KOVY<br />jsou prvky, které mají ve valenční vrstvě málo elektronů <br />snadno uvolňují elektrony <br />tvoří tak kationt...
Kovy<br />Opakování z druhé přednášky<br />Jakým způsobem jsou vázány atomy kovů mezi sebou ?<br />Které vlastnosti kovů v...
Výskyt kovů v zemské kůře<br />%<br />
Roční spotřeba kovů<br />tuny<br />
Chování kovů vůči vodě<br />Ponoříme-li kov do vody, nepatrně se rozpouští, uvolňuje do vody kationty ze své krystalové mř...
Chování kovů vůči vodě<br />
Chování kovů vůči vodě<br />
Elektrodový potenciál kovů<br />Chování kovů vůči vodě lze vyjádřit tzv. standardním elektrodovým potenciálem Eo. Potenciá...
Elektrodový potenciál kovů<br />Absolutní hodnotu potenciálu mezi kovem a roztokem nelze měřit. <br />Měřit se dá rozdíl p...
Elektrochemická řada kovů<br />
Elektrochemická řada kovů<br />Autorem je Nikolaj Nikolajevič Beketov, (13.1.1827 - 13.12.1911)<br />Na základě řady napět...
Pevnost vazby v kovech<br />Mírou  pevnosti  vazby  jsou: atomizační  energie,  tedy energie  potřebná  pro převedení kovu...
Pevnost vazby a body tání kovů<br />
Pevnost vazby a body varu kovů<br />
Pevnost vazby a tvrdost kovů<br />
Krystalová struktura kovů<br />2.   Engel-Brewerovo pravidlo:<br />stabilní  krystalová  struktura  závisí  na průměrném p...
Kubická prostorově centrovaná mřížka<br />
Kubická plošně centrovaná mřížka<br />
Hexagonální  nejtěsnější  uspořádání<br />Mg, Be, Sc, Te, Co, Zn, Y, Zr, Tc, Ru, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Hf, Re, Os, T...
Diamantová  struktura<br />Si, Ge …<br />
Další typy struktur<br />Antimon a Bizmut<br />Dvě modifikace cínu, vlevo tetragonální  cín-b s vyšší hustotou, vpravo kry...
Vlastnosti  slitin<br /> <br />odlišné  chemické a fyzikální vlastnosti  oproti samostatným složkám<br />  	nižší  body t...
Typy slitin<br />slitiny, které se v tuhém stavu nemísí a krystalizují z taveniny v pevném stavu. (Cd a Bi – složka se z r...
Obecný postup výroby kovů<br />
Těžba rudy <br />Rudaje technický název pro nerost nebo směs nerostů,             z nichž lze v průmyslovém měřítku ekonom...
Těžba rudy <br />Nejde jen o mineralogické a chemické složení, <br />ale i o technické, komerční a dopravní podmínky.     ...
Mechanické separační postupy<br />Užívají se např.: <br />drcení, <br />plavení, <br />flotace, <br />sedimentace, <br />m...
Chemické separační postupy<br />Jedná se o <br />hrudkování, <br />spékání, <br />pražení<br />
ruda<br />vápenec<br />koks<br />Výroba surového železa<br />Probíhá ve vysoké peci<br />vysoká pec<br />horký vzduch<br /...
Výroba surového železa<br />Výroba ingotů z tekutého železa<br />Práce se struskou<br />
Chemický děj vedoucí          k získání surového kovu<br />redukční pochody:<br />redukce vodíkem  (W, Mo)                ...
Chemický děj vedoucí          k získání surového kovu<br />redukční pochody:<br />redukce hliníkem  (aluminothermie - Cr, ...
Chemický děj vedoucí          k získání surového kovu<br />tepelné rozklady  - HgO,  Ba(N3)2,  ZrI4,  Ni(CO)4	            ...
Rafinační pochody  zlepšující čistotu kovu<br />destilace těkavých sloučenin kovu<br />extrakce stopových příměsí<br />rek...
KOROZE<br />
Koroze<br />Škody způsobené korozí kovů se v České republice odhadují na 90 miliard Kč ročně, což je asi 50krát více než š...
Koroze<br />Koroze je znehodnocení (porušování, rozrušování) materiálu, vznikající vzájemným chemickým působením materiálu...
Koroze<br />Pokud není podmínka součinnosti složek splněna, koroze prakticky neprobíhá (suchý vzduch, voda prostá kyslíku ...
Koroze<br />Malé příčiny - velké následky<br />Malé nečistoty v kovu mohou někdy způsobit rychlou korozi. Například obsah ...
Schéma koroze<br />
Pourbaixovy diagramy<br />Pourbaixovy diagramy zachycují redukčně-oxidační a acidobazické rovnovážné diagramy pro zvolené ...
Pourbaixovy diagramy<br />Pourbaixův diagram ukazuje  složitost chemických pochodů       na povrchu železa<br />Měď  vykaz...
nátěry<br />pokovování<br />inhibitorykoroze<br />Ochrana proti korozi<br />elektrochemická ochrana<br />slitiny<br />
Ochrana proti korozi<br />Preventivní:<br />Výběr méně korodujícího materiálu<br />Snížení agresivity prostředí<br />Chemi...
Ochrana proti korozi<br />1.  nátěry - nerozpustné částice pigmentu  (Pb3O4, TiO2, ZnCrO4) v organické kapalině  (rostlinn...
Ochrana proti korozi<br />Ostatní metody<br />
Ochrana proti korozi<br />
Ochrana proti korozi<br />
Katodická ochrana potrubí<br />„obětovaná“ anoda – používá se zinek, hořčík nebo hliník<br />anoda<br />katoda<br />
Katodická ochrana obětovanou anodou<br />
Monitoring koroze<br />Korozní zkoušky:<br />	Dlouhodobé<br />	Laboratorní krátkodobé<br />Stanovuje se obvykle hloubka po...
Děkuji za pozornost<br />Příští přednáška: <br />				Elektrochemie<br />
CHE 06a: Kovy
CHE 06a: Kovy
CHE 06a: Kovy
CHE 06a: Kovy
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

