Tetrely – prvky IV.A skupiny charakteristika: p – prvky, valenční elektrony mají v orbitalech s a p uhlík je nekov, křemík a germanium jsou polokovy, cín.

Prezentace na téma: "Tetrely – prvky IV.A skupiny charakteristika: p – prvky, valenční elektrony mají v orbitalech s a p uhlík je nekov, křemík a germanium jsou polokovy, cín."— Transkript prezentace:

1 Tetrely – prvky IV.A skupiny charakteristika: p – prvky, valenční elektrony mají v orbitalech s a p uhlík je nekov, křemík a germanium jsou polokovy, cín a olovo jsou kovy ve valenčních orbitalech mají 4 elektrony – jejich atomy jsou tedy čtyřvazné elektronegativita atomů klesá ve skupině s rostoucím protonovým číslem atomů

2 uhlík ( 6 C) historie: znám jako látka již v pravěku (dřevěné uhlí, saze), ale zjištění, že jde o prvek, bylo potvrzeno až v 18. století lat. název carboneum navrhl A. L. Lavoisier z latinského carbo – dřevěné uhlí název grafit navrhl A. G. Werner a D. L. G. Harsten z řeckého graphein – psáti název diamant vznikl spojením řeckého diaphanes – průhledný a adamas – nezdolný, s odvoláním na jeho extrémní tvrdost

3 výskyt: volný prvek - grafit, diamant v minerálech a horninách – vápenec – hornina obsahující kalcit, dolomit – hornina obsahující minerál dolomit, mramor – hornina s vyšším obsahem kalcitu složka atmosféry – CO2 uhlí – hornina obsahující různé procento uhlíku ropa – směs kapalných uhlovodíků

4 fyzikální vlastnosti: grafit –těžba (Texas, Mexiko,Rusko) přírodního grafitu nestačí, proto se vyrábí synteticky zahříváním koksu s křemenem na teplotu asi 2500 °C po dobu 25 až 35 hodin: SiO2 + 3C → SiC + 2CO SiC → Si(g) + C(grafit) –základem krystalu grafitu je šesterečná krystalová mřížka ( zobrazuje prostorové uspořádání atomů uhlíku v krystalu ) – každý atom uhlíku využívá 3 ze 4 svých valenčních elektronů k vytvoření vazby s okolními atomy uhlíku, díky jednomu volnému val. elektronu od každého atomu uhlíku je grafit el. vodivý

5 vlevo šesterečná krystalová mřížka grafitu, vpravo grafit

6 černošedý, snadno se štípe, měkký, mastný, vede elektrický proud, t.t = 3000  C využití: –redukční činidlo –elektrody – výroba hliníku, v obloukových pecích – výroba oceli –tužky –jaderné reaktory – moderátor neutronů –grafitové tyče –tavící kelímky v metalurgických provozech

7 diamant výskyt: nachází se ve vulkanických jámách uložených v relativně měkkých, tmavě zbarvených horninách nazývaných kimberlit podle města Kimberly v Jižní Africe (objeveny v roce 1870), podíl diamantů v kimberlitové jámě 1:15 000 000 největším výrobcem diamantů jako drahokamů je Jižní Afrika (nejvíce vyrábí Zaire) největší nalezený diamant (25.1.1905) byl Cullinan (3106 karátů = 621,2 gramu), měl přibližně rozměry 10 cm x 6,5 cm x 5 cm, jiné proslulé kameny vážily 100 – 800 karátů, exempláře vážící více než 50 karátů, jsou vzácné (1 karát = 0,2 g) výroba: lze připravit z grafitu působením vysokého tlaku (10 GPa) a vysoké teploty (1200 – 2800 K ), při této přípravě je nutná přítomnost roztavených katalyzátorů (Cr, Fe nebo Ni) - největší syntetické diamanty váží asi 1 karát

8 - základem krystalu je kubická krystalová mřížka, každý atom uhlíku zapojuje do vazby s okolními atomy 4 valenční elektrony, díky tomu je diamant izolant –dá se štípat v různých směrech, může se řezat a brousit do ploch drahokamů –nejtvrdší a nejodolnější materiál –má největší tepelnou vodivost ze všech známých látek (5×větší než měď), proto se diamantové řezací nářadí nepřehřívá –je průhledný, má vysoký index lomu využití: –přírodní - šperky (nejdražší drahokam) –syntetické - řezání, vrtání a leštění

