Jakie właściwości i zastosowania posiadają fluorowce, metale lekkie, ciężkie i szlachetne ?

Fluorowce są to pierwiastki grupy XVII w układzie okresowym. Należą do nich: fluor, chlor, brom, jod i astat. Flurowowce są najsilniej elektroujemnymi pierwiastkami w kolejnych okresach w układzie okresowym, wykazują wysoką reaktywność i silne własności utleniające. W przyrodzie występują wyłącznie w stanie związanym. W związkach chemicznych przyjmują najczęściej -1, 3, 5, 7 stopień utlenienia.

Fluor (F) ? masa atomowa ? 19, jest żółtozielonym gazem o ostrym, duszącym zapachu. Występuje w przyrodzie tylko w postaci związków. Jest najaktywniejszym niemetalem i w normalnej temperaturze reaguje ze wszystkimi metalami i wieloma niemetalami. W podwyższonej temperaturze tworzy związki również ze złotem i platyną. Z wodorem reaguje bardzo energicznie nawet w ciemności i w bardzo niskich temperaturach. Fluor wykorzystuje się przede wszystkim do otrzymywania fluorowanych związków organicznych. Duże zastosowanie ma teflon (polimer tetrafluoroetylenu) i freony. Fluor używa się także do produkcji fluorku uranu, wykorzystywanego w technice jądrowej.

Chlor (Cl) ? masa atomowa ? 35,5, jest żółtozielonym gazem o swoistej, duszącej woni, prawie 2,5 razy cięższym od powietrza. Przez niewielkie obniżenie temperatury lub tylko zwiększenie ciśnienia możemy przeprowadzić chlor w stan ciekły, czyli go skroplić. Chlor nawet w małych ilościach działa zabójczo na drobnoustroje, co jest wykorzystywane do odkażania wody wodociągowej i wody na pływalniach. Jest silną trucizną i w większym stężeniu powoduje śmierć. W czasie wojny światowej trujące działanie chloru było wykorzystywane przez zastosowanie go jako gazu bojowego.

Brom (Br) ? masa atomowa ? 80, w temperaturze pokojowej jest brunatnoczerwoną cieczą. Jest to jedyny niemetal występujący w stanie ciekłym. Na powietrzu bardzo łatwo paruje. Jego pary są barwy brunatnej o bardzo ostrej, drażniącej woni. Działa żrąco na organizm ludzki i powoduje bardzo ciężkie oparzenia. W wodzie rozpuszcza się dość dobrze tworząc wodę bromową. Brom wykorzystuje się do produkcji freonów, barwników i pestycydów. Pierwiastek ten jest też składnikiem wielu leków. Brom znalazł szerokie zastosowanie w chemii organicznej do produkcji bromopochodnych węglowodorów, używanych w dalszej syntezie. Bromiany znalazły zastosowanie w chemii analitycznej. Bromek srebra AgBr jest głównym składnikiem emulsji fotograficznych.

Jod (I) ? masa atomowa ? 127, jest aktywny chemicznie. Nie tworzy związków tylko z tlenem i helowcami. Reakcje z pozostałymi pierwiastkami przebiegają spokojnie. Szczególnie łatwo jod reaguje ze sproszkowanymi metalami. W podwyższonej temperaturze łączy się z wodorem tworząc jodowodór HI. Jod ma słabsze właściwości utleniające niż chlor i brom. Warunkuje prawidłowe funkcjonowanie gruczołu tarczycowego, więc ma duże znaczenie dla organizmu ludzkiego i zwierzęcego. Jod i jego związki znalazły również zastosowania w fotografii do produkcji kolorowych materiałów światłoczułych i do produkcji barwników. Radioaktywne izotopy jodu wykorzystuje się w medycynie i do badań naukowych.

Astat (At) ? masa atomowa ? 210, w stanie wolnym jest lotny i łatwo rozpuszczalny w rozpuszczalnikach organicznych. Jego właściwości chemiczne są podobne do właściwości pozostałych fluorowców. Ze względu na krótkie okresy półtrwania najbardziej stabilnych izotopów (do 8.5 godziny) do tej pory nie znalazł zastosowań.

