p2 prvky C, Si, Ge, Sn, Pb obecná elektronová konfigurace valenční elektrony ox. číslo maximální kladné minimální všechny jsou pevné látky, C - nekov, Si,Ge - polokovy, Sn,Pb - kovy. Na vytvoření vazeb poskytují 2 - 4 elektrony. Kromě uhlíku mohou ostatní prvky využít prázdné nd orbitaly ⇒ jejich vaznost se zvýší (SiF6-2 ). Stálost sloučenin, v nichž atom má ox. číslo II vzrůstá ve směru stoupajících hodnot protonového čísla a klesá stálost s ox. číslem IV.
Uhlík – střední hodnota elektronegativity ⇒ tvoří vazby kovalentní – maximálně 4 vazný – vytváří velmi stabilní řetězce ⇒ velký počet sloučenin → organická chemie – většina sloučenin odvozena od excitovaného stavu Výskyt: volný ve dvou alotropických modifikacích - tuha, diamant vázaný v anorganických a organických sloučeninách o hlavně uhličitany CaCO3, MgCO3, ve vzduchu CO2 o org. sloučeniny - uhlí: antracit 90% C, černé uhlí 80% C, hnědé 70%, lignit 60%, rašelina 50%, ropa, zemní plyn o těla rostlin a živočichů ⇒ biogenní prvek Vlastnosti: 2 modifikace - obrázky struktury v učebnici 1. diamant – krychlová soustava – tvrdý (10. stupeň tvrdosti) - pevné kovalentní vazby mezi uhlíky, vysoká teplota tání, vysoký lesk (diamantový) - vybroušené diamanty 2. tuha = grafit – šesterečná soustava – vrstevnatá struktura ⇒ dobře se štípe a otírá, dobře vede el. proud a teplo, – měkká Reaktivita uhlíku malá, s jinými prvky reaguje jen za vyš. teplot
oxidace uhlíku (koksu) za vysoké teploty se využívá v průmyslu k přímé redukci kovů z jejich oxidů:
princip výroby železa Použití diamant o klenotnictví o broušení, řezání, vrtání tvrdých materiálů - k tomu hlavně diamantový prášek tzv. bort tuha: o tužky o elektrody o mazadlo ložisek, tavící kelímky o moderátor v jaderných reaktorech aktivní uhlí:
1
uhlík s velkým povrchem ⇒ používá se k adsorpci plynných látek - filtry ochranných masek (kromě CO) o v lékařství jako živočišné uhlí při poruchách TS fullereny o třetí modifikace o připravena uměle odpařováním grafitové elektrody v elektrickém oblouku v heliové atmosféře o je tvořena molekulami o různém počtu uhlíků např. C60 , C70 , C80, C84, C90, C94 o molekuly fulerenů mají tvar mnohostěnů o první získaná molekula byla C60 a svým tvarem připomíná fotbalový míč ⇒ fotbaleny - struktura viz. učebnice o
Sloučeniny a) bezkyslíkaté uhlovodíky a jejich deriváty - organická chemie karbidy o C+ kovy , B, Si, - tj. prvky o nižší hodnotě elektronegativity; CaC2, SiC halogenidy - CX4 o CCl4 - tetrachlormetan, chlorid uhličitý – nepolární rozpouštědlo org. Látek – náplň hasicích přístrojů - jejich použití jen venku nebo v dobře větraných prostorách, protože při tepelném rozkladu vzniká fosgen = oxid dichlorid uhličitý:
sirouhlík – CS2 - nepolární rozpouštědlo kyanovodík HCN - kapalina, prudký jed, ve vodě se rozpouští za vzniku slabé kyseliny kyanovodíkové:
kyanidy - soli kys. kyanovodíkové, všechny prudce jedovaté, KCN = cyankali b) kyslíkaté oxidy: o CO vzniká při spalování C za nedostatečného přístupu vzduchu podstata - redukce nejdříve vzniklého CO2 uhlíkem:
závislost na teplotě: t = 400°C → CO2; CO reaguje s kyslíkem
t = 1000°C → CO
CO je značně reaktivní, má redukční účinky - ty se při zvýšené teplotě využívají při výrobě železa
CO je složkou průmyslových topných plynů - generátorový, vodní součást výfukových plynů 2
