Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaFöldfémek, bórFöldfémek, bór

Bór (B) és fontosabb vegyületei• Atomrácsos kristályszerkezet, gyémánt után legkeményebb• Természetben vegyületei formájában található, leggyakoribb a bórax, a bórsav Na sója: Na2B4O7•10H2O • Elektromos szigetelő, de jól vezeti a hőt.• Felhasználás: 1) acélötvöző szerként növeli annak keménységét, kopásállóságát, korrózióval szembeni ellenállását 2) bórszálakat űrrepülőgépek gyártásánál, kis súlyuk és nagy szakítószilárdságuk miatt.• Bórax felhasználása: acélgyártásban – csökkenti a vas-oxid olvadáspontját, így az könnyebben eltávolítható az acélból.

III/A. oszlop• Elektronszerkezet: ns2np1

• Vegyérték általában: 3 ill. 1 (Ga, In, Tl); oxidációs szám: +3, +1 (Ga, In, Tl)• B félfém, a többi fém. • Elektronegativitás: 1.5-2.0 (B és Al gyakran képez kovalens kötéseket, a többiek viszont elsősorban ionosat)• Természetes körülmények között szilárd halmazállapotúak

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaAl és vegyületeiAl és vegyületeiAlumínium (Al)

• Természetben főként bauxitban (AlO(OH)) ill. agyagásványokban

fordul elő, míg a korund tiszta Al2O3 ásvány .

• 3. leggyakoribb elem• levegővel gyorsan reagál, de a felületén összefüggő Al2O3 réteg képződik, mely óvja a további oxidációtól. Eloxálás: e réteg mesterséges vastagítása anódos oxidációval híg savban (foszforsav, kénsav, krómsav, stb.)• Amfoter: oldják híg savak és lúgok, de tömény savak nem 2Al + 3H2SO4 = Al2(SO4)3 + 3H2

2Al + 2NaOH + 6H2O = 3H2 + 2NaAl(OH)4

• Szakítószilárdsága kicsi, rosszul önthető• Előállítás: bauxitból

AlO(OH) Al(OH)3 Al2O3 Al

bauxit timföldhidrát timföld tiszta fém

• Felhasználás: vezeték (elektromosság), repülőgépek, vasúti kocsik gyártása.

lúgos

feltárás1300 ºC elektrolízis

nátrium[tetrahidroxo-aluminát]

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaAl és vegyületeiAl és vegyületei

Al ötvözetek• Magnálium, duralumínium (lásd magnéziumnál)• Csoportosítás: - Alakítható (sajtolható) ötvözetek: nagy szilárdság a cél. A keverékek jellege (koncentrációk!) szilárd oldat. Fő ötvözők: Cu, Mn, Mg Duralumínium (4,5% Cu + 0,5% Mg + 0,6% Mn). Cu-ra túltelített, ezért CuAl2 halmazok keletkeznek. Megfelelő kezeléssel ezek finoman eloszolt kis szemcsék formájában válnak ki, → nagy szakítószilárdság. Al-Cu-Ni ötvözetek: magasabb hőmérsékleten nagy szakítószilárdság. A fenti ötvözetek a Cu miatt nem korrózióállóak. Al-Mg-Si ötvözetek (1% Si, 1% Mg, 0.7%Mn): nagy szilárdságúak, korrózióállóak Al-Mn ötvözetek: kitűnő korrózióállóság, képlékenység, hegeszthetőség. - Önthető ötvözetek: Al öntészeti tulajdonságai nem jók. Eutektikus összetételhez közel álló keverékek, alacsony op. Al-Si ötvözetek (sziluminok, 9-14% Si): jól önthetők, gyenge szakítószilárdságúak. Al-Si-Cu ötvözetek (4% Cu, 2.5 %Si): önthetőség mellett nagy szilárdságúak. Al-Cu-Mg ötvözetek (4% Cu, 1.5 % Mg): önthetők, nagy szilárdságúak, kis Ni-t, hozzáadva magas hőmérsékleten igénybevett alkatrészek (dugattyú).

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaAl és vegyületeiAl és vegyületei

Alumínium-oxid (Al2O3)• Természetben: korund, rubin (+Cr2O3), zafír (+FeO,Ti2O3)

• Al por hevítve: 4Al + 3O2 = 2Al2O3 (H=-1687 kJ/mol)• Az oxid nagy képződési entalpiájának köszönhetően az Al gyakran alkalmazott redukálószer (aktivási energiagátat a fejlődő hő leküzdi). Fémek (Cr, Mn) előállítása oxidból: 1. fém-oxid + Al por + gyújtókeverék (Al+BaO2) 2. begyújtva Mg szalaggal: 800 ºC 3. 3BaO2 + 4Al = 3Ba + 2Al2O3 reakcióból: 2000 ºC 4. pl. Cr2O3 + 2Al = Al2O3 + 2Cr• Felhasználás: csiszolópapír - vas-oxiddal szennyezett korundAlkáli-alumínium-szilikátok (Al2Si2O7

.2H2O) kaolinit vagy porcelánföldAgyag: CaCO3, Fe2O3 szennyeződésekkel. Mészkővel keverve → portlandcement.

