Category Archives: Układ okresowy pierwiastków

Wodorotlenki i zasady – wodne roztwory wodorotlenków

Wodorotlenki są związkami jonowymi zawierającymi kation metalu Mex+, oraz anion lub aniony wodorotlenkowe OH. Ogólny wzór wodorotlenków można przedstawić wg schematu:

Me(OH)x

Me – symbol metalu,
x – wartościowość metalu i liczba grup wodorotlenkowych, najczęściej 1, 2 lub 3, czasem 4.

Właściwości wodorotlenków

Wodorotlenki są ciałami stałymi, nierzadko zabarwionymi, choć część jest biała. Rozpuszczalność w wodzie wodorotlenków jest różna, poczynając od bardzo dobrze rozpuszczalnych wodorotlenków litowców (NaOH wodorotlenek sodu, KOH wodorotlenek potasu), poprzez wodorotlenki wapniowców o niewielkiej rozpuszczalności (Ca(OH)2 wodorotlenek wapnia, Mg(OH)2 wodorotlenek magnezu), po wodorotlenki o bardzo słabej rozpuszczalności.

Zasady

Zasady są wodnymi roztworami wodorotlenków. Mowa tu przede wszystkim o wodorotlenkach litowców i wapniowców, zdecydowanie lepiej rozpuszczalnych w wodzie niż związki innych metali.

Właściwości zasad, czyli wodnych roztworów wodorotlenków

Wskaźniki pH – indykatory. Zasady powodują zmianę zabarwienia wskaźników.

Neutralizacja kwaśnego odczynu. Zasady zobojętniają kwasy neutralizując kwaśny odczyn roztworów. W reakcji zobojętniania powstaje woda.

CO2. Rozpuszczanie tlenku węgla (IV), czyli CO2, pochodzącego z powietrza jest procesem naturalnie następującym w wodach na całym świecie. Zasady przyśpieszają jednak ten proces, co określa się jako pochłanianie CO2 przez zasady. Przyczyną jest reakcja.

Śliskość roztworu. Każdy kto miał styczność z mydłem może sobie wyobrazić pierwszy kontakt z silnie zasadowym roztworem. Jest on śliski w dotyku.

Skuteczność działania detergentów, w tym mydła, a twardość wody

Choć chemicznie wodą określa się związek o wzorze H2O, to w naturze zasadniczo nie występuje ona w czystej postaci. Wody na globie ziemskim obfitują w różnorodne związki, zarówno organiczne, jak i nieorganiczne. Woda wodociągowa, używana w przeważającej części do mycia i prania, nie jest wyjątkiem. Choć substancje organiczne stanowią tu raczej rzadkość, różnego rodzaju sole zmniejszają skuteczność działania detergentów, w tym mydła.

Największy problem dla mydła i innego rodzaju detergentów stanowią sole wapnia i magnezu. Całkowita zawartość jonów wapnia Ca2+ i magnezu Mg2+ w wodzie określana jest jako twardość wody. Im jest ona wyższa, tym więcej woda zawiera soli wapnia i magnezu, i tym więcej należy użyć mydła i detergentów, aby oczyścić przedmioty i samego siebie.

Jony wapnia i magnezu obecne w wodzie reagują z mydłem dość szybko, wytrącając się w postaci białych osadów soli kwasów tłuszczowych.
Reakcje strąceniowe wapnia i magnezu:

Mg2+ + 2C17H35COO

(C17H35COO)2Mg ↓

stearynian magnezu

Ca2+ + 2C17H35COO

C17H35COO)2Ca ↓

stearynian wapnia

Z powodu wytrącania się znacznej ilości osadów w twardej wodzie usuwanie brudu jest najbardziej skuteczne w wodzie miękkiej, np. deszczówce, jeśli nie jest ona zanieczyszczona. W Polsce większość wód dostarczanych do gospodarstw domowych jest jednak twarda, przez co musi ona być zmiękczana, aby nie uszkodzić urządzeń tj. pralki i zmywarki, oraz by zmniejszyć ilość detergentów potrzebnych do usuwania brudu. Zmiękczanie wody zostało opisane w artykule dotyczącym twardości wody.

W warunkach domowych do zmiękczanie wody wykorzystuje się środki dodawane do środków czyszczących. Znakomite efekty osiągane są dzięki zastosowaniu polifosforanów sodu, które z jonami wapnia i magnezu tworzą związki kompleksowe. Nie wytrącają się one na tkaninach w pralce, czy naczyniach w zmywarce, po dodaniu mydła lub innych detergentów. Do produkcji proszków do prania wykorzystywany jest np. Na5P3O10.

Twardość wody i sposoby jej usuwania

Twardość wody powodowana jest głównie przez jony wapnia Ca2+ i magnezu Mg2+. W mniejszym stopniu uczestniczą w tym również inne substancje.

