P4 prvky - chalkogeny

• elektronová konfigurace poslední (valenční) vrstvy: ns2np4 (n je 2 – 6)

prvky s valenčními elektrony v orbitalech s & p

• orbital s je valenčními elektrony zaplněn zcela
• orbital p je zaplněn pouze 4 valenčními elektrony (odtud název)

î 6 valenčních elektronů î prvky ležící v VI. A (16.) skupině PSP O patří mezi nepřechodné prvky

G kyslík … O O viz Maturitní otázka č. 8

• od zbytku chalkogenů se podstatně liší svými vlastnostmi
• nekov; plynná látka

G síra … S O nekov

G

pevné látky

selen … Se Õ polokov

G tellur … Te O polokov

G polonium … Po ‘ O kov

• do nejstabilnější konfigurace = konfigurace nejbližšího vyššího vzácného plynu, jim chybí 2 elektrony O získají je:

1. v iontových sloučeninách redukcí na anionty s konfigurací tohoto vzácného plynu

• např. S: [10Ne] 3s2 3p4 + 2e– î Ar = S2–

2. v kovalentních sloučeninách vznikem dvou jednoduchých nebo jedné dvojné vazby

1. OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

2. VÝSKYT v přírodě

· SÍRA

1. volná (nevázaná ve sloučeninách) – atomární O sopečného původu, příměs v uhlí
2. vázaná ve sloučeninách

G anorganické sloučeniny O např.:

î sulfidy

• PbS = galenit
• ZnS = sfalerit
• FeS2 = pyrit = disulfid železnatý (disulfid železa)
• CuFeS2 = chalkopyrit

î sírany

• CaSO4 . 2H2O = sádrovec
• MgSO4 . 7H2O
• BaSO4 = baryt
• Na2SO4 . 10H2O = Glauberova sůl

î sulfan = sirovodík … H2S

î rumělka … HgS

G organické sloučeniny O např. v bílkovinách î biogenní prvek

· SELEN & TELLUR O velmi vzácné (jako příměsi)

• Ag2Te = hesit
• PbTe = altait

· POLONIUM O produkt radioaktivní přeměny uranu v uranových rudách (smolinec = uraninit)

3. VLASTNOSTI

• s rostoucím Z (směrem ˇ):
• klesá elektronegativita î reaktivita
• roste kovový charakter
• vysoké teploty tání, varu

SÍRA .

• žlutá, křehká krystalická látka
• nerozpustná ve vodě, ale dobře rozpustná v nepolárních rozpouštědlech (např. v sirouhlíku CS2)
• vyskytuje se v několika modifikacích:

O krystalové struktury

• základní jednotka – osmiatomová molekula (S8)
• podle uspořádání osmiatomových molekul v těchto strukturách rozlišujeme:

î kosočtverečná síra

î jednoklonná síra

O polymerní síra (Sn)

• vzniká zahřátím krystalových struktur síry nad 160 °C, kdy se osmiatomové molekuly štěpí a vznikají dlouhé polymerní řetězce kapalné síry
• při tání síra hnědne

O plastická síra (podchlazená polymerní síra)

• vzniká náhlým ochlazením kapalné síry
• časem přejde zpět do krystalové struktury

O sirný květ

• vzniká ochlazením par vroucí síry

• za běžné teploty poměrně stálá, při vyšších teplotách reaguje s mnoha kovy i nekovy

· reakce s kyslíkem = hoření síry î vznik oxidu siřičitého

S + O2 › SO2

· reakce s železem î vznik sulfidu železnatého

S + Fe › FeS

4. PŘÍPRAVA & VÝROBA

SÍRA .

• v chemickém průmyslu se získává z technických plynů, ropy a uhelných dehtů

5. SLOUČENINY HALOGENŮ

SÍRA .

sulfan … H2S = sirovodík

• oxidační číslo síry v sulfanu: –II
• prudce jedovatý plyn zápachem připomínající zkažená vejce
• přirozeně vzniká při rozkladu bílkovin
• pozn. stará vejce silně zapáchají sulfanem, protože se z nich sulfan uvolňuje při rozkladu jejich bílkovin

• příprava: rozklad sulfidu železnatého zředěnou kyselinou chlorovodíkovou v Kippově přístroji

FeS + 2HCl › FeCl2 + H2S

• silné redukční účinky
• vodný roztok sulfanu (sulfanem nasycená voda) = sulfanová (sirovodíková) voda
• slabá kyselina (kyselina sulfanová)
• používá se v analytické chemii jako činidlo (např. k důkazu kationtů kovů)
• odvozují se od ní soli:

