p2-prvky
Martin Dojiva
Obecné informace
do té této skupiny patř patří C, Si, Ge, Ge, Sn a Pb označ označuje se jako IV.A skupina, 14. skupina nebo skupina p2-prvků prvků elektronová elektronová konfigurace valenč valenční vrstvy je ns2np2 uhlí uhlík je nekov; kř křemí emík a germanium jsou polokovy; polokovy; cí cín a olovo jsou kovy
Uhlík – výskyt
vyskytuje se vá vázaný i volný volný: grafit, diamant vázaný: oxid uhlič uhličitý, uhlič uhličitany, organické organické látky elementá elementární rní uhlí uhlík se vyskytuje ve formě formě grafitu, diamantu, sazí sazí a fullerenů fullerenů
1
Grafit
má vrstevnatou strukturu, černoš ernošedou barvu, kovový lesk, vede elektrický proud atomy jsou uspoř uspořádány v šestereč esterečné soustavě soustavě, kdy v rovině rovině jsou uspoř uspořádány do šestiú estiúhelní helníků s delokalizovaným π-systé systémem a jednotlivé jednotlivé vrstvy jsou poutá poutány van der Wallsovými silami umě uměle se vyrá vyrábí v el. pecí pecích z koksu a kř křemene užití ití: elektrody, žáruvzdorné ruvzdorné materiá materiály, tuž tužky, mazadla, pigmenty
Diamant
nejtvrdší nejtvrdší nerost, bezbarvý, nejvyšší nejvyšší zná známá tepelná tepelná vodivost atomy jsou v tetraedrické tetraedrickém uspoř uspořádání, vá vázány kovalentní kovalentní vazbou umě umělá příprava je velmi slož složitá itá, dař daří se vyrá vyrábět pouze diamantový prach užití ití: řezné ezné, brusné brusné a vrtací vrtací nástroje, šperkař perkařství ství
Fullereny
umě uměle př připravená ipravená modifikace uhlí uhlíku vzniká vzniká odpař odpařová ováním uhlí uhlíkové kové elektrody v el. oblouku kaž každý atom je vá vázán tř třemi vazbami σ a jednou vazbou π v souč současnosti patř patří mezi nejsledovaně nejsledovanější molekuly užití ití: medicí medicína, uhlí uhlíková ková vlá vlákna v žárovká rovkách
2
Oxidy uhelnatý – CO
bezbarvý plyn bez zá zápachu, velmi má málo rozpustný v H2O, je jedovatý příprava HCOOH CO + H2O v př přítomnosti H2SO4; vzniká vzniká při spalová spalování uhlí uhlíku v nedostatku vzduchu C + O2 CO2 a ná následně sledně CO2 + C 2 CO je velmi reaktivní reaktivní, pů působí sobí jako redukč redukční činidlo jeho jedovatost je způ způsobena velmi pevnou vazbou na hemoglobin
Oxid uhličitý – CO2
bezbarvý plyn slabě slabě kyselé kyselého zápachu, je těž ší než těžší než vzduch, špatně patně rozpustný ve vodě vodě je nejedovatý, ale nedýchatelný vzniká vzniká přímým sluč slučová ováním C + O2 CO2 v pevné pevném skupenství skupenství „suchý led“ led“ v kapalné kapalném skupenství skupenství v tlakových lahví lahvích s černým pruhem užití ití: potraviná potravinářství ství, sně sněhové hové hasí hasící přístroje, chlazení chlazení
Kyselina uhličitá – H2CO3
vzniká vzniká rozpouš rozpouštěním CO2 ve vodě vodě, vzniklý roztok je slabě slabě kyselý, př přesně esněji se jedná jedná o CO2.nH2O užití ití: sifon tvoř tvoří dvě dvě řady solí solí hydrogenuhlič hydrogenuhličitany HCO3– a uhlič uhličitany CO32– nejdů nejdůlež ležitě itější soli: soda Na2CO3, potaš potaš K2CO3, vá vápenec CaCO3, magnezit MgCO3 a jedlá jedlá soda NaHCO3
3
