B rühmade metallid

10. klass > Keemia > 2. Metallid

B-rühma metallid erinevad A rühma metallidest selle poolest, et neil on osaliselt elektronidega täitunud ka eelviimase kihi d-alakiht, kus nad võivad elektrone loovutada. See tingib B-rühma metalliühendite mitmekesisuse – B-rühma metalliühendid võivad olla nii aluselised kui happelised. B-rühmas võib metallidel olla mitmeid erinevaid oksüdatsiooniastmeid. Näiteks mangaanil on ühendeid, kus mangaani oksüdatsiooniaste on +2, +4, +6 või +7. Mida kõrgem on metalli oksüdatsiooniaste, seda happelisemate omadustega see ühend on. Näiteks CrO on aluseline oksiid, kuid CrO3 on happeline oksiid. Vahepealse oksüdatsiooniastmega ühend (Cr2O3) on amfoteersete omadustega.

IIIB rühma metallide võimalikud oksüdatsiooniastmed:

38

Rohelisega on märgitud elemendi tüüpilised oksüdatsiooniastmed

Enamus B-rühma metalle on raskmetallid (suure tihedusega) ning erinevad seega A rühma metallidest, mis on enamasti kergmetallid. Erandiks on skandium ja titaan, mis on kergmetallid. Titaani kasutatakse tema kerguse ja tugevuse tõttu laeva ja lennukitööstuses. Titaan on alumiiniumist ainult poolteist korda raskem, kuid on mitmeid kordi vastupidavam ja tugevam kui duralumiinium.

Füüsikalised omadused

Enamus tuntumaid ja rohkem kasutust leidvaid B-rühma metalle asub neljandas perioodis, seetõttu on ära toodud nende metallide füüsikalised omadused.

39

Raua triaad – Fe, Co, Ni

Raua triaadi kuuluvad raud, koobalt ja nikkel. Ühise nimetusega kutsutakse neid seetõttu, et neil on sarnased omadused. Raud on looduses üks levinumaid elemente, maakoores on ta levikult neljandal kohal. Rauda leidub loodses maakidena ning tähtsamad maagid on punane ja pruun rauamaak (Fe2O3), magnetiit (Fe3O4) ning püriit (FeS2). Lihtainena leidub maal ainult meteoriitset rauda. Nikkel ja koobalt leiduvad maakoores peamiselt sulfiididena.

Püriit meenutab oma välimuselt kulda, mistõttu nimetatakse teda ka kassikullaks

Püriit meenutab oma välimuselt kulda, mistõttu nimetatakse teda ka kassikullaks

Inimorganismis on raud väga vajalik, kuna ta täidab hemoglobiini koostises hapniku transportija rolli.

Hemoglobiini molekul

Hemoglobiini molekul

Kõik rauatriaadi metallid on magnetiliste omadustega, mis on omane ainult väga üksikutele metallidele. Seetõttu kasutatakse ka nende ühist sulamit püsimagnetite valmistamisel.

Rauapuru tõmbumine magneti külge

Rauapuru tõmbumine magneti külge

Puhas raud on plastiline ja kergesti töödeldav, mistõttu enamasti kasutatakse karastatud rauda või raua sulameid (teras, malm). Õhu hapniku toimel raud oksüdeerud ning ta kattub rauarooste kihiga.

Raua triaadi metallide peamised keemilised omadused on toodud ära raua näitel.

3Fe + 2O2 = Fe3O4

2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3

Fe + S = FeS

Fe + 2HCl = FeCl2 + H2

Raud kontsentreeritud väävelhappega ja lämmastikhappega toatemperatuuril ei reageeri – passiveerub nende toimel. Seetõttu saabki kasutada nende hapete transportimiseks raudtsisterne. Kuumutamisel raud kontsentreeritud väävelhappe ja lämmastikhappega reageerib – reaktsiooni käigus vesinikku ei teki, kuna need happed on tugevad oksüdeerijad.

2Fe + 6H2SO4 = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O

Kontsentreeritud väävelhapet saab transportida rauast tsisternides

Kontsentreeritud väävelhapet saab transportida rauast tsisternides

Raudioonide tõestamiseks kasutatakse kollast veresoola (K4[Fe(CN)6]) ja punast veresoola (K3[Fe(CN)6]). Kollast veresoola kasutatakse Fe3+ iooonide tõestamiseks ning punast veresoola Fe2+ ioonide tõestamiseks. Mõlema reaktsiooni tulemusena tekib sinine lahus.

3Fe2+ + 2[Fe(CN)6]3- = Fe3[Fe(CN)6]2¯

4Fe3+ + 3[Fe(CN)6]4- = Fe4[Fe(CN)6]3¯

Raud(III)ioonide tõestamiseks kasutatakse ka tiotsüanaatioone (SCN). Tiotsüanaatioonid on Fe3+ suhtes väga tundlikud, isegi väga väikese kontsentratsiooni juures värvub lahus veripunaseks.

