Prvky III.A a IV.A skupiny Tento výukový materiál vznikl za přispění Evropské unie, státního rozpočtu ČR a Středočeského kraje
Únor 2010
Mgr. Alena Jirčáková
Prvky III.A skupiny • Mají tři valenční elektrony, el. konfigurace ns2 np1. • Jedná se o prvky: Bor, hliník, gallium, indium, thallium. • Kromě boru (polokov) jsou všechny prvky typické kovy, kovový charakter stoupá s rostoucím protonovým číslem Z. • Bor tvoří pouze kovalentní sloučeniny. • Prvky p1 se vyskytují pouze ve sloučeninách
Prvky III.A skupiny - bor - vlastnosti • Bor patří mezi polokovové prvky s vysokým bodem tání i varu. Vyskytuje se ve dvou modifikacích – amorfní a kovové. Kovová modifikace patří mezi velmi tvrdé látky – dosahuje hodnoty 9,3 v Mohsově stupnici tvrdosti (tmavá barva). • Sloučeniny boru jsou látky s kovalentními vazbami mezi atomy (např. borany). • Bor a jeho sloučeniny barví plamen intenzivně zeleně (pyrotechnické účely, analytická chemie - důkaz přítomnosti v boru v analyzovaném vzorku).
Prvky III.A skupiny - bor 11(A) nukleonové číslo relativní atomová hmotnost molární hmotnost značka prvku
B značka prvku
5 (Z) BOR 2,0 Borum
elektronegativita
protonové číslo pořadové číslo český název latinský název
Prvky III.A skupiny - bor -
Prvky III.A skupiny - bor – výskyt • Elementární bor se v přírodě prakticky nevyskytuje a setkáváme se s ním pouze ve sloučeninách. • Sloučeniny boru jsou v malém množství obsaženy i v mořské vodě (v koncentraci přibližně 5 mg/l) a v některých minerálních pramenech. • Kyselina boritá je obvykle přítomna v sopečných plynech, z nichž může být získávána. • V rostlinách je bor důležitým biogenním prvkem. Jako ostatní minerály je přijímán z vody v půdě. • Bor zodpovídá za interakce pektinů a hemicelulóz. Je limitujícím prvkem pro klíčení pylové láčky.
Prvky III.A skupiny - bor – užití • Bor a jeho sloučeniny se využívají ve sklářství jako přísada do skelných vláken a borokřemičitanových skel, a sice pro jejich vysokou tepelnou odolnost. • V keramice k výrobě emailů a glazur. • Při výrobě mýdel a detergentů, v metalurgii neželezných kovů a žáruvzdorných materiálů. • Bor se užívá k výrobě tzv. řídících tyčí a neutronových zrcadel v jaderných reaktorech. • Kyselina trihydrogenboritá H3BO3 je slabá kyselina tvořící šupinkové průhledné krystalky. Je dobře rozpustná ve vodě a ve farmacii se spolu se svými solemi používá k léčení očních chorob. • Nejpoužívanější sloučeninou boru je borax neboli dekahydrát tetraboritanudisodného Na2B4O7 · 10H2O
Prvky III.A skupiny - hliník - vlastnosti • Hliník je neušlechtilý, stříbřitě šedý, kujný kov, elektricky velmi dobře vodivý. • V přírodě se vyskytuje ve formě sloučenin, nejznámější rudou je bauxit Al2O3 . 2 H2O (dihydrát oxidu hlinitého). • Ve sloučeninách má pouze oxidační číslo tři ( Al+3). • Hliník je v čistém stavu velmi reaktivní, na vzduchu se však rychle pokryje tenkou vrstvičkou oxidu Al2O3, která chrání kov před další oxidací. • Hliník je velmi dobře rozpustný ve zředěných kyselinách, koncentrovaná kyselina dusičná jej však stejně jako vzdušný kyslík pokryje pasivační vrstvou oxidu. Také hydroxidy alkalických kovů snadno rozpouštějí kovový hliník za vzniku hlinitanů (AlO2)-.
Prvky III.A skupiny - hliník 27(A) nukleonové číslo relativní atomová hmotnost molární hmotnost
Al 13(Z) HLINÍK 1,5 Aluminium
značka prvku
elektronegativita
protonové číslo pořadové číslo český název
latinský název
Prvky III.A skupiny - hliník -
Prvky III.A skupiny - hliník - výskyt • Hliník je třetím nejzastoupenějším prvkem v zemské kůře, tvoří 7,5–8,3 % zemské kůry. • V mořské vodě je jeho koncentrace velmi nízká. • Nejběžnějším horninou hliníku je bauxit, Al2O3 · 2 H2O ruda, ze které se hliník vyrábí redukcí. • Jiným významným minerálem je kryolit, hexafluorohlinitan sodný Na3AlF6, používaný především jako tavidlo pro snížení teploty tání bauxitu. • Minerály obsahující oxid hlinitý Al2O3 patří mezi velmi významné a ceněné. • Korund je na 9. místě Mohsovy stupnice tvrdosti . • Technický oxid hlinitý je hojně využíván k výrobě brusného papíru.
