és kalcit (fehér) kristályai 48

Fluorit (lila) és kalcit (fehér) kristályai 48

Kalcium-szulfát – Ca. SO 4: A természetben anhidrit és gipsz alakjában fordul elő. Színtelen

Kalcium-szulfát – Ca. SO 4: A természetben anhidrit és gipsz alakjában fordul elő. Színtelen vagy szürke, rombos kristályokat képez. Vízben alig oldódik. Ø Az építőiparban kötőanyagként, a festékiparban nyersanyagként használják nagyobb mennyiségben. 49

Kalcium-foszfát – Ca 3(PO 4)2: Színtelen, amorf anyag, amely vízben oldhatatlan. Híg sósavban és

Kalcium-foszfát – Ca 3(PO 4)2: Színtelen, amorf anyag, amely vízben oldhatatlan. Híg sósavban és salétromsavban jól oldódik. A természetben a foszforit és apatit nevű ásványokban fordul elő. A csontok és a fogzománc fontos alkotórésze. Az iparban üveg, zománc és porcelán gyártására használják. 50

Kalcium-dihidrogén-foszfát – Ca(H 2 PO 4)2: Színtelen, kristályos anyag, amely vízben és híg savakban

Kalcium-dihidrogén-foszfát – Ca(H 2 PO 4)2: Színtelen, kristályos anyag, amely vízben és híg savakban mérsékelten oldódik. A szuperfoszfát nevű foszfortartalmú műtrágya egyik alkotója. 200°C feletti hőmérsékletre hevítve, elbomlik. 51

Kalcium-nitrát (mészsalétrom) – Ca(NO 3)2: Színtelen, kristályos anyag, amely vízben jól oldódik. Kristályvizes alakja,

Kalcium-nitrát (mészsalétrom) – Ca(NO 3)2: Színtelen, kristályos anyag, amely vízben jól oldódik. Kristályvizes alakja, a Ca(NO 3)2· 4 H 2 O a levegőn elfolyósodik, és 40°C-on saját kristályvizében megolvad. Iparilag mészkőből állítják elő salétromsavval: 52

Kalcium-hidrid – Ca. H 2: Fehér kristályos anyag. Előállítható fém kalcium elemi hidrogén atmoszférában

Kalcium-hidrid – Ca. H 2: Fehér kristályos anyag. Előállítható fém kalcium elemi hidrogén atmoszférában való melegítésével. A kalcium-hidrid erős redukálószer. Vízzel való reakciója során kalcium-hidroxid és hidrogén keletkezik. Ca. H 2 + 2 H 2 O → Ca(OH)2 + 2 H 2 53

54

54

55

55

BERILLIUM Neve a berill (3 Be. O·Al 2 O 3· 6 Si. O 2)

BERILLIUM Neve a berill (3 Be. O·Al 2 O 3· 6 Si. O 2) ásvány nevéből származik. A kevés Cr 2 O 3 -dal szennyezett beril smaragd néven ismert, igen szép zöld színű drágakő. Előállítása Be. F 2 -ból történik redukcióval magas hőmérsékleten. Redukálószerként magnéziumot használnak. Be. F 2 + Mg → Be + Mg. F 2 56

 A berillium szürkés színű, kemény és nagyon rideg könnyűfém. 600°C fölött jól alakítható.

A berillium szürkés színű, kemény és nagyon rideg könnyűfém. 600°C fölött jól alakítható. Elektromos vezetőképessége a rézének kb. 10%-a. Fontosabb vegyületei: Be. Cl 2: nagyon higroszkópos vegyület. A berillium-előállítás kiindulási anyaga. Be(OH)2: Fehér, savakban és bázisokban könnyen oldódó amfoter vegyület. Be. O: Fehér, porszerű vegyület, amely a berillium-hidroxid izzításakor keletkezik. Be(OH)2 → Be. O + H 2 O 57

Berilliumérc Smaragd 58

Berilliumérc Smaragd 58

STRONCIUM q A földkéregben 0, 03%-ban fordul elő, de csak vegyületei (Sr. SO 4

STRONCIUM q A földkéregben 0, 03%-ban fordul elő, de csak vegyületei (Sr. SO 4 és Sr. CO 3) formájában. q Ezüstfehér színű, jól alakítható könnyűfém. Levegőn állva a fém felületén nagyon gyorsan sárgásbarna oxidréteg képződik, ezért toluolban vagy xilolban tárolják. q Előállítása a Sr. Cl 2 -olvadék elektrolízisével történik. q Etanolban, savakban és cseppfolyós ammóniában jól oldódik. q A stronciumot elsősorban könnyűfémötvözetek nemesítésére használják. q A stroncium és vegyületei a lángot élénkvörösre festik. 59

Stroncium A stroncium lángfestése 60

Stroncium A stroncium lángfestése 60

 Az elemek gyakorisági sorában a 18. helyen áll. Csak ásványai formájában fordul elő.

Az elemek gyakorisági sorában a 18. helyen áll. Csak ásványai formájában fordul elő. Fontosabb ásványa a barit (Ba. SO 4). A bárium ezüstfehér, puha fém, amely levegőn nem állandó. Előállítása bárium-oxidból történik redukcióval magas hőmérsékleten. Redukálószerként alumíniumot használnak. Vízzel és etanollal hidrogénfejlődés közben hevesen reagál. Savakban (kivétel a kénsav) és cseppfolyós ammóniában könnyen feloldódik. 61

Bárium Barit (Ba. SO 4) 62

Bárium Barit (Ba. SO 4) 62

RÁDIUM q Fehér színű, radioaktív nehézfém. q Mind a 28 ismert rádium izotóp radioaktív.

RÁDIUM q Fehér színű, radioaktív nehézfém. q Mind a 28 ismert rádium izotóp radioaktív. Felezési idejük 1600 év és 0, 18 μs között van. q Igen ritka elem. A természetben az uránszurokércben fordul elő. Hét tonna érc kb. 1 g rádiumot tartalmaz. q Levegőn állva, sötétben világít, és a felületén fekete nitridréteg képződik. 63

Rádium 64

Rádium 64