9 vlevo kubická krystalová mřížka diamantu, vpravo diamant

10 koks –získá se karbonizací uhlí – zahříváním černého uhlí za vysoké teploty bez přístupu vzduchu –využití – palivo ve vysokých pecích saze –vyrábějí se neúplným spalováním kapalných uhlovodíků nebo přírodního plynu –využití: gumárenství, kde slouží ke zpevňování a zesílení pryže (1 automobilová pneumatika = 3 kg sazí) pigment do inkoustů, barev, papíru a plastů

11 aktivní uhlí –různé druhy se od sebe liší velikostí povrchu, který je od 300 až do 2000 m2/g –vyrábí se chemicky – uhlíkatý materiál (piliny, rašelina atd.) se smíchá s látkami, které při zahřívání na 500 – 900 °C organický substrát oxidují a dehydratují (jsou to např. hydroxidy, uhličitany, sírany alkalických kovů) –využití: v cukrovarnickém průmyslu jako odbarvovací látka – adsorbuje nečistoty k čištění ovzduší – adsorbuje nežádoucí plyny úprava vod – adsorbuje nežádoucí látky v odpadních vodách živočišné uhlí –vzniká rozkladnou destilací různých živočišných odpadů a podle použitého materiálu má i název, např. krevní uhlí, kostní uhlí –váže na sebe vodu

12 sloučeniny: chlorid uhličitý –bezbarvá kapalina příjemného zápachu –využití – rozpouštědlo

13 sirouhlík –bezbarvá, těkavá, hořlavá kapalina –jedovatá, může způsobit těžké poruchy nervového systému –využití - výroba viskózového hedvábí,celofánu

14 kyselina kyanovodíková –připravuje se rozkladem kyanidu kyselinou sírovou: 2KCN + H2SO4 → K2SO4 + 2HCN –bezbarvá těkavá kapalina, t.v = 26  C –prudce jedovatá, páchne po hořkých mandlích –užívá se k hubení hmyzu a krys soli – kyanidy alkalické kyanidy, kyanidy kovů alkalických zemin jsou ve vodě rozpustné, cyankáli – kyanid draselný

15 acetylid vápenatý –vyrábí se endotermickou reakcí vápna s koksem: CaO + 3C → CaC2 + CO ( t = 2200 – 2250°C) –bezbarvá pevná látka využití - výroba acetylenu

16 oxid uhelnatý –vzniká nedokonalou oxidací uhlíku: 2C + O2 → 2CO –součástí generátorového plynu (25 % CO, 4% CO2, 70% N2, stopy H2, CH4, O2), vodního plynu (50% H2, 40% CO, 5% CO2, 5% N2 a CH4), plyny se používají jako palivo –vodní plyn vzniká reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem –generátorový plyn vzniká reakcí rozžhaveného koksu se vzduchem

17 –laboratorně se připravuje z kyseliny mravenčí s koncentrovanou kyselinou sírovou při teplotě 140°C: HCOOH → CO + H2O –bezbarvý plyn, bez zápachu, lehčí než vzduch –hořlavý, hoří na oxid uhličitý –jedovatý, protože vytváří komplex s hemoglobinem, který je 300x pevnější, než komplex hemoglobinu s kyslíkem, tím brání přenosu kyslíku červenými krvinkami

18 oxid uhličitý –laboratorně vzniká působením kyselin na uhličitany: CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2 –průmyslově se získává jako vedlejší produkt při výrobě vodíku: CH4 + 2H2O → CO2 + 4H2

19 je nedýchatelný, nehořlavý a velmi stálý, bezbarvý, těžší než vzduch využití: –vytváření inertní atmosféry –sycení nápojů –dá se zkapalnit –nafukování záchranných člunů, do hasících přístrojů –pevný CO2 - užívá se jako chladící médium (výroba zmrzliny, uchovávání masa)

20 kyselina uhličitá –vzniká reakcí vody s oxidem uhličitým: CO2 + H2O → H2CO3 –čistá kyselina není známa –vodný roztok se chová jako slabá dvojsytná kyselina

21 soli – uhličitany, hydrogenuhličitany –uhličitany alkalických kovů jsou rozpustné až na Li2CO3, také hydrogenuhličitany většiny kovů jsou rozpustné, pokud existují –ostatní uhličitany jsou ve vodě nerozpustné

22 křemík ( 14 Si) výskyt: druhý nejrozšířenější prvek v zemské kůře nachází se ve sloučeninách s kyslíkem viz minerály, horniny