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzéncsoportSzéncsoport

Szén (C) módosulatai• Kristályos: gyémánt, grafit, fullerének• Ásványokban (70-10%, amorf): antracit, kőszén, barnaszén, lignit, tőzeg• Mesterséges: faszén, vérszén, csontszén, korom, koksz (szénégetés, száraz lepárlás:~500 ºC-on, O2 kizárásával hevítve)

IV/A. oszlop• Elektronszerkezet: ns2np2

• Vegyérték: C, Si, Ge - 4; Sn, Pb – 2 (ritkábban 4)• C nemfém; Si, Ge félfém; Sn, Pb fém. • Elektronegativitás: 2.5-1.8 (C, Si, Ge kovalens kötések, Sn, Pb inkább ionos)

Felhasználás: - gyémánt (legkeményebb ásvány): ékszeripar, üvegvágás, fúrófejek, vágóélek - grafit: elektródok, olvasztótégelyek (jó vezetőképesség), kenőanyagokban - ásványi szenek, koksz: tüzelés - faszén, vérszén, csontszén: sok apró pórus nagy fajlagos felület → adszorbens - korom: töltőanyag (pl. gumiban)

aktivált szén

molekulák

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzéncsoportSzéncsoport

Fullerének: mesterséges szén módosulatok (XX. sz. vége)• páros számú (60, 72, 84 stb.) szénatomból álló molekulák• Felfedezés: 1985-ben Harold Kroto, Robert Curl, Richard Smalley 1996-ban kémiai Nobel-díj.• A molekulákat kizárólag öt- és hattagú gyűrűk építik fel.• C atom három másik C atomhoz kapcsolódik (1 kettős, 2 egyes kötés). • Az ötszögek száma mindig 12. • A C60 (backminsterfullerén) molekula futball-labda alakú.

Felhasználás: - molekulák könnyű elmozdulása: jó kenési tulajdonságok - 160 atm, 25 ºC-on gyémánttá alakítható: gyémántbevonat - fénnyel besugározva vezetik az elektromosságot: optikai áramkörben - intersticiális C60 Rb-só: 30 K alatt ellenállás nélkül vezeti az áramot (szupravezető) - nanocsövek: nagy szakítószilárdság, jó el. vezetés, kémiai inaktivitás (űrtechnológia)

C540szén nanocső:

hengeres fullerén

C60

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzén vegyületeiSzén vegyületei

Szerves vegyületek: 5 millió

Fontosabb szervetlen vegyületek:• Szén-monoxid (CO): színtelen, szagtalan gáz, szén tökéletlen égésekor Vér hemoglobinja megköti: fejfájás, szédülés, fulladás Szintézisgáz (CO + 3 H2): metanol, műbenzin előállítása • Szén-dioxid (CO2): színtelen szagtalan gáz, égést elfojtja (0.035%) Folyadék: csak 5 barnál nagyobb nyomás alatt Szárazjég: szilárd CO2 (folyékony CO2 párolgása nagy hőelvonásal jár → megfagy) hűtésre használják• Szénsav (H2CO3): instabil, vizes oldata kétbázisú gyenge sav H2CO3 HCO3

- + H+ (H3O+) K1= 4.3.10-7 mol/dm3 HCO3

- CO32- + H+ (H3O+) K2= 5.6.10-11

mol/dm3

• Szénsav sói, a karbonátok stabilak Karbonátion (CO3

2-): 6 delokalizált elektron

Szervetlen kémiaSzervetlen kémiaSzéncsoport többi elemeSzéncsoport többi eleme

Szilícium (Si)• Föld szilárd kérgének 30 %-a. Kvarc és szilikátok a vulkáni kőzetek 98%-a. • Kvarc (SiO2): hegyikristály, ametiszt, füstkvarc, rózsakvarc

• Si vízzel, savval nem, lúggal reagál: Si + 4OH- = SiO44- + 2H2

• Előállítás kálium-szilikofluoridból: 3K2SiF6 + 4Al = 3Si + KAlF4 + K3AlF6

• Félvezető: vegyértéksáv és vezetési sáv közötti tiltott sáv 1.1 eV széles. Csak magasabb hőmérsékleten vezet. Adalékok segítségével alacsonyabb T-n is. N-típus: adaléknak több elektronja van: vezetési sávban vannak a fölös elektronok P-típus: adaléknak kevesebb elektronja van: vegyértéksávban pozitív lyukak• Alkalmazás az elektronikában, számítástechnikában.

Germánium (Ge): ritka elem, félvezetőÓn (Sn): fehérbádog (ónbevonatú vas), bronz ötvözet (Cu+Sn)Ólom (Pb): csővezetékek (védő PbO2 oxidréteg, híg sav sem oldja), akkumulátor, radioaktív sugárvédelem, ötvözetek (betűfém: Pb + Sb + Sn)