Prvky VIII B skupiny trida elezo 26 Fe

Prvky VIII. B skupiny – triáda železo (26 Fe) • výskyt: rudné minerály (rudy) – minerály obsahující kov • hematit (krevel) - Fe 2 O 3 • limonit (hnědel) - 2 Fe. O 3· 3 H 2 O • magnetit (magnetovec) - Fe 3 O 4 • siderit (ocelek) - Fe. CO 3 • pyrit - Fe. S 2 • minerální vody [Fe(HCO 3)2] • 70% v lidském těle je součástí hemoglobinu

hematit

limonit

magnetit (Bolívie)

siderit (Německo)

pyrit („kočičí zlato“)

průmyslová výroba železa a oceli • 1. popis vysoké pece • vysoká pec je zařízení, které pracuje 10 let nepřetržitě, po skončení provozu se opravuje, v ČR jsou vysoké pece v Ostravě – Arcelor. Mittal Steel Ostrava a v Třineckých železárnách • pec je vysoká 25 -40 m, základem je šachta, která se v horní části zužuje – tzv. sazebna (zde se pomocí šikmých výtahů naváží vsázka – ruda(hematit, koks a vápenec)

• sazebna je uzavřena sazebním uzávěrem, kudy také odchází vysokopecní (kychtový plyn) do ohřívačů vzduchu • další částí šachty je zarážka – nejširší místo šachty a nístěj – spodní část šachty, odkud se vypouští struska a roztavené surové železo • šachta je tvořena ocelovými pláty a vyztužena ohnivzdornou vyzdívkou, plášť šachty je chlazen vodou

• v místě zarážky se nachází kruhové potrubí, kterým pomocí dmyšen proudí do vysoké pece předehřátý vzduch z ohřívačů vzduchu • předehřátý vzduch obsahuje kyslík a má teplotu až 1000 C a slouží ke spalování koksu ve vysoké peci • součástí vysoké pece jsou ohřívače vzduchu – jsou to válcovité ocelové nádoby, s ohnivzdornou vyzdívkou, uvnitř mají spalnou komoru, kde se ohřívá vzduch pomocí kychtového plynu z vysoké pece, který obsahuje především oxid uhelnatý • teplota na vrcholu ohřívačů (pod kopulí je až 1600 C)

2. Reakce ve vysoké peci • vysoká pec má pásma, které se liší teplotou a reakcemi, které zde probíhají • předehřívací pásmo (pod sazebnou) – teplota cca 200 C, zde se vsázka (koks, ruda – hematit – oxid železitý, struskotvorné přísady – vápenec, dolomit) předehřívá a vypařuje se vlhkost • 1. redukční pásmo – zde probíhá nepřímá redukce oxidu železitého oxidem uhelnatým, který je součástí vysokopecního plynu, vzniká tak surové železo, které klesá ke dnu pece, teplota 400 – 1000 C

• 2. redukční pásmo – zde probíhá přímá redukce oxidu železitého uhlíkem, teplota 1100 – 1200 C, • nauhličovací pásmo – teplota až až 1400 C, v tomto pásmu se do železa dostává uhlík, 3, 5 až 4, 5%, uhlík snižuje teplotu tání železa • tavící pásmo – zde se nachází kapalné surové železo, připravené k odpichu, teplota je zde až 2000 C, t. t (Fe) = 1536 C

• struska a surové železo se vypouští, struska vzniká z hlušiny, která doprovází čistý hematit a z vápence a dolomitu • struska plave na surovém železe a chrání ho před oxidací kyslíkem • struska se používá na výrobu např. tvárnic nebo se přidává do cementu

struska

• surové železo je buď šedé nebo bílé • z šedého železa, ocelového šrotu, vápence a koksu se v tavících pecích získává litina šedá nebo bílá, teplota v peci je 1500 C, litina je pevná, ale křehká, obsah uhlíku víc než 2, 14% • výrobky z litiny – radiátory, kotle, kašny, náhrobky, krbové desky apod. • bílé železo se zpracovává v ocelárnách na ocel

• základem výroby oceli ze surového železa je snižování obsahu uhlíku až na 1%, dále jsou při výrobě oceli odstraňovány nečistoty (sloučeniny Si, P, S) – jsou převedeny na své oxidy • výroba oceli v kyslíkovém konvertoru spočívá v profukování surového roztaveného železa kyslíkem z ocelových trysek • výroba oceli v elektrické peci spočívá v roztavení surového železa účinkem tepla, které vzniká průchodem el. proudu surovým železem • el. oblouková pec je tvořena elektrodami, mezi kterými vzniká díky průchodu el. proudu el. oblouk

• oběma způsoby získáme měkkou nelegovanou ocel, kterou můžeme zpracovávat kalením, popouštěním nebo legováním • kalení – prudké zahřátí oceli a prudké zchlazení vodou • popouštění – pomalé zahřátí a zchlazení • legování – k oceli se přidávají kromě železa další kovy, nikl, chrom, vanad, kobalt, takže legované oceli mohou obsahovat až 30 % různých kovů • výrobky z oceli – ocelové konstrukce – Eifellova věž, Petřínská rozhledna, televizní vysílač Žižkov, ocelové konstrukce mostů, kolejnice, plechy, dráty, chirurgické a zubařské nástroje, elektrárenské turbíny

chirurgické nástroje

fyzikální vlastnosti: • bílý, lesklý, neušlechtilý kov, měkký, kujný, tažný

• chemické vlastnosti: • na suchém vzduchu stálé • na vlhkém vzduchu se pokrývá vrstvou Fe(OH)3 (rezavění) • s kyslíkem reaguje za vzniku Fe 2 O 3 nebo Fe 3 O 4 • reaguje např. s HCl nebo zředěnou kyselinou sírovou za vzniku soli a vodíku • v oxidujících kyselinách se pasivuje

