EU peníze středním školám – digitální učební materiál Číslo projektu:
CZ.1.07/1.5.00/34.0515
Číslo a název šablony klíčové aktivity:
III/2 Inovace a zkvalitnění výuky prostřednictvím ICT
Tematická oblast, název DUMu:
Systematická anorganická chemie, VY_32_INOVACE_DVO307
Autor:
Mgr. Martin Dvořák, Ph.D.
Ročník:
I.
Předmět:
Chemie
Téma:
Prvky 14. skupiny
Anotace: Dokument je rozdělen na dvě části. První část tvoří pracovní list určený jako doplněk výkladu. Druhá část je určena pro samostudium. V dokumentu jsou popsány vlastnosti, výroba a použití prvků 14. skupiny periodické tabulky prvků.
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
PRVKY 14. SKUPINY Uhlík je pevný nekov, který krystalizuje ve dvou modifikacích, v tuze a diamantu. Je málo reaktivní, s jinými prvky reaguje až za vyšších teplot. Má tendenci tvořit dlouhé řetězce, které jsou kostrou uhlovodíků a jejich derivátů. Nejčastěji se vyskytuje ve formě nuklidu12C, jeho nuklid 14C se používá k určování stáří organických látek. Tuha (grafit) je měkká černá látka s vrstevnatou strukturou uhlíkových atomů, dobře vede elektrický proud. Diamant je průhled-ná látka, nejtvrdší přírodní materiál, nevede proud, ale velmi dobře vede teplo. Kromě těchto základních modifikací existují i další: uhlí, saze, aktivní uhlí a fullereny (pravidelné molekuly tvaru mnohostěnu).
Struktura diamantu a tuhy
Struktura fullerenů
Tuha se používá ……………………., diamant …………………………………………... Uhlí se používá …………….…, saze ………………………………, aktivní uhlí jako ………………………… (je schopno na sebe vázat velké množství plynných nebo kapalných složek směsí). Uhlík se vyskytuje volný i vázaný v oxidech v atmosféře, uhličitanech a je základní složkou veškerých organických sloučenin. Těží se čistý, pouze se odstraňují jeho příměsi. Vyskytuje se v oxidačních číslech -IV, +II a +IV. Tvoří velké množství sloučenin – s některými kovy tvoří karbidy s oxidačním číslem –IV, s vodíkem uhlovodíky, ze kterých jsou odvozeny veškeré jejich deriváty. S kyslíkem tvoří dva oxidy: oxid uhelnatý………, reaktivní jedovatý plyn vznikající při nedokonalém hoření (za nedostat-ku kyslíku) je součástí výfukových plynů, a oxid uhličitý……., bezbarvý nedýchatelný plyn vznikající při dokonalém spalování organických látek, při dýchání a kvašení. Při nízkých teplotách přechází do pevného skupenství na tzv. suchý led, který se používá jako chladivo. V přírodě se vyskytuje v různých uhličitanech, pro stavební průmysl je nejvýznamnější uhličitan vápenatý, v podobě hornin vápence a dolomitu.
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
Křemík se vyskytuje ve dvou modifikacích, je to pevná šedá látka, polokov a polovodič. Je málo reaktivní. Je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, ale vyskytuje se pouze ve sloučeninách, převážně v křemičitanech. Používá se především ……………………………, ……………………………. Tvoří sloučeniny v oxidačním čísle …….. Sloučeniny křemíku – oxid křemičitý a křemičitany se používají pro výrobu skla, cementu, porcelánu a silikonů.
Germanium je vzácný prvek, používaný pro výrobu polovodičů. Cín se nachází za normálních podmínek ve dvou modifikacích. Bílý cín je měkký lesklý kov, šedý cín je prášek, který vzniká z bílého cínu dlouhým pobytem za nízkých teplot. Cín se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách, jeho hlavním zdrojem je cínovec SnO2. Používá se na ochranu předmětů před vnějšími vlivy (nereaguje s vodou, vzduchem ani zředěnými kyselinami a hydroxidy), na výrobu slitin a staniolu. Jeho sloučeniny se používají na smalty. Olovo je šedý kov s velkou hustotou, je poměrně měkké a křehké. Je reaktivnější než cín, na vzduchu se pokrývá vrstvou oxidu olovnatého. V přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách, používá se při výrobě akumulátorů a jako ochrana před různými druhy záření. Páry olova a všechny jeho rozpustné sloučeniny jsou jedovaté.
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
PRVKY 14. SKUPINY Uhlík se na stavbě používá ve stovkách podob a sloučenin – čistý v tužkách a na promazání zámků, při řezání skla, jako součást filtrů i jako palivo, ve sloučeninách je přítomný v každé stavební směsi, plastu, ve většině hornin a nerostů a ve všech organických látkách. I ostatní prvky této skupiny mají ve stavebnictví své místo. Uhlík je pevný nekov, který krystalizuje ve dvou modifikacích, v tuze a diamantu. Je málo reaktivní, s jinými prvky reaguje až za vyšších teplot. Má tendenci tvořit dlouhé řetězce, které jsou kostrou uhlovodíků a jejich derivátů. Nejčastěji se vyskytuje ve formě nuklidu 12C, jeho nuklid 14C se používá k určování stáří organických látek. Tuha (grafit) je měkká černá látka s vrstevnatou strukturou uhlíkových atomů, dobře vede elektrický proud. Diamant je průhledná látka, nejtvrdší přírodní materiál, nevede proud, ale velmi dobře vede teplo. Kromě těchto základních modifikací existují i další: uhlí, saze, aktivní uhlí a fullereny (pravidelné molekuly tvaru mnohostěnu).