Fe3+ + 3SCN = Fe(SCN)3

Koobalt ja nikkel erinevad rauast selle poolest, et nad on õhuhapniku suhtes püsivad ning nende pinnale ei teki oksiidi kihti. Koobaltit ja niklit kasutatakse peamiselt lisandina erinevate sulamite valmistamiseks.

Tähtsamad ühendid on raudvitriol (FeSO4·7H2O), mida kasutatakse taimekaitsevahendina ning puitdetailide töötlemiseks. Koobaltkloriidi kristallhüdraadid on huvitavad ühendid, kuna selle värvus sõltub sellest, mitu kristallvett on koobaltkloriid endaga sidunud – CoCl2 on sinine ning CoCl2·6H2O on lillakas.

Koobaltkloriidi kristallhüdraadi värvus sõltub sellest, kui paju vett ta on endaga sidunud

Koobaltkloriidi kristallhüdraadi värvus sõltub sellest, kui paju vett ta on endaga sidunud

 

Vask – Cu

Vask erineb teistest metallidest selle poolest, et ta on punaka värvusega väheaktiivne metall. Looduses esineb vask peamiselt sulfiididena, millest särdamise ja söega redutseerimisel toodetakse puhast vaske. Ülipuhast vaske saab toota vase soolade elektrolüüsil.

Cu2S + 2O2 = 2CuO + SO2

2CuO + C = 2Cu + CO2

Kõige hinnatum vase mineraal on malahhiit – Cu2[(OH)2CO3] – rohelise värvusega vääriskivi, millest valmistatakse ehteid.

Malahiit on ilusa rohelise värvusega kivim

Malahiit on ilusa rohelise värvusega kivim

Vask on väga hea elektri- ja soojusjuht, mistõttu kasutatakse teda elektrijuhtmete valmistamiseks. Vask ja tema sulamid on hästi töödeldavad ning neid kasutatakse skulptuuride valmistamisel.

Keemiliselt on vask väheaktiivne metall. Kuivas õhus vask hapnikuga ei reageeri, kuid niiskes õhus reageerib vask õhus oleva süsihappegaasi ja hapnikuga ning vask kattub roheka paatinakihiga.

2Cu + CO2 + O2 + H2O = Cu2(OH)2CO3

Paatinakihiga kattunud vabadussammas New Yorgis

Paatinakihiga kattunud vabadussammas New Yorgis

Kuumutamisel vask reageerib hapnikuga, moodustades kas musta värvusega vask(II)oksiidi, või punaka värvusega vask(I)oksiidi

2Cu + O2 = 2CuO

4Cu + O2 = 2Cu2O

Kuna vask asub metallide pingereas vesinikust paremal, siis lahjendatud hapetega ta ei reageeri, kuid reageerib lämmastikhappega ning kontsentreeritud väävelhappega. Nendes reaktsioonides vesinikku ei teki, kuna need happed on tugevad oksüdeerijad ning saadusena tekib vase sool ning väävli või lämmastiku ühendid.

Cu + 4HNO3 = Cu(NO3)2 + 2NO2­ + 2H2O

Üks kõige tuntumaid vaseühendeid on vaskvitriol (CuSO4·5H2O), mida kastutakse taimekaitsevahendina. Samuti kasutatakse vaskvitrioli lahust galvanosteegias esemete vasega katmisel.

Vaskvitrioli kristallid on ilusat sinist värvi

Vaskvitrioli kristallid on ilusat sinist värvi

 

Tsink – Zn

Looduses leidub tsinki peamiselt sulfiidina (ZnS), mille särdamisel ja redutseerimisel toodetakse puhast tsinki.

ZnS + O2 = ZnO + SO2

2ZnO + C = 2Zn + CO2

Tsink on hõbevalge keskmise kõvadusega metall, mis on mõõdukatel temperatuuridel hästi töödeldav. Tsink on keskmise aktiivsusega metall, mis õhu käes kattub tiheda oksiidi kihiga, mis kaitseb metalli edasise oksüdeerumise eest.

Oksiidikihiga kattunud tsingi graanulid

Oksiidikihiga kattunud tsingi graanulid

Tsink on amfoteerne metall, mis tähendab seda, et tsink reageerib nii hapete kui alustega. Tsinki keemilised omadused on reaktsioonide näitel toodud allpool.

Zn + 2HCl = ZnCl2 + H2

Zn + 2KOH + 2H2O = K2[Zn(OH)4] + H2

Zn + S = ZnS

Zn + Cl2 = ZnCl2

2Zn + O2 = 2ZnO

Tsinki kasutatakse peamiselt teras ja malm esemete tsingiga katmiseks. Tsingiga katmine annab terasele ja malmile korrosioonikindluse isegi siis, kui tsingi pind on kahjustatud, kuna aktiivsema metalliga kokkupuutes korrodeerub kõigepealt tsink, mis kaitseb rauda korrodeerumise eest. Palju kulub tsinki ka mitmete sulamite valmistamiseks – messing, uushõbe jt.

Messingist valmistatud kuju

Messingist valmistatud kuju

 

Näita lisainfot
Peida lisainfo