A d-mező elemei
A d-mező elemei Elem Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Elektronkonfiguráció [Ar] 3d 1 4s 2 3d 2 4s 2 3d 3 4s 2 3d 5 4s 1 3d 5 4s 2 3d 6 4s 2 3d 7 4s 2 3d 8 4s 2 3d 10 4s 1 3d 10 4s 2 Sűrűség [g/cm 3 ] 3,2 4,5 6,0 7,1 7,4 7,9 8,7 8,9 8,9 7,1 Olvadáspont [K] 1673 1950 2190 2176 1517 1812 1768 1728 1356 693 Forráspont [K] 2750 3550 3650 2915 2314 3160 3150 3110 2855 1181 Forráspontok Sűrűség
A d-mező elemei Jellemző oxidációs számok
Szkandium, Ittrium, Lantán, Aktínium Forrás: Grenwood-Earnshaw: Az elemek kémiája Felfedezés: Sc: 1879 Nilsen (név Skandináviáról), tiszta előállítás 1960(!) Y: 1794 Gadolin (név Ytterby svéd városról), eá: 1828 Wöhler La: 1824 Mosander, eá: 1923 (név: a görög rejtőzködő szóból) Ac: 1899 Debierne (uránérből, radioaktív: 21,77 év felezési idő)
http://acswebcontent.acs.org/landmarks/landmarks/rareearth/therareearths.html
Szkandium, Ittrium, Lantán, Aktínium Előfordulás: Nem ritkák, de kevéssé koncentrálódtak Ásványok Monazit (Ce,La,Nd,Th)PO 4 Thortveitit (Sc,Y) 2 Si 2 O 7 Gadolinit Y 2 FeBe 2 Si 2 O 10 http://www.polcirkelsten.com/utst%e4llning-ruotevare-jmk-mineral.htm Felhasználás: Bastnaezit (Ce,La,Nd,Th)CO 3 F Sc: lézerkristályok Y: lézerkristályok (Pl. YAG: Y 3 Al 5 O 12 ), magas hőmérsékletű szupravezetők TV képernyők vörös színe La: nagy törésmutatójú üvegek
Titán, Cirkónium, Hafnium Felfedezés: Ti: 1791 és 94 Gregor és Klaproth, előállítás: 1825 Berzelius Zr: 1789: Klaproth, eá: 1824 Berzelius Hf: 1922 Coster és Hevesy György (név: Koppenhága latin neve után)
Titán, Cirkónium, Hafnium Előfordulás: Nem ritkák, Ti a 9. leggyakoribb elem a földkéregben! Ásványok Ilmenit FeTiO 3 rutil TiO 2 zirkón ZrSiO 4 baddeleyit (bedeliit) ZrO 2 (alvit Hf-tart.) Előállítás: 900 C FeTiO 3 + Cl 2 + 6C 2TiCl 4 + 2FeCl 3 + 6CO (TiCl 4 desztillációval tisztítható) TiCl 4 + 2Mg 900 C Ti + 2MgCl 2 (Zr is hasonlóan, vagy ZrI 4 hőbontásával) Felhasználás, vegyületek: Ti: nagy szilárdságú fém, korrózióval szemben ellenálló ötvöző, szerkezeti anyag TiO 2 : fehér festék TiCl 4 : Levegőn hidrolizál, AlR 3 -mal együtt katalizátorként használják
Titán, Cirkónium, Hafnium A világ TiO 2 termelése
Ziegler-Natta katalízis Titán, Cirkónium, Hafnium Kémiai Nobel-díj: 1963 Karl Ziegler (1898 1973) Giulio Natta (1903 1979) Zr is hasonló katalítikus folyamatokban
Zirkónium-gyártás Felhasználás: Zr: korrozióálló bevonatok/ötvözetek ZrO 2 : kerámia, optikai elemek, kemencénk, műfog ZrCl 4 : katalizátor
Vanádium, Nióbium, Tantál Felfedezés: V: 1830 Sefström (név Vanadis istennőről), előállítás: 1867 Roscoe Ta: 1802 Ekeberg, 1844 Rose Nb: 1802 Ekeberg, 1844 Rose (Ekeberg a Nb-ot és a Ta-t egy új elemnek hitte)
Ásványok Vanádium, Nióbium, Tantál patronit, VS 4 vanadinit, PbCl 2 3Pb 3 (VO 4 ) 2 tantalit (Fe,Mn)Ta 2 O 6 columbit (Fe,Mn)(Nb,Ta) 2 O 6 Felhasználás: V: ötvöző (V 4 C 3 magas hőmérsékletet bíró acélok, rugók) V 2 O 5 : kénsavgyártásban katalizátor Nb, Ta: szupravezető mágnesek, ötvözők piroklór (Ca,Na) 2 Nb 2 O 6 (OH,F)
Vanádium, Nióbium, Tantál Kénsavgyártás V 2 O 5 katalizátor Vegyes összetételű fázisok is fi sokféle összetételű oxidok Vanadátok, polivanadátok
Vanádium, Nióbium, Tantál
Vanádium, Nióbium, Tantál
Króm, Molibdén, Volfrám Felfedezés: Cr: 1797 Vauquelin Mo: 1778 Scheele, előállítás: 1792 Hjelm W: 1781 Scheele és Bergman, előállítás: 1792 Hjelm