Sole wapnia i magnezu są szeroko rozpowszechnione w przyrodzie. Skały wapienne zawierają węglan wapnia CaCO3, np. kalcyt posiadający strukturę krystaliczną heksagonalną, lub aragonit o strukturze rombowej, natomiast skały osadowe, np. magnezyt, obfitują w węglan magnezu MgCO3. Krasowienie tych skał, przebiegające pod wpływem wody i tlenku węgla (IV), powoduje niszczenie skał i ich rozpuszczanie w środowisku wodnym w formie wodorowęglanów wapnia i magnezu, Ca(HCO3)2 i Mg(HCO3)2.

Cynkowce – 12. grupa układu okresowego pierwiastków

Występowanie cynkowców w przyrodzie

Zn cynk
Cd kadm
Hg rtęć
Cn kopernik

Cynk występuje naturalnie w postaci minerałów. Najważniejsze odmiany służą jednocześnie za źródło metalicznego cynku, który jest wytapiany z rud minerałów:

  • sfaleryt, inaczej blenda cynkowa ZnS, regularna odmiana krystalograficzna
  • wurcyt ZnS, heksagonalna odmiana krystalograficzna
  • smitsonit ZnCO3, minerał stanowiący główny skład rud o nazwie galmany

Kadm występuje głównie w postaci minerału o nazwie grenokit CdS. Utrudnienie w wydobyciu kadmu stanowi fakt, że nie tworzy on samodzielnych rud, lecz towarzyszy innym. Przykładowo, towarzyszy większości rud minerałów cynkowych.

Rtęć występuje głównie w postaci minerału o nazwie cynober HgS, zawierającego w rudzie niewielkie ilości rtęci w stanie rodzimym.

Miedziowce – 11. grupa układu okresowego pierwiastków

Miedziowce, 11 grupa układu okresowego pierwiastków, należą do pierwiastków przydatnych człowiekowi, zarówno w budownictwie, przemyśle i chemii, jak i dla upiększania otoczenia.

Występowanie miedziowców w przyrodzie

Cu miedź – 0,0055 % = 26
Ag srebro – 4×10-6 %
Au złoto – 4×10-7 %
Rg roentgen
/% – zawartość pierwiastka w dostępnej badaniom części skorupy ziemskiej = miejsce pierwiastka pod względem rozpowszechnienia/

Miedź jest pierwiastkiem tworzącym różnego rodzaju minerały. Do najpopularniejszych należą minerały siarczkowe, tlenkowe, węglanowe i krzemianowe:

  • chalkozyn Cu2S
  • kowelin CuS
  • chalkopiryt CuFeS2
  • kupryt Cu2O
  • malachit CuCO3 × Cu(OH)2
  • azuryt 2CuCO3 × Cu(OH)2

Również srebro występuje w przyrodzie w dużej mierze jako minerały:

  • argentyt Ag2S
  • pirargiryt Ag3SbS3
  • chlorargiryt AgCl

Czasem jednak występuje także jako srebro rodzime. Nie bez znaczenia są ilości występujące jako zanieczyszczenia rud innych metali, w tym ołowiu i miedzi.

Złoto nieco odbiega od profilu powyższych miedziowców występując głównie jako złoto rodzime. Występuje w postaci żył w skałach magmowych, oraz w znacznym rozdrobnieniu w złożach pirytów i innych minerałów siarczkowych. W tym przypadku jest niedostrzegalne pod mikroskopem, a jego wyizolowanie jest możliwe jedynie metodami chemicznymi.

Zastosowanie miedziowców

Miedziowce należą do grupy pierwiastków o dużym znaczeniu dla człowieka. Szczególne znaczenie posiada miedź.

Zastosowanie miedzi

Miedź posiada wiele przydatnych dla człowieka właściwości: dobre przewodnictwo elektryczne i cieplne, oraz przydatne właściwości mechaniczne tj. dobra kowalność i znaczna wytrzymałość na rozciąganie.

W obecnych czasach miedź znajduje ogromne znaczenie w budownictwie. Wytwarzane są z niej różnego typu instalacje, w tym elektryczne, gazowe i wodne. Przewody elektryczne wytwarzane są z czystej miedzi elektrolitycznej, dzięki czemu w świetny sposób przewodzi prąd. Blacha miedziana wykorzystywana jest jako pokrycia dachów czy w miejsce tradycyjnie wykorzystywanych płytek ceramicznych w kuchniach, jako ekrany kuchenne. Jej antybakteryjne działanie i piękny, ciepły wygląd powodują, że zyskuje na popularności jako materiał wykończeniowy we wnętrzach prywatnych i publicznych.

Miedź o mniejszej czystości niż miedź elektrolityczna służy do produkcji aparatury przemysłowej i chemicznej, kotłów czy aparatów destylacyjnych.

Miedź wykorzystywana jest nie tylko w postaci czystego metalu, ale także stopów z innymi metalami, np. brąz, mosiądz, czy konstantan.

czytaj więcej – stopy miedzi, minerały miedzi

Niklowce – 10. grupa układu okresowego pierwiastków

Niklowce, pierwiastki należące do 10 grupy układu okresowego pierwiastków, zaliczane są również do żelazowców (wg podziału na grupy główne i poboczne, niklowce należą do grupy VIII B).

