5.9.2010
Dusík a fosfor
Dusík • • • • •
Plyn Bezbarvý, bez chuti a zápachu Vyskytuje se v dvouatomových molekulách N2 Molekuly dusíku extremně stabilní Příprava: reakce dusitanů s amonnými ionty
NH 4+( aq ) + NO2−( aq ) → N 2 ( g ) + 2 H 2O(l ) • Výroba: frakční destilace zkapalněného vzduchu (78 %) • Použití: – Výroba amoniaku – Inertní atmosféra – Chladivo
1
5.9.2010
Amoniak – NH3 • • •
Plyn Štiplavě páchnoucí, dráždivý, toxický Dobře rozpustný ve vodě (1 185 l/1 l H2O při 0 °C), vodný roztok označován jako čpavková voda – alkalický
NH 3( g ) + H 2O( l ) ← → NH 4+( aq ) + OH (−aq )
•
Příprava: zahřívání zalkalisovaných roztoků amonných solí ∆ NH 4Cl( aq ) + NaOH ( aq ) → NH 3( g ) + NaCl( aq ) + H 2O(l )
•
Výroba: Haber-Boschova synthesa C ; 20 MPa ; Fe N 2 ( g ) + 3H 2( g ) 500 ° → 2 NH 3( g )
•
Použití: – Hnojiva (dusičnan , fosforečnan a síran amonný) – Synthesa močoviny (hnojivo)
C, p 2 NH 3(l ) + CO2( l ) 200 ° →( NH 3 ) 2 CO( l ) + H 2O(l )
– Polymery (nylon, polyurethany, polyamidy) – Synthesa kyseliny dusičné a dusičnanů
Oxidy dusíku • Oxid dusný – azoxid – N2O – Hnací plyn do domácího přístroje na výrobu šlehačky – Narkotické účinky (rajský plyn) – použití jako anestetikum
• Oxid dusnatý – NO – Meziprodukt pro synthesu kyseliny dusičné – Vzniká katalysovaným spalováním amoniaku v proudu kyslíku C , Pt +10% Rh 4 NH 3( g ) + 5O2 ( g ) 900 ° → 4 NO( g ) + 6 H 2O( g )
• Oxid dusičitý – NO2 – Plyn – Toxický, červenohnědý – Vzniká samovolnou oxidací NO
2 NO( g ) + O2( g ) → 2 NO2 ( g )
– Dimeruje – Ve vodě disproporcionuje na kyseliny dusičnou a dusitou N 2O4( g ) + H 2O( l ) → HNO2( aq ) + HNO3( aq ) – Způsobuje dýchací potíže a kyselé deště
2
5.9.2010
Kyselina dusičná • • • •
Silná jednosytná kyselina Silné oxidační činidlo, při reakcích se obvykle redukuje na NO, nebo NO2, dle koncentrace kyseliny Některé kovy (např. Fe, Cr, Al) se dobře rozpouští ve zředěné kyselině, v koncentrované se pasivují Koncentrovaná: – 68% (hm.) – Samovolný rozklad – žluté zbarvení
•
4 HNO3( aq ) → 4 NO2 + 2 H 2O( l ) + O2 ( g )
Výroba:
– Zavádění oxidu dusičitého do vody za přístupu kyslíku
•
2 N 2O4( g ) + 2 H 2O(l ) + O2 ( g ) → 4 HNO3( aq )
Použití:
– Výroba dusičnanu amonného – Převádění pevných látek do roztoku (dusičnany velmi dobře rozpustné ve vodě) – Lučavka královská (HCl:HNO3 = 3:1): rozpouštění ušlechtilých kovů
Další sloučeniny dusíku • Dusičnan amonný – NH4NO3 – Minerální hnojivo – Při zahřátí a nárazu exploduje (rychlý rozklad za současného uvolnění plynů) ∆
2 NH 4 NO3( s ) → 2 N 2 ( g ) + 4 H 2O( g ) + O2 ( g )
– Ve spojení s různými redukčními činidly složkou trhavin (např. práškový hliník, topný olej a NH4NO3) – Výroba:
