Kobalt, Ródium, Irídium

Átírás

1 Kobalt, Ródium, Irídium Felfedezés: Co: vegyületeit már az egyiptomiak is használták, e.á: 1735 Brandt, tisztán: 1780 Bergman (név: német kobold) Rh: 1803 Wollaston (név: görög rózsa) Ir: 1803 Tennant (Iris görög isten)

2 Kobalt, Ródium, Irídium Előfordulás: Co: Sc után a legritkább a d-elemek első sorában Rh, Ir: nagyon ritka Ásványok: Co: általában Ni, Cu és Pb mellett nem tisztán Rh, Ir: Pt-val együtt (Rh nem dúsul, 0,1% érceiben) Ir: termés iridoozmium ozmoirídium kobaltin, CoAsS smaltin (Ni,Co,Fe)As 2 linneit, Co 3 S 4

3 Kobalt, Ródium, Irídium Kobalt termelés 7% 11% 39% ötvözetek Li-elemek vegyszerek 21% 22% mágnesek katalízis és felhasználás: ötvözetek, kerámiák kék színezéke, egyéb festékpigmentek, katalízis, erős mágnesek ( alnico, samariumkobalt), Li-elemek, bevonatok

4 Kobalt, Ródium, Irídium Rh termelés és felhasználás USD / uncia (28,3 g) 1979-ben Paul McCartney Rh-mal bevont lemezt kapott a Guiness rekordok könyvétől Rh felhasználás: katalizátor (autókban) Ir felhasználás: ecetsavgyártásban katalizátor, tömegstandard (Pt/Ir) klórgyártásban elektródbevonat, keménybevonatok

5 Kobalt, Ródium, Irídium Rh termelés és felhasználás USD / uncia (28,3 g) 1979-ben Paul McCartney Rh-mal bevont lemezt kapott a Guiness rekordok könyvétől Rh felhasználás: >80% katalizátor (autókban) Ir felhasználás: ecetsavgyártásban katalizátor, tömegstandard (Pt/Ir) klórgyártásban elektródbevonat, keménybevonatok

6 Kobalt, Ródium, Irídium Főbb vegyületek: CoCl 2 : kobalt-klorid, nedvesség jelzése: vízmentes: kék, kristályvizes rózsaszín CoAl 2 O 4 : kobalt-aluminát, kobaltkék: festék CoO: kobalt(ii)-oxid: kerámiák színezéke Co 2 O 3 : kobalt(iii)-oxid: fekete, katalizátor B 12 -vitamin: cianokobalamin: vérképzés, idegrendszer, DNS-szintézis hiánya: depresszió, memóriazavar Wilkinson-katalizátor: RhCl(PPh 3 ) 3 (Ph = C 6 H 5 ) +H 2 : telítetlen vegyületek telítése Vaska-komplex: IrCl(CO)[P(C 6 H 5 ) 3 ] 2 : O 2 -megkötés

7 Nikkel, Palládium, Platina Felfedezés: Ni: vegyületeit kínaiak 2000 éve is használták, e.á: 1751Cornstedt, tisztán: 1804 Richter (név: német rézördög ) Pd: 1803 Wollaston (név: görög Pallas, akkor felfedezett aszteroidáról) Pt: a termésplatinát az egyiptomiak és az indiánok is használták a nyolcadik fém, (név: spanyol, kis ezüst )

8 Nikkel, Palládium, Platina Előfordulás: Ni 9. leggyakoribb átmenetifém, Pt és Pd együtt (Rh és Ir is) Főbb ásványok: garnierit, (Ni,Mg) 6 Si 4 O 10 (OH) 8 pentlandit, (Ni,Fe) 9 S 8 nikkelin, NiAs smaltin, (Ni,Co,Fe)As 2 termésplatina, Pt

