Prezentace se nahrává, počkejte prosím

Prezentace se nahrává, počkejte prosím

SYSTEMATICKÁ ANORGANICKÁ CHEMIE Vodík, kyslík, oxidy, voda, vzduch.

Podobné prezentace


Prezentace na téma: "SYSTEMATICKÁ ANORGANICKÁ CHEMIE Vodík, kyslík, oxidy, voda, vzduch."— Transkript prezentace:

1 SYSTEMATICKÁ ANORGANICKÁ CHEMIE Vodík, kyslík, oxidy, voda, vzduch

2 Vodík Symbol prvkuH Protonové číslo1 Molární hmotnost1,0008 g.mol -1 Elektronová konfigurace1s 1 Elektronegativita2,1 Oxidační číslo-I,0,I Atomový poloměr30pm Teplota tání-259,2°C Teplota varu-252,6°C Základní údaje o prvku:

3 Výskyt a výroba vodíku Elementární vodík – součást atmosféry ve výškách nad 100 km. V přízemních vrstvách atmosféry je zastoupen pouze (φ = 0,003%). Nejrozšířenější prvek ve vesmíru. Na Zemi však v pořadí podle zastoupení prvků zaujímá až 9. místo (w = 1%). Vázaný vodík - voda, - uhlí, - ropa, - zemní plyn, - většina organických sloučenin,

4 L ABORATORNÍ PŘÍPRAVA : 1) Rozpouštění neušlechtilých kovů v kyselinách: Zn + H 2 SO 4 = ZnSO 4 + H 2 2) Rozklad iontových hydridů vodou: CaH 2 + 2H 2 O = Ca(OH) 2 + 2H 2 3) Elektrolýza vody obsahující malé množství vhodných elektrolytů (např. NaOH): katoda: 2H + + 2e - = H 2 anoda: 2OH - = H 2 O + 1/2O 2 + 2e -

5 PRŮMYSLOVÁ VÝROBA 1) Oxidace zemního plynu (methanu) vodní parou CH 4 + H 2 O(g) = CO + 3H 2 ( °C), Ni-kat. 2) Redukce vodní páry koksem C(s) + H 2 O(g) = CO + H 2 (nad 1000°C) 3) Termický rozklad methanu CH 4 = C + 2H 2 (1200°C) 4) Elektrolýza vody 5) Elektrolýza vodného roztoku NaCl

6 Vlastnosti a použití vodíku Fyzikální vlastnosti - za běžných podmínek bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, který se obtížně zkapalňuje - málo rozpustný ve vodě, snadno však difunduje do krystalových mřížek kovů - nejlehčí plyn (cca14x lehčí než vzduch), svým chováním se nejvíce blíží ideálnímu plynu - v plynném, kapalném i pevném stavu je tvořen molekulami H 2 ; tuhý vodík lze za vysokých tlaků převést na kovovou modifikaci se supravodivými vlastnostmi.

7 Chemické vlastnosti Atomový vodík H (vodík ve stavu zrodu) je reaktivní látka – slučuje se přímo s většinou prvků. Největší afinitu vykazuje vodík k nekovům, se kterými reaguje většinou explozivně za vzniku molekulových hydridů. H 2 + F 2 = 2HF (g) - probíhá za výbuchu i při -200°C H 2 + Cl 2 = 2HCl (g) - explozivní za normálních teplot při intenzivním osvětlení 2H 2 + O 2 = 2H 2 O (g) - vybuchuje po iniciaci (el. jiskra) 3H 2 + N 2 = 2NH 3 (g) - reakci je nutné i za vysokých teplot urychlovat katalyzátory

8 Použití  Syntézy – amoniak, HCl, syntetický benzín  Metalurgie – redukční činidlo při výrobě některých kovů CuO +H 2 = Cu +H 2 O(g) WO 3 +3H 2 = W +3H 2 O(g)  Svařování a řezání kovů – kyslíko-vodíkový plamen, dosahující v Daniellově hořáku teploty až 2500°C  Energetika - kapalný vodík - palivo v raketových motorech - deuterium, tritium – využití v jaderné energetice

9 Sloučeniny vodíku Hydridy – binární sloučeniny vodíku se všemi ostatními prvky; vodík vystupuje v OČ –I,+I  iontové – sloučeniny vodíku s kovy 1. a 2. skupiny (mimo Mg a Be) – velmi reaktivní látky, silná redukční činidla  kovové – vytváří vodík s většinou d-prvků – vykazují charakter intermetalických slitin  polymerní – s kovy 12. a 13. skupiny – molekuly vázány do dlouhých řetězců (H-můstky)  molekulové – prvky skupiny – jednoduché, přesně definované molekuly (NH 3,HCl)

10 Kyslík Symbol prvkuO Protonové číslo8 Molární hmotnost15,9994 g.mol -1 Elektronová konfigurace1s 2 2s 2 2p 4 Elektronegativita3,5 Oxidační číslo-II,-I,-1/2,0,II Atomový poloměr66 pm Teplota tání-218,8°C Teplota varu-183,0°C Základní údaje o prvku:

11 Výskyt a výroba kyslíku  Volný kyslík (O 2 ) – součást atmosféry do výšky cca 10-11km (φ = 20,9%) Kyslík je nejrozšířenějším prvkem na Zemi (w = %). - ve vodě, - v oxidech, které jsou součástí zemské kůry (SiO 2, Al 2 O 3, CaO, Fe 2 O 3, MgO,…atd.), - v organických látkách (biogenní prvek)  Vázaný kyslík

12 L ABORATORNÍ PŘÍPRAVA : 1) oxidů ušlechtilých kovů: 2Ag 2 O = 4Ag + O 2 2) některých peroxidů: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 3) solí oxokyselin: Termický rozklad látek bohatých na kyslík, např: 2KMnO 4 = K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 2BaO 2 = 2BaO + O 2 2KNO 3 = 2KNO 2 + O 2

13 PRŮMYSLOVÁ VÝROBA 1) Frakční destilace zkapalněného vzduchu 2) Technologie PSA (Preasure Swing Adsorption) 3) Elektrolýza vody Založena na rozdílné teplotě varu jednotlivých plynných frakcí. Pořadí bodů varu přibližně odpovídá molárním hmotnostem složek. Podstatou metody je adsorpce plynů na molekulových sítech při měnícím se tlaku. Anodická oxidace OH - : 4OH - - 4e - = 2H 2 O + O 2

14 Vlastnosti a použití kyslíku  Fyzikální vlastnosti - za běžných podmínek bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, podobně jako vodík obtížně zkapalnitelný; - málo rozpustný ve vodě za normálních podmínek asi 32g/dm 3, s rostoucí teplotou jeho rozpustnost výrazně klesá; - ve všech třech skupenských stavech vystupuje ve formě molekul O 2 ; - alotropickou modifikací je ozón, který má tříatomovou molekulu O 3.

15  Chemické vlastnosti - značná reaktivita – slučuje se přímo s většinou prvků, mimo halogeny a některé ušlechtilých kovy (Au, Pt), - v reakcích vystupuje jako oxidační činidlo, - poskytuje reakce často velmi silně exotermické - část energie se uvolňuje ve formě viditelného záření (hoření), S + O 2 = SO 2 C + O 2 = CO 2 - může vytvářet dvojné (O 2, CO 2 ), výjimečně i trojné vazby (CO).

16  Použití Lékařství – plnění dýchacích přístrojů, desinfekce a sterilizace (O 3 ) Metalurgie – intenzifikace hutních procesů (kyslíkové konvertory) Svařování a řezání kovů – kyslíko-vodíkový, popř. kyslíko- acetylenový plamen Chemický průmysl – oxidační reakce (výroba HNO 3, H 2 SO 4 …) Kyslík se dodává v ocelových lahvích, plněných na tlak 15 MPa, označených modrým pruhem..

17 Sloučeniny kyslíku Oxidy – binární sloučeniny kyslíku s dalšími prvky. Oxidační číslo kyslíku je -II. Představují základ chemického systému sloučenin, který je založen na vztahu: oxid + voda kyselina hydroxid sůl vzájemná reakce Nejdůležitější charakteristiky oxidů: – strukturní typ, acidobazický charakter, termická stabilita.

18 Acidobazický charakter oxidů Zásadotvorné oxidy – reagují s vodou za vzniku hydroxidů, s kyselinami za vzniku solí. Kyselinotvorné oxidy – poskytují reakcí s vodou oxokyseliny, s hydroxidy reagují za vzniku solí. Na 2 O + H 2 O = 2NaOH Na 2 O + 2HCl = 2NaCl + H 2 O Mn 2 O 7 + H 2 O = 2HMnO 4 Mn 2 O 7 + 2KOH = 2KMnO 4 + H 2 O

19 Amfoterní oxidy – Poskytují soli při reakci s kyselinami i se zásadami. Ve vodě jsou vesměs nerozpustné. ZnO + 2NaOH + 2H 2 O= Na 2 [Zn(OH) 4 ] +H 2 O Tetrahydroxozinečnatan sodný Netečné oxidy – nevytvářejí kyseliny, hydroxidy, ani soli (např. CO, N 2 O) ZnO + 2HCl = ZnCl 2 + H 2 O Stojí za povšimnutí, že při reakci s kyselinou se kov z oxidu stává kationtem vzniklé soli. Naopak při reakci oxidu se zásadou se kov stává součástí komplexního aniontu.

20 Peroxidy – podvojné sloučeniny kyslíku v nichž se vyskytuje vazba -O-O-. Oxidační číslo kyslíku je -I.  Peroxid vodíku (H 2 O 2 ) - bezbarvá, sirupovitá kapalina, fyzikálními vlastnostmi připomínající vodu Jedná se o nestálou látku, která se snadno rozkládá na vodu a kyslík: 2H 2 O 2 = 2H 2 O + O 2 Vystupuje většinou jako oxidační činidlo, přičemž se redukuje na vodu (desinfekční účinky). Chová se jako slabá dvojsytná kyselina - náhradou vodíku kovem vznikají peroxidy kovů.