Deriváty kyseliny uhličité moč močovina – CO(NH2)2 výroba za zvýš zvýšené ené teploty a tlaku př přes karbaminan amonný CO2 + NH3 NH2CO2NH4 CO(NH2)2 + H2O dobř dobře rozpustná rozpustná ve vodě vodě, kde hydrolyzuje užití ití: surovina na výrobu plastů plastů a pryskyř pryskyřic, hnojivo fosgen – COCl2 silně silně toxický plyn výroba z CO a Cl2 za katalýzy aktivní aktivním uhlí uhlím důlež ležitá itá prů průmyslová myslová surovina
Sloučeniny uhlíku s vodíkem
nazývají nazývají se uhlovodí uhlovodíky založ založeny na schopnosti atomu uhlí uhlíku vytvá vytvářet dlouhé dlouhé řetě etězce v souč současnosti je jich zná známo př přes 15 milionů milionů vlastnosti jsou ovlivň ovlivňová ovány strukturou hlavní hlavními zdroji je ropa, zemní zemní plyn a černouhelný dehet CH CH 3
3
CH H2C CH3
CH CH2
CH2 CH2
CH3
3,5-dimethyloctane
Sloučeniny uhlíku s halogeny
existuje velké velké množ množství ství slouč sloučenin, převá evážně jako derivá deriváty uhlovodí uhlovodíků nejvýznamně nejvýznamnější chlorid uhlič uhličitý CCl4: jedovatá jedovatá kapalina naslá nasládlé dlého zápachu, karcinogen; užití ití: halonové halonové hasí hasící přístroje, rozpouš rozpouštědlo freony – fluorochloroderivá fluorochloroderiváty uhlovodí uhlovodíků, nejedovaté nejedovaté, nekorozivní nekorozivní s vhodnou mě měrnou tepelnou kapacitou; užití ití: hnací hnací plyny sprejů sprejů, chladí chladící médium; při reakcí reakcích v atmosfé atmosféře nič ničí ozon
4
Karbidy biná binární rní slouč sloučeniny uhlí uhlíku s elektropozitivně elektropozitivnějším ším prvkem vznikají vznikají reakcí reakcí uhlí uhlíku s kovem nebo oxidem kovu za zvýš zvýšené ené teploty acetylidy = iontové iontové karbidy: tvoř tvoří je ss-prvky, Ag, Ag, Au a Cu; Cu; jsou výbuš výbušné, s vodou reagují reagují za vzniku acetylenu intersticiá intersticiální lní: atomy C jsou rozmí rozmístě stěny v dutiná dutinách krystalových mř mřížek kovů kovů, tvoř tvoří je Ti, Zr, Zr, V, Mo, Mo, W; použ používají vají se na výrobu rychloř rychlořezných ná nástrojů strojů karbidy prvků prvků skupiny Fe: Fe: Cr3C2, Mn3C, Fe3C, Co3C a N3C jsou př přechodem mezi iontovými a intersticiá intersticiální lními; s vodou reagují reagují za vzniku uhlovodí uhlovodíků a vodí vodíku kovalentní kovalentní: Be2C, Al4C3 s vodou reagují reagují za vzniku methanu, SiC, SiC, B4C jsou mimoř mimořádně dně tvrdé é a chemicky odolné é tvrd odoln
Kyanovodík – HCN
bezbarvá bezbarvá kapalina s teplotou tá tání 25,6 °C, voní vonící po hoř hořkých mandlí mandlích H C N tvoř tvoří lineá lineární rní molekuly bez stabilizá á toru polymeruje stabiliz připravuje se reakcí reakcí methanu s amoniakem př při teplotě teplotě nad 1200 °C je prudce jedovatý, ale velmi dobré dobré rozpouš rozpouštědlo použ používá se na výrobu NaCN, NaCN, KCN, methylmetakrylá methylmetakrylátu, tu, acetonitrilu
Křemík – Si
po kyslí kyslíku 2. nejrozší nejrozšířřeně enější prvek na Zemi (ve vesmí vesmíru 7.) a jeho obsah roste smě směrem k povrch planety vyskytuje se pouze v kyslí kyslíkatých slouč sloučeniná eninách, nejč nejčastě astěji SiO2, křemič emičitany a hlinitokř hlinitokřemič emičitany modroš modrošedá edá, lesklá lesklá, tvrdá tvrdá a kř křehká ehká krystalická krystalická látka, polovodič polovodič ox. ox. čísla nejč nejčastě astěji +IV a –IV, méně často +II; netvoř netvoří vodí vodíkové kové můstky a neř neřetě etězí se jako uhlí uhlík
5
