d-prvky

Valenční elektrony v orbitalech $n\text{s}, (n - 1)\text{d}$

Skupina I. – VIII. B

Tvoří kationty – elektrony odebíráme z orbitalů $\text{s}$

Kovové prvky – jsou pevné (výjimka: I. a II. B skupina)

Tvoří komplexní sloučeniny

Často tvoří barevné sloučeniny – např.:

• $\text{Cu}^{2+}$ – modrá
• $\text{Fe}^{2+}$ – zelená
• $\text{Fe}^{3+}$ – oranžová (rezavá)

Obecné způsoby výroby kovů

Hutnictví / Metalurgie = věda zabývající se výrobou kovů

1. Redukční procesy

1. Redukce uhlíkem (koks) $\to \text{Fe}, \text{Co}, \text{Ni}, \text{Zn}, ...$

2. Redukce hliníkem (= aluminotermie), hořčíkem (= magnesiotermie):

   $$\begin{align*} \text{Cr}_2\text{O}_3 + 2 \ \text{Al} &\longrightarrow 2 \ \text{Cr} + \text{Al}_2\text{O}_3 \\[0.5em] \text{TiCl}_4 + 2 \ \text{Mg} &\longrightarrow \text{Ti} + 2 \ \text{MgCl}_2 \end{align*}$$

3. Redukce $\text{H}_2 \to \text{Ti}, \text{Ta}, \text{W}, ...$

2. Elektrolýza

1. Výroba kovů:

   Např. $\text{Cu}^{2+}\text{SO}_4^{2-}$

   Kov se vylučuje na katodě ($-$)

2. Čistění surových kovů:

   Anoda ($+$) je surový (znečištěný) kov $\to$ rozpouští se

   Na katodě ($-$) se vylučuje čistý kov

   Anodické kaly = odpad po přečistění kovu – zdroj stříbra

3. Specifické reakce:

1. Redukční chlorace:

   $$\text{TiO}_2 + 2 \ \text{Cl}_2 + 2 \ \text{C} \longrightarrow 2 \ \text{CO} + \text{TiCl}_4$$

2. Pražení:

   Typické pro sulfidické rudy (nelze je redukovat uhlíkem)

   Zahřívání za přístupu kyslíku

   $$2 \ \text{ZnS} + 3 \ \text{O}_2 \overset{t}{\longrightarrow} 2 \ \text{ZnO} + 2 \ \text{SO}_2$$

   Vzniklý oxid již lze redukovat uhlíkem

3. Tepelný rozklad:

   $$2 \ \text{HgO} \overset{t}{\longrightarrow} 2 \ \text{Hg} + \text{O}_2$$

4. Sulfatační pražení:

   Při nízké teplotě

   $$\text{CuS} + 2 \ \text{O}_2 \overset{t}{\longrightarrow} \text{CuSO}_4$$

5. Cementace:

   = Vytěsnění ušlechtilého kovu neušlechtilým kovem

   $$\text{CuSO}_4 + \text{Fe} \longrightarrow \text{FeSO}_4 + \text{Cu}$$

6. Destilace:

   Slouží k oddělení např. $\text{Zn}$ a $\text{Cd}$

Charakteristika vybraných kovů

Titan

Značka: $\text{Ti}$

Výskyt: $\text{TiO}_2$ = rutil

Výroba: redukční chlorace

Kujný, pevný, odolává korozi, lehký

Použití: letecká a raketová technika, protetické náhrady, užitkové předměty

Sloučeniny:

• $\text{TiO}_2$ (titanová běloba)
• $\text{TiCl}_4$ – součást katalyzátorů – Ziegler-Nattovy katalyzátory

Vanad

Značka: $\text{V}$

V. B skupina

Šedý kov, vysoká teplota tání, nízká reaktivita (odolává korozi)

Použití: výroba oceli – chrom-vanadová ocel (= nástrojová ocel), vanadová ocel (= rychlořezná ocel – nože, soustruhy, frézy, ...)

Sloučeniny:

• $\text{V}_2\text{O}_5$ – katalyzátor při oxidacích:

  $$2 \ \text{SO}_2 + \text{O}_2 \overset{\text{V}_2\text{O}_5}{\longrightarrow} 2 \ \text{SO}_3$$

Chrom, molybden, wolfram

Značky: $\text{Cr}, \text{Mo}, \text{W}$

VI. B skupina

Vysoká teplota tání

Pro $\text{Cr}$ je typické oxidační číslo III, pro $\text{Mo}$ a $\text{W}$ oxidační číslo VI

Sloučeniny:

• $\text{PbCrO}_4$ (krokoit)

• $\text{FeCr}_2\text{O}_4$ (chromit = oxid železnato-chromitý)

• Chromany, dichromany:

  Např. $\text{CrO}_4^{2-}, \text{Cr}_2\text{O}_7^{2-}$

  Silná oxidační činidla (především v kyselém prostředí)

  $$\text{KN}^{\text{III}}\text{O}_2 + \text{K}_2\text{Cr}^{\text{VI}}_2\text{O}_7 + \text{H}_2\text{SO}_4 \longrightarrow \text{KN}^{\text{V}}\text{O}_3 + \text{Cr}^{\text{III}}_2(\text{SO}_4)_3 + \text{K}_2\text{SO}_4 + \text{H}_2\text{O}$$

  $\text{N}$ se oxiduje, $\text{Cr}$ se redukuje

  $\text{K}_2\text{Cr}_2\text{O}_7 + \text{H}_2\text{SO}_4$ ... chromsírová směs

  Chromová žluť ($\text{PbCrO}_4$) – barvivo

Mangan, technecium, rhenium

Značky: $\text{Mn}, \text{Tc}, \text{Re}$

VII. B skupina

Výskyt: $\text{MnO}_2$ = pyroluzit

Výroba – aluminotermie:

Vlastnosti manganu

Stříbrolesklý kov

Tvrdý, ale křehký

Nejelektropozitivnější prvek – má nízkou $x$ (elektronegativitu)

Reaktivní, neušlechtilý

Ochotně se slučuje s nekovy:

Oxidační čísla: II – VII, nejstabilnější je II

Slitina feromangan $\to$ výroba odolných ocelí

Sloučeniny manganu

• $\text{Mn}^\text{II}$:

  Stabilní

  Bezvodé jsou bílé, hydratované jsou růžové

• $\text{Mn}^\text{III}$:

  Nejméně stabilní

• $\text{Mn}^\text{IV}$:

  Tmavě hnědá barva

  • $\text{MnO}_2$ (burel):

    Černý prášek, ve vodě nerozpustný

    Používá se jako oxidační činidlo:

    $$\text{Mn}^{\text{IV}}\text{O}_2 + \text{HCl}^{-\text{I}} \longrightarrow \text{Mn}^{\text{II}}\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{Cl}^0_2$$

    Používá se také jako katalyzátor:

    $$\text{H}_2\text{O}_2 \overset{\text{MnO}_2}{\longrightarrow} \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$$

    Další použití: suché články (baterky), výroba skla

• $\text{Mn}^\text{VI}$:

  Anion $\text{MnO}_4^{2-}$

  Tmavě zelená barva

  Stabilní pouze ve velmi zásaditém prostředí, jinak nestabilní

  $$\text{K}_2\text{Mn}^{\text{VI}}\text{O}_4 + \text{H}_2\text{O} \longrightarrow \text{KMn}^{\text{VII}}\text{O}_4 + \text{Mn}^{\text{IV}}\text{O}_2 + \text{KOH}$$

• $\text{Mn}^\text{VII}$:

  Anion $\text{MnO}_4^-$

  Fialová barva