Występowanie niklowców w przyrodzie

Ni nikiel
Pd pallad
Pt platyna
Ds darmsztadt

Nikiel tworzy pewną liczbę własnych minerałów:

  • pentlandyt (FeNi)S
  • chloantyt NiAs2
  • gersdorfit NiAsS
  • garnieryt

Kobaltowce – 9. grupa układu okresowego pierwiastków

Kobaltowce, pierwiastki należące do 9 grupy układu okresowego pierwiastków, zaliczane są również do żelazowców (wg podziału na grupy główne i poboczne, niklowce należą do grupy VIII B).

Występowanie kobaltowców w przyrodzie

Co kobalt
Rh rod
Ir iryd
Mt meitne

Kobalt należy do pierwiastków występujących w wielu minerałach, w tym siarczkowych, arsenkowych, oraz tlenkowych żelaza, niklu i miedzi. Poza dodatkiem do tych rud, kobalt tworzy również własne minerały, w których gra główną rolę:

  • smaltyn CoAs2
  • kobaltyn CoAsS

Tytanowce – 4. grupa układu okresowego pierwiastków

Tytanowce, 4. grupa układu okresowego pierwiastków, są pierwiastkami popularnymi w naturze, jednak rozproszonymi i występującymi głównie jako zanieczyszczenia. Ich minerały są stosunkowo rzadkie w przyrodzie.

Ti tytan – 0,42 % = 10
Zr cyrkon – 0,020 % = 20
Hf hafn – 0,00045 %
Rf rutherford
/% – zawartość pierwiastka w dostępnej badaniom części skorupy ziemskiej = miejsce pierwiastka pod względem rozpowszechnienia/

Tytanowce występują naturalnie jako zanieczyszczenia innych minerałów, oraz w niewielkiej ilości jako rudy minerałów (większe skupiska własnych minerałów):

  • ilmenit FeTiO3
  • rutyl TiO2
  • baddeleit ZrO2
  • cyrkon ZrSiO4

Wyjątkiem jest tu hafn, który stanowi jedynie domieszki do innych minerałów, głównie cyrkonowych.

Zastosowanie tytanowców

Wśród tytanowców największe znaczenie dla człowieka posiadają tytan oraz cyrkon.

Tytan

Tytan jest pierwiastkiem o niewielkiej gęstości i dobrych właściwościach mechanicznych. Z tego względu stał się interesującym materiałem do budowy samolotów odrzutowych oraz rakiet kosmicznych.

Ferrotytan jest dodatkiem stopowym, który znacznie poprawia elastyczność i wytrzymałość stali. Wystarczającym dodatkiem są ilości mniejsze niż 0,1 % Ti w stali, przy czym ferrotytan zawiera do 25 % tytanu, pozostała część to żelazo. Ferrotytan otrzymuje się poprzez redukcję rutylu TiO2 w obecności żelaza Fe.

Helowce – 18. grupa układu okresowego pierwiastków

Helowce, gazy szlachetne, 18. grupa układu okresowego pierwiastków, występują w przyrodzie w nieznacznych ilościach, z czego najczęściej spotykany jest argon.

Helowce są gazami nie posiadającymi barwy ani zapachu. Występują w postaci atomowej, w przeciwieństwie do innych gazów, które spotykane są w postaci cząsteczkowej. Posiadają najniższą aktywność chemiczną, a dokładniej, są chemicznie bierne.

He hel
Ne neon
Ar argon
Kr krypton
Xe ksenon
Rn radon

(Uuo ununokt)

Zastosowanie helowców

Neon wykorzystywany jest w lampach jarzeniowych i przeciwmgielnych jako ich wypełnienie.

Ksenon stanowi wypełnienie żarówek ksenonowych, szeroko stosowanych jako reflektory samochodowe.

Krypton jest natomiast wykorzystywany jako wypełnienie żarówek o dużej mocy. W budownictwie stosowany jest jako wypełnienie szyb zespolonych.

Borowce – 13. grupa układu okresowego pierwiastków

Borowce, 13. grupa układu okresowego pierwiastków.

B bor
Al glin
Ga gal
In ind
Tl tal
Uut ununtri

Borowce są ciałami stałymi, przy czym pierwszy z grupy, czyli bor, jest niemetalem o czarnych kryształach, natomiast pozostałe są metalami o srebrzystobiałej barwie.

Reaktywność chemiczna borowców maleje w stosunku do berylowców, lecz podobnie rośnie wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka i charakterem metalicznym.

W związkach chemicznych berylowce tworzą kationy na III stopniu utlenienia, natomiast w przypadku talu to związki na I stopniu utlenienia wykazują większą trwałość.

Zastosowanie borowców

Stopy glinu, między innymi magnal i duraluminium wykorzystywane są na szeroką skalę w przemyśle samochodowym, okrętowym i lotniczym.