Reaktivita křemíku
nepř nepříliš liš reaktivní reaktivní; za vyšší vyšší teploty reaguje s O, X, S, N, C a vě většinou kovů kovů (silicidy) s H2O reaguje až až při teplotě teplotě červené erveného žáru
Si + 2 H2O SiO2 + 2 H2
je odolný vůč vůčii kyseliná kyselinám mimo HF s hydroxidy se rozpouš rozpouští za vzniku vodí vodíku
Si + 2 OH– + H2O SiO32– + 2 H2
Oxid křemičitý – SiO2
pevná ko tavitelná pevná, těž těžko tavitelná krystalická krystalická látka polymerní polymerní s tetraedrickým uspoř uspořádáním; mnoho modifikací modifikací; nejvýznamně nejvýznamnější křemen, tridymit a cristobalit (vš (všechny mají mají formu α a β) barevné barevné modifikace: kř křišťál – čirý, ametyst – fialový, růž eníín růžen – růžový, ový, zá á hně ě da – hně ě dý, ůž z hn hn citrí citrín – žlutý, …
Kyselina křemičitá a její soli
kyseliny kř křemič emičité ité (např (např.: H2SiO3, H4SiO4, H2Si2O5, H6Si2O7) jsou zná známy pouze ve formě formě roztoků roztoků při vysouš vysoušení ení kondenzují kondenzují za vzniku polymerů polymerů křemič emičitany jsou souč součástí stí půd a mají mají mnoho rů různých využ využití ití (graná (granát, topaz, kaolinit,… kaolinit,…) jejich struktura je velmi slož složitá itá, vě většinou obsahují obsahují tetraedry SiO4
6
Silany
slouč sloučeniny kř křemí emíku s vodí vodíkem s obecným vzorcem SinH2n+2, kde n je od 1 do 8 monosilan a disilan jsou bezbarvé bezbarvé plyny, ostatní ostatní těkavé kavé kapaliny jsou velmi reaktivní reaktivní a na vzduchu samozá samozápalné palné, termická termická stabilita klesá klesá s rostoucí rostoucím řetě etězcem s vodou reagují reagují za vzniku vodí vodíku
Si2H6 + 4 H2O 2 SiO2 + 7 H2
Halogenidy křemičité
lze odvodit od silanů silanů náhradou vodí vodíků halogeny; obecný vzorec SinX2n+2 ochotně ochotně reagují reagují s vodou SiX4 + 2 H2O SiO2 + 4 HX nejvýznamně nejvýznamnější je SiCl4, který se použ používá při výrobě výrobě polovodič polovodičové ového kř křemí emíku
Silikony
náhradou atomů atomů vodí vodíku halogeny a alkyly vznikají í alkylhalogensilany vznikaj jejich hydrolýzou pak siloxany v př případě padě dialkyldihalogensilanů dialkyldihalogensilanů polymerní polymerní polysiloxany neboli silikony, silikony, podle délky řetě etězce to jsou oleje, pryskyř pryskyřice nebo kauč kaučukovité ukovité látky O
Si R
R
R
R H
O
Si R
O
Si
H
R
7
Karbid křemíku – SiC
triviá triviální lní název karborundum vyrá vyrábí se v elektrické elektrické peci z kř křemenné emenného písku s nadbytkem koksu nebo antracitu SiO2 + 2 C Si + 2 CO Si + C SiC je velmi tvrdý a použ používá se jako brusný materiá materiál
Sklo
podchlazená podchlazená kapalina, nemá nemá krystalickou strukturu, velmi pomalu teč teče slož složení ení se udá udává pomocí pomocí oxidů oxidů: Na2O·CaO· CaO·6SiO2 základní kladní suroviny: SiO2, Na2CO3 (běž né sklo), K2CO3 (tabulové (běžn (tabulové sklo) a CaCO3 pro speciá speciální lní skla: MgO, MgO, BaO, BaO, ZnO, ZnO, PbO, PbO, B2O3, … nejjednodušší nejjednodušší sklo je tavený křemen
Výroba skla
jemně jemně pomletý sklá sklářský pí písek se promí promíchá chá s uhlič uhličitanem vápenatým a sodným, tato smě směs se nazývá nazývá sklá sklářský kmen taví taví se př při 14001400-1500 °C, bubliny plynů plynů se odstraní odstraní přídavkem čířecí ecích látek (As2O3, NH4NO3) a zvýš zvýšení ením teploty dále se ochladí ochladí na teplotu pro zpracová zpracování hotové hotové výrobky se musí musí pomalu chladit, aby nepopraskaly