CHE 06a: Kovy

5,398 views

Published on

Published in: Education, Business, Technology
0 Comments
0 Likes
Statistics
Notes
  • Be the first to comment

  • Be the first to like this

No Downloads
Views
Total views
5,398
On SlideShare
0
From Embeds
0
Number of Embeds
377
Actions
Shares
0
Downloads
112
Comments
0
Likes
0
Embeds 0
No embeds

No notes for slide

CHE 06a: Kovy

  1. 1. KOVY<br />jsou prvky, které mají ve valenční vrstvě málo elektronů <br />snadno uvolňují elektrony <br />tvoří tak kationty<br />jsou to tedy prvky elektropozitivní<br />
  2. 2. Kovy<br />Opakování z druhé přednášky<br />Jakým způsobem jsou vázány atomy kovů mezi sebou ?<br />Které vlastnosti kovů vyplývají ze způsobu jejich vazby mezi atomy ?<br />Vedou kovylépe elektrický proud při vyšší nebo nižší teplotě ?<br />?<br />
  3. 3. Výskyt kovů v zemské kůře<br />%<br />
  4. 4. Roční spotřeba kovů<br />tuny<br />
  5. 5. Chování kovů vůči vodě<br />Ponoříme-li kov do vody, nepatrně se rozpouští, uvolňuje do vody kationty ze své krystalové mřížky. <br />Toto rozpouštění se projeví tím, že se kov oproti roztoku nabíjí záporně. <br />Obdobná situace nastane, ponoříme-li kov do roztoku jeho soli. Nyní ale záleží na koncentraci kovových kationtů v roztoku. Je-li tato koncentrace nižší, než kolik se kov snaží uvolnit - kov se nabíjí opět záporně. Je-li tato koncentrace vyšší, kationty z roztoku se zachycují na povrchu kovu a kov se nabíjí kladně. <br />Tento jev je pro každý kov různý a zároveň charakteristický. <br />
  6. 6. Chování kovů vůči vodě<br />
  7. 7. Chování kovů vůči vodě<br />
  8. 8. Elektrodový potenciál kovů<br />Chování kovů vůči vodě lze vyjádřit tzv. standardním elektrodovým potenciálem Eo. Potenciál kovové elektrody ponořené do roztoku svých iontů je dán Nernstovou rovnicí<br />kde Eo je standardní elektrodový potenciál, n je počet převáděných elektronů. <br />Pro[Men+]= 1 se E =Eo<br />
  9. 9. Elektrodový potenciál kovů<br />Absolutní hodnotu potenciálu mezi kovem a roztokem nelze měřit. <br />Měřit se dá rozdíl potenciálů dvojice kovových elektrod v roztoku. <br />Za standardní elektrodu byla zvolena elektroda vodíková, realizovaná jako platinová elektroda pokrytá platinovou černí, nasycená plynným vodíkem a ponořená do roztoku o jednotkové aktivitě [H+] iontů. Potenciál standardní vodíkové elektrody je roven 0. Seřadíme-li kovy podle hodnot standardních elektrodových potenciálů, vytvoříme elektrochemickou řadu napětí kovů.<br />
  10. 10. Elektrochemická řada kovů<br />
  11. 11. Elektrochemická řada kovů<br />Autorem je Nikolaj Nikolajevič Beketov, (13.1.1827 - 13.12.1911)<br />Na základě řady napětí kovů můžeme posoudit průběh některých redukčně-oxidačních změn. <br />Méně ušlechtilý kov (s negativnějším potenciálem) je schopen vyredukovat z roztoku kov s pozitivnějším potenciálem: <br />Zn+ Cu2+® Zn2++ Cu, Fe + Cu2+® Fe2++ Cu<br />Rozpouštění kovů v kyselinách závisí na standardním elektrodovém potenciálu kovu, koncentraci kyseliny a teplotě. <br />Některé kovy, které se zředěnými kyselinami prudce reagují (Fe, Al, Cr) se v koncentrovaných kyselinách nerozpouštějí, ale pasivují.<br />