21 V ODA Nejvýznamnější a nejrozšířenější chemická látka – nezbytná pro život a současně je nejdůležitější surovinou všech průmyslových odvětví. Výskyt: v kapalném stavu pokrývá 2/3 zemského povrchu, ve formě páry je stálou složkou atmosféry, tvoří součást živých organismů, vázaná se vyskytuje v různých sloučeninách (hydrátech) a je strukturní součástí mnohých minerálů a hornin.

22 Vlastnosti chemicky čisté vody  Bezbarvá kapalina bez chuti a zápachu.  Teplota tání a varu 0°C, resp. 100°C – základní body Celsiovy stupnice.  Vzhledem k velké polaritě vazeb O-H se mezi molekulami uplatňují vodíkové vazby – příčina mimořádných vlastností vody – tzv. anomálie vody.  Nižší hustota pevné fáze oproti fázi kapalné –  max = 0,999973kg.dm -3 při 4°C.  Snižování teploty tání s rostoucím tlakem.

23 Technologie vody Tvrdost vody – charakteristika přírodních vod – je způsobena rozpuštěnými Ca 2+ a Mg 2+ ionty.  karbonátová (přechodná) – způsobená hydrogenuhličitany – odstranitelná varem (dekarbonizace)  nekarbonátová (trvalá) – způsobená sírany - odstranitelná srážením  celková = karbonátová + nekarbonátová (mmol.dm -3 ) CaSO 4 + Na 2 CO 3 = CaCO 3 (s) + Na 2 SO 4 Mg(HCO 3 ) 2 = MgCO 3 (s) + CO 2 + H 2 O

24 Druhy vod podle tvrdosti Druh vodyCelková tvrdost měkkádo 1 mmol.dm -3 středně tvrdá1 – 1,5 mmol.dm -3 tvrdá1,5 – 3 mmol.dm -3 velmi tvrdánad 3 mmol.dm -3 Pitná voda má mít tvrdost 1,5 – 2,1 mmol/dm 3.

25 Úprava a čištění vody Postup čištění průmyslových odpadních vod závisí na jejich složení a budoucím použití. Obecné zásady čištění vod:  odstranění hrubých nečistot – sedimentace v odkalovacích nádržích Odkalovací nádrž Dorrův hřeblový usazovák s obvodovým náhonem (schéma).

26  odstranění jemných tuhých částic – čiření (tvorba vločkovitého mraku hydroxidu hlinitého, kterým prochází čištěná voda)  neutralizace kyselých a zásaditých vod - vápnem, odpadními kyselinami (HCl, H 2 SO 4 )  desinfekce vody (O 3, Cl 2, UV-záření) Al 2 (SO 4 ) 3 + 3Ca(HCO 3 ) 2 = 3CaSO 4 + 2Al(OH) 3 + 6CO 2 Vzniklý hydroxid částečně disociuje za tvorby komplexních iontů – např. [Al(OH) 4 ] -, [Al(H 2 O) 6 ] 3+, mající díky svému elektrickému náboji výraznější sorpční vlastnosti Pro zvláštní účely: Destilace (pro chemické účely). Odplyňování – pro parní kotle.

27 Rozdělení vody podle použití  pitná – optimální tvrdost 1,5 – 2,1 mmol.dm -3, musí obsahovat minimum dusíkatých a fosforečných sloučenin, které se do ní dostávají z průmyslových hnojiv.  odpadní – všechny druhy vod, kterých bylo použito pro domácí, komunální, průmyslové a zemědělské účely, čímž ztratily své původní vlastnosti.  užitková – používaná ve výrobních provozech - úprava závisí na jejím určení. Např. napájecí voda pro parní kotle: - musí být měkká (nejlépe demineralizovaná) - nesmí obsahovat žádné nečistoty - musí být odplyněná (zbavená především O 2 )

28 VZDUCH Výskyt - tvoří zemskou atmosféru, která má až do výšky km (troposféra) téměř konstantní složení. Vzhledem ke stálému složení lze suchý vzduch považovat za čistý plyn s těmito vlastnostmi: dusík78,1% kyslík20,9% vzácné plynyasi 1% oxid uhličitýasi 0,03% molární hmotnost28,94 g.mol -1 hustota (n.p.)1,2932 g.dm -3 měrné teplo0,994 kJ.kg -1

29 Zkapalňování vzduchu Lindeho způsob:  komprese na 20 MPa (vzduch se ohřeje)  ochlazení stlačeného vzduchu - I. v amoniakálním chladiči - II. v protiproudém výměníku tepla  prudké rozepnutí v expanzním ventilu - část vzduchu zkapalní - nezkondenzovaný podíl zpět do kompresoru

30 Použití kapalného vzduchu  Zdroj kyslíku, dusíku, vzácných plynů (Ar)  Kapalný vzduch + dřevěné piliny = oxyliquit (trhavina) Separace jednotlivých složek: - frakční destilace - adsorpce na molekulových sítech  Dosahování velmi nízkých teplot – bod varu: -190°C


Stáhnout ppt "SYSTEMATICKÁ ANORGANICKÁ CHEMIE Vodík, kyslík, oxidy, voda, vzduch."

Podobné prezentace


Reklamy Google