Prvky VIII.B skupiny

1
Prvky VIII.B skupiny triáda železa

• železo (26Fe)
• výskyt
• rudné minerály (rudy) minerály obsahující kov
• hematit (krevel) - Fe2O3
• limonit (hnedel) - 2FeO33H2O
• magnetit (magnetovec) - Fe3O4
• siderit (ocelek) - FeCO3
• pyrit - FeS2
• minerální vody Fe(HCO3)2
• 70 v lidském tele je soucástí hemoglobinu

2
hematit
3
limonit
4
magnetit (Bolívie)
5
siderit (Nemecko)
6
pyrit (kocicí zlato)
7
prumyslová výroba železa a oceli

• 1. popis vysoké pece
• vysoká pec je zarízení, které pracuje 10 let
  nepretržite, po skoncení provozu se opravuje, v
  CR jsou vysoké pece v Ostrave ArcelorMittal
  Steel Ostrava a v Trineckých železárnách
• pec je vysoká 25-40m, základem je šachta, která
  se v horní cásti zužuje tzv. sazebna (zde se
  pomocí šikmých výtahu naváží vsázka
  ruda(hematit, koks a vápenec)

8

• sazebna je uzavrena sazebním uzáverem, kudy také
  odchází vysokopecní (kychtový plyn) do ohrívacu
  vzduchu
• další cástí šachty je zarážka nejširší místo
  šachty a nístej spodní cást šachty, odkud se
  vypouští struska a roztavené surové železo
• šachta je tvorena ocelovými pláty a vyztužena
  ohnivzdornou vyzdívkou, plášt šachty je chlazen
  vodou

9

• v míste zarážky se nachází kruhové potrubí,
  kterým pomocí dmyšen proudí do vysoké pece
  predehrátý vzduch z ohrívacu vzduchu
• predehrátý vzduch obsahuje kyslík a má teplotu až
  1000 C a slouží ke spalování koksu ve vysoké peci
• soucástí vysoké pece jsou ohrívace vzduchu jsou
  to válcovité ocelové nádoby, s ohnivzdornou
  vyzdívkou, uvnitr mají spalnou komoru, kde se
  ohrívá vzduch pomocí kychtového plynu z vysoké
  pece, který obsahuje predevším oxid uhelnatý
• teplota na vrcholu ohrívacu (pod kopulí je až
  1600 C)

10
(No Transcript)
11

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

12

• 2.redukcní pásmo zde probíhá prímá redukce
  oxidu železitého uhlíkem, teplota 1100 1200 C,
• nauhlicovací 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, pripravené k odpichu,teplota je zde až
  2000 C, t.t (Fe) 1536 C

13

• struska a surové železo se vypouští, struska
  vzniká z hlušiny, která doprovází cistý hematit a
  z vápence a dolomitu
• struska plave na surovém železe a chrání ho pred
  oxidací kyslíkem
• struska se používá na výrobu napr. tvárnic nebo
  se pridává do cementu

14
struska
15

• surové železo je bud 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 krehká, obsah uhlíku víc než 2,14
• výrobky z litiny radiátory, kotle, kašny,
  náhrobky, krbové desky apod.
• bílé železo se zpracovává v ocelárnách na ocel

16

• základem výroby oceli ze surového železa je
  snižování obsahu uhlíku až na 1, dále jsou pri
  výrobe oceli odstranovány necistoty (slouceniny
  Si, P, S) jsou prevedeny na své oxidy
• výroba oceli v kyslíkovém konvertoru spocívá v
  profukování surového roztaveného železa kyslíkem
  z ocelových trysek
• výroba oceli v elektrické peci spocívá v
  roztavení surového železa úcinkem tepla, které
  vzniká pruchodem el. proudu surovým železem
• el. oblouková pec je tvorena elektrodami, mezi
  kterými vzniká díky pruchodu el. proudu el. oblouk

17

• obema zpusoby získáme mekkou nelegovanou ocel,
  kterou mužeme zpracovávat kalením, popouštením
  nebo legováním
• kalení prudké zahrátí oceli a prudké zchlazení
  vodou
• popouštení pomalé zahrátí a zchlazení
• legování k oceli se pridávají krome železa
  další kovy, nikl, chrom, vanad, kobalt, takže
  legované oceli mohou obsahovat až 30 ruzných
  kovu
• výrobky z oceli ocelové konstrukce Eifellova
  vež, Petrínská rozhledna, televizní vysílac
  Žižkov, ocelové konstrukce mostu,
  kolejnice,plechy, dráty, chirurgické a zubarské
  nástroje, elektrárenské turbíny

18
chirurgické nástroje
19

• fyzikální vlastnosti
• bílý, lesklý, neušlechtilý kov, mekký, kujný,
  tažný

20

• chemické vlastnosti
• na suchém vzduchu stálé
• na vlhkém vzduchu se pokrývá vrstvou Fe(OH)3
  (rezavení)
• s kyslíkem reaguje za vzniku Fe2O3 nebo Fe3O4
• reaguje napr. s HCl nebo zredenou kyselinou
  sírovou za vzniku soli a vodíku
• v oxidujících kyselinách se pasivuje

