Referāts.
Līvāni,2006
IV B
Titāns (Ti).
Nosaukums, simbols, numursTitāns, Ti, 22
Atommasa
47,867 g/mol
Blīvums
4506 kg/m3
Kušanas temperatūra
1941 K (1668°C)
Vārīšanās temperatūra
3560 K (3287°C)
Titāns ir ķīmiskais elements ar simbolu Ti un atomskaitli 22. Dabā titāns nav sastopams brīvā veidā, taču ir sastopams rūdās, un kā piemaisījums citu metālu rūdām. Titāns ir viegls, izturīgs un korozijas izturīgs metāls. Titānu nevar iegūt ar pirometalurģiskām metodēm (reducējot ar oglekli paaugstinātā temperatūrā), tāpēc, ka tas tad reaģē ar gaisu. Titānu iegūst no hlorīda, kuru pēc tam attīra un reducē inertu gāzu atmosfērā ar magniju, tas ir dārgi. Titāna dioksīdu lieto par balto pigmentu (krāsai). Titāna hlorīds istabas temperatūrā ir šķidrums. Savienojumos titānam parasti ir vērtība +4, lai arī var būt +3.
Cirkonijs (Zr).
Cirkonijs ir ķīmiskais elements ar simbolu Zr un atomskaitli 40. Cirkonijs ir korozijas izturīgs metāls. To iegūst galvenokārt no minerāla cirkona. Savienojumos cirkonijam parasti ir vērtība +4, lai arī var būt +3 un +2. Cirkonija oksīds ir nozīmīgs ugunsturīgo materiālu komponents.
Nosaukums, simbols, numursCirkonijs, Zr, 40
Atommasa
91,224 g/mol
Blīvums
6520 kg/m3
Kušanas temperatūra
2128 K (1855°C)
Vārīšanās temperatūra
4682 K (4409°C)
Hafnijs (Hf).
Hafnijs ir ķīmiskais elements ar simbolu Hf un atomskaitli 72. Hafnijs ir korozijas izturīgs metāls. Hafnija karbīdam un nitrīdam ir ļoti augstas kušanas temparatūras. Hafnija savienojumi dabā parasti ir sastopami cirkonija rūdās. Smalki sasmalcināts metāls ir pirofors (aizdegas gaisā). Hafnijs savienojumos var būt četrvērtīgs.
Nosaukums, simbols, numursHafnijs, Hf, 72
Atommasa
178,49 g/mol
Blīvums
13310 kg/m3
Kušanas temperatūra
2506 K (2233°C)
Vārīšanās temperatūra
4876 K (4603°C)
IVA
Ogleklis (C)
Ogleklis ir ķīmiskais elements ar simbolu C un atomskaitli 6. Ogleklis ietilpst visu organisko vielu sastāvā. Ogleklim ir divas stabilas alotropiskās formas: grafīts un dimants. Dimants ir viena no viscietākajām pazīstamajām vielām. Grafīts ir viens no mīkstākajiem minerāliem, un to lieto kā dažu smērvielu sastāvdaļu. Ogleklis ir viena no grūtāk kūstošajām vielām (grafīta formā), gaisā grafītu var karsēt līdz ~900oC, bet skābekli nesaturošā atmosfērā grafīta bāzētos ugunsturīgos materiālus var lietot līdz ~3000oC. Savienojumos ogleklis parasti ir ar vērtību -4 (metāns), +2 (oglekļa monoksīds) un +4 (oglekļa dioksīds, karbonāti).
NosaukumsOgleklis
SimbolsC
Numurs6
Atommasa
12,0107 g/mol
Blīvums
2267 kg/m3 (grafīts), 3516-3525 kg/m3 (dimants)
Kušanas temperatūra
Trīskāršais punkts pie 10 MPa un (4300-4700) K
Viršanas temperatūra
Sublimējas pie ~4000 K
Parastajos apstākļos ogleklis ir ķīmiski inerts. Augstākās temperatūrās tā aktivitāte pieaug. Vislielākā reaģētspēja piemīt amorfajam ogleklim, mazāk aktīvs ir grafīts, bet dimantam ir viszemākā ķīmiskā aktivitāte. Ogleklis ir labs reducētājs, bet tā oksidējošās īpašības izpaužas vājāk.
•Parastajos apstākļos ogleklis (amorfa oglekļa veidā) reaģē tikai ar fluoru:
C + 2F2 → CF4
Grafīta reakcija ar fluoru sākas aptuveni 900 °C temperatūrā, bet dimants ar fluoru nereaģē. Ar pārējiem halogēniem ogleklis tieši nesavienojas.