velmi jedovatý - váže se na krevní barvivo hemoglobin pevněji než kyslík a zabraňuje tak přenosu kyslíku v organismu je bez zápachu o
CO2 vzniká při dokonalém spalování C:
–
těžší než vzduch za normální teploty stálý oxid méně reaktivní než CO, má jen slabé ox. Účinky bez barvy, bez zápachu málo rozpustný ve vodě - větší rozpustnost při zvýšeném tlaku (výroba sycených nápojů) není jedovatý, ale je nedýchatelný používá se k hašení - náplň sněhových hasících přístrojů pevný CO2 = suchý led Výroba žádný speciální způsob, získává se jako vedlejší produkt při různých procesech např. pálení vápna, výroba kovů apod
H2CO3 - jen málo molekul CO2 reaguje s vodou za vzniku H2CO3 - hlavní část roztoku CO2 ve vodě tvoří hydratované molekuly CO2 ⋅ n H2O - kyselina uhličitá je velmi slabá, zahříváním se rozkládá tvoří dvě řady solí o uhličitany o hydrogenuhličitany rozpustnost: hydrogenuhličitany všechny uhličitany pouze od s1 prvků s výjimkou litného, ostatní uhličitany jsou téměř nerozpustné. Tepelným rozkladem pevných hydrogenuhličitanů alkalických kovů vznikají uhličitany: -
Uhličitany se rozkládají zahříváním a působením kyselin:
Vzájemná přeměna uhličitanu a hydrogenuhličitanu vápenatého vysvětluje podstatu krasových jevů a také přechodnou tvrdost vody:
Zástupci solí: Na2CO3 = soda - na výrobu většiny sodných solí, na výrobu NaOH, na výrobu skla NaHCO3 = jedlá soda - potravinářství - prášek do pečiva, šumivé nápoje, lékařství - pálení žáhy K2CO3 = potaš - výroba skla, mýdla CaCO3 - základní surovina na výrobu páleného vápna, MgCO3 - stavební hmota, žáruvzdorný materiál (NH4)2CO3 - kypřící prášek FeCO3 = ocelek = siderit - výroba Fe CaCO3 ⋅ MgCO3 = dolomit - mletý jako hnojivo 3
Křemík - elementární Si je tmavá , křehká, uměle připravená látka - rozdíl mezi C a Si - vazby Si-Si jsou slabší než C-C ⇒ netvoří tak dlouhé řetězce - Si může být i více než 4 vazný → d orbitaly Výskyt - ve sloučeninách, SiO2, křemičitany, hlinitokřemičitany Výroba -
Použití - do slitin → antioxidační působení (ferrosilicium) - zvyšuje odolnost slitin vůči kyselinám - velmi čistý jako polovodič Sloučeniny bezkyslíkaté: silany - sloučeniny s vodíkem - SiH4, Si2H6, vazba Si-Si je velmi slabá ⇒ neexistují řetězce s velkým počtem atomů Si, silany oproti uhlovodíkům jsou málo stabilní silicidy - Si + kovy o nižší elektronegativitě halogenidy - SiX4 , SiF4 - při jeho rozkladu vodou nebo v přítomnosti HF vzniká ve vodném roztoku silná kyselina hexafluorokřemičitá
Kyslíkaté sloučeniny - vazba Si-O je velmi pevná, základní strukturní jednotkou těchto sloučenin jsou křemíkokyslíkové čtyřstěny
SiO2 = křemen - pevná, těžce tavitelná látka - má polymerní strukturu - 3 modifikace - liší se vzájemným uspořádáním tetraedrů v prostoru:
SiO2 je málo reaktivní, nejstálejší sloučenina Si, stálý vůči vodě i kyselinám s výjimkou HF:
4