Struktura diamantu a tuhy
Struktura fullerenů
Tuha se používá pro psaní a na výrobu elektrod, diamant v klenotnictví, na řezání a broušení materiálů. Uhlí se používá jako palivo, saze jako plnidlo do pneumatik a plastů, aktivní uhlí jako adsorpční materiál (je schopno na sebe vázat velké množství plynných nebo kapalných složek směsí). Uhlík se vyskytuje volný i vázaný v oxidech v atmosféře, uhličitanech a je základní složkou veškerých organických sloučenin. Těží se čistý, pouze se odstraňují jeho příměsi. Vyskytuje se v oxidačních číslech -IV, +II a +IV.
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
Tvoří velké množství sloučenin – s některými kovy tvoří karbidy s oxidačním číslem –IV, s vodíkem uhlovodíky, ze kterých jsou odvozeny veškeré jejich deriváty. S kyslíkem tvoří dva oxidy: oxid uhelnatý, reaktivní jedovatý plyn vznikající při nedokonalém hoření (za nedostat-ku kyslíku) je součástí výfukových plynů, kde se jeho obsah kontroluje, a oxid uhličitý, bezbarvý nedýchatelný plyn vznikající při dokonalém spalování organických látek, při dýchání a kvašení. Při nízkých teplotách přechází do pevného skupenství na tzv. suchý led, který se používá jako chladivo. V přírodě se vyskytuje v různých uhličitanech, pro stavební průmysl je nejvýznamnější uhličitan vápenatý, v podobě hornin vápence a dolomitu. Křemík se vyskytuje ve dvou modifikacích, je to pevná šedá látka, polokov a polovodič. Je málo reaktivní. Je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, ale vyskytuje se pouze ve sloučeninách, převážně v křemičitanech. Používá se především na výrobu počítačových čipů, na výrobu slitin a v chemickém průmyslu. Tvoří sloučeniny v oxidačním čísle +IV. Sloučeniny křemíku – oxid křemičitý a křemičitany se používají pro výrobu skla, cementu, porcelánu a silikonů.
Křemíková tyčinka Germanium je vzácný prvek, používaný pro výrobu polovodičů. Cín se nachází za normálních podmínek ve dvou modifikacích. Bílý cín je měkký lesklý kov, šedý cín je prášek, který vzniká z bílého cínu uložením za nízkých teplot. Cín se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách, jeho hlavním zdrojem je cínovec SnO2. Používá se na ochranu předmětů před vnějšími vlivy (nereaguje s vodou, vzduchem ani zředěnými kyselinami a hydroxidy), na výrobu slitin a staniolu. Jeho sloučeniny se používají na smalty. Olovo je šedý kov s velkou měrnou hmotností, je poměrně měkké. Je reaktivnější než cín, na vzduchu se pokrývá vrstvou oxidu olovnatého. V přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách, používá se při výrobě akumulátorů a jako ochrana před různými druhy záření. Páry olova a všechny jeho rozpustné sloučeniny jsou jedovaté.
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
Šedý a bílý cín
Olovo
Úkoly: 1.
Najděte místo v České republice, kde se donedávna grafit těžil.
2.
Jakým způsobem se vyrábí umělé diamanty?
3.
Jak se dělí uhlí podle své kvality? Jaké další příměsi se v uhlí nacházejí?
4.
Co je smalt a kde se používá?
5.
Najděte v tabulkách hustotu olova. Kolikrát je těžší než voda a než železo?
6.
K čemu se cín používal ve středověku?
7.
Množství oxidu uhličitého v atmosféře je přibližně konstantní. Jaké procesy se podílejí na zvyšování a jaké procesy na snižování jeho koncentrace?
8.
Křemen – oxid křemičitý – se používal už v pravěku, k čemu?
9.
Jaký je správný způsob likvidace nefunkčních baterií a proč?
Řešení úkolů: 1.
Český Krumlov.
2.
Krystalizací uhlíku za vysokých tlaků a teplot.
3.
Rašelina, hnědé uhlí, černé uhlí, antracit. Uhlí obsahuje mnoho různých, převážně organických příměsí.
4.
Smalt je kompaktní vrstva na keramických výrobcích, která slouží proti nasákání vody.
5.
11,34 g/cm3. 1,5 krát hustší než železo.
6.
Slitiny, talíře, džbány.
7.
Zvyšování: dýchání, hoření. Snižování: fotosyntéza.
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
8.
Rozdělávání ohně.
9.
Odvoz do sběrného dvora nebo sběrného místa, kvůli obsahu látek nebezpečných pro životní prostředí.
Zdroje: Dvořák M.: Výuka chemie na středních průmyslových školách stavebních v České republice. Doktorská práce. Praha 2012.
Obr. 1 [cit. 2013-3-10]. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d9/Diamond_and_graphite2.jpg
Obr. 2 [cit. 2013-3-10]. Dostupný volně na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Fullereny.jpg
Obr. 3 [cit. 2013-3-10]. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/6/6f/Brillanten.jpg
Obr. 4 Lavinsky [cit. 2013-3-10]. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/d/d8/Graphite-tn19a.jpg
Obr. 5 [cit. 2013-3-10]. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/59/Polycrystalline_silicon_rod.jpg
Obr. 6Alchemist-hp[cit. 2013-3-10]. Dostupný pod licencí CreativeCommons na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/2b/Sn-Alpha-Beta.jpg
Obr. 7 [cit. 2013-3-10]. Dostupný pod licencí Public domain na WWW: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ef/Metal_cube_lead.jpg
www.spsstavvm.cz
2012 - 2013
