Název SŠ: SŠ-COPT Uherský Brod Autoři: Ing. Edita NAĎOVÁ Název prezentace 13. Prvky a sloučeniny II. skupiny Název sady: Obecná a anorganická chemie (pro 3.ročník oboru Mechanik seřizovač a Technik - puškař) Číslo projektu: CZ.1.07./1.5.00/ Datum vzniku: Uvedení autoři, není-li uvedeno jinak, jsou autory tohoto výukového materiálu a všech jeho částí. Tento projekt je spolufinancován ESF a státním rozpočtem ČR

ANOTACE: Záměrem této sady výukových materiálů Obecná a anorganická chemie (pro 3.ročník oboru Mechanik seřizovač a Technik - puškař) je představit žákům, kteří se v této oblasti vzdělávají, obecnou a anorganickou chemii. Jednotlivé prezentace v této sadě popíší postupně tematické oblasti, které jsou probírány v běžné výuce chemie na naší SŠ. Konkrétně tato prezentace je zaměřena na prvky a sloučeniny 2. skupiny.

Prvky 2. skupiny patří sem: beryllium (Be) a hořčík (Mg) a tzv. kovy alkalických zemin: vápník (Ca) stroncium (Sr), baryum (Ba) a radium (Ra) beryllium a hořčík se velmi liší svými vlastnostmi od kovů alkalických zemin hořčík je svými vlastnosti jakýsi přechod mezi beryliem a kovy alkalických zemin ostatní kovy alkalických zemin mají podobné vlastnosti, s rostoucím protonovým číslem se liší výrazně svou hmotností svými vlastnostmi se více podobají vlastnostem alkalických kovů nejsou tolik reaktivní jako alkalické kovy, ale je lepší je uchovávat pod petrolejem soli kovů alkalických zemin barví plamen

Beryllium (Be, Beryllium) tvrdý, šedý kov o značně vysoké teplotě tání kov i jeho soli jsou mimořádně toxické vede špatně elektrický proud a teplo tvrdý (vrypy do skla), křehký (za normální teploty) a poměrně těžce tavitelný beryllium je nejlehčí prvek, který má jediný stabilní izotop

Výskyt nejdůležitějším minerálem s obsahem beryllia je aluminosilikát beryl, jehož složení popisuje následující sumární vzorec: Be 3 Al 2 (SiO 3 ) 6 mineralogie zná mnoho různých odrůd berylu, nejznámější z nich jsou drahé kameny - zelený smaragd a modrý akvamarín z dalších minerálů s větším obsahem berylia lze uvést například chryzoberyl Al 2 [BeO 4 ], bromellit BeO, herderit CaBe(F, OH)PO 4 beryl je lehce získatelný, protože tvoří povrchová ložiska

Výroba beryllium se získává pražením berylu s hexafluorokřemičitanem sodným při teplotě 700 až 750 °C, vyloužením rozpustného fluoridu vodou a následným srážením hydroxidem barnatým při pH asi 12 připravuje se redukcí fluoridu berylnatého hořčíkem při teplotě okolo 1300 °C druhá nejčastější průmyslová výroba kovové berylia probíhá elektrolýzou směsi roztaveného chloridu berylnatého a sodného na rtuťové katodě v ochranné atmosféře plynného argonu

Využití minerály beryllia se využívají ve šperkařství jako drahokamy a polodrahokamy mimořádně důležitou vlastností kovového berylia je jeho velmi vysoká propustnost pro rentgenové záření a nízkoenergetické neutrony je cenným materiálem především v jaderné energetice, je součástí moderátorových tyčí nízká hustota a vysoká pevnost slitin beryllia vede k jejich využití pro konstrukci součástí letadel a kosmických lodí

Hořčík (Mg, Magnesium) je středně tvrdý, lehký, tažný kov, má vyšší hustotu než voda, vede hůře elektrický proud a teplo lze ho díky jeho dobré tažnosti snadno válcovat na plechy a dráty velmi dobře se rozpouští ve všech běžných kyselinách za vzniku hořečnatých solí hořčík reaguje za normální teploty pomalu s kyslíkem a vodou na suchém vzduchu se postupně pokryje vrstvou oxidu, která ho chrání před další oxidací