  12. 12. Pevnost vazby v kovech<br />Mírou pevnosti vazby jsou: atomizační energie, tedy energie potřebná pro převedení kovu do plynné fáze, dále potom tvrdost, pevnost, teplota tání, varu<br />1. Engel-Brewerovo pravidlo:<br />vazebná energie kovu nebo slitiny závisí na průměrném počtu nepárových valenčních elektronů na atom (k dispozici pro vazbu)<br /> <br />
  13. 13. Pevnost vazby a body tání kovů<br />
  14. 14. Pevnost vazby a body varu kovů<br />
  15. 15. Pevnost vazby a tvrdost kovů<br />
  16. 16. Krystalová struktura kovů<br />2. Engel-Brewerovo pravidlo:<br />stabilní krystalová struktura závisí na průměrném počtu s a p valenčních orbitalů na atom zúčastněných ve vazbě, tedy nepárových valenčních elektronů s  a p v konfiguraci „připravené“ pro vazbu<br />&lt; 1.5 bcc kubická prostorově centrovaná<br />1.7 - 2.1 hcp hexagonální nejtěsnější uspořádání<br />2.5 - 3.1 fcc kubická plošně centrovaná<br />~ 4 diamantová struktura<br />
  17. 17. Kubická prostorově centrovaná mřížka<br />
  18. 18. Kubická plošně centrovaná mřížka<br />
  19. 19. Hexagonální nejtěsnější uspořádání<br />Mg, Be, Sc, Te, Co, Zn, Y, Zr, Tc, Ru, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Lu, Hf, Re, Os, Ti<br />
  20. 20. Diamantová struktura<br />Si, Ge …<br />
  21. 21. Další typy struktur<br />Antimon a Bizmut<br />Dvě modifikace cínu, vlevo tetragonální cín-b s vyšší hustotou, vpravo krychlový „šedý“ cín-a s nižší hustotou, přechod ba způsobuje rozpad cínových předmětů „cínový mor“<br />Arzen<br />
  22. 22. Vlastnosti slitin<br /> <br />odlišné chemické a fyzikální vlastnosti oproti samostatným složkám<br /> nižší body tání<br /> nižší elektrická vodivost<br /> nižší tepelná vodivost<br /> lepší mechanické vlastnosti (pevnost, tvrdost)<br /> lepší chemické vlastnosti (odolnost proti korozi)<br /> <br /> <br />
  23. 23. Typy slitin<br />slitiny, které se v tuhém stavu nemísí a krystalizují z taveniny v pevném stavu. (Cd a Bi – složka se z roztoku vylučuje v závislosti na koncentraci). <br /> <br />slitiny, kde obě složky tvoří v tuhé fázi stechiometrickou směs. Mohou vznikat sloučeniny v odlišných poměrech od jejich běžných vazností (Cu31Sn8, Fe5Zn11).<br /> <br />slitiny, kde jsou obě složky v tuhém stavu neomezeně mísitelné. Dochází k tvorbě směsných krystalů a tvoří je vždy prvky s blízkými poloměry atomů.<br />
  24. 24. Obecný postup výroby kovů<br />
  25. 25. Těžba rudy <br />Rudaje technický název pro nerost nebo směs nerostů, z nichž lze v průmyslovém měřítku ekonomicky dobývat jejich kovové součásti.<br />
  26. 26. Těžba rudy <br />Nejde jen o mineralogické a chemické složení, <br />ale i o technické, komerční a dopravní podmínky. Např.: za rudu považujeme <br />zlatonosný písek obsahující 10 g zlata / t, <br />ale materiál s 20 % obsahem Fe<br />nemusí být považován za rudu.<br />
  27. 27. Mechanické separační postupy<br />Užívají se např.: <br />drcení, <br />plavení, <br />flotace, <br />sedimentace, <br />magnetické třídění<br />