9 Nikkel, Palládium, Platina 2001 A világ nikkelgyártása és felhasználása 11% 10% 6% ötvöző (rozsdamentes acél) ötvöző (nem mágnesezhető fém) bevonat 12% 61% egyéb ötvözet egyéb, vegyszerek

10 Nikkel, Palládium, Platina 2006 Pt gyártás A világ Pt és Pd gyártása és felhasználása 2006 Pd gyártás 2%2% 6% 77% 13% Oroszorzság Dél-Afrika USA Zimbabwe Egyéb 6% 6% 5% 38% 45% Oroszorzság Dél-Afrika USA Kanada Egyéb Összesen: t 2002 Pt felhasználás Összesen: t 2002 Pd felhasználás 22% 36% 1% 41% Ékszer Katalizátor (autók) Ipar Befektetés 14% 13% 5% 5% 2% 7% 54% Katalizátor (autók) Katalizátor (recirkulált) Fogorvosi Elektronika Ékszer Vegyipar Egyéb

11 Nikkel, Palládium, Platina Főbb vegyületek, ötvözetek: NiCl 2: nikkel-klorid Ni(OH) 2 : nikkel-hidroxid: újratölthető Ni-elemekben Ni(CO) 4 : Nikkel-tetrakarbonil, rendkívül mérgező, hőbontásával nagyon tiszta Ni Ni-ötvözetek: pl érmék 5-25% Ni (+Cu: cupronickel), vagy 100% Ni bevonat 80% Ni (+Cr nichrome) fűtőszál (pl. hajszárítóban) NiFe-hidrogenáz, Ni-tetrapyrrol koenzim Pd/H: Pd a saját térfogatának a 935-szörösét tudja elnyelni H 2 -ből PtO 2 H 2 O: Adams-katalizátor: hidrogénezés K 2 PtCl 4 : laborban leggyakrabban előforduló Pt-vegyület K[PtCl 3 (C 2 H 4 )]: Zeise-só, Pt-hoz kötött etilén

12 Réz, ezüst, arany Felfedezés: Cu: kb i.e től ismert, kb. i.e től bronz (ón + réz) (latin név: aes cyprum ) Ag, Au: szintén ókortól kezdve használt elemek

13 Réz, ezüst, arany Előfordulás: Nikkelcsoporthoz hasonló gyakoriságúak Főbb ásványok: kalkopirit, CuFeS 2 kalkozin, Cu 2 S kuprit, Cu 2 O malachit, Cu 2 CO 3 (OH) 2 argentit, Ag 2 S termésezüst, Ag termésarany, Au

14 Réz, ezüst, arany Rézbányászat (2005) és felhasználás Előállítás: kalkopirit pörkölése majd a képződő CuO redukciója

15 Réz, ezüst, arany Ezüstbányászat (2005) és felhasználás 18% 2% 32% ékszer érmék ipar 44% 4% fényképezés pénzügyi befektetés

16 Aranybányászat (2006) és felhasználás Réz, ezüst, arany cianidos (MacArthur-Forrest ) eljárás (1887): 4Au + 8NaCN + O 2 + 2H 2 O 4NaAu(CN) 2 + 4NaOH utána redukció Zn-kel 5% 2% 3% 10% ékszer érmék 3% elektronika fogászat egyéb ipar 77% bank (aranyrudak)

17 Réz, ezüst, arany Reaktivitás: pl. H 2 SO 4 : HNO 3 : Sósavban, egyéb nem oxidáló savakban nem oldódnak Oxidáló savakban: Cu + 2 H 2 SO 4 = CuSO 4 + SO H 2 O ezüstöt, aranyat nem oldja Cu + 4 HNO 3 = Cu(NO 3 ) NO H 2 O 3 Cu + 8 HNO 3 = 3 Cu(NO 3 ) NO + 4 H 2 O Ag + 2 HNO 3 = AgNO 3 + NO 2 + H 2 O aranyat nem oldja, HNO 3 : választóvíz 3HCl + HNO 3 : 3HCl + HNO 3 = NOCl + 2Cl + 2H 2 O Au + NOCl + 2Cl = AuCl 3 + NO Au + 3HCl + HNO 3 = AuCl 3 + NO + 2H 2 O AuCl 3 = H[AuCl 4 ] királyvíz: ezüst AgCl képződés miatt nem oldódik benne Nedves levegőn: 2Cu + H 2 O + CO 2 + O 2 =Cu 2 (OH) 2 CO 3 bázikus rézkarbonát: patina