Króm, Molibdén, Volfrám Ásványok kromit, (Fe,Mg)Cr 2 O 4 krokoit, PbCrO 4 molibdenit, MoS 2 powellit, Ca(Mo,W)O 4 wulfenit, PbMoO 4 scheelit, CaWO 4 volframit, (Fe,Mn)WO 4
Króm, Molibdén, Volfrám Krómgyártás Cr 2 O 3 + Al = 2Cr + Al 2 O 3 2Cr 2 O 3 + 3Si = 4Cr + 3SiO 2 Felhasználás, vegyületek: Cr: ötvöző (krómacél) CrO 2 : magnószalagok bevonata Cr 2 O 3 : s.zöld, polírozó szer PbCrO 4 : korábban festékként (krómsárga) K 2 CrO 4 (kálium-kromát), K 2 Cr 2 O 7 (kálium-bikromát): oxidálószerek (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 : vulkán CrO 3 : vörös, erős oxidálószer
Króm, Molibdén, Volfrám
Króm, Molibdén, Volfrám A világ molibdéngyártása Felhasználás, vegyületek: Mo: kis hőtágulása miatt magas hőmérsékleten működő mechanikai alkatrészek MoS 2 : kenőanyag, műanyag adalékanyag (erősebb, puhább műanyag)
Króm, Molibdén, Volfrám A világ wolframérc-bányászata 2005 2003 Felhasználás, vegyületek: W: izzólámpák (magas o.p.), darts (nagy sűrűség) WC, W 2 C: fúróhegyek
Mangán, technécium, rénium Felfedezés: Mn: 1774 Scheele Tc: 1937 Perrier és Segré (név: a görög mesterséges szóból) Re: 1925 Noddack, Tacke és Berg (név: Rajna után)
Mangán, technécium, rénium Ásványok piroluzit, MnO 2 hausmannit, Mn 3 O 4 rodokrozit, MnCO 3 Felhasználás: Mn: ötvöző Mn 2+ : enzimek kofaktora MnO 2 : oxidálószer, száraz- és alkálielemek, barna festék KMnO 4 : oxidálószer, fertőtlenítő (C 5 H 5 )Mn(CO) 3 : benzin-adalékanyag Tc: gyógyászatban radioaktív nyomjelzés Re: katalizátorként
Mangán, technécium, rénium
Vas, Ruténium, Ozmium Felfedezés: Ru: 1844 Klaus (név Oroszország [ Ruthenia ] latin neve után) Os: 1803 Tennant (a görög osme (bűz) szóból; OsO 4 miatt)
Vas, Ruténium, Ozmium Előfordulás, főbb ásványok hematit, Fe 2 O 3 (vörösvasérc) magnetit, Fe 3 O 4 (mágnesvasérc) sziderit, FeCO 3 limonit, 2Fe 2 O 3 3H 2 O pirit, FeS 2
Vas, Ruténium, Ozmium Vasgyártás Fe 2 O 3, CaCO 3, C 3Fe 2 O 3 +CO 2Fe 3 O 4 + CO 2 Fe 2 O 3 +CO 2FeO + CO 2 Fe 3 O 4 +CO 3FeO + CO 2 levegő FeO +CO Fe + CO 2 CO 2 + C 2CO salak olvadt vas C+ O 2 CO 2 FeO +C Fe + CO Salakképzés: CaCO 3 CaO + CO 2 CaO + SiO 2 CaSiO 3
Vas, Ruténium, Ozmium A világ vasgyártása és felhasználása (2002) http://www.basemetals.com/html/irinfo.htm
Vas, Ruténium, Ozmium Acélgyártás Bessemer-eljárás C kiégetése O 2 -nel acél Siemens-Martin-eljárás C kiégetése vas-oxiddal (rozsdás vas)
Vas, Ruténium, Ozmium Passzív korrózióvédelem: festék, v. nagy eº-ú fém (pl. Sn), vagy tömör oxidréteg (pl. Al 2 O 3 ) kis eº-ú fém Aktív korrózióvédelem : hátrány: Sn H +, H 2 O Sn 2+, Fe 2+ Fe helyi elem: Fe + Sn 2+ = Sn + Fe 2+ Zn H +, H 2 O Zn 2+, Fe 2+ Fe csővezeték Fe helyi elem: Zn + Fe 2+ = Fe + Zn 2+ Mg vagy Zn vagy - potenciál Fe belül zinkrúd
Halogenidek Vas, Ruténium, Ozmium
Vas, Ruténium, Ozmium Vegyületek, felhasználás: Fe: szerkezeti anyag FePO 4 : műtrágya (Fe 2+ hemoglobinban) Fe(C 6 H 11 O 7 ) 2 : vas-glükonát: gyógyszer Fe 3 [Fe(CN) 6 ] 2 : Turnbull-kék (festék) Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 : Berlini-kék (festék) Fe 3+ + 3Fe(CN) 6 4 = Fe 4 [Fe(CN) 6 ] 3 Fe(C 5 H 5 ) 2 : ferrocén: szendvics-vegyület : benzinadalékanyag, rákellenes gyógyszerek A.S. Marggraf Ru: egyes fémorganikus vegyületei katalizátorok (Grubbs-katalizátorok) Robert H. Grubbs, Richard R. Schrock és Yves Chauvin: 2005: kémiai Nobel-díj
Olefin-metatézis Vas, Ruténium, Ozmium