Szervetlen kmia Fldfmek br IIIA oszlop Elektronszerkezet ns

Szervetlen kémia Földfémek, bór III/A. oszlop • • Elektronszerkezet: ns 2 np 1 Vegyérték általában: 3 ill. 1 (Ga, In, Tl); oxidációs szám: +3, +1 (Ga, In, Tl) B félfém, a többi fém. Elektronegativitás: 1. 5 -2. 0 (B és Al gyakran képez kovalens kötéseket, a többiek viszont elsősorban ionosat) • Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak Bór (B) és fontosabb vegyületei • Atomrácsos kristályszerkezet, gyémánt után legkeményebb • Természetben vegyületei formájában található, leggyakoribb a bórax, a bórsav Na sója: Na 2 B 4 O 7 • 10 H 2 O • Elektromos szigetelő, de jól vezeti a hőt. • Felhasználás: 1) acélötvöző szerként növeli annak keménységét, kopásállóságát, korrózióval szembeni ellenállását 2) bórszálakat űrrepülőgépek gyártásánál, kis súlyuk és nagy szakítószilárdságuk miatt. • Bórax felhasználása: acélgyártásban – csökkenti a vas-oxid olvadáspontját, így az könnyebben eltávolítható az acélból.

Szervetlen kémia Al és vegyületei Alumínium (Al) • Természetben főként bauxitban (Al. O(OH)) ill. agyagásványokban fordul elő, míg a korund tiszta Al 2 O 3 ásvány . • 3. leggyakoribb elem • levegővel gyorsan reagál, de a felületén összefüggő Al 2 O 3 réteg képződik, mely óvja a további oxidációtól. Eloxálás: e réteg mesterséges vastagítása anódos oxidációval híg savban (foszforsav, kénsav, krómsav, stb. ) • Amfoter: oldják híg savak és lúgok, de tömény savak nem 2 Al + 3 H 2 SO 4 = Al 2(SO 4)3 + 3 H 2 2 Al + 2 Na. OH + 6 H 2 O = 3 H 2 + 2 Na. Al(OH)4 nátrium[tetrahidroxo-aluminát] • Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető • Előállítás: bauxitból Al. O(OH) bauxit lúgos feltárás Al(OH)3 1300 ºC timföldhidrát Al 2 O 3 timföld elektrolízis Al tiszta fém • Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása.

Szervetlen kémia Al és vegyületei Al ötvözetek • Magnálium, duralumínium (lásd magnéziumnál) • Csoportosítás: - Alakítható (sajtolható) ötvözetek: nagy szilárdság a cél. A keverékek jellege (koncentrációk!) szilárd oldat. Fő ötvözők: Cu, Mn, Mg Duralumínium (4, 5% Cu + 0, 5% Mg + 0, 6% Mn). Cu-ra túltelített, ezért Cu. Al 2 halmazok keletkeznek. Megfelelő kezeléssel ezek finoman eloszolt kis szemcsék formájában válnak ki, → nagy szakítószilárdság. Al-Cu-Ni ötvözetek: magasabb hőmérsékleten nagy szakítószilárdság. A fenti ötvözetek a Cu miatt nem korrózióállóak. Al-Mg-Si ötvözetek (1% Si, 1% Mg, 0. 7%Mn): nagy szilárdságúak, korrózióállóak Al-Mn ötvözetek: kitűnő korrózióállóság, képlékenység, hegeszthetőség. - Önthető ötvözetek: Al öntészeti tulajdonságai nem jók. Eutektikus összetételhez közel álló keverékek, alacsony op. Al-Si ötvözetek (sziluminok, 9 -14% Si): jól önthetők, gyenge szakítószilárdságúak. Al-Si-Cu ötvözetek (4% Cu, 2. 5 %Si): önthetőség mellett nagy szilárdságúak. Al-Cu-Mg ötvözetek (4% Cu, 1. 5 % Mg): önthetők, nagy szilárdságúak, kis Ni-t, hozzáadva magas hőmérsékleten igénybevett alkatrészek (dugattyú).

Szervetlen kémia Al és vegyületei Alumínium-oxid (Al 2 O 3) • Természetben: korund, rubin (+Cr 2 O 3), zafír (+Fe. O, Ti 2 O 3) • Al por hevítve: 4 Al + 3 O 2 = 2 Al 2 O 3 (DH=-1687 k. J/mol) • Az oxid nagy képződési entalpiájának köszönhetően az Al gyakran alkalmazott redukálószer (aktivási energiagátat a fejlődő hő leküzdi). Fémek (Cr, Mn) előállítása oxidból: 1. fém-oxid + Al por + gyújtókeverék (Al+Ba. O 2) 2. begyújtva Mg szalaggal: 800 ºC 3. 3 Ba. O 2 + 4 Al = 3 Ba + 2 Al 2 O 3 reakcióból: 2000 ºC 4. pl. Cr 2 O 3 + 2 Al = Al 2 O 3 + 2 Cr • Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korund Alkáli-alumínium-szilikátok (Al 2 Si 2 O 7. 2 H 2 O) kaolinit vagy porcelánföld Agyag: Ca. CO 3, Fe 2 O 3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.