18 Réz, ezüst, arany Főbb vegyületek, ötvözetek: Sárgaréz: 80% Cu + 20% Zn Bronz: Cu + Sn Alpakka: Cu + Ni Cu 2 (OH) 2 CO 3 : patina: réz és bronztárgyak felületén képződik nedves levegőn CuSO 4 : réz(ii)-szulfát, rézgálic: kék, oltott mésszel keverve bordói lé: permetezőszer CuO és Cu 2 O: réz(ii)-oxid és réz(i)-oxid AgCl: ezüst-klorid, lápiszkő: régen gyógyászatban (pl. szemölcsirtás) AgBr: ezüst-bromid: fekete-fehér fényképezés (fényre finom eloszlású fekete Ag) AgF: ezüst(i)-fluorid AgF 2 : ezüst(ii)-fluorid: ritka +2-es oxididációs szám, nagyon erős fluorozószer Ag/Au:

19 Cink, Kadmium, Higany Felfedezés: Zn: már az ókorban is ismert volt, indiaiak, kínaiak használták (név: német, Paracelsus után, fog-szerű, megjelenésre utal) Cd: 1817 Stromeyer (név: calamine -ból, ZnO ásvány) Hg: i.e. 500-ban már használták fémek kioldására (amalgámképzés), később alkimisták aranycsinálásra

20 Főbb ásványok: Cink, Kadmium, Higany szfalerit, ZnS wurtzit, ZnS hemimorfit, cinkpát, smithsonit, ZnCO 3 Zn 4 Si 2 O 7 (OH) 2 H 2 O greenockit, CdS cinóber, cinnabarit, HgS

21 Cink, Kadmium, Higany Cinktermelés és felhasználás Horganyzott bádog Sárgaréz Előállítás: 9% 11% 47% Festék (ZnO) Vegyszerek Egyéb (pl. galvánelem) 1. pörkölés: 2ZnS + 2O 2 = 2ZnO + SO 2 2. redukció: ZnO + C = Zn + CO 14% 19%

22 Cink, Kadmium, Higany Kadmiumtermelés Kína 23% 16% 17% Dél-Korea Kanada Japán 6% 7% 10% 12% 9% Kazahsztán Mexikó Oroszország Egyéb és felhasználás : alacsony olvadáspontú ötvözetek, akkumulátorok, elemek, korrozióvédelem, infravörös detektorok, atomerőművekben neutronbefogóként

23 Cink, Kadmium, Higany Higanytermelés és felhasználás Előállítás: HgS + O 2 = Hg + SO 2 Felhasználás: kvarclámpák, hőmérők, barométerek, higanykatódos NaCl olvadék elektrolízis, fogtömések, parabolatükör

24 Cink, Kadmium, Higany Higanyszennyezés, higanyciklus

25 Cink, Kadmium, Higany Higanyszennyezés, higanyciklus

26 Cink, Kadmium, Higany Reaktivitás: Zn (ZnO és Zn(OH) 2 is): Zn + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 Zn + 2NaOH + 2H 2 O = Na 2 [Zn(OH) 4 ] + H 2 Cd, Hg csak oxidálósavakban: 6 Hg + 8HNO 3 = 3Hg 2 (NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O savfelegben: 3Hg + 8HNO 3 = 3Hg(NO 3 ) 2 + 2NO + 4H 2 O kénnel: Hg + S = HgS (higanyszennyezés feltakarítása) Főbb vegyületek, ötvözetek: Sárgaréz: 80% Cu + 20% Zn ZnO: cink-oxid: fehér festék Hg 2 Cl 2 : higany(i)-klorid, kalomel (szép fekete): fehér, vízben rosszul oldódik HgCl 2 : higany(ii)-klorid: fehér, vízben jól oldódó HgO: higany(ii)-oxid: vörös/sárga/narancssárga HgS: higany(ii)-szulfid: vörös/fekete