23 průmyslová výroba: velmi čistý se vyrábí redukcí křemene nebo písku čistým koksem v elektrické obloukové peci: SiO2 + 2C → Si + 2CO v el.obloukové peci hoří el. oblouk mezi elektrodami, který způsobuje tavení vsázky reakce se často provádí v přítomnosti železa (šrotu), získá se slitina ferrosilicia

24 fyzikální vlastnosti: modrošedý polokov, velmi tvrdý chemické vlastnosti: odolává vodným roztokům kyselin lučavkou královskou je oxidován na kyselinu křemičitou

25 využití: solární články

26 sloučeniny: silany (hydridy křemíku) –bezbarvé plyny nebo těkavé kapaliny –obecný vzorec SinH2n+2 (až do n=8) –extrémně reaktivní –na vzduchu se samovolně zapalují nebo explodují

27 karbid křemíku - karborundum vyrábí se redukcí SiO2 přebytkem koksu v elektrické obloukové peci při 2000 až 2500°C: SiO2 + 2C → Si + 2CO Si + C → SiC tepelně stálý, tvrdý využití – brusný materiál

28 oxidy oxid křemičitý –po vodě nejstudovanější chemická sloučenina –tvoří minerál křemen, křemen je obsažen v žule, pískovci odrůdy křemene: křištál, růženín, ametyst (fialový), citrín (žlutý) v nedokonalých krystalických formách: chalcedony (různé barvy), chrysopras (zelený), karneol (červený), achát (pruhovaný), jaspis (různé barvy), heliotrop ( zelený s červenými skvrnami), pazourek (často černý – inkluze uhlíku), hydratovaný křemen tvoří opály –chemicky odolný vůči všem kyselinám s vyjímkou HF –rozpouští se v roztavených hydroxidech SiO2 + 2KOH → K2SiO3 + H2O

29 formy SiO2 používané v průmyslu křemenné sklo vysoká tepelná odolnost, propustnost pro ultrafialové záření, chemická netečnost užití – výroba laboratorního skla silikagel amorfní forma SiO2 sušidlo potravinářský průmysl ( prostředek proti spékání kakaa, prášků ovocných šťáv, koření atd.)

30 kyselina křemičitá –připravuje se srážením vodného roztoku křemičitanu sodného kyselinou chlorovodíkovou: Na2SiO3(aq) + 2HCl(aq) → 2NaCl(aq) + SiO2·nH2O vzniká jako gel, který je směsí křemičitých kyselin – dekahydrodikřemičitá (H10Si2O9), tetrahydrokřemičitá (H4SiO4), hexahydrodikřemičitá (H6Si2O7), křemičitá (H2SiO3)

31 křemičitany –alkalické křemičitany se připravují tavením oxidu křemičitého se sodou nebo potaší (K2CO3): Na2CO3 + SiO2 → Na2SiO3 + CO2 –alkalické křemičitany jsou ve vodě rozpustné,ostatní nerozpustné –vodný roztok alkalických křemičitanů – vodní sklo ( používá se k impregnaci, k lepení, přísada do tmelů, konzervování vajec) –ortokřemičitany – (M2SiO4) (M = Be, Mg, Mn, Fe, Zn) - složka portlandského cementu

32 –křemičitany s řetězovými nebo pásovitými strukturami –azbestové materiály –křemičitany s vrstevnatými strukturami kaolinit slídy mastek užití – keramika, insekticidy, výroba papíru, kosmetika a toaletní přípravky –křemičitany s trojrozměrnými strukturami –živce –zeolity – iontoměniče

33 zeolit Obecný název zeolit se používá pro přírodní tetragonální hlinitokřemičitan sodný s čistotou alespoň 80%. Nečistoty v něm obsažené pak tvoří uhličitan vápenatý a oxidy železa. Jedinečnost spočívá v tom, že prostorové uspořádání atomů vytváří kanálky a dutiny konstantních rozměrů. V těchto kanálcích se mohou zachytávat látky tuhého, kapalného a plynného skupenství. Některé kationty nejsou ve struktuře zeolitu pevně vázány a mohou být za určitých podmínek vyměňovány za jiné. Zeolit je proto hojně využíván v iontově -výměnných procesech.