  28. 28. Chemické separační postupy<br />Jedná se o <br />hrudkování, <br />spékání, <br />pražení<br />
  29. 29. ruda<br />vápenec<br />koks<br />Výroba surového železa<br />Probíhá ve vysoké peci<br />vysoká pec<br />horký vzduch<br />tekuté železo<br />struska<br />
  30. 30. Výroba surového železa<br />Výroba ingotů z tekutého železa<br />Práce se struskou<br />
  31. 31. Chemický děj vedoucí k získání surového kovu<br />redukční pochody:<br />redukce vodíkem (W, Mo) WO3 + 3 H2® W + 3 H2O<br />redukce uhlíkem (Fe, Mn, Co, Ni, Zn, Sn) Fe3O4 + 2 C ® 3 Fe + 2 CO2<br />SnO2 + C ®Sn + CO2<br /> 2 NiO + C ® 2 Ni + CO2<br />redukce oxidem uhelnatým (Fe, Ni) Fe3O4 + 4 CO ® 3 Fe + 4 CO2<br />
  32. 32. Chemický děj vedoucí k získání surového kovu<br />redukční pochody:<br />redukce hliníkem (aluminothermie - Cr, V) Cr2O3 + 2 Al® 2 Cr + Al2O3<br /> 3 V2O5 + 10 Al® 6 V + 5 Al2O3<br />ferrosiliciem (V) 2 V2O5 + 5 Si ® 4 V + 5 SiO2<br />kovovým hořčíkem (Ti) TiCl4 + 2 Mg ® Ti + 2 MgCl2<br />kovovým sodíkem (Ti, Nb, Ta, K) NbCl5 + 5 Na ®Nb + 5 NaCl<br />vápníkem (La, Ti, ...) 2 LaF3 + 3 Ca ® 2 La + 3 CaF2<br />
  33. 33. Chemický děj vedoucí k získání surového kovu<br />tepelné rozklady - HgO, Ba(N3)2, ZrI4, Ni(CO)4 2 HgO® 2 Hg + O2<br /> Ba(N3)2® Ba + 3 N2, ZrI4 ®Zr + 2 I2 Ni(CO)4® Ni + 4 CO<br />elektrolýza tavenin (Li, Na, Ca, Al, Ti, Nb, Ta)<br />elektrolýza roztoků (Zn, Cu, Ni)<br />
  34. 34. Rafinační pochody zlepšující čistotu kovu<br />destilace těkavých sloučenin kovu<br />extrakce stopových příměsí<br />rekrystalizace rozpustných solí kovu<br />elektrolýza<br />pásmové tavení<br />
  35. 35. KOROZE<br />
  36. 36. Koroze<br />Škody způsobené korozí kovů se v České republice odhadují na 90 miliard Kč ročně, což je asi 50krát více než škody způsobené požáry.<br />Kovy, s výjimkou ušlechtilých kovů, mají v kontaktu s vlhkým vzduchem tendenci přecházet zpět na oxidy, z nichž byly mnohdy získány.<br />Tyto reakce způsobují rozpad materiálu, a tím omezují např. životnost lodí na 30 let, způsobují lámání podvozků normálně naložených letadel, omezují životnost staveb ze železobetonu i životnost vodovodního rozvodu.<br />Korozí je zničeno 25 % světové produkce oceli.<br />
  37. 37. Koroze<br />Koroze je znehodnocení (porušování, rozrušování) materiálu, vznikající vzájemným chemickým působením materiálu a korozního prostředí. <br />Jedná se o povrchové chemické a elektrochemické reakce vyžadující součinnost nejméně dvou z následujících tří složek: kyslík, voda, elektrolyt. <br />
  38. 38. Koroze<br />Pokud není podmínka součinnosti složek splněna, koroze prakticky neprobíhá (suchý vzduch, voda prostá kyslíku a dalších látek). <br />Železo je napadáno teprve tehdy, je-li vzdušná vlhkost &gt; 50%.<br />Mechanizmus koroze je složitý, závisí na podmínkách, které převládají. Jde v podstatě o oxidaci kovového povrchu např.:<br />4 Fe + 3 O2 + 2 H2O ® 4 FeO(OH)<br />Elektrickou vodivost zajišťuje elektrolyt (rozpuštěné SO2, NO2, CO2 z emisí).<br />
