A F

1
A FÉMEK ÁLTALÁNOS JELLEMZÉSE

• Elemek esetén (?EN0) a lehetséges két kötéstípus
  (kovalens és fémes) az elektronegativitástól
  függoen három különbözo kristályszerkezetben
  valósulhat meg molekula, atom és fémrács

2
A FÉMES RÁCS TÍPUSAI
LAPON CENTRÁLT KÖBÖS N12 Ca, Sr, Ni, Pd, Pt, Cu,
Ag, Au
TÉRBEN CENTRÁLT KÖBÖS N14 8 6(15-al
távolabb) Li, Na, K, Cr, Mo, W
HEXAGONÁLIS N12 (legszorosabb illeszkedés) Mg,
Ti, Zr, Hf, Zn, Cd, sok Ln
3
A FÉMEK SÁVELMÉLETEA sávelmélet az MO módszert
alkalmazza nagyszámú atom kölcsönhatásával
kialakuló halmaz kötésviszonyaira

• Li

A vegyérték elektronhéj nagyszámú atompályájának
átfedésével az Azonos kvantumszámú
energia- szintekbol nagyszámú közel eso
energiaszint (sáv) alakul ki, melyen belül az
elektron bármely energia- szinten elhelyezkedhet.
Ezen sávokon belül az elektronok viszonylag
szabadon mozoghatnak.
4
VEZETOK, SZIGETELOK, FÉLVEZETOKA vezetés
feltétele, hogy legyen közelben levo szabad (be
nem töltött) energiaszint, amit az elektronok
elfoglalhatnak és így viszonylag szabadon
elmozdulhatnak
E
Fémes vezetok az energiaszintek átlapolnak, az
üres energiaszintbe való átkerülés nem igényel
energiát. Szigetelok a tiltott energiasáv
széles, a homozgás energiája nem elég ahhoz, hogy
az elektron az üres sávba kerüljön. Félvezetok a
homozgás energiája elegendo a keskeny tiltott
sáv leküzdésére. Szennyezéses félvezetok A
szennyezés valamely energia- szintje a tiltott
sávban helyezke- dik el (n és p típusúak)
5
SZUPRAVEZETOK

• Perovszkit típusú szupravezetok
• A vezetés mechanizmusa
• Elektronpárok (Cooper elektronok) mozognak együtt
  (alacsony hom.)
• Pozitív lyukakon keresztüli vezetés (kuprát
  típusú szupravezetok)

• Tökéletes vezetok, ellenállásuk nulla
• Tökéletesen diamágnesesek (a külso mágneses teret
  kizárják magukból, Meissner hatás)
• Alacsony magas homérsékletu szupravezetok

Elemek Tc/K Kerámiák Tc/K
Zn 0.88 Nb3Ge 23.2
Cd 0.56 Nb3Sn 18.0
Hg 4.15 LiTiO4 13.0
Pb 7.19 K0.3Ba0.6BiO3 29.8
Nb 9.50 YBa2Cu3O7 95
Tl2Ba2Ca2Cu3O10 122
6
A FÉMEK FIZIKAI TULAJDONSÁGAI

• Jó ho és elektromos vezetoképesség
• Fémes fény (kis fényátereszto képesség, nagy fény
  visszavero képesség), finom eloszlásban fekete
  porok (a beeso fényt elnyelik)
• Jó megmunkálhatóság (nyújthatók, hajlíthatók,
  rugalmasak) a fém-fém kötés közepes energiájú és
  nincs kitüntetett iránya
• Rossz fizikai oldhatóság, jó egymásban való
  oldhatóság (ötvözetek) helyettesítéses,
  intersticiális, vegyület
• Suruség csoportban lefelé no (Li 0,53 g/ml, Os
  22,6 g/ml),
• könnyufémek lt 5 g/ml lt nehézfémek
• Olvadáspont, forráspont többségüké magas (gt 1000
  C)
• cseppfolyós fémek Hg, Cs, Ga
• olvadáspont tartomány Hg -38C, W 3410 C

7
A FÉMEK KÉMIAI TULAJDONSÁGAI

• Pozitív oxidációs állapot kialakítására való
  hajlam (ionos vagy kovalens vegyületek egyaránt)
• Oxidjaik alacsony oxidációs állapotúak
  bázikusak, a magasak savasak, a közbensoek
  amfoterek
• Reakcióképességük széles határok között változik
• (alkáli fémektol a platina fémekig)
• mivel szembeni reakcióképesség hard-szoft
  sajátság
• szemcseméret, védoréteg (Al, Fe)