• sloučeniny: • hydroxid železnatý – reakcí vodného roztoku obsahujícího Fe 2+ s hydroxidy - vzniká vločkovitá sraženina, která, je-li připravena za naprostého vyloučení vzduchu je bílá – v přítomnosti kyslíku Fe(OH)2 tmavne a přechází na červenohnědý Fe(OH)3

• disulfid železnatý – může se připravit zahříváním Fe 2 O 3 v atmosféře H 2 S – zahříváním za přístupu vzduchu vzniká Fe 2 O 3 a SO 2

• síran železnatý • bezvodý - bílá látka • s vodou vytváří heptahydrát - zelená skalice Fe. SO 4· 7 H 2 O – používá se k úpravě pitných a odpadních vod a k hubení mechu v trávnících • (NH 4)2 Fe(SO 4)2· 6 H 2 O - Mohrova sůl - látka na vzduchu stálá - význam v analytické chemii

zelená skalice

• uhličitan železnatý • bílá sraženina • na vzduchu hnědne, neboť se oxiduje • nerozpustný ve vodě, obsahuje-li však vodu a rozpuštěný CO 2 tvoří se rozpustný Fe(HCO 3)2, který je součástí minerálních vod

- K 4[Fe(CN)6] - hexakyanoželeznatan draselný (žlutá krevní sůl) • ve vodě dobře rozpustná, žlutá, krystalická látka, není toxická • reakcí se železitou solí vzniká - tmavě modrá sraženina, berlínská modř – využití v analytické chemii

žlutá krevní sůl

• Fe. Cl 3· 6 H 2 O – hexahydrát chloridu železitého – prostředek k leptání, zvláště důležitá je jeho schopnost leptat měď, čehož se využívá při výrobě tištěných elektrických obvodů – světlehnědá, krystalická látka, rozpustná ve vodě – při úpravě vody vytváří vločky, které na sebe navážou z vody rozpuštěné nežádoucí látky

hexahydrát chloridu železitého

• hydroxid železitý – složení lépe vystihuje vzorec Fe 2 O 3·n. H 2 O – látka má amfoterní charakter – vytváří hnědé nebo červenohnědé granule, ve vodě nerozpustné – používá se k čištění vod, které obsahují arsen (adsorpce)

• síran železitý • krystaluje v podobě šesti různých hydrátů (12, 10, 9, 7, 6 a 3 H 2 O) • nejčastěji jako nonahydrát, používá se k úpravě odpadních vod jako srážedlo

nonahydrát síranu železitého

- K 3[Fe(CN)6] - hexakyanoželezitan draselný (červená krevní sůl) • příprava oxidací hexakyanoželeznatanu draselného např. chlórem v roztoku okyseleném kyselinou chlorovodíkovou: 2 K 4[Fe(CN)6] + Cl 2 2 K 3[Fe(CN)6] + 2 KCl • krystalizuje v červených krystalech, které se dobře rozpouští ve vodě na žlutý roztok

• je jedovatá • reakcí s ionty železnatými dává modrou sraženinu, Turnbullova modř – v analytické chemii

červená krevní sůl

kobalt (27 Co) • výskyt: • smaltin - Co. As 2 • kobaltin - Co. As. S • součást vitamínu B 12 • průmyslová výroba: • rudy se nejprve praží, kov se tak převede na oxid se redukuje uhlíkem, vodíkem nebo hliníkem

• fyzikální vlastnosti: • • lesklý, stříbřitý kov s modrým nádechem tvrdší než železo, kujný, tažný feromagnetický - Curieho teplota > 1100 °C jeden izotop - 60 Co

• chemické vlastnosti: • na vzduchu je za normální teploty stálý • ve zředěných kyselinách se rozpouští obtížně • tvoří komplexní sloučeniny

• využití: • výroba barev - výroba porcelánu a skla • sloučeniny kobaltu se používají jako katalyzátory v organických reakcích • výroba slitin (Alnico - Al, Ni, Co) - výroba permanentních magnetů • pokobaltování - ochrana před korozí ovocnými šťávami (příbory), 60 Co (poločas rozpadu - 5271 let) • koncentrovaný zdroj záření gama v lékařství při léčbě zhoubných nádorů

• sloučeniny: • chlorid kobaltnatý • indikátor kvality silikagelu používaného jako sušící prostředek (změna barvy modré na růžovou, ke které dochází při přechodu z bezvodé formy na hydratovanou)

nikl (28 Ni) • výskyt: • nikelin - Ni. As • průmyslová výroba: • karbonylový způsob - pražením vzniklý oxid nikelnatý redukujeme vodním plynem (CO + H 2) • houbovitý nikl pak reaguje při teplotě 50 - 60°C s oxidem uhelnatým

• vzniká těkavý tetrakarbonyl niklu, který se potom rozloží vedením přes tablety z čistého niklu při teplotě 230°C a uvolněný CO se vrací zpět • nikl vyrobený tímto způsobem dosahuje čistoty asi 99, 95%

• fyzikální vlastnosti: • stříbrobílý, lesklý, kujný, tažný kov • chemické vlastnosti: • ve zředěných kyselinách se rozpouští jen zvolna • odolný vůči působení alkalických hydroxidů • koncentrovaná HNO 3 nikl pasivuje

• využití: • • přísada do ocelí (korozivzdorné) výroba slitin katalyzátor (hydrogenace) akumulátorové baterie (Ni/Fe)