Szervetlen kémia Széncsoport IV/A. oszlop • • Elektronszerkezet: ns 2 np 2 Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4) C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. Elektronegativitás: 2. 5 -1. 8 (C, Si, Ge kovalens kötések, Sn, Pb inkább ionos) Szén (C) módosulatai • Kristályos: gyémánt, grafit, fullerének • Ásványokban (70 -10%, amorf): antracit, kőszén, barnaszén, lignit, tőzeg • Mesterséges: faszén, vérszén, csontszén, korom, koksz (szénégetés, száraz lepárlás: ~500 ºC-on, O 2 kizárásával hevítve) Felhasználás: - gyémánt (legkeményebb ásvány): ékszeripar, üvegvágás, fúrófejek, vágóélek grafit: elektródok, olvasztótégelyek (jó vezetőképesség), kenőanyagokban ásványi szenek, koksz: tüzelés faszén, vérszén, csontszén: sok apró pórus nagy fajlagos felület → adszorbens aktivált szén - korom: töltőanyag (pl. gumiban) molekulák

Szervetlen kémia Széncsoport Fullerének: mesterséges szén módosulatok (XX. sz. vége) • páros számú (60, 72, 84 stb. ) szénatomból álló molekulák • Felfedezés: 1985 -ben Harold Kroto, Robert Curl, Richard Smalley 1996 -ban kémiai Nobel-díj. • A molekulákat kizárólag öt- és hattagú gyűrűk építik fel. • C atom három másik C atomhoz kapcsolódik (1 kettős, 2 egyes kötés). • Az ötszögek száma mindig 12. • A C 60 (backminsterfullerén) molekula futball-labda alakú. C 60 Felhasználás: - C 540 szén nanocső: hengeres fullerén molekulák könnyű elmozdulása: jó kenési tulajdonságok 160 atm, 25 ºC-on gyémánttá alakítható: gyémántbevonat fénnyel besugározva vezetik az elektromosságot: optikai áramkörben intersticiális C 60 Rb-só: 30 K alatt ellenállás nélkül vezeti az áramot (szupravezető) nanocsövek: nagy szakítószilárdság, jó el. vezetés, kémiai inaktivitás (űrtechnológia)

Szervetlen kémia Szén vegyületei Szerves vegyületek: 5 millió Fontosabb szervetlen vegyületek: • Szén-monoxid (CO): színtelen, szagtalan gáz, szén tökéletlen égésekor Vér hemoglobinja megköti: fejfájás, szédülés, fulladás Szintézisgáz (CO + 3 H 2): metanol, műbenzin előállítása • Szén-dioxid (CO 2): színtelen szagtalan gáz, égést elfojtja (0. 035%) Folyadék: csak 5 barnál nagyobb nyomás alatt Szárazjég: szilárd CO 2 (folyékony CO 2 párolgása nagy hőelvonásal jár → megfagy) hűtésre használják • Szénsav (H 2 CO 3): instabil, vizes oldata kétbázisú gyenge sav H 2 CO 3 HCO 3 - + H+ (H 3 O+) K 1= 4. 3. 10 -7 mol/dm 3 CO 32 - + H+ (H 3 O+) K 2= 5. 6. 10 -11 mol/dm 3 • Szénsav sói, a karbonátok stabilak Karbonátion (CO 32 -): 6 delokalizált elektron

Szervetlen kémia Széncsoport többi eleme Szilícium (Si) • Föld szilárd kérgének 30 %-a. Kvarc és szilikátok a vulkáni kőzetek 98%-a. • Kvarc (Si. O 2): hegyikristály, ametiszt, füstkvarc, rózsakvarc • Si vízzel, savval nem, lúggal reagál: Si + 4 OH- = Si. O 44 - + 2 H 2 • Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3 K 2 Si. F 6 + 4 Al = 3 Si + KAl. F 4 + K 3 Al. F 6 • Félvezető: vegyértéksáv és vezetési sáv közötti tiltott sáv 1. 1 e. V széles. Csak magasabb hőmérsékleten vezet. Adalékok segítségével alacsonyabb T-n is. N-típus: adaléknak több elektronja van: vezetési sávban vannak a fölös elektronok P-típus: adaléknak kevesebb elektronja van: vegyértéksávban pozitív lyukak • Alkalmazás az elektronikában, számítástechnikában. Germánium (Ge): ritka elem, félvezető Ón (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn) Ólom (Pb): csővezetékek (védő Pb. O 2 oxidréteg, híg sav sem oldja), akkumulátor, radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sn)