P2 prvky

• elektronová konfigurace poslední (valenční) vrstvy: ns2np2 (n je 2 – 6)

prvky s valenčními elektrony v orbitalech s & p

• orbital s je valenčními elektrony zaplněn zcela
• orbital p je zaplněn pouze 2 valenčními elektrony (odtud název)

î 4 valenční elektrony î prvky ležící v IV. A (15.) skupině PSP O patří mezi nepřechodné prvky

G uhlík … C O nekov

G

pevné látky

křemík … Si Õ polokov

G germanium … Ge O polokov

G cín … Sn O kov

G olovo … Pb O kov

• do stabilnější konfigurace = konfigurace nejbližšího vzácného plynu jim

1. chybí 4 elektrony

• tím, že je získají*, dosáhnou konfigurace nejbližšího vyššího vzácného plynu O zaujmou podobu aniontů î záporné oxidační číslo – méně běžné (viz karbidy)
• podmínka: reakce s prvkem o nižší elektronegativitě, než má sám p2-prvek

1. přebývají 4 elektrony

• tím, že je odevzdají = poskytnou vazebnému partnerovi*, dosáhnou konfigurace nejbližšího nižšího vzácného plynu O zaujmou podobu kationtů î kladné oxidační číslo – ve většině případů
• mohou poskytnout všechny nebo jenom část (zpravidla 2) valenčních elektronů
• podmínka: reakce s prvkem o vyšší elektronegativitě, než má sám p2-prvek

• chybějící / nadbytečné elektrony získají / odevzdají = poskytnou vazebnému partnerovy:

1. v kovalentních sloučeninách, které převažují, vznikem různých kombinací kovalentních vazeb
2. v iontových sloučeninách

• např. chlorid cínatý …SnCl2

1. OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

2. VÝSKYT v přírodě

· UHLÍK .

1. volný (nevázaný ve sloučeninách)

• v přírodě krystalizuje ve dvou modifikacích (další dvě modifikace přiletěli z vesmíru)

O grafit (tuha)

• vrstevnatá struktura O každý atom C se váže se třemi sousedními î vytvářejí vrstvu, 4. atom se volně pohybuje mezi nimi î měkký, vodivý
• dvě formy: ?-hexagonální

β-hexagonální

• vrstvy drží pohromadě díky slabým van der Waalsovým silám
• otírání grafitu umožňuje posouvání vrstev po sobě

O diamant

• kubická struktura O všechny 4 valenční elektrony vzájemně provázány kovalentními (nepolárními) vazbami o velké pevnosti (každý atom C se váže se čtyřmi sousedními; tvar osmistěnu) î nejtvrdší přírodnina
• lze připravit synteticky z grafitu (za vysoké teploty, tlaku, bez přítomnosti vzduchu)

• uměle připravené modifikace: fullereny
• název podle architekta Fullera
• velmi pravidelné izolované struktury (klastry) o 60, 70 a více molekulách uhlíku
• C60 = tvar kopacího míče – střídají se pentagony s gexagony
• C70 = tvar ragbyové šišky
• C82
• v aerobním prostředí nestálé î uchovávají se v toluenu
• rozpustné v benzenu, toluenu , sirouhlíku î v nepolárních rozpouštědlech
• dovnitř lze uzavřít atomy/ionty/mo­lekuly O vznik fulleritů
• zevně lze napojit další struktury nebo nahradit atomy uhlíku jinými
• např. K3C60 O je supravodivý
• mají vliv na rakovinné buňky

2. vázaný ve sloučeninách

G anorganické sloučeniny O např.:

î uhličitany

• CaCO3 = kalcit, vápenec
• MgCO3 = magnezit
• CaCO3 . MgCO3 = dolomit

î oxidy uhlíku

G organické sloučeniny O C = základní stavební jednotka všech organických sloučenin

î uhlí, ropa, zemní plyn …

î bílkoviny … î biogenní prvek

· KŘEMÍK .

• v přírodě pouze v anorganických sloučeninách O např.:

î

tvoří 95% zemské kůry î Sn je 2. nejrozšířenější prvek zemské kůry (po kyslíku)

oxid křemičitý … SiO3 = křemen

î hlinitokřemičitany

î křemičitany

• většina sloučenin jsou oxosloučeniny, často obsahující hliník

• uměle připravené modifikace:

O hnědý prášek

O šedá krystalická látka

• struktura jako diamant, akorát vazby Si–Si jsou méně pevné î křehčí

· CÍN .