Metale lekkie - zalicza się do nich tytan (gęstość=4,50g/cm3) i metale o mniejszej od niego gęstości:lit, sól, potas, rubid, wapń, magnez, beryl, cez, stront, glin, skand, bar oraz itr. Tylko Mg, Be, Al i Ti, jako trwałe w warunkach atmosferycznych znajdują zastosowanie konstrukcyjne. Nazwa metale lekkie wskazuje na niewielką jak na metale gęstość (sód, potas i lit mają gęstość mniejszą niż 1 g/cm3 i dlatego pływają po wodzie).
Magnez (Mg) ? masa atomowa ? 24, jego stan skupienia w normalnych warunkach jest stały. Ma srebrzysto-białą barwę. Jest silnym reduktorem - wykazuje duże powinowactwo do tlenu. Reaguje na gorąco z fluorowcami, tworząc odpowiednie halogenki. Sproszkowany magnez spala się w parach siarki, tworząc siarczek MgS. Magnez ulega na zimno działaniu rozcieńczonych kwasów. Jest odporny na działanie zasad. Stosuje się go jako materiał konstrukcyjny do wyrobu wanien elektrolitycznych, w których otrzymuje się fluor. Magnezu używa się też do produkcji ogni sztucznych i do procesów redukcji tlenków.

Wapń (Ca) ? masa atomowa ? 40, ma srebrzystoszarą barwę i stały stan skupienia w normalnych warunkach. Wapń ulega na zimno działaniu rozcieńczonych kwasów gwałtownie z nimi reagując. Jest bardzo aktywny chemicznie. Reaguje z suchym powietrzem, tworząc ochronną warstewkę tlenku i azotku. Wapń wchodzi w skład kości oraz niektórych rodzajów ścian komórkowych. Jedną z przyczyn osteoporozy może być niedobór wapnia.

Beryl (Be) ? masa atomowa ?9, jest cieczą o charakterystycznej barwie i zapachu. Jest średnio aktywny chemicznie. Na powietrzu w temperaturze pokojowej pokrywa się warstewką tlenku. Nie ulega działaniu wody ponieważ na powierzchni tworzy się cienka warstewka ochronna wodorotlenku berylu Be(OH)2. Sproszkowany beryl spala się w parach siarki tworząc siarczek BeS. Beryl ulega na zimno działaniu rozcieńczonych kwasów nieutleniających a na gorąco również utleniających. Związki berylu są trujące. Jednak wykorzystuje się go w technice rentgenowskiej, ponieważ jest przezroczysty dla promieniowania X. Stosowany jest również przy budowie samolotów , rakiet i pojazdów kosmicznych, ponieważ Be jedynym lekkim metalem, który ma wysoką temperaturę topnienia i dużą wytrzymałość mechaniczną.

Bar (Ba) ? masa atomowa ?137, jest miękkim metalem o jasnoszarej barwie i aktywności chemicznej podobnej do potasu. Jest aktywnym chemicznie metalem. Reaguje energicznie z fluorowcami tworząc odpowiednie halogenki. Bar ulega na zimno działaniu rozcieńczonych kwasów gwałtownie z nimi reagując. Stopy baru z glinem stosowane są jako pochłaniacze gazów w technikach próżniowych. Stopy z niklem stosuje się do wytwarzania elektrod do świec w silnikach spalinowych. Rozpuszczalne związki baru są dla człowieka silnymi truciznami.