8
Vodní sklo
vzniká vzniká tavení tavením sklá sklářské ského pí písku s uhlič uhličitanem sodným nebo draselným a ná následným rozpuš rozpuštěním vznikají vznikajících křemič emičitanů itanů ve vodě vodě slož složení ení Na2O·nSiO2 použ používá se k impregnaci, pro př přípravu žáruvzdorných vyzdí vyzdívek (š (šamot) a potraviná potravinářství ství (naklá (nakládání vajec)
Germanium, cín, olovo
el. konfigurace valenč valenční vrstvy je ns2np2 s rostoucí rostoucím Z roste kovový charakter, stabilita ox. ox. čísla +II tvoř tvoří 2 řady halogenidů halogenidů MX2 a MX4, amfoterní amfoterní oxidy MO a kyselinotvorné kyselinotvorné oxidy MO2 olovo je toxické toxické, ostatní ostatní nikoli
Germanium – Ge
vyskytuje se pouze ve stopá stopách šedobí edobílá, lesklá lesklá, krystalická krystalická látka, polovodič polovodič málo reaktivní reaktivní, odolný vodě vodě, zředě eděným kyseliná kyselinám a hydroxidů hydroxidům při teplotě teplotě červené erveného žáru hoř hoří na GeO2 s vodí vodíkem tvoř tvoří germany GenH2n+2 (n = 11-5)
9
Cín – Sn
vyskytuje se pouze ve slouč sloučeniná eninách, nejč nejčastě astěji jako cí cínovec SnO2 vyrá vyrábí se redukcí redukcí cínovce žhnoucí hnoucím uhlí uhlím, než nežádoucí doucí příměsí je železo v zá závislosti na teplotě teplotě se vyskytuje ve třech modifikací modifikacích
šedý (α (α) cí cín soustava krychlová
13,2 °C
bílý (β (β) cí cín
161 °C
soustava čtvercová
křehký (γ (γ) cí cín soustava kosočtverečná
Modifikace cínu Bílý (β (β) cí cín měkký, stř stříbrolesklý kov použ používá se na výrobu drá drátů a tenkých fó fólií lií (staniolu) postupně postupně se na povrchu pasivuje oxidem cí cínič ničitým a ztrá ztrácí lesk Šedý (γ γ ) cí í n ( c šedý práš ek, který vzniká prášek, vzniká dlouhodobým skladová skladováním bí bílého cínu př při teplotá teplotách do 13,2 °C (cí (cínový mor)
Použití cínu a jeho sloučeniny
povrchová povrchová úprava kovů kovů (bí (bílý plech) slitiny – bronzy (Sn (Sn a Cu), Cu), lož ložiskové iskové kovy (Sn, Sn, Sb, Sb, Cu, Cu, Pb, Pb,…), klempí klempířské ské pájky (Sn (Sn,, Pb), Pb), liteř liteřina (Sn (Sn,, Sb, Sb, Pb) Pb) při vyšší ch teplotá vyšších teplotách reaguje cí cín s kyslí kyslíkem za vzniku SnO2 – výroba smaltů smaltů
10
Olovo
zná známé již již od starově starověku, využ využíváno již již ve staré starém Římě k rozvodu vody a kanalizace nejvýznamně nejvýznamnější ruda galenit PbS výroba: 2 PbS + 3 O2 2 PbO + 2 SO2 PbO + C Pb + CO šedý, mě měkký, dobř dobře tvarovatelný kov, výrobky ale mají mají malou pevnost PÁRY OLOVA I JEHO ROZPUSTNÉ ROZPUSTNÉ SLOUČ SLOUČENINY JSOU JEDOVATÉ JEDOVATÉ
Reaktivita olova a jeho slouč sloučeniny
olovo je reaktivně reaktivnější než než cín na vzduchu se pasivuje oxidem olovnatým rozpouš rozpouští se v kyseliná kyselinách za vzniku vodí vodíku vyjí vyjímkou je H2SO4 a HNO3, kde vzniká vzniká NO 3 Pb + 8 HNO3 3 Pb(NO Pb(NO3)2 + 2 NO + 4 H2O chroman olovnatý PbCrO4 je chromová chromová žluť luť – pigment oxid olovič olovičitý PbO2 se použ používá na výrobu olově olověných akumulá akumulátorů torů
11