· hydrogensulfidy … XHS

· sulfidy … X2S

• oxidační číslo síry ve většině sulfidů: –II
• !!! disulfid železnatý … FIIS2–I
• sulfidy kovů (s výjimkou s1-kovů):
• nerozpustné ve vodě î tvoří sraženiny
• charakteristicky zbarvené
• příprava: vysrážení z roztoků solí příslušných kovů pomocí sulfanu, sulfidu sodného nebo sulfidu amonného
• zahřívání sulfidů kovů na vzduchu î vznik odpovídajících oxidů/kovů O získávají se tak kovy z přírodních sulfidů

2ZnS + 3O2 › 2ZnO + 2SO2

Ag2S + O2 › 2Ag + SO2

KYSLÍKATÉ SLOUČENINY SÍRY

• oxidační číslo síry v oxosloučeninách síry: II, IV, VI

· Oxid siřičitý … SO2

• bezbarvý plyn, dráždí dýchací cesty
• silné redukční účinky
• dezinfekční účinky O síření sudů
• má bělící účinky
• těžší než vzduch; nepodporuje hoření
• vznik: při spalování síry (namodralý plamen), sulfanu

při oxidaci (pražení) kovových sulfidů

4FeS2 + 11O2 › 2Fe2O3 + 2SO2

• příprava: rozklad siřičitanu silnou kyselinou

Na2SO3 + H2SO4 › Na2SO4 + SO2 + H2O

• dobře rozpustný ve vodě î vznik kyseliny siřičité … H2SO3

SO2 + H2O › H2SO3

• příčina kyselých dešťů
• existuje pouze jako vodný roztok O samotné molekuly H2SO3 nebyly dosud prokázány
• odvozují se od ní soli: hydrogensiřičitany … XHSO3

siřičitany … X2SO3

disiřičitany … X2S2O5

• silně redukční účinky
• v roztoku se snadno oxidují na sírany
• využití: k bělení papíru/vlny

dezinfekční prostředek

·

katalyzátor

Oxid sírový … SO3

• vznik: 2SO2 + O2 2SO3 … katalytická oxidace

Fe2(SO4)3 › SO3 + Fe2O3

• plynný je monomerní … SO3
• pevný obsahuje trimerní cyklické molekuly … S3O9 ; (SO3)3

• rozpustný ve vodě î vznik kyseliny sírové … H2SO4

SO3 + H2O › H2SO4

• silná dvojsytná kyselina
• s vodou se mísí v libovolném poměru, přičemž se silně zahřívá î lije se kyselina do vody !!!
• koncentrovaná … 98,3 %
• bezbarvá, olejovitá kapalina; žíravina
• hygroskopické schopnosti î dehydratační účinky = odebírá jiným látkám vodu (= odvodňování, dehydratace)
• při styku s organickými látkami jim v podobě vody odebere O & H O zůstane jen uhlík î látky zuhelnatí
• oxidační účinky
• reaguje se všemi kovy kromě Au, Pt, Pb

Cu + H2SO4 › CuO + SO2 + H2O

• zředěná
• ztrácí oxidační účinky
• reaguje jen s méně ušlechtilými kovy

Fe + H2SO4 › FeSO4 + H2

• odvozují se od ní soli: hydrogensírny … XHSO4

sírany (sulfáty) … X2SO4

• většina je rozpustná ve vodě (viz tvrdost vody O Maturitní otázka č. 8 & 9)
• kamenec = dodekahydrát síranu draselno-hlinitého … KAl(SO4)2.12H2O

• výroba:

? zapotřebí oxid siřičitý … SO2 O ten vzniká při:

· spalování (oxidace) síry, sulfanu

· oxidaci (pražení) kovových sulfidů

‚ oxidace SO2 na oxid sírový … SO3 vzdušným kyslíkem

• provádí se tzv. kontaktním způsobem pomocí katalyzátoru obsahujícího V2O5 (oxid vanadičitý)

SO2 + 1O2 D SO3 … – DH

? SO3 se rozpouští v kyselině sírové î vznik dýmové kyseliny sírové (oleum = 25 – 65 % roztok SO3 + H2SO4)

• oleum obsahuje zejména kyselinu disírovou (H2S2O7)

„ oleum se zředí vodou î vznik kyseliny sírové

• využití:
• základní průmyslová surovina

î výroba:

• průmyslových hnojiv (superfosfát, síran amonný)
• barviv
• viskózových vláken
• polymerů

î moření železných plechů

î elektrolyt do akumulátorů

î zpracování ropných produktů, rud …

• jedna z nejvíce vyráběných chemikálií î ukazatel úrovně průmyslové výroby v jednotlivých ze­mích

6. VYUŽITÍ

· SÍRA

• při výrobě: pryže z kaučuku (vulkanizace kaučuku)

zápalek

střelného prachu

prostředků proti rostlinným škůdcům …

• základní surovina k výrobě: kyseliny sírové

sulfanu

sulfidů a siřičitanů