  39. 39. Koroze<br />Malé příčiny - velké následky<br />Malé nečistoty v kovu mohou někdy způsobit rychlou korozi. Například obsah železa v hořčíku pod 0,016 % má malý vliv na jeho rezistenci v 3%ním roztoku chloridu sodného. Zvýší-li se obsah Fe na 0,02 %, rychlost koroze se zvýší více než 80krát.<br />Příkladem úpravy korozního prostředí může být odvzdušnění vody přiváděné do bojlerů. Ze stejného důvodu se obsah kyslíku v napájecí vodě pro vysokotlaké parní elektrárny snižuje na 0,005 ppm rozprašováním vody ve vakuovaném odpařováku a zbytkový obsah kyslíku se odstraňuje chemicky (siřičitanem sodným nebo hydrazinem).<br />
  40. 40. Schéma koroze<br />
  41. 41. Pourbaixovy diagramy<br />Pourbaixovy diagramy zachycují redukčně-oxidační a acidobazické rovnovážné diagramy pro zvolené ionty. Umožňují předpovědět nebo vysvětlit korozi, pasivaci či odolnost daného prvku.<br />Marcel Pourbaix<br />1904-1908<br />zinek<br />zlato<br />hliník<br />
  42. 42. Pourbaixovy diagramy<br />Pourbaixův diagram ukazuje složitost chemických pochodů na povrchu železa<br />Měď vykazuje širší oblast stability<br />
  43. 43. nátěry<br />pokovování<br />inhibitorykoroze<br />Ochrana proti korozi<br />elektrochemická ochrana<br />slitiny<br />
  44. 44. Ochrana proti korozi<br />Preventivní:<br />Výběr méně korodujícího materiálu<br />Snížení agresivity prostředí<br />Chemické inhibitory koroze<br />Pokrývání kovových předmětů ochrannými nátěry<br />Odstraňování povrchových vad<br />Předcházení galvanické korozi výběrem nebo oddělováním rozdílných kovových materiálů<br />Použití obětované anody<br />
  45. 45. Ochrana proti korozi<br />1. nátěry - nerozpustné částice pigmentu (Pb3O4, TiO2, ZnCrO4) v organické kapalině (rostlinný olej, lak)<br />2. pokovování ponořením do roztaveného kovu nebo elektrolýzou<br />3. inhibitory koroze - látky, které v nízkých koncentracích výrazně snižují rychlost koroze (přídavek chromanů nebo hydrazinu do recirkulující chladící vody)<br />4. elektrochemická ochrana - katodická: spojení s kovem se zápornějším potenciálem, anodická: vytvoření pasivní oxidované vrstvy (eloxace hliníku, fosfatace železa)<br />5. slitiny např.: nerezavějící oceli<br />
  46. 46. Ochrana proti korozi<br />Ostatní metody<br />
  47. 47. Ochrana proti korozi<br />
  48. 48. Ochrana proti korozi<br />
  49. 49. Katodická ochrana potrubí<br />„obětovaná“ anoda – používá se zinek, hořčík nebo hliník<br />anoda<br />katoda<br />
  50. 50. Katodická ochrana obětovanou anodou<br />
  51. 51. Monitoring koroze<br />Korozní zkoušky:<br /> Dlouhodobé<br /> Laboratorní krátkodobé<br />Stanovuje se obvykle hloubka poškozené vrstvy za rok v mm<br />V laboratořích intensita korozního proudu v mA/cm2<br />Korozní porušení nižší než 25 mm za rok lze považovat za dobré<br />Korozní porušení v rozsahu 500 – 1000 mm za rok je uspokojivé <br />Korozní porušení vyšší než 1000 mm za rok je špatné<br />
  52. 52. Děkuji za pozornost<br />Příští přednáška: <br /> Elektrochemie<br />

×