8
FÉMEK ELOFORDULÁSA

• Elemi állapotban az oxigénnel szemben kis
  reakció-képességu szoft nemesfémek Au, Ag, Pt
• 1 - 3(4) oxidációs állapotú rosszul oldódó
  sóik (karbonátok, foszfátok, szulfátok) vagy
  oxidok/hidroxidok (HARD), illetve szulfidok,
  arzidok (SZOFT) formájában
• Az üledékes kozetek a fo nyersanyagforrások. A
  magmás kozetek fizikai, mechanikai és kémiai
  mállásának eredményei
• kémiai mállás (e/r értéktol függoen)
• lt4 oldatba megy és oldatban marad (Na, Mg, Ca)
• lt12 oxoanionként (szulfát, foszfát, kromát,
  molibdát, stb.) rosszul oldódó vegyületeket
  képeznek
• közbülsok redukáló közegben oldatba mennek,
  oxidálóban kiválnak (pl. Fe, Mn)

9
FÉMEK ELOFORDULÁSA

• Ércek a fémek gazdaságos kinyerésére alkalmas
  ásványok, kozetek

A fém neve Gazdaságossághoz szükséges min. fémtartalom A használatos ércek átlagos fémtartalma
Alumímium 16 30-35
Antimon 40 50-60
Arany 0,0002 0,001
Cink 3 10-30
Higany 0,5 1-3
Mangán 35 45-55
Molibdén 0,25 0,1-1,8
Nikkel 1 2,3
Ólom 4 6-10
Platina 0,0004 0,001
Réz 0,8 1,5-5
Titán 1,8 2,4-5
Vanádium 0,8 1,7-4,5
Vas 30 40-60
10
FÉMEK ELOÁLLÍTÁSA

• KÉMIAI REDUKCIÓ
• MO M ? MO M
• a ??G?Gf(MO) ?Gf(MO) negatív kell,
  hogy legyen.

Ca, Mg, Al, Na jó redukálószer (termit
reakciók) Pl V, U, Ti, Zr, Hf, Be, Nb, Ta Na
Ti, Ta, A C magas homérsékleten jó
redukáló- szer (CO redukál), de nagy
energiaigény És karbidképzodés Fe és ötvözoi,
Co, Ni, Nb, Zn, A H2 nem különösebben jó
redukálószer (a Fe fölött fut)
11
FÉMEK ELOÁLLÍTÁSA

• Elektrolitikus redukció
• olvadékból alkáli és alkáli földfémek
  kloridjai, Al oxidja
• oldatból Cu (réz raffinálás), Co, Ni, Cr, Mn,
  Ga, Cd,
• Cementálás
• nemesebb fémek kiválasztása kevésbé nemes
  fémekkel (fémhulladékok feldolgozása) In, Tl,
  Ge, Re, Pt-fémek
• 2In3 3Fe 2In 3Fe2
• Ciánlúgozás (arany- és ezüstércek feldolgozása)
• érc 0,1 NaCN oldat levego
• 4Au 8NaCN 2H2O O2 4NaAu(CN)2 NaOH
• majd Zn-por hozzáadása az oldathoz
• 4NaAu(CN)2 2Zn 2Na2Zn(CN)4 4Au

12
FÉMEK ELOÁLLÍTÁSA

• TERMIKUS BONTÁS
• drága eljárások nagy tisztaságú fémek
  eloállítására
• (jodidok, karbonilok, oxidok, azidok hobontása)
• van Arkel-de Boer eljárás a fémjodid (TiI4,
  ZrI4, HfI4, ThI4, BiI3) gozeit vékony ízzó W
  szálra kondenzáltatják, ahol termikusan bomlik és
  a fém a szálra rakódik.
• Fém-karbonilok bontása (Ni(CO)4, W(CO)6,
  Mo(CO)6)
• 50C 230C
• Ni 4CO ? Ni(CO)4 ? Ni 4CO (Mond
  eljárás)
• 150C, 20 bar 1 bar
• Fémhidridek bontása (Ti, V, Nb, Ta, Zr,
  ritkaföldfémek)
• Fémoxidok bontása
• 2HgO ? 2Hg O2
• Ag2CO3 ? Ag2O CO2 ? 2Ag ½ O2

13
FÉMEK FELHASZNÁLÁSA

• Szerkezeti anyagok
• megmunkálhatók, könnyuek, kemények,
  korrózióállóak ötvözetek készíthetok belolük
• könnyufém ötvözetek (Al, Ti, Mg),
• Fe ötvözetek, nem-Fe ötvözetek,
• Elektromos vezetok Cu, Al, W,
• Kémiai reaktánsok Na, Ca, Mg, Al, Zn,
• Katalizátorok Pt, Pd, Ni, Fe, (és vegyületeik),