VLASTNOSTI POLOKOVŮ A NEKOVŮ

VLASTNOSTI POLOKOVŮ A NEKOVŮ Autor: Mgr. Stanislava Bubíková

Datum (období) tvorby: 25. 10. 2012

Ročník: osmý

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Částicové složení látek a chemické prvky

1 Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Anotace: Žáci se seznámí dělením prvků na kovy, polokovy a nekovy. V rámci tohoto modulu žáci rozdělí nekovy podle skupenství a podle jejich zařazení do skupin PSP. Popíší vlastnosti nekovů a polokovů, vyjmenují nejznámější z nich a přiřadí k nim jejich použití.


Vlastnosti • polokovy • nekovy • plyny, kapaliny, pevné látky • pevné látky • v PSP umístěny vpravo nahoře • v PSP tvoří předěl mezi kovy a nekovy (úhlopříčka) – Výjimkou je vodík • vysoká elektronegativita • tvoří amfoterní oxidy • tvoří iontovou vazbu • malá vodivost – s elektropozitivními prvky – a kovalentní vazbu s ostatními prvky

• tvoří kyselinotvorné oxidy • izolanty

– polovodiče (B, Si, Ge)

• křehké, nejsou kujné • výroba polovodičů

– špatně vedou elektrický proud a teplo

Obr. č. 1: Polovodiče [2] dostupné z: http://commons.wikim edia.org/wiki/File:Semic onductor-1.jpg


Umístění v PSP polokovy – B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, At nekovy – H, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, O, S, N, P, C

34 Se

Obr. č. 2: Dělení PSP [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.png

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

4

Nekovy • rozdělení podle skupenství: • plyny – H, O, N, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

• kapalina – Br

• rozdělení podle skupin PSP: • prvky 1., 14., 15. a 16. skupiny –

• pevné látky

H, C, N, P, O, S

• halogeny (17. skupina)

– C, P, S, I

– F, Cl, Br, I

Obr. č. 3: Brom [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/ wiki/File:Brom_amp.jpg

• vzácné plyny (18. skupina) – , He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

Obr. č. 4: Vzácné plyny [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glowing_noble_gases.jpg


5

Uhlík • přírodní modifikace: – grafit (tuha) • šedý, měkký (tvrdost 1-2) • struktura: vrstvy šestiúhelníků (šesterečná soustava) • vede elektrický proud • vysoká teplotní odolnost (tv = 4 027 °C) • použití: těsnění, mazání, tužky, elektrody

Obr. č. 5: Grafit [6] dostupné z: http://common s.wikimedia.org /wiki/File:Grap hit_gitter.png

– diamant • • • • •

bezbarvý, nejtvrdší přírodní látka (tvrdost 10) struktura: krychlová soustava nevede elektrický proud výborná tepelná vodivost použití: řezání, vrtání, šperky

Obr. č. 6: Diamant [7] dostupné z: http://commons.wikim edia.org/wiki/File:Diam ond_CubicF_lattice_animation.gif


Syntetický uhlík – grafen • objev v roce 2004 (Nobelova cena 2010) • struktura: jedna nebo několik vrstev šestiúhelníků • vede elektrický proud a teplo • propustný pro světlo, velmi pevný

Obr. č. 7: Grafen [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org /wiki/File:Graphen.jpg

– použití: nanotechnologie, výroba elektroniky, fotovoltaických panelů

– fulleren • sférický tvar z vrstvy grafenu – šestiúhelníky (s vloženými pětiúhelníky) • mimořádně odolný, tvrdší než diamant • struktura: nejčastěji obsahuje 60 atomů

Obr. č. 8: Fulleren [9] dostupné z: http://commons.wikimedi a.org/wiki/File:Buckminst erfullerene_animated.gif

– uhlíkové nanotrubice • z vrstvy grafenu (průměr 1 – 100 nm; délka 100 μm) • použití: nanotechnologie (možná zdravotní rizika)

– amorfní uhlík – aktivní uhlí • lékařství, náplně filtrů Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 9: Nanotrubice [10] dostupné z: http://commons.wikimedi a.org/wiki/File:Types_of_ Carbon_Nanotubes.png

7

Dusík • tvoří 78 % atmosféry, biogenní prvek – bezbarvý netoxický inertní plyn

• výroba: rektifikací kapalného vzduchu • použití: – výroba amoniaku, kyseliny dusičné, hnojiv, výbušnin – plynný dusík - inertní atmosféra, plnění obalů – kapalný dusík – kryogenní procesy, chlazení polovodičů, nekrotizace bradavic

Obr. č. 11: Dusík [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/w iki/File:Nitrogen-glow.jpg

Obr. č. 10: Dusík [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg

Obr. č. 12: Bradavice [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/ File:Toe_plantar_wart_0147.JPG