Prvky III.A skupiny - hliník - užití • Korund (drahý kámen) jehož základem je oxid hlinitý se vyskytuje ve dvou odrůdách. Červený rubín je zbarven příměsí oxidu chromu, modrý safír obsahuje malá množství oxidů titanu a železa. • Obě zmíněné odrůdy korundu patří k nejvíce ceněným drahým kamenům na světě, ale mají i významné využití v technice. Safírové hroty vynikají svou tvrdostí a odolností a vybavují se jimi vědecké měřicí přístroje. Rubín je znám jako materiál pro konstrukci prvního laseru na světě.
Prvky IV.A skupiny • Do této skupiny patří uhlík, křemík, germanium, cín a olovo. • Atomy těchto prvků mají ve valenční vrstvě čtyři elektrony, uspořádané v základním stavu v orbitalech ns2 np2 • Nejčastějším oxidačním číslem těchto prvků ve sloučeninách je –IV • Se vzrůstajícím protonovým číslem vzrůstá i kovový charakter prvků této skupiny (uhlík nekov, křemík – polokov, ostatní kovy)
Prvky IV.A skupiny - uhlík - vlastnosti • Uhlík tvoří základní stavební kámen všech organických sloučenin a tím i všech živých organismů na této planetě. • Sloučeniny uhlíku jsou jedním ze základů světové energetiky, kde především fosilní paliva jako zemní plyn a uhlí slouží jako energetický zdroj pro výrobu elektřiny a vytápění. • Produkty zpracování ropy jsou nezbytné pro pohon spalovacích motorů. • Uhlík je typický nekovový prvek, který se v elementárním stavu jako minerál vyskytuje v přírodě ve dvou základních alotropických modifikacích a v posledních přibližně 20 letech byly laboratorně vytvořeny modifikace další
Prvky IV.A skupiny - uhlík 12(A) nukleonové číslo relativní atomová hmotnost molární hmotnost
C 6 (Z)
značka prvku
UHLÍK 2,5 Carboneum
elektronegativita
protonové číslo pořadové číslo český název
latinský název
Prvky IV.A skupiny - uhlík -
Prvky IV.A skupiny - uhlík - výskyt • Uhlík je důležitou složkou uhličitanu vápenatého a uhličitanu hořečnatého(CaCO3 a MgCO3), která tvoří horninu vápenec a dolomit (vápencová pohoří, krasy, dolomity). • Oxid uhličitý (CO2) se nachází volně ve vzduchu (např. produkt biologické oxidace – dýchání, sopečné činnosti) rozpouští se ve vodě za vzniku slabé kyseliny uhličité (H2CO3). • Při nedokonalém spalování vzniká nebezpečný oxid uhelnatý (CO). • Uhlík se v přírodě vyskytuje i v čistém stavu, vytváří dvě základní modifikace diamant (krychlová soustava) a tuhu (šesterečná soustava).
Prvky IV.A skupiny - uhlík - užití • Grafit neboli tuha je např. složkou sazí, které vznikají spalováním fosilních paliv. Je přitom přítomen v částečkách natolik nepatrných rozměrů, že saze mají spíše vlastnosti amorfního uhlíku (výroba tužek a žáruvzdorných kelímků). • Diamant se vyskytuje se v různých barevných modifikacích od takřka průhledné až po černou. Protože ke vzniku diamantu je zapotřebí obrovských tlaků a vysokých teplot, jsou nalézány především tam, kde žhavé magma z velkých hloubek vystoupilo na zemský povrch (výroba šperků, ložisek, brusného materiálu). • Všechna fosilní paliva jako je uhlí, ropa a zemní plyn obsahují různá množství uhlíku nebo jeho sloučenin. • Jantar je zvláštní forma uhlíkatého minerálu. Jedná se o mineralizované zbytky třetihorních pryskyřic (výroba šperků). • Horniny neboli vápence jsou biogenního původu, podle přítomných příměsí mají různou barvu i mechanické vlastnosti (výroba stavebních surovin - pálené vápno, cement nebo dekorační mramor).
• Chemie pro střední školy Jiří Banýr,Pavel Beneš a kolektiv SPN Praha,1997 • Fyzika v kostce pro střední školy Vladimír Lank,Miroslav Vondra nakladatelství Fragment,1996 • www.wikipedie.cz • www.google.cz
