Chrom, mangan a železo
Hlavní záložky
1. Elektronová konfigurace chromu, manganu a železa
Chrom je prvkem VI.B, mangan VII.B a železo VIII.B skupiny periodické soustavy prvků. Struktura valenční vrstvy těchto prvků je, z hlediska počtu valenčních elektronů, rozdílná.
Elektronová konfigurace chromu je tedy: [Ar] 3d5 4s1
Elektronová konfigurace manganu je tedy: [Ar] 3d5 4s2
Elektronová konfigurace železa je tedy: [Ar] 3d6 4s2
2. Vlastnosti chromu, manganu a železa
Chrom, mangan a železo jsou stříbrolesklé kovy. Železo je feromagnetické, působením vzdušného kyslíku, vody a oxidu uhličitého se snadno oxiduje (koroduje).
3. Výskyt chromu, manganu a železa
Všechny zmíněné prvky se v přírodě vyskytují vázané ve sloučeninách formě minerálů. Jedním z nejznámějších minerálů manganu je pyroluzit (burel) MnO2.
Nejznámějšími nerosty železa jsou magnetovec (magnetit) Fe3O4, krevel (hematit) Fe2O3, hnědel (limonit) Fe2O3 ∙ x H2O, ocelek (siderit) FeCO3 a pyrit FeS2. Železo je 4. nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře (po kyslíku, křemíku a hliníku), jeho procentuální zastoupení v ní je 5,1 %. Železo se může vyskytovat v oxidačních stavech FeII a FeIII. Kation železnatý FeII je stabilnější v komplexních sloučeninách, zatímco u jednodušších látek je více stabilním iontem kation železitý FeIII.
Chrom je zastoupen v minerálu chromitu FeCr2O4.
4. Výroba chromu, manganu a železa
Chrom, mangan i železo se vyrábějí redoxními reakcemi ze svých minerálů. Průmyslově důležitá je výroba železa, neboť je výchozí surovinou pro výrobu oceli a z ní zhotovovaných předmětů. Železo se vyrábí redukcí jeho rud pomocí koksu, ohřátého vzduchu a struskotvorných přísad (vápenec). Proces výroby železa probíhá ve vysokých pecích. Její vrchní otvor má dvojitý uzávěr a nazývá se kychta – slouží k zavádění rudy, paliva a přísad do pece, dále k odvodu kychtového plynu. Ve vysoké peci dochází ke spalování koksu na oxid uhelnatý. Ten vzniká přes oxid uhličitý:
C + O2 → CO2
CO2 + C → 2 CO
Vzniklý oxid uhelnatý redukuje oxidy železa (nepřímá redukce):
3 Fe2O3 + CO → 2 Fe3O4 + CO2
Fe3O4 + CO → 3 FeO + CO2
FeO + CO → Fe + CO2
V dolní části vysoké pece probíhá přímá redukce železných rud koksem:
Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO
Fe3O4 + 4 C → 3 Fe + 4 CO
FeO + C → Fe + CO
Produktem tohoto procesu je struska (CaSiO3 – strusková vlna se používá ve stavebnictví či k výrobě cementu) a surové železo, které obsahuje 3-5 % uhlíku a 2 % dalších prvků (Si, Mn, P …), a tak se dále zpracovává za vzniku oceli či litiny. Ocel se získává zkujňováním železa, přičemž se oxidací vzdušným kyslíkem odstraňují částice uhlíku a dalších prvků. Chrom a mangan se získávají aluminotermicky ze svých oxidů.
5. Využití chromu, manganu a železa
Chrom se nanáší na ocel, aby bránil její oxidaci. Elementární železo nenachází díky své měkkosti a snadné oxidovatelnosti žádné praktické uplatnění, využívají se však jeho slitiny, především různé typy oceli.
6. Chemické vlastnosti manganu, chromu a železa
Hořením železa vzniká oxid železitý:
4 Fe + 3 O2 → 2 Fe2O3
Železo velmi pozvolna reaguje vodou za produkce hydroxidu železitého a uvolnění vodíku:
2 Fe + 6 H2O → 2 Fe(OH)3 + 3 H2