Stront (Sr) ? masa atomowa ? 88, jest srebrzystoszarym, miękkim metalem. Na jego powierzchni, tak jak to jest w przypadku glinu, tworzy się ochronna warstwa tlenków. Oczyszczona powierzchnia jest jednak bardzo reaktywna - czysty stront reaguje wybuchowo z wodą i może zapalić się na powietrzu. Stront w czystej postaci jest stosowany jako dodatek do niektórych gatunków szkieł - np. stosowanych do produkcji ekranów telewizyjnych. Ze względu na to, że barwi płomień intensywnym, karmino-czerwonym kolorem jego sole są dodawane do ogni sztucznych i rakiet sygnałowych.
Metale ciężkie są to metale o gęstości większej niż umownie przyjętej granicy, najczęściej 4,5g/cm3. Większość znanych metali należy właśnie do metali ciężkich (np. ołów, chrom, miedź, nikiel i rtęć).
Żelazo (Fe) ? masa atomowa ? 56, jest srebrzystoszarym, ciągliwym i kowalnym metalem topiącym się w wysokiej temperaturze. Żelazo jest metalem dość aktywnym chemicznie w temperaturze pokojowej. Reaguje po ogrzaniu z siarką, fosforem, fluorem, chlorowcami i parą wodną. Tworzy związki z wodorem, borem, węglem, azotem i krzemem. Z powietrzem nie reaguje w temperaturze pokojowej, natomiast po ogrzaniu pokrywa się warstwą tlenków. Żelazo głównie wykorzystuje się do konstrukcji rdzeni elektromagnetycznych. W stopach z węglem i innymi pierwiastkami polepszającymi właściwości mechaniczne i chemiczne stali wykorzystywane jest powszechnie. Tlenek żelaza (III) Fe2O3 służy do polerowania, jako czerwony pigment i stosowany jest jako substancja magnetyczna w taśmach i dyskach magnetycznych.

Miedź (Cu) ? masa atomowa ? 64, jest jasnym metalem, mało aktywnym chemicznie. Wykazuje dobrą ciągliwość i kowalność, jest też bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności i ciepła. Miedź jest metalem średnio aktywnym chemicznie w temperaturze pokojowej. Z powietrzem w temperaturze pokojowej reaguje powoli pokrywając się cienką warstwą czerwonego Cu2O. W obecności wilgoci i dwutlenku węgla tworzy się zielona warstwa zasadowych węglanów, chroniąca miedź przed dalszym działaniem innych czynników. Miedź łatwo reaguje z fluorowcami tworząc odpowiednie halogenki. Nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających.Miedź jest stosowana do produkcji przewodów elektrycznych i stopów (brąz, mosiądz, i innych) oraz do produkcji środków owadobójczych, grzybobójczych i do impregnacji drewna. W przemyśle chemicznym jest ważnym katalizatorem.

Ołów (Pb) ? masa atomowa ? 207, jest szarym metalem ciężkim o niskiej temperaturze topnienia. Jest on kowalny, ciągliwy i dość aktywny chemicznie. W temperaturze pokojowej ołów reaguje z powietrzem pokrywając się warstewką tlenku i węglanu. Ołów reaguje z wodą tworząc pasywną warstewkę wodorotlenku Pb(OH)2. Reaguje z kwasami utleniającymi na gorąco. W wyższych temperaturach reaguje z siarką i fosforem. Ołów stosuje się do konstrukcji urządzeń zabezpieczających przed promieniowaniem. Metal ten stosuje się do konstrukcji płyt akumulatorowych. Stop ołowiu z antymonem jest używany do wyrobu czcionek drukarskich. Stopy cyny z ołowiem są dobrymi stopami lutowniczymi.

Mangan (Mn) ? masa atomowa ? 55, jest srebrzystoszarym metalem z różowym odcieniem. Jest twardy i kruchy, Posiada trzy odmiany alotropowe. W przyrodzie występuje w postaci tylko jednego izotopu. Jest dość aktywny chemicznie. Mangan łatwo reaguje z siarką, węglem i azotem - w atmosferze którego zapala się po ogrzaniu do temperatury 1500 K dając azotek Mn3N2 . Z powietrzem w temperaturze pokojowej nie reaguje. Rozdrobniony utlenia się łatwo, jest piroforyczny. Łatwo rozpuszcza się w kwasach nieutleniających z wydzieleniem wodoru. Bardzo silnie rozdrobniony może rozkładać wodę. Mangan jest przeważnie używany jako utleniacz w procesach metalurgicznych, w przemyśle chemicznym, ceramicznym i włókienniczym oraz służy do wytwarzania stopów. Powszechnie używany jest do wytwarzania elektrod spawalniczych, barwników, środków ochrony roślin, nawozów sztucznych oraz jako środek przeciwstukowy do benzyny.