•Sakarsēts ogleklis (ogle aptuveni 400 °C, grafīts aptuveni 700 °C, dimants aptuveni 1000 °C) gaisā aizdegas un veido oglekļa(IV) oksīdu (oglekļa dioksīdu) vai oglekļa(II) oksīdu (oglekļa monoksīdu):
•Ja slāpekļa atmosfērā ievieto ogles vai grafīta elektrodus, starp kuriem rada Volta loku (aptuveni 4000 °C), tad veidojas oglekļa nitrīds jeb ciāns: 2C + N2 → C2N2
•Ogleklis ir nemetāls, taču ar metāliem tas savienojas tikai augstā temperatūrā, veidojot karbīdus: 4Al + 3C → Al4C3, 3Fe + C → Fe3C
Oglekļa reakcijās ar saliktām vielām izpaužas tā reducējošās īpašības, kuras izmanto galvenokārt metālu iegūšanai no to oksīdiem (karbotermija). Faktiskais reducētājs karbotermijā ir oglekļa(II) oksīds CO.
Sakarsēts kokss vai kokogle reaģē arī ar oglekļa(IV) oksīdu un ūdens tvaiku. Šīs reakcijas izmanto gāzveida kurināmā ražošanai.
Oglekļa savienojumi
Oglekļa(II)
Oglekļa(II) oksīdu jeb oglekļa monoksīdu CO ikdienā sauc arī par tvana gāzi. CO molekulā starp oglekļa un skābekļa atomiem ir trīs kovalentās saites, no kurām viena veidojas pēc donorakceptora mehānisma: skābekļa atoma viens nedalītais elektronu pāris pāriet oglekļa atoma brīvajā p orbitālā. Šādu saiti sauc arī par dubultsaiti.
Vienādojums
CO molekulā gan ogleklis, gan skābeklis ir divvērtīgs, bet to oksidēšanas pakāpe ir attiecīgi +II un -II. Oglekļa(II) oksīds rodas, ja caur degošu ogles slāni plūst gaiss nepietiekamā daudzumā. Vispirms veidojas oglekļa(IV) oksīds. Kvēlojošās ogles to reducē par CO:
C + O2 → CO2 (skābekļa pārākumā)
2C + O2 → 2CO (nepietiekamā skābekļa daudzumā)
Tā rodas tvana gāze krāsnīs, un tā arī iegūst gāzveida kurināmo gāzģeneratoros un reducētāju CO karbotermijai. Oglekļa(II) oksīds veidojas, nepilnīgi sadegot šķidrajai degvielai - benzīnam, solāreļļai, petrolejai, tāpēc iekšdedzes dzinēju izplūdes gāzēs CO tilpumdaļa ir 2... 10 %. Laboratorijā CO iegūst, pilinot skudrskābi līdz 80 °C sakarsētā koncentrētā sērskābē (sērskābe vienkārši atņem ūdeni):
HCOOH + H2SO4 → H2SO42 H2O + CO
CO ir bezkrāsaina gāze bez smakas. Tā ir nedaudz vieglāka par gaisu, slikti šķīst ūdeni, labi - etanolā un benzolā. Oglekļa(II) oksīdam ir zema viršanas temperatūra (-191,5 °C). Oglekļa(II) oksīds CO ir ļoti indīgs! Tā pieļaujamā koncentrācija gaisā ir 30 mg/m3. CO ir sāļus neradošs oksīds. Tam raksturīgas savienošanas reakcijas. Tā, piemēram, CO deg gaisā un skābekli, izdalot lielu siltuma daudzumu:
2CO + O2 → 2CO2 + 565,93 kJ
Saules gaismā vai aktīvās ogles klātbūtnē CO savienojas ar hloru, veidojot indīgu gāzi - fosgēnu:
CO + Cl2 → COCl2
CO savienojas ar daudziem metāliem, veidojot metālu karbonilus:
CO + Ni → [Ni(CO)4]
CO ir spēcīgs reducētājs:
Fe2O3 + 3CO → 2Fe + 3CO2
CO lieto par reducētāju metalurģijā, par gāzveida kurināmo, par vērtīgu izejvielu neorganiskajā un organiskajā sintēzē.
Oglekļa(IV)
Oglekļa(IV) oksīds (oglekļa dioksīds, ogļskābā gāze) CO2 ir savienojums ar četrām polārām kovalentām saitēm, taču pati CO2 molekula ir nepolāra:
O = C = O
CO2 tilpumdaļa gaisā ir aptuveni 0,03 %. Tā kopējā masa Zemes atmosfērā ir aptuveni 4,51013 tonnas.