Výskyt hořčík je také velmi významným biogenním prvkem – v zelených rostlinách (chlorofyl) i v organismech živočichů obsah hořčíku (obvykle uváděný jako chlorid hořečnatý MgCl 2 ) v mořské vodě tvoří významný podíl jeho zastoupení na Zemi z minerálů je velmi hojný dolomit, směsný uhličitan hořečnato-vápenatý CaMg(CO 3 ) 2 poněkud vzácněji se vyskytuje čistý uhličitan hořečnatý MgCO 3 – magnezit

Výroba průmyslově se vyrábí elektrolýzou roztavené směsi chloridu hořečnatého a chloridu draselného,který slouží jako přísada ke snížení teploty tání chloridu hořečnatého chlorid hořečnatý se získává z mořské vody nebo z koncentrovaných roztoků mořské soli (solanka) další termický způsob: redukce oxidu hořečnatého karbidem vápenatým nebo uhlíkem – karbotermický způsob nebo redukcí oxidu hořečnatého křemíkem – silikotermický způsob

Vápník (Ca, Calcium) poměrně měkký, lehký, reaktivní kov patří k lepším vodičům elektrického proudu a tepla reaguje za pokojové teploty s kyslíkem i vodou soli vápníku barví plamen cihlově červeně

Výskyt v přírodě pouze ve sloučeninách jako biogenní prvek je jedním ze základních stavebních kamenů buněk všech živých organizmů na této planetě nejběžnější horninou na bázi vápníku je vápenec- uhličitan vápenatý CaCO 3 tvořený minerálem kalcitem nebo aragonitem stejného chemického složení speciální typ představuje křída, téměř čistý měkký pórovitý vápenec s typicky zářivě bílou barvou nejvíce ceněnou odrůdou vápence je mramor nebo travertin, používaný především k dekorativním účelům – obklady budov, sochy

vzájemné chemické přechody mezi uhličitanem a hydrogenuhličitanem vápenatým Ca(HCO 3 ) 2 jsou příčinou vzniku krasových jevů další zdroje vápníku - dolomit, směsný uhličitan hořečnato-vápenatý CaMg(CO 3 ) 2 - apatit-3 Ca 3 (PO 4 ) 2. Ca(F, Cl) 2 jako poměrně komplikovaný fosforečnan vápenatý patří mezi významné přírodní zdroje vápníku - fluorit neboli kazivec je minerál o chemickém složení CaF 2 (fluorid vápenatý) - sádrovec neboli selenit je hydratovaný síran vápenatý CaSO 4 · 2 H 2 O

Výroba průmyslově se vyrábí elektrolýzou taveniny chloridu vápenatého ve směsi s fluoridem vápenatým nebo chloridem draselným dalším produktem této reakce je elementární chlor nebo fluor, který je dále zpracováván ve velmi vysoké čistotě lze připravit reakcí chloridu vápenatého s hliníkem, při které vzniká chlorid hlinitý, který těká a kovový vápník, který lze dále přečišťovat destilací ve vysokém vakuu 3 CaCl Al → 2 AlCl Ca

Využití vykazuje velmi silné redukční vlastnosti a jemně rozptýlený kov se využívá k redukcím v organické syntéze i redukční výrobě jiných kovů jeho velká reaktivita slouží v metalurgii k odstraňování malých množství síry a kyslíku z taveniny železa a při výrobě oceli vápenec (uhličitan vápenatý ), z něj vzniklé pálené vápno (oxid vápenatý) a hašené vápno (hydroxid vápenatý) se používají již od starověku ve stavebnictví hydroxid vápenatý Ca(OH) 2 – hašené vápno – se využívá také pro dezinfekci

vápenec i sádrovec jsou složkami při výrobě stavebního materiálu – cementu uhličitan vápenatý se kromě stavebnictví používá také k výrobě křídy, jako nátěrová barva (tzv. křídová běloba), do zubních prášků, tmelů, v lékařství sádrovec (dihydrát síranu vápenatého) slouží ke štukaterským pracím a ke zhotovování forem a sádry fosforečnany vápenaté např. CaHPO 3, se používají jako průmyslová hnojiva, dodávající rostlinám fosfor i vápník

Stroncium (Sr, Strontium) poměrně měkký, lehký, reaktivní kov, který se svými vlastnostmi více podobá vlastnostem alkalických kovů stroncium patří k lepším vodičům elektrického proudu a tepla soli stroncia barví plamen červeně je zásadotvorný prvek a rozpouští se v běžných kyselinách za tvorby strontnatých solí