• v přírodě pouze v anorganických sloučeninách O např.:

î oxid cíničitý … SnO2 = cínovec, kasiterit

–

13,2 °C

161 °C

k výrobě smaltů

• uměle připravené modifikace:

O bílý cín – měkký, stříbrolesklý kov

O šedý cín – v podobě prášku

· OLOVO .

• v přírodě pouze v anorganických sloučeninách O např.:

î sulfid olovnatý … PbS = galenit

3. Textové pole: Obecně lze říct: Čím nižší oxidační číslo p2-prvku ve sloučenině, tím stálejší sloučenina; !!! pro cín je tomu naopakVLASTNOSTI

• s rostoucím Z (směrem ˇ):
• klesá stálost sloučenin obsahujících p2-prvky o oxidačním čísle IV

reaktivita

• roste stálost sloučenin obsahujících p2-prvky o oxidačním čísle II

kovový charakter

UHLÍK .

• málo reaktivní, s jinými prvky reaguje až za vyšších teplot

O reakce uhlíku (koks) za vysoké teploty s oxidy kovů î přímá redukce kovů z těchto oxidů O např. výroba železa ve vysoké peci

3C + Fe2O3 › 3CO + 2Fe

• existuje ve více modifikacích O viz výskyt
• jako jediný ze všech prvků PSP se dokáže spojovat do rozmanitých řetězců
• každé dva uhlíky se můžou spojit jednoduchou, dvojnou nebo trojnou kovalentní nepolární vazbou do lineárních, větvených nebo cyklických řetězců; na takovéto řetězce lze navíc napojit další struktury nebo nahradit atomy uhlíku jinými î příčina tak velkého množství organických sloučenin
• technické formy (koks, uhlí, saze) O k reakcím
• nejvyšší teplota tání, index lomu, tvrdost (diamantová forma)
• nerozpustný ve vodě; vysoce hořlavý, tepelně vodivý
• 2 izotopy:
• radioaktivní s dlouhým poločasem rozpadu î k určování stáří kostí, …

KŘEMÍK .

• existuje dvou modifikacích O viz výskyt
• polovodič O jeho vodivost stoupá s teplotou
• velmi málo reaktivní, s jinými prvky reaguje až za velmi vysokých teplot

CÍN .

• existuje ve dvou modifikacích O viz výskyt
• bílý cín:
• stříbrolesklý měkký kov î ohebný
• tažný a kujný î lze válcovat do tenké folie = staniol
• odolný vůči vodě, vzduchu, zředěným kyselinám & hydroxidům O uplatnění při pocínování železných plechů (nepodléhají poté korozi)
• sloučeniny cíničité (SnIV) jsou stálejší než cínaté (SnII)

OLOVO .

• šedomodrý lesklý kujný kov o velké hustotě
• poměrně měkký, málo pevný î lze vyválcovat na plechy
• reaktivnější než cín; pokrývá ho tmavá vrstvička jeho oxidů
• sloučeniny olovnaté (SnII) jsou stálejší než olovičité (SnIV)

4. PŘÍPRAVA & VÝROBA

UHLÍK .

• průmyslově se vyrábí jen minimálně, protože ložiska jeho relativně čisté podoby jsou volně dostupné v přírodě î maximálně se očisťuje od příměsí

5. SLOUČENINY

UHLÍK .

BEZKYSLÍKATÉ SLOUČENINY UHLÍKU

–

G

oxidační číslo uhlíku ve většině bezkyslíkatých sloučeninách: –IV

• karbidy (acetylidy)O původ v acetylenu (HC?CH) î vyčíslování podle pravidel pro vyčíslování organických sloučenin

· karbidy

• vznik: reakce s prvky o nižší elektronegativitě, než má sám uhlík O tzn. kovy, B, Si, …
• např. karbid vápenatý … CaC2 = acetylid vápenatý

karbid křemičitý … SiC Õ viz níže

· sirouhlík … CS2

–

t

vznik: přímá syntéza z prvků za vysoké teploty

C + 2S CS2

• jedovatá, snadno zápalná kapalina
• nepolární rozpouštědlo

· halogenidy uhlíku … CX4 (X = halogen)