34 cín ( 50 Sn) historie: cín patří k nejstarším známým kovům, v podobě bronzu byl používán již v prvních dobách lidské kultury (doba bronzová – 3500-3200 let př. n. l.) výskyt: cínovec (kassiterit) - SnO2 průmyslová výroba: získává se redukcí cínovce uhlím (t = 1000 - 1200 °C): SnO2 + 2C → Sn +2CO

35 fyzikální vlastnosti: stříbrobílý lesklý kov nepříliš tvrdý, tažný - staniol vyskytuje se ve třech modifikacích –cín čtverečný –cín kosočtverečný –cín krychlový – šedý, práškový vzniká dlouhodobým působením teploty pod 13 °C z cínu čtverečného na cínových předmětech v muzeích nebo na varhanách způsobuje značné škody (předměty se postupně rozpadají na prach) – tento jev se nazývá cínový mor

36 chemické vlastnosti: při zahřívání na vzduchu nebo v kyslíku vzniká oxid cíničitý se zředěnou kyselinou chlorovodíkovou a sírovou nereaguje reaguje s horkou koncentrovanou HCl, vzniká chlorid cínatý: 2HCl + Sn → SnCl2 + H2 s horkou koncentrovanou H2SO4 vzniká síran cínatý: 2H2SO4 + Sn → SnSO4 + SO2 + 2H2O reaguje se zředěnou kyselinou dusičnou: 10HNO3 + 4Sn → 4Sn(NO3)2 + NH4NO3 + 3H2O snadno tvoří slitiny kovový cín není jedovatý, protože je prakticky nerozpustný

37 využití: bílý plech –železný plech se omyje zředěnou kyselinou sírovou a pak se ponoří do roztaveného cínu –bílý plech na konzervové krabice - k pocínování se smí používat cín, prostý olova –často se vnitřek konzervových nádob, určených pro ovoce, pokrývá pro lepší ochranu tenkou vrstvou laku, který barví stříbrobílý plech zlatožlutě slitiny –pájka - Sn/Pb –bronz - Cu/Sn – Sn/Sb/Cu (dekorativní a užitková slitina – kávové a čajové servisy, svícny atd.) –slitina 90 až 95 % Sn s Pb s dalšími prvky je pro zvukové vlastnosti velmi ceněna při výrobě varhanních píšťal (např. varhany v londýnské koncertní síni Royal Albert Hall mají 10 000 píšťal a obsahují 150 t Sn) staniol

38 sloučeniny: sulfid cíničitý - cínový bronz pevná látka světle zlaté barvy využití – nátěry ( zlacení rámů, dřevěných ozdob )

39 olovo ( 82 Pb) historie: patří k nejdéle známým kovům, prokazatelně ho znali již staří Egypťané výskyt: nejrozšířenější těžký kov toto rozšíření souvisí s faktem, že tři ze čtyř přirozených izotopů olova (206Pb, 207Pb a 208Pb) vznikají jako stabilní produkty přirozených rozpadových řad galenit - PbS

40 průmyslová výroba: olovo se obvykle získává z PbS praží se za omezeného přístupu vzduchu na PbO a ten se po přidání koksu a tavidla např. vápence, redukuje v šachtové peci: PbS + 3/2O2 → PbO + SO2 PbO + C → Pb + CO PbO + CO → Pb + CO2 ve všech případech olovo obsahuje nežádoucí nečistoty především Cu, Ag, Zn, Sn, As, a Sb, z nichž mnohé jsou velmi cenné

41 fyzikální vlastnosti: kujný, modrošedý těžký jedovatý kov, nejměkčí z těžkých kovů pro jeho malou tvrdost a velkou tažnost lze olovo snadno válcovat na plech tepelná a elektrická vodivost je poměrně malá chemické vlastnosti: tvoří slitiny, se rtutí tvoří amalgám, který je při menším obsahu olova kapalný s kyselinou HCl reaguje pomalu, vzniká málo rozpustný chlorid olovnatý (PbCl2) s H2SO4 za chladu téměř nereaguje s kyselinou dusičnou reaguje prudce za uvolnění oxidů dusíku a tvorby rozpustného dusičnanu olovnatého (Pb(NO3)2)

42 využití: potrubí, obaly kabelů kyselinovzdorné povlaky nádrží a nádob ochrana proti rentgenovým paprskům a záření gama slitiny výroba akumulátorů výroba munice - jádra střel, broků, kde se slévá s malým množstvím arsenu (asi 0,3 %) závaží

43 sloučeniny: jodid olovnatý´- vylučuje se z horkých roztoků ve formě zlatolesklých šupinek tzv. „zlatý déšť“ suřík - Pb3O4 = 2PbO·PbO2 dusičnan olovnatý - dobře rozpustný ve vodě, prudký jed chroman olovnatý - chromová žluť, ve vodě velmi málo rozpustný, nátěrová hmota na značení silnic