Prvky VIII.B skupiny – triáda železa železo (26Fe) výskyt: rudné minerály (rudy) – minerály obsahující kov hematit (krevel) - Fe2O3 limonit (hnědel) - 2FeO3·3H2O magnetit (magnetovec) - Fe3O4 siderit (ocelek) - FeCO3 pyrit - FeS2 minerální vody [Fe(HCO3)2] 70% v lidském těle je součástí hemoglobinu

hematit

limonit

magnetit (Bolívie)

siderit (Německo)

pyrit („kočičí zlato“)

průmyslová výroba železa a oceli 1. popis vysoké pece vysoká pec je zařízení, které pracuje 10 let nepřetržitě, po skončení provozu se opravuje, v ČR jsou vysoké pece v Ostravě – ArcelorMittal Steel Ostrava a v Třineckých železárnách pec je vysoká 25-40m, základem je šachta, která se v horní části zužuje – tzv. sazebna (zde se pomocí šikmých výtahů naváží vsázka – ruda(hematit, koks a vápenec)

sazebna je uzavřena sazebním uzávěrem, kudy také odchází vysokopecní (kychtový plyn) do ohřívačů vzduchu další částí šachty je zarážka – nejširší místo šachty a nístěj – spodní část šachty, odkud se vypouští struska a roztavené surové železo šachta je tvořena ocelovými pláty a vyztužena ohnivzdornou vyzdívkou, plášť šachty je chlazen vodou

v místě zarážky se nachází kruhové potrubí, kterým pomocí dmyšen proudí do vysoké pece předehřátý vzduch z ohřívačů vzduchu předehřátý vzduch obsahuje kyslík a má teplotu až 1000 C a slouží ke spalování koksu ve vysoké peci součástí vysoké pece jsou ohřívače vzduchu – jsou to válcovité ocelové nádoby, s ohnivzdornou vyzdívkou, uvnitř mají spalnou komoru, kde se ohřívá vzduch pomocí kychtového plynu z vysoké pece, který obsahuje především oxid uhelnatý teplota na vrcholu ohřívačů (pod kopulí je až 1600 C)

2. Reakce ve vysoké peci vysoká pec má pásma, které se liší teplotou a reakcemi, které zde probíhají předehřívací pásmo (pod sazebnou) – teplota cca 200 C, zde se vsázka (koks, ruda – hematit – oxid železitý, struskotvorné přísady – vápenec, dolomit) předehřívá a vypařuje se vlhkost 1.redukční pásmo – zde probíhá nepřímá redukce oxidu železitého oxidem uhelnatým, který je součástí vysokopecního plynu, vzniká tak surové železo, které klesá ke dnu pece, teplota 400 – 1000 C

2.redukční pásmo – zde probíhá přímá redukce oxidu železitého uhlíkem, teplota 1100 – 1200 C, nauhličovací pásmo – teplota až až 1400 C, v tomto pásmu se do železa dostává uhlík, 3,5 až 4,5%, uhlík snižuje teplotu tání železa tavící pásmo – zde se nachází kapalné surové železo, připravené k odpichu,teplota je zde až 2000 C, t.t (Fe) = 1536 C

struska a surové železo se vypouští, struska vzniká z hlušiny, která doprovází čistý hematit a z vápence a dolomitu struska plave na surovém železe a chrání ho před oxidací kyslíkem struska se používá na výrobu např. tvárnic nebo se přidává do cementu

struska

surové železo je buď šedé nebo bílé z šedého železa, ocelového šrotu,vápence a koksu se v tavících pecích získává litina šedá nebo bílá, teplota v peci je 1500 C, litina je pevná, ale křehká, obsah uhlíku víc než 2,14% výrobky z litiny – radiátory, kotle, kašny, náhrobky, krbové desky apod. bílé železo se zpracovává v ocelárnách na ocel

základem výroby oceli ze surového železa je snižování obsahu uhlíku až na 1%, dále jsou při výrobě oceli odstraňovány nečistoty (sloučeniny Si, P, S) – jsou převedeny na své oxidy výroba oceli v kyslíkovém konvertoru spočívá v profukování surového roztaveného železa kyslíkem z ocelových trysek výroba oceli v elektrické peci spočívá v roztavení surového železa účinkem tepla, které vzniká průchodem el. proudu surovým železem el. oblouková pec je tvořena elektrodami, mezi kterými vzniká díky průchodu el. proudu el. oblouk

oběma způsoby získáme měkkou nelegovanou ocel, kterou můžeme zpracovávat kalením, popouštěním nebo legováním kalení – prudké zahřátí oceli a prudké zchlazení vodou popouštění – pomalé zahřátí a zchlazení legování – k oceli se přidávají kromě železa další kovy, nikl, chrom, vanad, kobalt, takže legované oceli mohou obsahovat až 30 % různých kovů výrobky z oceli – ocelové konstrukce – Eifellova věž, Petřínská rozhledna, televizní vysílač Žižkov, ocelové konstrukce mostů, kolejnice,plechy, dráty, chirurgické a zubařské nástroje, elektrárenské turbíny

chirurgické nástroje

fyzikální vlastnosti: bílý, lesklý, neušlechtilý kov, měkký, kujný, tažný

chemické vlastnosti: na suchém vzduchu stálé na vlhkém vzduchu se pokrývá vrstvou Fe(OH)3 (rezavění) s kyslíkem reaguje za vzniku Fe2O3 nebo Fe3O4 reaguje např. s HCl nebo zředěnou kyselinou sírovou za vzniku soli a vodíku v oxidujících kyselinách se pasivuje

