Inovácia obsahu a metód vzdelávania prispôsobená potrebám vedomostnej spoločnosti KOVY VYPRACOVAL: RNDr. Ivana Péchyová november 2014 „Moderné vzdelávanie pre vedomostnú spoločnosť/Projekt je spolufinancovaný zo zdrojov EÚ“

OBSAH KOVY – charakteristika Štruktúra kovov Fyzikálne vlastnosti kovov Chemické vlastnosti kovov Rozdelenie kovov Spôsoby získavania kovov Elektrolýza kovov Využitie elektrolýzy v priemysle Korózia kovov Ochrana pred koróziou Povrchová úprava kovov

KOVY – charakteristika - viac, ako ¾ zo všetkých chemických prvkov sú kovy - kovy majú odlišné vlastnosti v porovnaní so zlúčeninami s kovalentnými a iónovými väzbami - za bežných podmienok sa kovy (okrem ortuti), vyskytujú v tuhom skupenstve nekovy kovy polokovy

Štruktúra kovov - pre kryštálovú štruktúru kovov je charakteristické najtesnejšie usporiadanie častíc - v kryštáli kovu je jeden atóm obklopený 8, alebo 12 ďalšími rovnakými atómami kovu - kovové prvky majú malé hodnoty elektronegativity, ľahko odovzdávajú valenčné elektróny atómy kovov sa menia na katióny s pravidelným usporiadaním, pričom valenčné elektróny uvoľnené z pôvodných atómov (delokalizované elektróny), sa pohybujú medzi vzniknutými katiónmi a sprostredkúvajú ich vzájomnú väzbu - väzbu v kryštálovej štruktúre kovu si možno predstaviť ako množstvo pohyblivých elektrónov, ktoré sa nachádzajú okolo kladne nabitých iónov = kovová väzba

Fyzikálne vlastnosti kovov elektrická vodivosť = vyplýva z toho, že voľné elektróny (elektrónový plyn) sa ľahko premiestňujú v mriežke kovového kryštálu (Klesá s rastúcou teplotou, pretože stúpajúca teplota zvyšuje elektrický odpor. Pri teplote blízkej hodnote 0 K vedie kov elektrickú energiu absolútne bez odporu – jav nazývaný supravodivosť) tepelná vodivosť: = súvisí s tým, že vzruch vyvolá zvýšenie teploty na jednej strane kovu, pomocou šírenia kmitov v kovovej mriežke sa rýchlo prenesie na druhú stranu

kujnosť + ťažnosť: = je výsledkom toho, že pri vzájomnom posune vrstiev katiónov zostáva kryštálová mriežka kovu zachovaná (kujné – dajú sa vykovať na tenké lístky ťažné – dajú sa vytiahnuť na drôt) vysoká tv aj tt, hustota lesklé (odrážajú svetlo), nepriehľadné, tvrdé (atómy s viac valenčnými elektrónmi = tvrdšie) pevné látky (výnimka Hg) zlúčeniny kovov a ich ióny sú farebné (vďaka elektrónom v d orbitále, ktoré absorbujú niektoré farby svetla)

Chemické vlastnosti kovov nízka elektronegativita X < 1,7 ľahko odovzdávajú svoje valenčné elektróny = tvoria katióny vyvodzujú sa z Beketovho, elektrochemického radu napätia kovov: - kovy zoradené podľa ich celkovej reaktívnosti = schopnosť reagovať s vodou, kyselinami a nahrádzať v nich vodík K, Ca, Na, Mg, Al, Mn, Zn, Fe, Co, Ni, Sn, Pb, H, Cu, Hg, Au, Pt Neušľachtilé kovy Ušľachtilé kovy - vytláčajú vodík zo zriedených kyselín - reagujú len s kyselinami, (čím je viac vľavo, tým intenzívnejšie, ktoré majú oxidačné účinky lebo neviažu svoje valenčné elektróny (HNO3, H2SO4, lúčavka kráľ.) tak pevne, ako H) nevzniká H, viažu valenčné - čím viac je kov naľavo, tým ľahšie elektróny pevnejšie, ako H sa oxiduje na katióny ( - e-) - čím viac je kov napravo, tým ľahšie sa jeho katióny redukujú (+e-)