Oglekļa(IV) oksīds nav indīgs, bet tam ir slāpējošas īpašības. Tāpēc telpas, kurās uzturas daudz cilvēku, bieži jāvēdina. Ja CO2 tilpumdaļa gaisā palielinās līdz 3 %, strauji pasliktinās pašsajūta, bet, ja ieelpojamais gaiss satur 10 % CO2, iestājas bezsamaņa un nāve. Oglekļa(IV) oksīdu satur arī okeāna un iekšzemes ūdeņi. Minerālūdeņos tā koncentrācija var sasniegt 1,5 g/l.
CO2 dabā veidojas dažādos oksidēšanas procesos - elpošanā, pūšanā, degšanā, lielos daudzumos tas izdalās no vulkāniem. Rūpniecībā CO2 iegūst spirta rūgšanas procesā, kā arī termiski sadalot kaļķakmeni un dolomītu. Laboratorijā to iegūst, iedarbojoties uz marmoru vai citiem karbonātiem ar sālsskābi:
Vienādojums
Oglekļa(IV) oksīds ir bezkrāsaina gāze bez smakas. Tas ir 1,5 reizes smagāks par gaisu, labi šķīst ūdenī (87,8 cm3/100 g H2O 20 °C). Ja normālā spiedienā CO2 pakāpeniski atdzesē, tas nepārvēršas šķidrumā, bet -78,52 °C temperatūrā kristalizējas, veidojot sniegveida masu - "sauso ledu", kuram ir molekulu kristālrežģa struktūra. CO2 var sašķidrināt tikai paaugstinātā spiedienā (5,73 MPa 20 °C temperatūrā). CO2 ir skābais oksīds, kam, šķīstot ūdenī, veidojas nedaudz ogļskābes (process ir apgriezenisks):
Vienādojums
20 °C temperatūrā ogļskābē pārvēršas aptuveni 1 % no ūdenī izšķīdušā CO2 tilpuma. CO2 reaģē ar bāziskajiem oksīdiem un ar sārmiem. Tāpēc arī dzēstie un dedzinātie kaļķi (Ca(OH2, CaO) gaisā pārvēršas par kalcija karbonātu. CO2 iedarbību uz kaļķūdeni izmanto šīs gāzes pierādīšanai:
Vienādojums
Paaugstinātā spiedienā CO2 reaģē ar amonjaku NH3, veidojot karbamīdu:
Vienādojums
Spēcīgu reducētāju ietekmē CO2 pilnīgi vai daļēji zaudē skābekli:
Vienādojums
CO2 izmanto sodas, cukura, karbamīda, organisko skābju ražošanā, gāzētā ūdens pagatavošanai. To lieto ugunsdzēsībā, dažādās sintēzēs inertas atmosfēras radīšanai, lāzertehnikā. "Sauso ledu" izmanto zemas temperatūras uzturēšanai.
Oglekļa(IV) oksīdam ir izšķiroša nozīme fotosintēzē un ūdens cietības veidošanās procesā. Ogļskābe H2CO3 rodas, šķīdinot CO2 ūdenī. Tā ir nestabila un ļoti vāja skābe, jo iegūtajā šķīdumā iestājas ķīmiskais līdzsvars, kas stipri novirzīts pa kreisi:
Vienādojums
H2CO3 disociē galvenokārt H+ un jonos, bet jonu veidojas nedaudz.
Silīcijs
Nosaukums, simbols, numursSilīcijs, Si, 14
Atommasa
28,0855 g/mol
Blīvums
2330 kg/m 3 (kristāliskā veidā)
Kušanas temperatūra
1687 K (1414°C)
Vārīšanās temperatūra
3173 K (3265°C)
Silīcijs ir ķīmiskais elements ar simbolu Si un atomskaitli 14. Silīcijs dabā brīvā veidā ir sastopams ļoti reti (ieslēgumu veidā iežos), bet lielos daudzumos ir sastopams oksīda veidā (SiO2), kā arī alumosilikātos. Brīvā veidā silīcijs var būt pelēka kristāliskā viela (kristāliskā veidā), vai arī brūns pulveris (amorfā veidā). Savienojumos silīcijam parasti ir vertība +4, lai arī var būt +2 (ļoti nestabili savienojumi), iespējama arī vērtība -4 (silicīdos). Silīcijs var veidot savienojumus ar ūdeņradi (līdzīgi kā ogleklis), taču tie ir ievērojami nestabilāki un reaģētspējīgāki nekā analogie oglekļa savienojumi. Tīru silīciju galvenokārt lieto par pusvadītāju. No tīra, monokristāliska silīcija izgatavo arī AFM zondes un citus MEMS komponentus. Silīciju saturošus organiskos polimērus (silikonu) lieto spraugu noblīvēšanai mitrās vietās. Silīciju liek klāt arī dzelzs sakausējumiem, lai palielinātu elektrisko pretestību. Brīvā veidā silīciju parasti iegūst reducējot no silīcija dioksīda ar magniju.
