D-prvky

• přechodné prvky
• společné vlastnosti ve skupinách i periodách
• elektronegativita: neliší se příliš
• elektropozitivní: snadno tvoří kationty

Elektronová konfigurace

• valenční elektrony v orbitalech ns (n-1)d
• stabilní konfigurace (z poloviny, nebo zcela zaplněna d slupka)
• 3-12 valenčních elektronů
• U některých d-prvků existují odchylky od očekávaného obsazení valenčních orbitalů podle výstavbového pravidla (např. Cr, Mo, Pt, Cu, Ag, Pd). Tyto odchylky lze vysvětlit větší stabilitou z poloviny obsazených nebo úplně obsazených d-orbitalů.

Vazebné možnosti d-prvků závisí na:

a) celkovém počtu valenčních elektronů

b) počtu nespárovaných elektronů utvořených excitací

c) zapojení prázdných (n-1)d orbitalů do tvorby koordinačních chemických vazeb jako příjemců elektronových párů

Společné vlastnosti d-prvků.

• kovy, velká tvrdost a vysoké teploty tání
• velká hustota
• barevnost: ionty a sloučeniny: barevné, díky přechodům mezi d orbitaly (krom iontů s prázdnými, či plně zaplněnými orbitaly), Cr^+II modrý, Cr^+III zelený, Cr^+VI žlutý
• proměnlivost ox. čísel: ve sloučeninách – v několika různých kladných oxidačních číslech
• tvorba komplexních (koordinačních) sloučenin (použití, jako katalyzátory, nepostradatelné pro organismy (např. hemoglobin – komplexní sloučenina železa, chlorofyl – komplexní sloučenina hořčíku, vitamin B₁₂ – komplexní sloučenina kobaltu).)

Komplexní sloučeniny

• přechodné prvky
• 2 části: centrální atom/iont (akceptor, M) + lyganda vázána koordinačními vazbami (donor, L)
• komplex. sloučenina > hranatá [Wernerova] závorka
• [centrální atom (nejčastěj d – prvek), 1 a více ligand]
• molekula komplexní sloučeniny = komplexní částice + zbývající část
• počet ligandů = koordinační číslo (nejčastěji 4 a 6)
• centrální částí atomy/kationty d-prvků, volné (=prázdné) valenční orbitaly > akceptor
• ligandy volný elektronový pár molekuly (např. H₂O, NH₃, CO) nebo anionty (nejčastěji F^1-,Cl^1-,Br^1-,I^1-,CN^1-,OH^1-)
• elektricky neutrální, komplexním kationtem, komplexním aniontem

Závislost oxidačního čísla na kyselinotvorných a zásadotvorných vlastnostech sloučenin

• různá ox. čísla prvků (různě stálé)

• různé acidobazické vlastnosti (+I, +II, +III > hydroxidy; +IV, +V > amfoterní; +VI, +VII > kyselinotvorné)
  • různé redoxní vlastnosti (nižší ox. číslo: redukční činidla, vyšší oxidační)

• s oxidačním číslem roste kovalentní povaha vazby

Základní přehled významných prvků a sloučenin d-prvků.

III. B skupina

• Sc (Skandium), Ac (Aktinium) : radioaktivní
• Y (Yttrium) : základ luminoforů (vrstvy schopné absorbovat světlo) – dřív v Tv červená barva, zpomalení neutronů v jaderných reaktorech
• La (Lanthan) : kamínky v zapalovačích, optická skla

IV. B skupina

• Ti (Titan) : nejrozšířenější, lehký >konstrukční materiály (letadla, motory), endoprotézy, TiO₂ – titanová běloba – krycí schopnosti – potravinářství, malířství
• Zr (Zirkonium) : korozivzdorná ocel, klenotnictví – ZrSiO₄ – zirkon
• Hf (Hafnium), Rf (Rutherfordium)

V. B skupina

• V (Vanad) : tvrdý, chemicky odolný kov, přísada do oceli > zjemňuje strukturu (zušlechtění – legování) > větší odolnost – nože, kleště, vrtáky, V₂O₅ – katalizátor při výrobě H₂SO₄
• Nb (Niob) : šedý, tvrdý kov, přidává se do slitin
• Ta (Tantal) : mechanicky a chemicky odolný kov, pro chirurgické nástroje a trysky
• Nb a Ta > inertní kovy – nereagují > slitiny, odolnost proti chemikáliím – trysky a trubky