reaktívnejší kov naľavo vytláča kov napravo z roztokov solí – napr.: Fe0 (s) + Cu2+SO4 (aq) → Cu0 (s) + Fe2+SO4 (aq) - väčšina sa zlučuje s kyslíkom priamo, niektoré už pri obyčajnej teplote (Ca),   iné pri zvýšenej teplote (Cu) – tvoria oxidy - ušľachtilé kovy sú voči kyslíku stále a priamo sa s ním vôbec nezlučujú kovy tvoria koordinačné zlúčeniny väčšinou reagujú s kyselinami – len niektoré sú odolné voči kyselinám (Cu, Au, Ag, Pt) = ušľachtilé kovy - typické kovy = ľavá dolná časť PSP, zľava – doprava kovový charakter klesá

Rozdelenie kovov A) podľa hustoty: ľahké kovy – Na, Mg, Al   ťažké kovy – Fe, Cu, Pb, Hg B) podľa stálosti na vzduchu: ušľachtilé: Pt, Ag, Au   neušľachtilé: Mg, Fe, Zn C) podľa dostupnosti a ceny:  drahé: Pt, Au, Ag ostatné: Al, Fe, Zn Železné kovy: surové železo, oceľ, zliatina Neželezné kovy: ťažké kovy: Cu, Zn, Pb, Ni, Sn, Cr, W ľahké kovy: zliatiny Al, Mg, Ti

Zliatiny: : roztavené kovy sa môžu navzájom zlievať, pričom vychladnutím taveniny získame zliatiny - zložené z 2 alebo viacerých kovov : niektoré zliatiny môžu obsahovať aj nekovy alebo polokovy C, Si, S, P : zliatiny majú kovovú povahu, pričom ich vlastnosti sú často výhodnejšie ako vlastnosti čistých kovov : zliatiny sa používajú častejšie ako čisté kovy rôzne ocele – Fe, C + Cr, Ni, V, .... (nerezová, vanádová, pružinová, ...) bronz = Sn + Cu spájky = Sn + Pb alpaka = Ni + Zn + Cu amalgámy = Hg + Au, Hg + Na mosadz = Zn + Cu dural = Mn + Cu + Mg + Al

Výskyt kovov: Rýdze kovy - len zriedka ( ušľachtilé kovy) - väčšinou vrastené do hornín v podobe šupiniek, drôtikov, Hg v drobných kvapôčkách   V zlúčeninách – väčšinou, tvoria nerasty (minerály), pričom niektoré z nich tvoria celé pohoria Rudy – nerasty, horniny a iné prírodné materiály vhodné na výrobu kovov, najdôležitejšie sú: oxidy, sulfidy, METALURGIA – učenie o získavaní kovov z rúd a ich úprave pre praktické použitie

Spôsoby získavania kovov ryžovanie: - vyberanie čistých kovov, napr. Au zo zlatého piesku AMALGÁMOVÝ SPÔSOB: Au sa dobre rozpúšťa v Hg = amalgám, z ktorého sa získa odparením Hg pri vyššej teplote KYANIDOVÝ SPÔSOB: Au a Ag rozptýlené v horninách sa vylúhujú roztokom NaCN, z ktorého sa vylúčia zinkom   redukcia: - technické kovy sa zvyčajne získavajú z oxidov sulfidové a uhličitanové rudy sa najskôr pražením premenia na oxidy z nich sa redukciou získavajú kovy

a) najčastejšie pomocou C vo forme koksu, alebo CO (vzniká nedokonalým spaľovaním koksu), napr.: Fe, Zn, Sn   b) pomocou Al, ktorý sa pri vyššej teplote zlučuje s kyslíkom z oxidu = aluminotermia: silná afinita hliníka ku kyslíku a jeho redukčné vlastnosti sa využívajú pri získavaní niektorých kovov (Mn, Cr, Co), z ich oxidov pri vysokých teplotách (3 000 a viac 0C) c) elektrolytická redukcia: - veľmi reaktívne kovy sa vyrábajú elektrolýzou z oxidov (Al2O3), hydroxidov (NaOH, KOH), alebo chloridov (NaCl, KCl)