Germānijs
Nosaukums, simbols, numursGermānijs, Ge, 32
Atommasa
72,64 g/mol
Blīvums
5323 kg/m3
Kušanas temperatūra
1211,4 K (938,25oC)
Vārīšanās temperatūra
3106 K (2833oC)
Germānijs ir ķīmiskais elements ar simbolu Ge un atomskaitli 32. Germānijs ir cieta, kristāliska viela, un tīrā veidā tas ir pusvadītājs, tāpat kā silīcijs. Sākumā (1950.-1970. gados) germāniju pusvadītājiem lietoja vairāk nekā silīciju, jo silīciju ir nepieciešams vairāk attīrīt (pieļaujama mazāka piemaisījumu koncentrācija), taču, ja ir pieejams pietiekoši tīrs silīcijs, tam ir labākas elektriskās īpašības. Dabā germānijs nav sastopams brīvā veidā, bet ir sastopams sulfīdu rūdās un kā piemaisījums citu metālu rūdām. Savienojumos germānijam var būt vērtības +4 un -4.
Nosaukums, simbols, numursAlva, Sn, 50
Atommasa
118,71 g/mol
Blīvums
7265 kg/m3
Kušanas temperatūra
505,08 K (231,93°C)
Vārīšanās temperatūra
2875 K (2602°C)
Alva
Alva ir ķīmiskais elements ar simbolu Sn un atomskaitli 50. Alva ir samērā viegli kūstošs metāls, kuru lieto galvenokārt dažādos viegli (lodalva) un grūti (bronza) kūstošos sakausējumos. Alva dabā nav sastopama brīvā veidā, bet ir sastopama savienojumos oksīdu rūdā. Savienojumos alvai var būt vērtības +2 un +4. Savienojumi, kur alvai vērtība ir +4, ir stabilāki. Alvas hlorīds (SnCl4), atšķirībā no daudziem citiem metālu hlorīdiem, normālos apstākļos ir šķidrums.
Nosaukums, simbols, numursSvins, Pb, 82
Atommasa
207,2 g/mol
Blīvums
11340 kg/m3
Kušanas temperatūra
600,61 K (327,46°C)
Vārīšanās temperatūra
2022 K (1749°C)
Svins ir ķīmiskais elements ar simbolu Pb un atomskaitli 82. Svins ir toksisks smagais metāls ar relatīvi labu korozijas izturību. Brīvā veidā svins dabā ir sastopams ļoti reti. Svins veidojas arī daudzu radioaktīvo izotopu sabrukšanas procesā. Lielu daļu svina iegūst no sulfīdu rūdas, ir sastopamas arī karbonātu un sulfātu rūdas (svina sulfāts ir mazšķīstošs). Lielu daļu svina iegūst arī, pārstrādājot nolietotus svina izstrādājumus. Viens no nozīmīgākajiem svina pielietojumiem ir akmulatoros. Svinam savienojumos var būt vērtības +2 un +4.
Svina savienojumus (galvenokārt tetraetilsvinu) arī izmantoja, lai degvielai palielinātu oktānskaitli, kā arī lai tā tik ātri naizgarotu, taču svins piesārņo dabu, nosēžās uz augiem, kurus vēlāk uzņemam barībā, kā arī piesārņo pēcsadegšanas katalizatoru. Lai palielinātu oktānskaitli, mūsdienās lieto citas degvielas piedevas, piem. MTB. Tetraetilsvinu vēl joprojām mēdz lietot par piedevu aviācijas benzīnam.
Svina oksīdu (PbO) lieto arī svina stikla (kristālstikla paveids) ražošanai. Šie stikli labi lauž gaismu un absorbē rentgenstarus, tapēc tos lieto optiskajās ierīcēs un kineskopu priekšējiem stikliem. Svina oksīds ir viens no PZT pjezoelektriskās keramikas komponentiem. Agrāk svina oksīdu lietoja arī keramikas glazūrām, taču tām ir slikta ķīmiskā izturība un svins šķīst ārā, nonākot apkārtējā vidē.