• vznik: halogenace oxidů uhlíku, methanu …
• např. chlorid uhličitý (tetrachlormethan) … CCl4
• jedovatá kapalina
• nepolární rozpouštědlo

· kyanidy … XCN

• soli kyseliny kynovodíkové … HCN
• prudce jedovaté
• např. kyanid draselný … KCN
• kyanidový aniont … CN–
• účastí se komplexotvorných reakcí (donor = C) î vznik komplexních kyanidů
• např. hexykyanoželeznatan draselný … K4[Fe(CN)6] = tzv. žlutá krevní sůl

KYSLÍKATÉ SLOUČENINY UHLÍKU

• oxidační číslo uhlíku ve oxosloučeninách: II, IV

· oxid uhelnatý … CO

• vznik: nedokonalé spalování uhlíku / látek obsahujících uhlík (tzn. při nedostatku vzduchu nebo za vysokých teplot)
• zprvu vznikající CO2 se uhlíkem redukuje

C(s) + O2(g) › CO2(g) … + DH

CO2(g) + C(s) › 2CO(g) … + DH

• značně reaktivní plyn
• silné redukční účinky î schopnost odnímat oxidům kyslík O využití: např. nepřímá redukce železa z jeho oxidu

Fe2O3 + 3CO › 2Fe + 3CO2

• složka průmyslově důležitých plynů O generátorový plyn, vodní plyn
• jedovatý; bez zápachu
• má schopnost vázat se na hemoglobin, a to silněji než kyslík O zabraňuje přenosu O2 î udušení
• součást výfukových plynů

· oxid uhličitý … CO2

• přepravuje se v lahvích s černým pruhem
• vznik: dokonalé spalování uhlíku / látek obsahujících uhlík

pří dýchání, kvašení, tlení

konečný produkt spalování každé organické látky

• plyn bez barvy, bez zápachu; nehořlavý
• není jedovatý, ale je nedýchatelný
• těžší než vzduch î klesá k zemi › do hasících přístrojů (hasí a ochlazuje)
• za běžné teploty poměrně stálý î málo reaktivní
• silným ochlazením sublimuje î vznik pevného CO2 = suchý led
• reakce s vodou › umělý var î dýmotvorné efekty
• směs suchého ledu a acetonu/methanolu O chladící směs

900 °C – 1000 °C

výroba: tepelný rozklad uhličitanů

CaCO3 CaO + CO2 … + DH

pálené vápno

reakce uhličitanů se silnými kyselinami

CaCO3 + 2HCl › CaCl2 + CO2 + H2O

• nepatrně rozpustný ve vodě î vznik kyseliny uhličité … H2CO3 (přesněji – hydratovaný oxid uhličitý … CO2 . nH2O)
• velmi slabá kyselina
• zahříváním se rozkládá zpět na CO2 a vodu

CO2 + H2O H2CO3

podstata sifonu

• odvozují se od ní dvě řady solí:

· hydrogenuhličitany … XHCO3

• rozpustné ve vodě

G Hydrogenuhličitan sodný … NaHCO3 = jedlá soda

• použití: při zvýšené kyselosti žaludečních šťáv, součást kypřících prášků, šumák …

G Hydrogenuhličitan vápenatý … Ca(HCO3)2

• jeho vápenaté kationty způsobují přechodnou tvrdost vody (protože je ve vodě rozpuštěný)

var

odstraňuje se povařením

Ca(HCO3)2 CaCO3 + H2O + CO2

kotelní (vodní) kámen

• odstranění vodního kamene:

CaCO3 + CH3COOH ® (CH3COO)2Ca + H2O + CO2

kyselina octová octan vápenatý

(rozpustný ve vodě)

· uhličitany … X2CO3

• vesměs nerozpustné ve vodě kromě Na2CO3, K2CO3 a (NH4)2CO3
• všechny se rozkládají: teplem

působením silnějších kyselin než je H2CO3

G Uhličitan sodný … Na2CO3 = kalcinová soda

• výroba: Solvayův způsob

j NaCl + H2O + NH3 + CO2 ® NaHCO3 + NH4Cl

roztok chloridu sodného za chladu hydrogenuhličitan

nasycený amoniakem sodný

150°C

k NaHCO3 Na2CO3 + CO2 + H2O

–

Pro uhličitan sodný & vápenatý platí:

• ve vodných roztocích reagují zásaditě (následkem hydrolýzy)

CO32– + H2O › HCO3– + OH–

• využití: výroba skla, pracích prostředků, …

z vodných roztoků krystalizuje jako dekahydrát uhličitanu vápenatého (Na2CO3 . 10 H2O) = krystalová soda Õ na vzduchu ztrácí krystalovou vodu (větrá)

• ve vodě málo rozpustný
• odstraňuje trvalou tvrdost vody (způsobenou vápenatými kationty síranu vápenatého, který je ve vodě rozpuštěn):

Ca2+ + SO42– + Na2CO3 ® ˇCaCO3 + Na2CO4

soda

G Uhličitan draselný … K2CO3 = potaš

G Uhličitan vápenatý … CaCO3

• krystalizuje ve třech modifikacích:

î kalcit

î aragonit

î vápenec O mramor (druh vápence, který lze leštit)

• křída = uhličitan vápenatý vzniklý ze schránek mořských živočichů
• ve vodě málo rozpustný
• důležitá chemická surovina î výroba páleného vápna = tepelný rozklad uhličitanu vápenatého v pecích (vápenky) O viz výše

• příčina KRASOVÝCH JEVŮ

CaCO3 + H2O + CO2 D Ca(HCO3)2

vápencové pohoří hydrogenuhličitan vápenatý (rozpustný)

slabá kyselina uhličitá

(dešťová voda + vzdušný oxid uhličitý)

• slabá kyselina uhličitá, tím jak prosakuje vápencem, vápenec přeměňuje na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý î ve vápenci „vyžírá“ dutiny (jeskyně)
• pokud se hydrogenuhličitan vápenatý dostane na strop už nějaké vytvořené dutiny, začne se díky změně tlaku zpátky přeměňovat na oxid uhličitý, vodu a uhličitan vápenatý
• uhličitan vápenatý zůstane na stropě jeskyně î vznik krápníků
• voda odkape na zem
• oxid uhličitý vyletí do ovzduší & usadí se na dně dutiny (protože je těžší než vzduch)

KŘEMÍK .

BEZKYSLÍKATÉ SLOUČENINY KŘEMÍKU

· silany … SinH2n + 2 (n je 1 – 4 a 6)

• sloučeniny křemíku s vodíkem
• uměle připravené
• nestálé, značně reaktivní

· křemičité halogenidy … SiX4 (X je halogen)

• těkavé
• např. fluorid křemičitý … SiF4
• vedlejší produkt při zpracování fluoroapatitů
• reaguje s vodou î vznik kyseliny hexafluorokřemičité … H2SiF6
• velmi silná kyselina
• existuje pouze jako vodný roztok
• odvozují se od ní soli: hexafluorokře­mičitany … X2SiF6

· silicidy

• sloučeniny křemíku s kovy

· karbid křemičitý … SiC = karborundum, karbid křemíku

• jako brusný materiál

KYSLÍKATÉ SLOUČENINY KŘEMÍKU

• oxidační číslo křemíku v oxosloučeninách: IV
• základní jednotkou jejich struktury – křemíko-kyslíkaté čtyřstěny (tetraedry) SiO4 s atomem křemíku uprostřed, které se pomocí kyslíkatých atomů spojují do různě složitých struktur; !!! samostatné molekuly SiO4 neexistují (dva atomy z každého tetraedru náleží dalšímu tetraedru)
• vazby Si–O velmi pevné î stabilní sloučeniny

· oxid křemičitý … SiO2

• pevná látka s polymerní strukturou
• velmi vysoká teplota tání (1705 °C)
• podle uspořádání tetraedrů rozlišujeme:

î křemen

• v přírodě se vyskytuje v několika odrůdách (barvu způsobují příměsi):

G ametyst O fialový

G záhněda O hnědý

G citrín O žlutý

G růženín O růžový

G

1470 °C

870 °C

křišťál Õ čirý

î tridymit

î cristobalit

• jedna z nejstálejších sloučenin vůbec
• odolná vůči vodě i kyselinám kromě HF
• tavení SiO2 s uhličitany/hy­droxidy alkalických kovů î vznik křemičitanů … X2SiO3