Elektrolýza kovov ELEKTRONEGATIVITA princíp: - na odváženej elektróde (katóde, anóde), najčastejšie platinovej sa vylučujú pôsobením jednosmerného elektrického prúdu z roztoku ióny zariadenie: elektrolýzer: elektrolyt: je látka, ktorá vedie elektrický prúd, je schopná štiepiť sa na ióny elektrolýza: rozklad látok pomocou jednosmerného elektrického prúdu elektróda: katóda: záporne nabitá anóda: kladne nabitá Katóda: K- : Cu2+ + 2e- Cu0 (kov sa redukuje) Anóda: A+ : SO4 2- - 2e- SO4 SO3 + ½ O2 SO3 + H2O H2SO3 (oxidácia) aby sa kov na katóde začal vylučovať musí dosiahnuť rozkladné napätie

Elektrolýza chloridu meďnatého: (CuCl2): - roztok chloridu meďnatého, možno rozložiť elektrickým prúdom - do roztoku sú ponorené dve grafitové elektródy spojené so zdrojom jednosmerného elektrického prúdu - na katóde začne byť viditeľná červenohnedá farba medi - v roztoku sa ióny Cu2+ vplyvom elektrického prúdu pohybujú ku katóde a na nej každý ión priberie 2 elektróny - vznikajú atómy medi - na anóde sa vyvíja žltozelený plyn – chlór - záporné ióny Cl- priťahuje anóda a na nej odovzdajú elektróny - vznikajú atómy chlóru, z ktorých sa vždy dva spájajú a vytvoria časticu prvku  

Katóda: Cu2+ + 2e- → Cu Anóda: 2Cl- → 2Cl + 2e-    2Cl → Cl2

Využitie elektrolýzy v priemysle - oddeľovanie častíc rôznych chemických látok (elektrolýza vody)   - elektrometalurgia - výroba čistých kovov (hliník) - elektronické čistenie kovov - rafinácia (meď, zinok, nikel) - galvanické pokovanie (chrómovanie, niklovanie, pozlacovanie) - pokrývanie predmetov vrstvou kovu - galvanoplastika - kovové odliatky predmetov, napr. na výrobu odlievacích foriem - galvanické leptanie - kovová elektróda sa v niektorých miestach pokryje elektricky nevodivou vrstvou, nepokrytá časť sa prechodom prúdu elektrolyticky vyleptá - polarografia - určovanie chemického zloženia látky pomocou zmien elektrického prúdu prechádzajúceho roztokom skúmanej látky - akumulátory - nabíjanie chemického zdroja elektrického napätia priechodom elektrického prúdu

Korózia kovov - kovy nie sú na vzduchu rovnako stále: - na niektorých kovoch nepozorujeme zmeny ani po dlhšom čase, zostáva im lesk, neporušený povrch - niektoré sa účinkom vzdušného kyslíka, vodných pár, kyseliny, zásady .... chemicky menia = strata lesku, zmena farby, na povrchu vzniká vrstva oxidu, prípadne hydroxidu ----- korodujú

Korózia kovov - chemické zmeny, ktoré vznikajú na povrchu kovov pôsobením látok z prostredia, v ktorom sa nachádzajú Železo: - na vlhkom vzduchu, alebo vo vode stráca svoj lesk a pokrýva sa žltohnedou zlúčeninou železa = hrdzou Alkalické kovy: - sú ešte menej stále, Na: na čerstvom reze, rýchlo stráca svoj kovový lesk, na jeho povrchu sa tvorí hydroxid a Na2CO3 - ochranná vrstva: - niektoré kovy (Al, Zn, Sn) vytvárajú na svojom povrchu pevne lipnúcu vrstvičku ich oxidu, ktorá je súvislá a chráni kov pred chemickými zmenami

