Preskočiť na obsah
Chcete tieto pokusy naživo? Prinesiem ich do vašej školy ako show.Show a workshopy
Späť

Vzdelávanie · Učivo

Redoxné reakcie a elektrochémia

lekcia 7

Výroba kovov

Úroveň výkladu:
základná školastredná škola, s rozšíreniami pre náročnejších

úvod

Zlatokopi na Aljaške aj v slovenských potokoch preplachovali piesok a hľadali v ňom zrnká rýdzeho zlata. Železo by takto nikto nenašiel. V prírode je len v zlúčeninách, napríklad v hrdzavom kameni hematite, a hliník v sivom bauxite. Získať z nich kov znamená odobrať mu kyslík alebo síru, s ktorými je viazaný. V tejto lekcii zistíš, prečo sa každý kov vyrába inak a čo výroba kovov znamená pre prírodu.

teória

Rudy a rýdze kovy

Ruda je hornina, z ktorej sa oplatí kov získavať. Kov je v nej viazaný v zlúčenine:

druh rudypríklady
oxidyhematit Fe₂O₃, magnetit Fe₃O₄, bauxit (oxid hlinitý s vodou), kasiterit SnO₂
sulfidygalenit PbS, sfalerit ZnS, chalkopyrit CuFeS₂
uhličitanysiderit FeCO₃, malachit

Len najušľachtilejšie kovy, zlato a platina, niekedy aj striebro a meď, sa nachádzajú rýdze. Prečo, vysvetľuje lekcia Rad napätia kovov.

teória

Výroba kovu je redukcia

Kov je v rude v kladnom oxidačnom čísle, železo v hematite má +III. Aby vznikol kov s oxidačným číslom 0, musí prijať elektróny, teda sa zredukovať. Čím je kov reaktívnejší, tým pevnejšie drží kyslík a tým ťažšie sa redukuje. Preto o spôsobe výroby rozhoduje miesto kovu v rade napätia:

  • Veľmi reaktívne kovy, ako sodík, lítium a hliník, sa vyrábajú elektrolýzou taveniny. Uhlík im kyslík neodoberie a z vodného roztoku by sa namiesto nich vylučoval vodík. Elektrolýza spotrebuje veľa elektriny, ako ukazuje lekcia Elektrolýza.
  • Stredne reaktívne kovy, ako železo, olovo a cín, sa vyrábajú redukciou uhlíkom (koksom) alebo oxidom uhoľnatým. Železo vzniká vo vysokej peci: Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂. Ako vysoká pec funguje, ukazuje lekcia Železo.
  • Ušľachtilé kovy sa nachádzajú rýdze a stačí ich oddeliť od horniny.

Surový kov z rudy býva nečistý. Meď na elektrické drôty sa preto čistí rafináciou elektrolýzou na 99,99 % a zo surového železa sa vyrába oceľ.

vyskúšaj si

Ako sa vyrába kov?

Ako sa kov získava? Rozhoduje miesto v rade napätia: veľmi reaktívne kovy len elektrolýzou taveniny, menej reaktívne redukciou uhlíkom, ušľachtilé nájdeme aj rýdze.

0 / 0

Pri každom kove si najprv nájdi jeho miesto v rade napätia: K, Ca, Na, Mg, Al, Zn, Fe, Pb, H, Cu, Ag, Au. Kovy na začiatku radu sa vyrábajú elektrolýzou, kovy v strede redukciou uhlíkom a kovy na konci radu sú rýdze. Hliník je najrozšírenejší kov v zemskej kôre, a predsa sa vyrába ťažko, lebo je reaktívny.

teória

Výroba kovov a príroda

Výroba kovov patrí k najväčším spotrebiteľom energie a znečisťovateľom ovzdušia:

  • vysoké pece a elektrolýza hliníka spotrebujú veľa uhlia a elektriny a uvoľňujú oxid uhličitý,
  • pri spracovaní sulfidových rúd vzniká oxid siričitý, ktorý spôsobuje kyslé dažde, ak sa nezachytí. Viac v lekcii Síra,
  • z vysokej pece zostáva troska, ktorá sa používa na cement a štrk do ciest,
  • pri výrobe oxidu hlinitého z bauxitu zostáva silno zásaditý červený kal.

Preto sa oplatí kovy recyklovať. Roztavenie starých hliníkových plechoviek spotrebuje len asi 5 % energie potrebnej na výrobu hliníka z bauxitu, ako píše lekcia Hliník. Oceľový šrot sa taví v elektrických oblúkových peciach a zo starých autobatérií sa znova získava takmer všetko olovo.

teória

Kovy na Slovensku

Slovensko má bohatú banícku a hutnícku históriu. V Kremnici a Banskej Štiavnici sa ťažilo zlato a striebro, zo Španej Doliny sa v 15. a 16. storočí vyvážala meď do celej Európy a v Spišsko-gemerskom rudohorí, napríklad v Rudňanoch, sa ťažila železná ruda. Viac v lekciách Meď, striebro, zlato a zinok a Železo. Dnes sa na Slovensku vyrába oceľ v železiarňach v Košiciach, ktoré spracúvajú hlavne dovezenú rudu.