SiO2 + XCO3 › X2SiO3 + CO2

• Textové pole: křemičitanové nerosty: – forsterit – Mg2SiO4 – thortveitit – Sc2Si2O7 – wollastonit – Ca3Si3O9 – beryl – Al2Be3Si6O18 – azbest – [Mg3(OH)4(Si2O5)] – kaolinit – [Al2(OH)4(Si2­O5)]rozpustné ve vodě
• podle stupně propojení tetraedrů rozlišujeme:
• křemičitany s izolovanými tetraedry
• křemičitany s ostrůvkovou strukturou
• křemičitany s řetězovou strukturou
• křemičitany s trojrozměrnou strukturou
• hlinitokřemičitany
• vznikají náhradou některých atomů křemíku v křemičitanech atomy hliníku
• např. živce O Na[AlSi3O8] = albit (sodný živec)

Õ K[AlSi3O8] = ortoklas (draselný živec)

• zvětrávání živců vzniká kaolinit O obsažen v kaolínu = hlavní surovina k výrobě porcelánu

hlinitokřemičitan vápenatý Õ hlavní složka cementu

• využití:
• technické suroviny O křemenný písek (bílý) – na výrobu skla, porcelánu …

Õ křemenné sklo

• vzniká roztavením a rychlím ochlazením SiO2

· kyselina tetrahydrogen­křemičitá … H4SiO4

• existuje jen ve zředěných vodných roztocích
• postupně se z z nich vylučuje polymerní sol
• dalším stáním, zahřátím nebo okyselením roztoku se vylučuje rosolovitý gel
• vysušením tohoto gelu se získává pevný silikagel O váže na sebe velké množství vody a různé organické i anorganické látky î využití – sušidlo plynů, odstraňovač pachů

• čtyřsytná î čtyři řady solí:

· trihydrogenkře­mičitany … XH3SiO4

· dihydrogenkře­mičitany … X2H2SiO4

· hydrogenkřemičitany … X3HSiO4

· křemičitany … X4SiO4 = silikáty O viz výše

• vodní sklo:
• vodný roztok křemičitanů alkalických kovů
• výroba: tavení písku se sodou nebo potaší
• použití: konzervační, tmelící, impregnační prostředek

· polysiloxany … (R2SiO)n = silikony (R je např. alkyl)

• organokřemičité polymerní látky O ve formě olejů, past, kaučuků a pryskyřic
• chemicky a tepelně odolné, hydrofobní

OLOVO .

· tetraethylplumbium (tetraethylolovo) … Pb(C2H5)4

• organokovová sloučenina
• antidetonační přísada do benzínu
• jeho spalováním vznikají jedovaté olovnaté sloučeniny
• zvyšuje oktanové číslo benzínu

· oxid olovičitý … PbO2

• kladná elektroda v akumulátorech

· oxid olovnato-olovičitý … Pb3O4 = minium = suřík

• k výrobě antikorozních nátěrových směsí O základové barvy

6. VYUŽITÍ

· UHLÍK

• v podobě koksu/uhlí O palivo, výroba syntetického diamatu, grafitu
• v podobě diamantu O klenotnictví (vybroušený diamant = briliant)

Õ opracování tvrdých materiálů (řezání, vrtání, broušení …)

• v podobě grafitu O elektrody (grafitová anoda)

Õ tavící kelímky

Õ tužky

Õ mazadlo ložisek

Õ moderátor do jaderných reaktorů

• v podobě tzv. aktivního uhlí O k absorpci plynných látek î filtr ochranných masek

Õ lékařství î živočišné uhlí

• v podobě sazí O plnidlo při výrobě pneumatik a plastů

· KŘEMÍK

• hutnictví O výroba slitin
• chemické výroby O k výrobě silikonových polymerů
• elektrotechnika O výroba polovodičů a integrovaných ob­vodů
• křemík zde musí být velmi čistý (musí obsahovat méně než 10–7 % nečistot)
• do slunečních baterií

· CÍN

• výroba staniolu
• galvanické pocínování › plechovky, …
• výroba slitin: Cu + Sn = bronz

Sn + Pb = pájka (pájecí kov)

· OLOVO

• výroba akumulátorů a tetraethylolova
• nepropustné pro rentgenové a radioaktivní záření î ochranné štíty rentgenových přístrojů, v jaderné technice
• olůvko k rybaření J