Ochrana pred koróziou náter: - najjednoduchší spôsob (laky – zábradlia, mosty), smaltovanie riadu na varenie B) pokovovanie: - na povrch nestáleho kovu nanesieme vrstvu iného – stálejšieho kovu = galvanické pokovovanie (pr.: oceľový plech sa pozinkuje – ponorí sa do roztaveného zinku – Zn sa pokrýva vrstvou ZnO, ktorá chráni kov pred koróziou) C) pasivovanie: - niektoré kovy, napr. Fe môžeme na povrchu zoxidovať, tak, že ich ponoríme do koncentrovanej HNO3 – Fe je potom stále aj v zriedených kyselinách = Fe sa pasivovalo D) zliatiny: - niektoré sú obzvlášť stále voči účinkom najrozmanitejších látok, napr. zliatina Fe + Cr, Fe + Ni = je odolná voči poveternostným vplyvom a voči kyselinám, dlhším pôsobením rôznych činiteľov tiež podliehajú korózií

Povrchová úprava kovov je súhrn technologických procesov, ktorými sa mení povrch kovu tak, aby sa upravili povrchovo-mechanické vlastnosti (oteruvzdornosť, odolnolnosť voči korózií, odolnosť voči prostrediu, vzhľad) Náterové hmoty – rozdelenie podľa: a) materiálov alebo povrchov, pre ktoré sú určené:   na kov omietku  na drevo na betón   na murivo na plast b) podľa druhu spojiva:   akrylové akrylátové liehové   disperzné olejové latexové   nitrocelulózové syntetické   epoxidové polyesterové   polyuretánové silikónové

Povrchová úprava kovov Náterové hmoty – rozdelenie podľa: c) podľa účelu:  základné: obsahujú látky, zabezpečujúce lepšie prepojenie s povrchom materiálu  vnútorné: určené na použitie vo vnútri v interiéri  vonkajšie: určené na vonkajšie použitie d)podľa krytia, alebo transparentnosti:  napúšťacie – penetračné: ochrana pórovitého materiálu aj pod povrchom, materiál získava väčšiu pevnosť povrchu, odolnosť proti vlhkosti – hydrofobizácia, odolnosť proti škodcom, vhodnejší podklad pre aplikáciu ďalších náterov  moridlá: nátery prechádzajúce do vnútra materiálu, farbiaca zložka je rozpustená v spojive, čím sa získava transparentný farebný film a zachováva sa vizuálny charakter materiálu - spojivo: je lieh – krátka doba schnutia  lazúrne laky: podobný charakter ako moridlá - spojivo: rôzna báza – syntetická, akrylová...  laky: nátery určené k vytvoreniu transparentného filmu na povrchu materiálu bez farbenia

Povrchová úprava kovov Tmely: sú hmoty, pomocou ktorých pripravujeme povrch materiálu na nanesenie náterovej hmoty všade tam, kde povrch nesie známky chýbajúcich častí, poškodenia, nežiaducej štruktúry zloženie tmelov: spojivo: rôzny charakter (náterové látky), určuje vlastnosti tmelu pri práci s ním, aj po vytvrdnutí plnivo: hmota vytvárajúca objem Základná vlastnosť tmelu je, že po vytvrdnutí sa musí dať opracovať brúsením do potrebného tvaru, alebo štruktúry.

Povrchová úprava kovov Oleje a vosky: sú určené pre drevo ako ochrana pred poveternostnými vplyvmi Základnou vlastnosťou olejov a voskov je to, že na povrchu sa netvorí lakový film, ale impregnujú drevo do hĺbky a zároveň povrch ošetrený voskom / olejom vodu odpudzuje, je priedušný, tvorí prírodný vzhľad upravených povrchov.