NH 3( g ) + HNO3( aq ) → NH 4 NO3( aq )
• Dusitan sodný – NaNO2 – – – –
Bílá krystalická látka Konservant masa a masných výrobků Jedovatý! Při opékání špatně ošetřeného masa vznikají nitrosaminy – karcinogenní – Výroba: • Zavádění oxidu dusnatého a dusičitého do roztoku hydroxidu nebo uhličitanu sodného NO + NO + 2 NaOH → 2 NaNO +H O (g)
2( g )
( aq )
2 ( aq )
2
(l )
3
5.9.2010
Fosfor • Pevná látka • Vyskytuje se v několika modifikacích • Výroba: – Fosforečnany (fosfáty) – apatity Ca3(PO4)2 – Za vysokých teplot (1400 °C) v elektropeci 2Ca3 ( PO4 ) 2( s ) + 6SiO2( s ) + 10C( s ) → 6CaSiO3(l ) + 10CO( g ) + P4( g )
Základní modifikace fosforu Bílý fosfor • Voskovitý • Molekuly P4, tvar tetraedru • Vazby napnuté, ohnuté → velmi slabé • Velmi reaktivní • Samozápalný • Jedovatý • Nutno skladovat pod vodou
Červený fosfor • Vzniká zahříváním bílého P bez přístupu vzduchu • Část vazeb se rozruší, napnuté tetraedry se rozpojí a pospojují navzájem • Polymerní struktura • Méně reaktivní • Nejedovatý • Použití pro výrobu zápalek
4
5.9.2010
Sloučeniny fosforu •
Fosfan – PH3 – – – –
•
Plyn Redukční činidlo Vnášení P do polovodičového Si Jedovatý
Oxid fosforitý – P4O6 – Vzniká regulovaným hořením P4
P4 ( s ) + 3O2( g ) → P4O6( s )
– Napjaté vazby P – P jsou nahrazeny uvolněným kyslíkovým můstkem
•
Oxid fosforečný – P4O10 – Vzniká hořením fosforu bez omezeného přístupu kyslíku – S vodou reaguje za vzniku kyseliny fosforečné – Výborné sušidlo
P4 ( s ) + 5O2( g ) → P4O10( s )
P4O10( s ) + 6 H 2O(l ) → 4 H 3 PO4 ( aq )
Sloučeniny fosforu • Chlorid fosforitý – PCl3 – Synthesa organických sloučenin – Přímá synthesa z prvků
P4 ( l ) + 6Cl2 ( g ) → 4 PCl3( g )
• Chlorid fosforečný – PCl5 – Průmyslová chemikálie – Chlorace chloridu fosforitého PCl3( sol ) + Cl2( sol ) CCl 4 → PCl5( sol ) – Chlorace organických látek
5
5.9.2010
Kyselina trihydrogenfosforečná – H3PO4 • • • •
Pevná látka Silná trojsytná kyselina Vodný roztok v laboratoři cca 85 % (hm.) Příprava pufrů (= tlumících roztoků)
•
Technická – Výroba: vytěsněním z apatitových rud kyselinou sírovou – Použití: • •
•
Ca3 ( PO4 ) 2 ( s ) + 3H 2 SO4 (l ) + 6 H 2O(l ) → 2 H 3 PO4 ( aq ) + 3[CaSO4 .2 H 2O ]( s )
Výroba hnojiv Povrchová úprava kovů
Potravinářská: – Výroba: spalování čistého fosforu a následná reakce s vodou
P4 ( s ) + 5O2 ( g ) → P4O10 ( s )
– Použití: • • •
P4O10 ( s ) + 6 H 2O(l ) → 4 H 3 PO4 ( aq )
Coca-cola a další sycené nápoje = okyselovadlo Výroba hydrogenfosforečnanu vápenatého do zubních past (brusivo a leštidlo) Výrova dihydrogenfosforečnanu vápenatého do prášku do pečiva
6