reaguje i s NaOH → tzv. koroze skla: v přírodě se nachází hlavně jako křemen - různé odrůdy: - křišťál - čirý, bezbarvý křemen - ametyst - fialová odrůda - záhněda – hnědý - citrín – žlutý - růženín – růžový - morion - černý Použití – rozsáhlé - jako písek na přípravu malty, cementu, betonu - na výrobu skla, porcelánu o křemenné sklo - roztavením a prudkým ochlazením SiO2. Je odolné proti prudkým změnám teploty. H4SiO4 - je známa jen ve vodném roztoku - z něho se postupně vylučuje polymerní sol (roztok, který obsahuje rozptýlené pevné částice o velikosti 10-7 - 10-9 m) - dalším stáním, zahřátím nebo okyselením roztoku vzniká rosolovitý gel (polotuhá látka s nepravidelnou vnitřní strukturou) - vysušením gelu → silikagel - velmi dobré adsorpční vlastnosti ⇒ vysoušedlo křemičitany - ve vodě rozpustné - vznikají tavením SiO2 s uhličitany alkalických kovů nebo hydroxidy:
Zástupci křemičitanů: Na2SiO3 - výroba porcelánu K2SiO3 - spolu s předchozím křemičitanem sodným je podstatou vodního skla - konzervace vajec, impregnace tkanin, dřeva hlinitokřemičitany - nahrazením některých atomů Si ve struktuře křemičitanů hliníkem - nejznámější hlinitokřemičitany jsou živce a zeolity - zvětráváním živců → kaolinit = hlinitokřemičitan vápenatý - hlavní složka cementů - zeolity - mají schopnost vázat a uvolňovat kationty ⇒ iontoměniče - vážou Ca2+ a uvolňují Na+ Sklo a sklářský průmysl – sklářský kmen: křemenný písek = SiO2, alkalické uhličitany - vápenec, uhličitan sodný nebo síran sodný – levnější – sklářský kmen se taví – vzniklá amorfní tavenina ztuhne → sklo:
– –
lze přidat uhličitan draselný, ox. boritý, ox. bismutitý, hlinitý, olovnatý - dá se brousit podle chemického složení má vzniklá sklovina charakteristické vlastnosti, které určují její použití. o obyčejné sklo - tabulové, lahvové: Na2O⋅CaO⋅6SiO2 5
o o o o o o
draselné sklo - místo sody se použije potaš, tepelná odolnost křemičité sklo - velká tepelná odolnost chemické sklo - příměs ox. boritého olovnaté sklo - optické přístroje, čočky, olovnatý křišťál - na broušení barevná skla - přidáním malých množství oxidů d prvků: CoO - modrá, CuO, Cr2O3 - zelená český křišťál - sklo sodnodraselné
Germánium, cín, olovo Ge – výskyt: stopová množství v řadě nerostů vlastnosti: pevná látka, polokov, krystalizuje v krychlové soustavě, málo reaktivní, za normální teploty neoxiduje, odolává vodě použití: polovodič sloučeniny:GeO2 – vzniká hořením při zahřátí do červeného žáru GeH4 – monogerman – plyn Sn – výskyt: jen ve sloučeninách – cínovec = kassiterit SnO2 vlastnosti:3 krystalové modifikace v závislosti na teplotě
bílý cín: měkký, stříbrolesklý, kujný a tažný – dráty, fólie – staniol, na vzduchu vzniká vrstvička SnO2 – chrání před další oxidací, odolnost proti H2O, vzduchu, zředěným roztokům K i Z šedý cín: šedý prášek, vzniká při dlouhodobém skladování při t<13,2°C → cínový mor – historické nádobí výroba: redukcí SnO2 žhnoucím uhlím (koksem): povrchová úprava méně odolných kovů, výroba bílého plechu → konzervy, do slitin – bronzy (Cu, Sn), ložiskové kovy (Sn, Sb, Cu, Pb aj.), klempířské pájky (Sn, Pb), liteřina (Sn, Sb, Pb) sloučeniny:SnO2 – výroba smaltů Sn + O2 t→ SnO2 SnS2 – mozaikové zlato – na pozlacování – štuky, rámy na obrazy,.. použití:
. Pb – výskyt: ruda galenit: PbS vlastnosti:šedý, měkký, dobře tvarovatelný, ale malá pevnost, reaktivnější než Sn, na vzduchu vzniká vrstvička PbO – ochrana před oxidací, není odolný vůči kyselinám výroba:
sloučeniny:suřík: Pb3O4 (Pb2PbO4) – na výrobu nátěrových hmot (ochrana proti korozi – základová barva) Pb(OH)2⋅2PbCO3 – olověná = olovnatá běloba, jedovatá PbO – klejt, výroba olovnatého skla PbCrO4 – chromová žluť – na výrobu barviv
6