27 f-mező elemei: lantanoidák és aktinoidák Korcsmáros, Szőkefalvi-Nagy: Szervetlen Kémia (Jellemző) elektronkonfiguráció: lantanoidák: 4f d 1 6s 2 aktinoidák: 4f d 1 6s 2 legkönnyebben a d- és az s- elektronjaikat adják le, így a legjellemzőbb oxidációsszám: +3 kémiailag Y-hez, Al-hoz hasonlítanak ( ritkaföldfémek )

28 f-mező elemei: lantanoidák és aktinoidák

29 f-mező elemei: lantanoidák és aktinoidák

30 Ásványok: f-mező elemei: lantanoidák és aktinoidák gadolinit, Y 2 FeBe 2 Si 2 O 10 monacit, (Ce, La, Nd, Th)PO4 uraninit, uránszurokérc, UO 2 (+UO 3 ) torianit, ThO 2

31 f-mező elemei: lantanoidák és Uránbányászat aktinoidák

32 f-mező elemei: lantanoidák és Urándúsítás aktinoidák diffúziós módszer gázcentrifugás módszer Egyéb: lézeres, mágneses eltérítés (ionok)

33 f-mező elemei: lantanoidák és Felhasználás, vegyületek: aktinoidák Ce: ötvözetek Ce(SO 4 ) 2 : cérium(iv)-szulfát: oxidálószer Ce, La: tűzkő Gd, Sm, Eu, Dy: atomreaktorok szabályzórúdja Gd: memóriachip, CD lemezek Eu, Gd, Tb: foszforeszkáló festékek (TV képernyő) Nd: UV sugarakat visszaverő szemüveg Nd, Eu, Ho: lézerek (pl. Nd:YAG, Nd szennyezés az yttrium-alumínium gránitban) Nd, Sm: erős mágnesek (pl. Nd 2 Fe 14 B, SmCo 5, Sm 2 Co 17 ) Nd, Sm: kőzetek, meteoritok kormeghatározása ( 147 Sm 143 Nd, 146 Sm 142 Nd mérés: 143 Nd/ 144 Nd arány) Tb,Gd: röntgen-detektor (Tb:Gd 2 O 2 S, röntgen 540 nm-es zöld fény) Ce, Pr, Nd, Ho, Er: üvegek színezése 241 Am: füstdetektor (AmO 2, felezési idő: 432 év) 238 U: páncéltörő lövedékek 235 U: atombomba, atomreaktor U, Th: fosszíliák kormeghatározása Th: ötvöző (Mg-mal kemény ötvözet, pl. repülőgép hajtóművek) 232 Th, 238 Pu, 234 U : lassú neutronokat befogva nukleáris hasadóanyag

34 Lantanidák Neodímium mágnes Szamárium mágnes Nd 2 Fe 14 B SmCo 5 vagy Sm 2 Co 17

35 Lantanidák: Oxidok alkalmazása Kompakt fénycsövek működése: Néhány példa Vörös: Eu 3+ -mal szennyezett Y 2 O 3 Zöld: Ce 3+ -mal szennyezett CaS vagy Tb 3+ -val szennyezett LaPO 4 Kék: Eu 2+ -mal szennyezett (Sr,Mg) 2 P 2 O 7 vagy Ce 3+ -val szennyezett LaPO 4 Szilárdtest lézerek is hasonlóan,pl Nd:YAG