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
Název Název Chemická značka Protonové číslo Elektronová konfigurace Elektro-negativita Relativní atomová hmotnost Teplota(°C) Teplota (°C) Oxidační číslo Oxidační číslo
český latinský           tání varu kladné záporné
Uhlík Carboneum C 6 [2He] 2s2 2p2 2,5 12,01 3800   II, IV –VI, –I
Křemík Silicium Si 14 [10Ne] 3s2 3p2 1,7 28,09 1400 3280 IV –VI, –I
Germanium Germanium Ge 32 [18Ar] 3d10 4s2 4p2 2,0 72,59 945 2850 II, IV L
Cín Stannum Sn 50 [36Kr] 4d10 5s2 5p2 1,7 118,69 232 2623 II, IV L
Olovo Plumbum Pb 82 [54Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2 1,5 207,20 327 1751 II, IV L
  1. 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
  1. 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

  1. 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)
  1. 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
  1. 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
  1. 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)

Mějte přehled o vysokých školách:


Nevíte, co studovat? Za 5 minut to zjistíte!    Spustit test

· OLOVO

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

Za správnost a původ studijních materiálů neručíme.