8

Fosfor • pevná látka, biogenní prvek – tři modifikace (bílý, červený a černý fosfor) – bílý fosfor • tvořen tetraedry P4 • jedovatý, měkký, na vzduchu samozápalný, světélkuje, uchovává se pod vodou • použití - pyrotechnika, zápalná munice, jed na krysy, chemická zbraň

– červený fosfor • polymer, na vzduchu stálý, zvýšením teploty přechází na bílý fosfor, méně reaktivní • použití - výroba zápalek a roznětek

– černý fosfor • polymer tvořený vrstvami, nejméně reaktivní, kovové vlastnosti – vede elektrický proud • použití - výroba polovodičů typu N

Obr. č. 13: Modifikace fosforu [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhosphComby_2.jpg


Síra • žlutá pevná látka, biogenní prvek • vznik: – sopečnou činností – sedimentací síry vzniklé činností sirných bakterií

• naleziště: Sicílie, Japonsko, Polsko • použití: – spalování síry – dezinfekce (sudy, včelí rámky) – vulkanizace kaučuku – výroba H2SO4 – výroba zápalek, mastí

Obr. č. 14: Síra na svahu sopky, Itálie [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fumarolesvulcano.JPG

Obr. č. 15: Ruční těžba síry, Jáva [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawah_Ijen,_carryi ng_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg


10

Allotropické modifikace • kosočtverečná síra (do 95 °C) – nejstabilnější modifikace – tvoří ji molekuly S8

• jednoklonná síra (95 - 119 °C) – nestálá, tvoří ji molekuly S8

• kapalná síra (nad 119 °C) – hustá viskózní kapalina

• plastická síra – vzniká ochlazením kapalné síry – hnědá barva – tvoří ji dlouhé řetězce atomů

• sirný květ – vzniká sublimací sirných par Obr. č. 16: Hořící síra (ve dne / v noci) [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Burning-sulfur.png


11

Halogeny • jedovaté barevné prvky – – – –

Obr. č. 17: Plynný chlor [18] dostupné z: http://commons.wikimedi a.org/wiki/File:Chlor.jpg

fluor – nažloutlý plyn chlor – žlutozelený plyn brom – hnědočervená kapalina jód – fialovočerná krystalická látka

• v přírodě se vyskytují pouze v halogenidech - oxidační číslo (-I) • výroba: elektrolýza sloučenin • použití:

Obr. č. 18: Sublimace kapalného bromu [19] dostupné z: http://commons.wiki media.org/wiki/File:Br omine_sphere.jpg

– chlor – dezinfekce pitné vody, bělení surovin v papírenském průmyslu – jód – dezinfekce okolí ran (lihový roztok jodu – jodová tinktura)

Obr. č. 19: Krystaly jódu [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Iodine_crystals_grown_from_the_gas_p hase_of_iodine.jpg


Vzácné plyny • tvoří necelé 1 % atmosféry – bezbarvé netoxické inertní plyny, vedou elektrický proud – radon je radioaktivní

• výroba: – rektifikací kapalného vzduchu

• použití: – inertní atmosféra (Ar, Kr) – plnění balonů (He), plnění žárovek a reklamních trubic (Ar, Kr, Xe, Ne) – Rn: lokální ozařování (léčba) a balneoterapie (lázně Jáchymov) Obr. č. 20: Vzducholoď [21] dostupné z: http://commons.wikime dia.org/wiki/File:Zeppeli n_NT_im_Flug.jpg

Obr. č. 21: Použití vzácných plynů [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_1.jpg


13

Polokovy • B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, At • vlastnosti: – – – –

křehké, kujné malá elektrická vodivost tvoří amfoterní oxidy používají se jako polovodiče

Obr. č. 23: Krystal germania [24] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/w iki/File:Polycrystallinegermanium.jpg

Obr. č. 22: Polovodičové součástky [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductors_dspositives.png


14

Bor • výskyt ve sloučeninách – borax (tinkal)

• • • •

naleziště: USA, Peru, Tibet, Turecko důležitý biogenní prvek rostlin (klíčení) oxidační číslo: +III (-itý) použití: – – – –

výroba skla (tepelná odolnost) glazury v keramice řídící tyče v jaderných reaktorech sloučeniny barví plamen zeleně (pyrotechnika)

Obr. č. 25: Sloučeniny boru barví plamen[26] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boratflamme.jpg

Obr. č. 24: Krystaly boraxu [25] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax1__Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg


15

Sloučeniny boru • borany – sloučeniny boru s vodíkem – nejznámější: diboran B2H6 • bezbarvý plyn • se vzduchem tvoří výbušnou směs • použití: raketové palivo, katalyzátor polymerací

Obr. č. 26: Struktura diboranu [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DiboraneSchema.png

• kyselina trihydrogenboritá H3BO3 – pevná bílá látka, slabá jednosytná kyselina – použití: ošetření očí: 2 – 3 % kyselina (borová voda), odpuzuje hmyz (součást insekticidů)