VI. B skupina

• Cr (Chrom): stříbrolesklý tvrdý kov, galvanické pokovování, ferochrom > ocel
  • oxid chromitý: amfoterní zelený prášek, olejové barvy (chromová zeleň), impregnace
  • chromany: žluté, ox. účinky, chromová žluť, dichromany > + ox. účinky
• Mo (Molybden): čistý jako katalizátor, antikorozivní ocel – legování
• W (Wolfram): vlákna žárovek, žáruvzdorné slitiny – legování

VII. B skupina

• Mn (Mangan), Tc (Technecium), Re (Rhenium)

VIII. B skupina

triáda železa (Fe, Co, Ni) – neušlechtilé kovy, pouze ve sloučeninách

• Fe (železo): stříbřitě lesklé, tažné, kujné; feromagnetické (zesiluje magnetické pole); složka oceli, konstrukční materiál, strojní součásti
• Co (kobalt): tvrdý, kujný kov, nekoroduje, v B12 používaném na chudokrevnost, do ocelí – legování, stroje na ovoce – odolává kyselým šťávám, lékařství ⁶⁰Co – ozařování; Co^IImodré, s vodou růžové, Co^II  barví sklo modře
• Ni (nikl): stříbrolesklý kov, na vzduchu stálý, pokovování, slitiny, součást akumulátorů,  NiO k barvení skla – zelené,

lehké platinové kovy (Ru, Rh, Pd)

• Ru (Ruthenium): šedobílí kov, legování
• Rh (Rhodium): stříbřitý kov, rozpustné jen v lučavce královské, sklářský průmysl > při výrobě optických vláken
• Pd (Palladium): šedobílí kov, výroba průmyslových katalyzátorů a jako součást slitin pro dentální a šperkařské využití

těžké platinové kovy (Os, Ir, Pt)

• Os (Osmium): modrošedý kov, slitiny
• Ir (Iridium): šedobílí kov, mimořádná chemická odolnost
• Pt (Platina): velmi těžký a chemicky mimořádně odolný drahý kov stříbřitě bílé barvy, slitiny

Významné rudy těchto kovů.

Titan – letectví, raketová technika – lehké a pevné konstrukční materiály, odolnost proti korozi

Chrom – povrchová ochrana proti korozi, barviva

Wolfram – výroba ušlechtilých slitin – ocelí, výroba žhavících vláken žárovek

Mangan – slitiny, katalyzátor, KMnO4 – dezinfekční činidlo

Železo – ve slitinách s ostatními kovy

Nikl – povrchová ochrana železa před korozí

Platina – šperky, laboratorní nádoby, elektrody, termoelektrické články, katalyzátor

Měď – elektrické dráty, plechy, slitiny (bronz, mosaz

Stříbro – fotografické materiály, klenotnictví

Zlato – klenotnictví, elektrotechnika, barvení skla

Zinek – pozinkování kovů, slitiny

Rtuť – teploměry, výbojky, amalgámy

• magnetit (magnetovec) Fe₃O₄
• hematit (krevel) Fe₂O₃
• limonit Fe₂O₃ nH₂O
• siderit (ocelek) FeCO₃
• pyrit FeS₂  > výroba oxidu siřičitého
• zelená skalice => FeSO₄  * 7H₂O   > výroba pigmentů
• červená krevní sůl                          K₃[Fe(CN)₆] > barvení textilu, analytická chemie
• žlutá krevní sůl                                                K₄[Fe(CN)₆  > barviva
• chalkopyrit => CuFeS₂
• kuprit => Cu₂O
• malachit => CuCO₃.Cu(OH)₂
• modrá skalice                                   CuSO₄*5H₂O  > rozpustná ve vodě, dezinfekční účinky > plísně, postřiky v zemědělství, dezinfekce v bazénech