Cyrkon (Zr) ? masa atomowa ? 91, jest srebrzystobiałym metalem. Charakteryzuje się małą ściśliwością i dużą wytrzymałością mechaniczną. Występuje w dwóch odmianach alotropowych. W niskich temperaturach (bliskich zera bezwzględnego) wykazuje nadprzewodnictwo. Z powietrzem reaguje w temperaturze pokojowej pokrywając się pasywującą warstwą dwutlenku cyrkonu ZrO2. Powoli reaguje z kwasami mineralnymi. Reaguje z kwasem fluorowodorowym, tworząc łatwo rozpuszczalne heksafluorocyrkoniany [ZrF6]2-. Cyrkon pochłania wodór i tlen. Wykorzystuje się go do konstrukcji osłon reaktorów atomowych. Jest on też cennym dodatkiem stopowym - nadającym twardość i ciągliwość. Cyrkon służy również do wykonywania elementów lamp rtęciowych oraz lamp z włóknem cyrkonowych, dających światło zbliżone do słonecznego. Dwutlenek cyrkonu ZrO2 stosuje się do sporządzania szlachetnej ceramiki żaroodpornej.
Metale szlachetne są najodporniejszymi chemicznie metalami. Zaliczamy do nich wszystkie platynowce (ruten, rod, pallad, osm, iryd, platyna) oraz srebro i złoto.
Złoto (Au) jest jasnym metalem, mało aktywnym chemicznie. Wykazuje dobrą ciągliwość i kowalność, jest też bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności i ciepła. Złoto jest metalem mało aktywnym chemicznie w temperaturze pokojowej. Z powietrzem w temperaturze pokojowej nie reaguje. Złoto nie reaguje z fluorowcami. Nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających i nie ulega działaniu kwasu azotowego. Złoto ulega działaniu wody królewskiej. Wykorzystuje się go w jubilerstwie i do produkcji monet. Złota używa się także do barwienia szkła. Znalazło zastosowanie również w elektronice i medycynie.
Srebro (Ag) ? masa atomowa ? 108, podobnie jak złoto, jest jasnym metalem, mało aktywnym chemicznie. Wykazuje dobrą ciągliwość i kowalność, jest też bardzo dobrym przewodnikiem elektryczności i ciepła. Z powietrzem w temperaturze pokojowej nie reaguje, natomiast powoli reaguje z zawartym w powietrzu siarkowodorem pokrywając się ciemną warstwą siarczku. Srebro łatwo reaguje z fluorowcami tworząc odpowiednie halogenki. Nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających. Metal ten ulega działaniu kwasu azotowego. Stosuje się go w wyrobach jubilerskich, a także jako dodatek stopowy - zwiększa twardość i wytrzymałość stopu. Związki srebra stosowane są w fotografii do produkcji błon światłoczułych. Niektóre związki tego metalu mają właściwości bakteriobójcze.

Platyna (Pt) ? masa atomowa ? 195,jest srebrzystobiałym metalem szlachetnym o bardzo małej reaktywności chemicznej. Substancja ta jest bardzo twarda a jednocześnie krucha. Platyna jest metalem bardzo mało aktywnym chemicznie w temperaturze pokojowej. Reaguje po ogrzaniu z siarką, fosforem, fluorem i chlorem . Z powietrzem w temperaturze pokojowej nie reaguje. Nie rozpuszcza się w kwasach nieutleniających. Nie ulega działaniu kwasu azotowego, reaguje natomiast z wodą królewską. Prawie zawsze tworzy związki kompleksowe. Platyna znalazła zastosowanie głównie w jubilerstwie i technice dentystycznej. Szeroko wykorzystuje się siatkę platynową jako katalizator procesów chemicznych.



Źródła:
-?Chemia dla technikum i średniego studium zawodowego, część I? Elżbiety Iwony Matusiewicz
-?Popularna Encyklopedia Powszechna? 1997r.
-?Ćwiczenia. Rozdziały 5-9. Zestaw podstawowy.? ? Krzysztof M.Pazdro (Układ okresowy pierwiastków)
-Strona internetowa: http://eduseek.interklasa.pl/artykuly/artykul/ida/1314/