Īpašības
Svins ir samērā mīksts, bet smags metāls ar zilgani pelēku spīdumu, kas gaisā oksidējas un pārklājas ar blīvu svina oksīda aizsrgkārtiņu. Dabā svins atrodas tādu rūdu veidā, no kurām to relatīvi vienkārši var iegūt, rūdu apdedzinot un tad apstrādājot ar ogli. Taču svina saturs iežos ir neliels, līdz ar to svinu var pieskaitīt pie mazizplatītiem elementiem.
Svinu plaši izmanto akumulatoru, munīcijas, arī cauruļvadu un blīvju izgatavošanā, kā arī dažādās ierīcēs aizsardzībai pret radioaktīvo starojumu. Svina izmantošanas iespējas tehnikā ir novedušas pie tā, ka lieli svina daudzumi nokļūst apkārtējā vidē. Atmosfērā atrodas ap 180 000 t svina. Taču autotransports ir uzskatāms par vienu no būtiskākajiem avotiem piesārņojumam ar svinu. Ņemot vērā, ka gaisa masas pārvietojas lielos attālumos, nav pārsteidzoši, ka pēdējā laikā pat no industriālajiem reģioniem vistālākajos apgabalos ir konstatētas pieaugošas svina koncentrācijas (Grenlandes ledū līdz 2 mg/kg, Barguzinas biosfēras rezervātā 1,2 mg/kg, Abramova ledājā 0,2 mg/kg).
Veselības aizsardzības apsvērumu dēļ svina lietošana jau ir samazināta daudzu produktu, piemēram, krāsu, keramikas izstrādājumu, cauruļvadu blīvju ražošanā. Notiek pāreja uz bezsvina benzīna izmantošanu.
Svins ir toksisks. Tas var iedarboties uz gandrīz visiem cilvēka orgāniem. Visvārīgākā ir nervu sistēma, sevišķi bērniem: zūd reakcijas ātrums, rodas nespēks ekstremitātēs (pirkstos, plaukstas locītavās, potītēs), notiek izmaiņas asins sastāvā (anēmija), cieš arī nieres un reproduktīvā sistēma. Kā to rāda vesela rinda pētījumu, svins intensīvi uzkrājas augos, stādījumos un kokos, kas aug tiešā autoceļu tuvumā.
Svins ir samērā mīksts, bet smags metāls ar zilgani pelēku spīdumu, kas gaisā oksidējas un pārklājas ar blīvu svina oksīda aizsrgkārtiņu. Dabā svins atrodas tādu rūdu veidā, no kurām to relatīvi vienkārši var iegūt, rūdu apdedzinot un tad apstrādājot ar ogli. Taču svina saturs iežos ir neliels, līdz ar to svinu var pieskaitīt pie mazizplatītiem elementiem.
Svinu plaši izmanto akumulatoru, munīcijas, arī cauruļvadu un blīvju izgatavošanā, kā arī dažādās ierīcēs aizsardzībai pret radioaktīvo starojumu. Svina izmantošanas iespējas tehnikā ir novedušas pie tā, ka lieli svina daudzumi nokļūst apkārtējā vidē. Atmosfērā atrodas ap 180 000 t svina. Taču autotransports ir uzskatāms par vienu no būtiskākajiem avotiem piesārņojumam ar svinu. Ņemot vērā, ka gaisa masas pārvietojas lielos attālumos, nav pārsteidzoši, ka pēdējā laikā pat no industriālajiem reģioniem vistālākajos apgabalos ir konstatētas pieaugošas svina koncentrācijas (Grenlandes ledū līdz 2 mg/kg, Barguzinas biosfēras rezervātā 1,2 mg/kg, Abramova ledājā 0,2 mg/kg).
Veselības aizsardzības apsvērumu dēļ svina lietošana jau ir samazināta daudzu produktu, piemēram, krāsu, keramikas izstrādājumu, cauruļvadu blīvju ražošanā. Notiek pāreja uz bezsvina benzīna izmantošanu.
Svins var iedarboties uz gandrīz visiem cilvēka orgāniem. Visvārīgākā ir nervu sistēma, sevišķi bērniem: zūd reakcijas ātrums, rodas nespēks ekstremitātēs (pirkstos, plaukstas locītavās, potītēs), notiek izmaiņas asins sastāvā (anēmija), cieš arī nieres un reproduktīvā sistēma. Kā to rāda vesela rinda pētījumu, svins intensīvi uzkrājas augos, stādījumos un kokos, kas aug tiešā autoceļu tuvumā.