Praženie a redukcia

Sulfidové rudy sa najprv pražia na vzduchu, sulfid sa zmení na oxid a uniká oxid siričitý:

  • 2 ZnS + 3 O₂ → 2 ZnO + 2 SO₂
  • 2 PbS + 3 O₂ → 2 PbO + 2 SO₂

Oxidy sa potom redukujú uhlíkom alebo oxidom uhoľnatým:

  • PbO + C → Pb + CO
  • SnO₂ + 2 C → Sn + 2 CO
  • Fe₂O₃ + 3 CO → 2 Fe + 3 CO₂

Oxid siričitý z praženia sa dnes zachytáva a vyrába sa z neho kyselina sírová.

Redukcia kovom alebo vodíkom

Kovy, ktoré by s uhlíkom tvorili karbidy alebo ktoré treba veľmi čisté, sa redukujú iným, reaktívnejším kovom alebo vodíkom:

  • aluminotermia: Cr₂O₃ + 2 Al → 2 Cr + Al₂O₃. Hliník je v rade napätia pred chrómom a reakcia uvoľní toľko tepla, že chróm sa roztaví. Rovnako funguje termit so železom z lekcie Hliník,
  • titán sa vyrába z chloridu titaničitého roztaveným horčíkom: TiCl₄ + 2 Mg → Ti + 2 MgCl₂,
  • volfrám na vlákna a hroty sa získava redukciou oxidu vodíkom: WO₃ + 3 H₂ → W + 3 H₂O.

Ako dokáže reaktívny kov odobrať kyslík aj kremíku, ukazuje pokus Lítium s kremíkom.

Elektrolýza taveniny

Hliník sa vyrába elektrolýzou oxidu hlinitého rozpusteného v roztavenom kryolite pri teplote okolo 950 °C. Kryolit zníži teplotu topenia z vyše 2 000 °C. Celkovo 2 Al₂O₃ → 4 Al + 3 O₂. Kyslík na uhlíkových anódach hneď reaguje s uhlíkom na oxid uhličitý, a tak anódy ubúdajú. Rovnako sa z roztavených chloridov vyrábajú sodík (2 NaCl → 2 Na + Cl₂) a lítium.

Meď

Meď sa vyrába hlavne z chalkopyritu CuFeS₂. Pražením a tavením sa železo oddelí do trosky a vznikne sulfid meďný. Ten sa vo vzduchu premení na surovú meď: Cu₂S + O₂ → 2 Cu + SO₂. Surová meď s čistotou okolo 99 % sa potom čistí elektrolytickou rafináciou na 99,99 %. Zinok sa dnes vyrába väčšinou elektrolýzou roztoku síranu zinočnatého, lebo tak vzniká čistejší kov ako redukciou uhlíkom. Jednoduché pravidlo podľa radu napätia má teda aj výnimky.

rozšírenie Červený kal v Ajke

Pri výrobe oxidu hlinitého z bauxitu zostáva červený kal, zmes oxidov železa a ďalších látok v silno zásaditom roztoku hydroxidu sodného. Ukladá sa vo veľkých nádržiach. Dňa 4. októbra 2010 sa pretrhla hrádza takejto nádrže pri meste Ajka v Maďarsku. Asi milión kubických metrov červeného kalu zaplavil okolité dediny, zahynulo desať ľudí a mnohí utrpeli popáleniny od žieravého kalu. Kal sa dostal aj do riek a cez Rábu až do Dunaja. Zásaditosť riečnej vody vtedy znižovali sadrou a kyselinou.

Havária ukázala, že pri výrobe kovov nejde len o chémiu v peci, ale aj o to, čo zostane po nej. Dnes sa hľadajú spôsoby, ako z červeného kalu získať železo a ďalšie kovy a ako ho bezpečne uložiť.

teória

Časté chyby

  • „Kov sa z rudy vytaví samotným teplom.“ Teplom sa ruda len roztaví. Aby vznikol kov, treba ho zredukovať, napríklad uhlíkom alebo elektrolýzou.
  • „Hliník sa vyrába vo vysokej peci.“ Hliník je na to príliš reaktívny. Vyrába sa elektrolýzou taveniny oxidu hlinitého.
  • „Recyklácia stojí rovnako veľa energie ako výroba z rudy.“ Recyklácia hliníka spotrebuje len asi 5 % energie a recyklácia ocele tiež výrazne menej.
  • „Čím vzácnejší kov, tým ťažšie sa vyrába.“ Zlato je vzácne, no nachádza sa rýdze. Hliník je najrozšírenejší kov, a predsa sa vyrába ťažko, lebo je reaktívny.

Celú kapitolu si over v teste Precvičovanie: test z redoxných reakcií a elektrochémie.

ktorým spôsobom sa kov vyrába; koľko železa dá ruda

Výroba kovov

príklad 1

0 / 0

rozumieš tomu?

Otestuj sa

4 otázok · úroveň ZŠ4 otázok · úroveň SŠ

Kvíz: Výroba kovov

Otázka 1/4

Aký dej prebieha pri výrobe kovu z rudy?

Skóre: 0

Najprv vyber odpoveď.

Chcete tento pokus naživo?

Ukážem ho vašim žiakom na chemickej show: 15 pokusov za jednu hodinu, 5 € na žiaka.

Rezervovať termín

Nahlásiť chybu

Chyba v texte, zlá odpoveď alebo niečo, čo nefunguje? Stačí pár slov.

Čo sa stalo?
vedeckeokienko.sk/

Hlásenie uvidí len správca webu. Osobné údaje sem nepatria. Ochrana osobných údajov