• AgBr  > černobílé filmy (Ag⁺ + světlo > Ag⁰ koloidní stříbro)
• lápis AgNO₃  > vypalování bradavic, také citlivé na světlo
• koloidní stříbro Ag⁰  > projímadlo, ve vyšší koncentraci jedovaté
• Ag₂S > stříbro na vzduchu černá, ve znečištěných oblastech
• bílá skalice                         ZnSO₄*H₂O > oční kapky, emetické účinky > vyvolává zvracení
• zinková běloba ZnO > nátěrová hmota – bílí pigment, lékařství – zinková mast (proti proleženinám, proti nadměrnému pocení)

• rumělka HgS > nejedovatá sloučenina – nerozpustná ve vodě, červená barviva > do nátěrových hmot, jako pigment

• kalomel:                             Hg₂Cl₂    > bílí prášek do mastí, nejedovatý
• HgCl₂: sublimát, prudce jedovatý
• slitiny rtuti – amalgámy – nejčastěji s Ag do plomb v zubním lékařství
• ZnS: světélkuje, CdS: kadmiová žluť
• burel (pyroluzit) => MnO₂ > sklářství, katalyzátor
• rodonit  => MnSiO₃

Výroba a zpracování železa.

•  vysoká pec
• železná ruda, koks (C – redukční činidlo, mění se nejprve na CO – nepřímá redukce, na CO₂ přímá redukce), vápenec (struska – chrání železo před oxidací)
• zdola se vhání kyslík
• surové železo (použití na litinu – tvrdá a křehká – vysoký obsah C)

C + O₂ → CO₂

SiO₂ + CaO → CaSiO₃

přímá redukce uhlíkem

Fe₂O₃ + 3 C → 2 Fe (s) + 3 CO

nepřímá redukce oxidem uhelnatým

3 Fe₂O₃ + CO → 2 Fe₃O₄ + CO₂

Fe₃O₄ + CO → 3 FeO + CO₂

FeO + CO →Fe + CO₂

• zkujňováním železa (snižováním obsahu uhlíku) > ocel
• kalení (prudké ochlazení): tvrdá a křehká
• popouštění (pomalé zahřívání): odstranění křehkosti

I. B a II. B skupina.

I. B Skupina (Cu, Ag, Au)

• ns 2, (n-1)d 9 > zestabilnění excitací > výskyt ns 1 (n-1) d 10
• ox. čísla: I, II, III (Au až V)
• ušlechtilé kovy
• všechny se vyskytují jako ryzí, ušlechtilé kovy
• vysoce vodivé (e. proud, teplo), kujné, tažné
• stálé
• rozpustné v roztocích se silnými ox. účinky, Au – pouze lučavka královská
• Ag a Au: baktericidní účinky – nereaktivní, odolné proti bakteriím (zuby, plomby, chirurgické nástroje)
• Cu: na vzduchu vytváří na povrchu potah – měděnku, Cu + CO₂ > měděnka Cu(HCO₃)₂ – jedovatá
• Au: lékařství, mince, klenotnictví, pozlacování
• Ag: fotograf. prům., zrcadla, elektrotechnika, lékařství
• Cu: elektrotechnika, výroba katalyzátorů, slitiny (Bronz (s Sn), Mosaz (s Zn))

II. B Skupina (Zn, Cd, Hg)

• ns2, n-1d 10
• rtuť ušlechtilá, kadmium a zinek neušlechtilé
• stříbrolesklé kovy
• nízká teplota tání
• rtuť kapalná
• ox. číslo II (Hg i I)

Zn (zinek): výroba slitin (mosaz), k pozinkování, na vzduchu vrstvička ZnO, redukční činidlo

Cd (kadmium): pokovování, jaderná technika, výroba akumulátorů

Hg (rtuť): teploměry, lampy, zářivky, katody, amalgámy, léčiva

Cd, Hg: těžké jedovaté kovy, ukládání v organismu > různé poruchy (krvetvorba, nádory)

Manganistan draselný jako významné oxidační činidlo.

Mangan

• VII. B, neušlechtilý kov
• pouze ve sloučeninách
• stříbrolesklý, tvrdý kov
• ox. č. II – VII
• rozpustný v kyselinách i zásadách
• feromangan (Fe, Mn): přísada do oceli

Manganistan draselný KMnO₄

• temně fialové, lesklé krystalky
• silné oxidační činidlo
• dezinfekční prostředek, bělení textilu, analytická chemie (manganometrie)