sloučeniny: hydroxid železnatý reakcí vodného roztoku obsahujícího Fe2+ s hydroxidy - vzniká vločkovitá sraženina, která, je-li připravena za naprostého vyloučení vzduchu je bílá v přítomnosti kyslíku Fe(OH)2 tmavne a přechází na červenohnědý Fe(OH)3

disulfid železnatý může se připravit zahříváním Fe2O3 v atmosféře H2S zahříváním za přístupu vzduchu vzniká Fe2O3 a SO2

síran železnatý bezvodý - bílá látka s vodou vytváří heptahydrát - zelená skalice FeSO4·7H2O – používá se k úpravě pitných a odpadních vod a k hubení mechu v trávnících (NH4)2Fe(SO4)2·6H2O - Mohrova sůl - látka na vzduchu stálá - význam v analytické chemii

zelená skalice

uhličitan železnatý bílá sraženina na vzduchu hnědne, neboť se oxiduje nerozpustný ve vodě, obsahuje-li však vodu a rozpuštěný CO2 tvoří se rozpustný Fe(HCO3)2, který je součástí minerálních vod

K4[Fe(CN)6] - hexakyanoželeznatan draselný (žlutá krevní sůl) ve vodě dobře rozpustná, žlutá, krystalická látka, není toxická reakcí se železitou solí vzniká - tmavě modrá sraženina, berlínská modř – využití v analytické chemii

žlutá krevní sůl

FeCl3·6H2O – hexahydrát chloridu železitého prostředek k leptání, zvláště důležitá je jeho schopnost leptat měď, čehož se využívá při výrobě tištěných elektrických obvodů světlehnědá, krystalická látka, rozpustná ve vodě při úpravě vody vytváří vločky, které na sebe navážou z vody rozpuštěné nežádoucí látky

hexahydrát chloridu železitého

hydroxid železitý složení lépe vystihuje vzorec Fe2O3·nH2O látka má amfoterní charakter vytváří hnědé nebo červenohnědé granule, ve vodě nerozpustné používá se k čištění vod, které obsahují arsen (adsorpce)

síran železitý krystaluje v podobě šesti různých hydrátů (12, 10, 9, 7, 6 a 3 H2O) nejčastěji jako nonahydrát, používá se k úpravě odpadních vod jako srážedlo

nonahydrát síranu železitého

K3[Fe(CN)6] - hexakyanoželezitan draselný (červená krevní sůl) příprava oxidací hexakyanoželeznatanu draselného např. chlórem v roztoku okyseleném kyselinou chlorovodíkovou: 2K4[Fe(CN)6] + Cl2  2K3[Fe(CN)6] + 2KCl krystalizuje v červených krystalech, které se dobře rozpouští ve vodě na žlutý roztok

je jedovatá reakcí s ionty železnatými dává modrou sraženinu, Turnbullova modř – v analytické chemii

červená krevní sůl

kobalt (27Co) výskyt: smaltin - CoAs2 kobaltin - CoAsS součást vitamínu B12 průmyslová výroba: rudy se nejprve praží, kov se tak převede na oxid a oxid se redukuje uhlíkem, vodíkem nebo hliníkem

fyzikální vlastnosti: lesklý, stříbřitý kov s modrým nádechem tvrdší než železo, kujný, tažný feromagnetický - Curieho teplota > 1100 °C jeden izotop - 60Co

chemické vlastnosti: na vzduchu je za normální teploty stálý ve zředěných kyselinách se rozpouští obtížně tvoří komplexní sloučeniny

využití: výroba barev - výroba porcelánu a skla sloučeniny kobaltu se používají jako katalyzátory v organických reakcích výroba slitin (Alnico - Al, Ni, Co) - výroba permanentních magnetů pokobaltování - ochrana před korozí ovocnými šťávami (příbory), 60Co (poločas rozpadu - 5271 let) koncentrovaný zdroj záření gama v lékařství při léčbě zhoubných nádorů

sloučeniny: chlorid kobaltnatý indikátor kvality silikagelu používaného jako sušící prostředek (změna barvy modré na růžovou, ke které dochází při přechodu z bezvodé formy na hydratovanou)

nikl (28Ni) výskyt: nikelin - NiAs průmyslová výroba: karbonylový způsob - pražením vzniklý oxid nikelnatý redukujeme vodním plynem (CO + H2) houbovitý nikl pak reaguje při teplotě 50 - 60°C s oxidem uhelnatým

vzniká těkavý tetrakarbonyl niklu, který se potom rozloží vedením přes tablety z čistého niklu při teplotě 230°C a uvolněný CO se vrací zpět nikl vyrobený tímto způsobem dosahuje čistoty asi 99,95%

fyzikální vlastnosti: stříbrobílý, lesklý, kujný, tažný kov chemické vlastnosti: ve zředěných kyselinách se rozpouští jen zvolna odolný vůči působení alkalických hydroxidů koncentrovaná HNO3 nikl pasivuje

využití: přísada do ocelí (korozivzdorné) výroba slitin katalyzátor (hydrogenace) akumulátorové baterie (Ni/Fe)