• borax Na2[B4O5(OH)4]·8H2O – pevná bílá látka, jednoklonné krystaly – použití: metalurgie (ochrana proti oxidaci), výroba skla, konzervant v potravinářství, hnojivo

Obr. č. 27: Borax [28] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax2__Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_Califor nia,_USA.jpg


16

Křemík • výskyt ve sloučeninách – až 28 % zemské kůry • horniny: pískovec, jíl, žula • minerál: křemen

– biogenní prvek

Obr. č. 28: Monokrystal křemíku [29] dostupné z: http://commons.wikimedia. org/wiki/File:Monokristaline s_Silizium_f%C3%BCr_die_ Waferherstellung.jpg

• živočichové: kosti a zuby • rostliny: přesličky, kopřivy, schránky rozsivek

• oxidační číslo: +IV (-ičitý) SiO2 + C → Si + CO2 • výroba: • 1. redukce taveniny SiO2 , vzniklý 99,9 % křemík se taví zonálním tavením na čistotu 99,99999 % (pro výrobu polovodičů) • 2. z těkavých sloučenin (SiCl4) při vysoké teplotě (1 100 °C) • křemíková tavenina se vylučuje na zárodečném krystalu křemíku • vzniklý ingot (monokrystal) má průměr 40 cm a délku 2 m; řeže se na tenké vrstvy (0,5 mm) – výroba počítačových procesorů

• použití: – výroba polovodičů; sloučeniny - sklo, porcelán, cement Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

17

Sloučeniny křemíku • silany (obdoba uhlovodíků) – sloučeniny křemíku s vodíkem – nejznámější: silan SiH4 • bezbarvý plyn • na vzduchu samovznícení • použití: výroba slunečních kolektorů, polovodičů

Obr. č. 29: Struktura silanu [30] dostupné z: http://commons. wikimedia.org/wik i/File:SiH4.jpg

• oxid křemičitý (křemen) SiO2 – inertní pevná látka (reaguje pouze s HF a hydroxidy), součást hornin (žula, pískovec) – polodrahokamové odrůdy (např. křišťál) – použití: stavebnictví, výroba skla a optických kabelů, sušení (silikagel)

Obr. č. 30: Ametyst [31] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File: GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg

• křemičitany (silikáty) – vodní sklo Na2SiO3 – uchovávání vajec, lepidlo, s ethanolem tvoří silikony – součásti hornin: olivín, granát, zirkon, beryl (smaragd, akvamarín), kaolinit, mastek, slída, živec Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 31: Silikagel (sušidlo v botách) [32] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File: Silicagel1.JPG 18

Polovodiče • pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách – nejčastěji: Si, Ge, Se • polovodič typu P • křemík je dotován prvkem s třemi valenčními elektrony • B, Al, Ga, In (13. skupina) •

obsahuje díry

Obr. č. 32: Polovodič typu P [33] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_type_semiconductor.png

• polovodič typu N • křemík je dotován prvkem s pěti valenčními elektrony • P, As, Sb (15. skupina) •

obsahuje volný elektron

Obr. č. 33: Polovodič typu N [34] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N_type_semiconductor.png


Zdroje 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. 21. 22. 23. 24. 25. 26. 27. 28. 29. 30. 31. 32. 33. 34.

BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. 3. vyd. Praha: Fortuna, 2000, 143 s. ISBN 80716-8720-0 . Semiconductor-1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.pngSemiconductor-1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg Brom_amp.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brom_amp.jpg Glowing_noble_gases.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SGlowing_noble_gases.jpg Graphit_gitter.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphit_gitter.png Diamond_Cubic-F_lattice_animation.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamond_CubicF_lattice_animation.gif Graphen.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphen.jpg Buckminsterfullerene_animated.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Buckminsterfullerene_animated.gif Types_of_Carbon_Nanotubes.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Types_of_Carbon_Nanotubes.png Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg Nitrogen-glow.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitrogen-glow.jpg Toe_plantar_wart_0147.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Toe_plantar_wart_0147.JPG PhosphComby_2.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhosphComby_2.jpg Fumaroles-vulcano.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fumaroles-vulcano.JPG Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg Burning-sulfur.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Burning-sulfur.png Chlor.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlor.jpg Bromine_sphere.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bromine_sphere.jpg Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg Zeppelin_NT_im_Flug.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin_NT_im_Flug.jpg Edelgase_1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_1.jpg Semiconductors_dspositives.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductors_dspositives.png Polycrystalline-germanium.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polycrystalline-germanium.jpg Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg Boratflamme.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boratflamme.jpg DiboraneSchema.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DiboraneSchema.png Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg SiH4.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiH4.jpg GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg Silicagel1.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicagel1.JPG P_type_semiconductor.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_type_semiconductor.png N_type_semiconductor.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N_type_semiconductor.png 20


VLASTNOSTI POLOKOVŮ A NEKOVŮ

Recommend Documents