21

• slouceniny
• hydroxid železnatý
• reakcí vodného roztoku obsahujícího Fe2 s
  hydroxidy - vzniká vlockovitá sraženina, která,
  je-li pripravena za naprostého vyloucení vzduchu
  je bílá
• v prítomnosti kyslíku Fe(OH)2 tmavne a prechází
  na cervenohnedý Fe(OH)3

22

• disulfid železnatý
• muže se pripravit zahríváním Fe2O3 v atmosfére
  H2S
• zahríváním za prístupu vzduchu vzniká Fe2O3 a SO2

23

• síran železnatý
• bezvodý - bílá látka
• s vodou vytvárí heptahydrát - zelená skalice
  FeSO47H2O používá se k úprave pitných a
  odpadních vod a k hubení mechu v trávnících
• (NH4)2Fe(SO4)26H2O - Mohrova sul - látka na
  vzduchu stálá - význam v analytické chemii

24
zelená skalice
25

• uhlicitan železnatý
• bílá sraženina
• na vzduchu hnedne, nebot se oxiduje
• nerozpustný ve vode, obsahuje-li však vodu a
  rozpuštený CO2 tvorí se rozpustný Fe(HCO3)2,
  který je soucástí minerálních vod

26

• K4Fe(CN)6 - hexakyanoželeznatan draselný (žlutá
  krevní sul)
• ve vode dobre rozpustná, žlutá, krystalická
  látka, není toxická
• reakcí se železitou solí vzniká - tmave modrá
  sraženina, berlínská modr využití v analytické
  chemii

27
žlutá krevní sul
28

• FeCl36H2O hexahydrát chloridu železitého
• prostredek k leptání, zvlášte duležitá je jeho
  schopnost leptat med, cehož se využívá pri výrobe
  tištených elektrických obvodu
• svetlehnedá, krystalická látka, rozpustná ve vode
• pri úprave vody vytvárí vlocky, které na sebe
  navážou z vody rozpuštené nežádoucí látky

29
hexahydrát chloridu železitého
30

• hydroxid železitý
• složení lépe vystihuje vzorec Fe2O3nH2O
• látka má amfoterní charakter
• vytvárí hnedé nebo cervenohnedé granule, ve vode
  nerozpustné
• používá se k cištení vod, které obsahují arsen
  (adsorpce)

31

• síran železitý
• krystaluje v podobe šesti ruzných hydrátu (12,
  10, 9, 7, 6 a 3 H2O)
• nejcasteji jako nonahydrát, používá se k úprave
  odpadních vod jako srážedlo

32
nonahydrát síranu železitého
33

• K3Fe(CN)6 - hexakyanoželezitan draselný
  (cervená krevní sul)
• príprava oxidací hexakyanoželeznatanu draselného
  napr. chlórem v roztoku okyseleném kyselinou
  chlorovodíkovou2K4Fe(CN)6 Cl2 ?
  2K3Fe(CN)6 2KCl
• krystalizuje v cervených krystalech, které se
  dobre rozpouští ve vode na žlutý roztok

34

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

35
cervená krevní sul
36

• kobalt (27Co)
• výskyt
• smaltin - CoAs2
• kobaltin - CoAsS
• soucást vitamínu B12
• prumyslová výroba
• rudy se nejprve praží, kov se tak prevede na oxid
  a oxid se redukuje uhlíkem, vodíkem nebo hliníkem

37

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

38

• chemické vlastnosti
• na vzduchu je za normální teploty stálý
• ve zredených kyselinách se rozpouští obtížne
• tvorí komplexní slouceniny

39

• využití
• výroba barev - výroba porcelánu a skla
• slouceniny kobaltu se používají jako katalyzátory
  v organických reakcích
• výroba slitin (Alnico - Al, Ni, Co) - výroba
  permanentních magnetu
• pokobaltování - ochrana pred korozí ovocnými
  štávami (príbory), 60Co (polocas rozpadu - 5271
  let)
• koncentrovaný zdroj zárení gama v lékarství pri
  lécbe zhoubných nádoru

40

• slouceniny
• chlorid kobaltnatý
• indikátor kvality silikagelu používaného jako
  sušící prostredek (zmena barvy modré na ružovou,
  ke které dochází pri prechodu z bezvodé formy na
  hydratovanou)

41

• nikl (28Ni)
• výskyt
• nikelin - NiAs
• prumyslová výroba
• karbonylový zpusob - pražením vzniklý oxid
  nikelnatý redukujeme vodním plynem (CO H2)
• houbovitý nikl pak reaguje pri teplote 50 - 60C
  s oxidem uhelnatým

42

• vzniká tekavý tetrakarbonyl niklu, který se potom
  rozloží vedením pres tablety z cistého niklu pri
  teplote 230C a uvolnený CO se vrací zpet
• nikl vyrobený tímto zpusobem dosahuje cistoty asi
  99,95

43

• fyzikální vlastnosti
• stríbrobílý, lesklý, kujný, tažný kov
• chemické vlastnosti
• ve zredených kyselinách se rozpouští jen zvolna
• odolný vuci pusobení alkalických hydroxidu
• koncentrovaná HNO3 nikl pasivuje

44

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