Výskyt díky své velké reaktivitě se v přírodě setkáváme prakticky pouze se sloučeninami nejznámějšími minerály na bázi stroncia jsou celestin - SrSO 4 chemicky síran strontnatý a stroncianit - SrCO 3 chemicky uhličitan strontnatý vyskytuje se v podobě čtyř izotopů, které mají zastoupení 84 Sr (0,56 %), 86 Sr (9,86 %), 87 Sr (7,0 %) a 88 Sr (82,58 %)

Výroba průmyslově se vyrábí redukcí oxidu strontnatého hliníkem: 3 SrO + 2 Al ----> 3 Sr + Al 2 O 3 kovové stroncium lze také vyrobit ve velmi čistém stavu elektrolýzou taveniny chloridu strontnatého ve směsi s chloridem draselným k malé přípravě stroncia lze také využít termický rozklad azidu strontnatého na dusík a stroncium

Využití sloučeniny ve sklářského průmyslu vysokého indexu odrazivosti titaničitanu strontnatého Sr 2 TiO 3 se využívá v různých optických aplikacích např. měření barevnosti látek nebo analýze spekter odražených paprsků z barevných povrchů dusičnan strontnatý se využívá v pyrotechnice k barvení plamene na červeno uhličitan strontnatý SrCO 3 je vhodný na odcukerňování melasy v pivovarech

Baryum (Ba) je pátým prvkem z řady kovů alkalických zemin, je měkký, velmi reaktivní a toxický kov baryum patří k lepším vodičům elektrického proudu a tepla. je nejreaktivnější z kovů alkalických zemin a reaktivitou se podobá alkalickým kovům všechny rozpustné soli barya jsou prudce jedovaté

Výskyt nejznámějším minerálem barya je síran barnatý - baryt neboli těživec BaSO 4 přírodní baryum je směsí sedmi izotopů v zastoupení 130 Ba (0.106%), 132 Ba (0.101%), 134 Ba (2.417%), 135 Ba (6.592%), 136 Ba (7.854%), 137 Ba (11.23%) a 138 Ba (71.7%) baryum také vzniká jako jeden z produktů při výbuchu jaderné bomby

Výroba průmyslově se nejčastěji vyrábí z rudy barytu redukcí uhlíkem na sulfid barnatý a oxid uhličitý reakce sulfidu barnatého s vodou a oxidem uhličitým za vzniku uhličitanu barnatého a sulfanu dále se uhličitan barnatý termický rozloží na oxid barnatý a oxid uhličitý čtvrtý krok je vakuová redukce oxidu barnatého za vzniku barya BaSO C → BaS + 2 CO 2 BaS + H 2 O + CO 2 → BaCO 3 + H 2 S BaCO 3 → BaO + CO 2 3 BaO + 2 Al → Al 2 O Ba

Využití sloučenin se využívají při výrobě produktů v pyrotechnice - barví plamen světle zeleně síran barnatý - v analytické chemii se této sloučeniny využívá pro gravimetrické stanovení obsahu síranů uhličitan barnatý - výroba skel, v keramickém průmyslu, k přípravě oxidu barnatého a peroxidu barnatého a je složkou otravných návnad na hlodavce titaničitan barnatý se začíná používat do baterií příští generace, které budou sloužit k napájejí elektromobilů

Radium (Ra) silně radioaktivní prvek, vznikající v rozpadové řadě uranu a thoria jednotlivé izotopy radia vyzařují všechny druhy radioaktivního záření – paprsky alfa, beta i gama v čistém stavu je radium bílý, těžký, velmi reaktivní kov radium bylo objeveno roku 1898 Marií Curie- Skłodowskou, jejím manželem Pierem a Gustavem Bémontem v jáchymovském smolinci UO 2

Výskyt protože všechny izotopy radia podléhají poměrně rychle dalšímu radioaktivnímu rozpadu, je obsah radia v přírodě velmi nízký lokality s vyšším obsahem radia jsou přitom spojeny se zvýšeným výskytem uranu a thoria hlavní minerál uranu – uraninit UO 2 – obsahuje průměrně v 1 tuně 0,17 g radia v současné době je známo 25 izotopů radia, všechny jsou nestabilní a podléhají další radioaktivní přeměně

Výroba elementární radium lze připravit elektrolytickým rozkladem chloridu radnatého průmyslově se vyrobí několik gramů radia ročně, což stačí pokrýt celosvětovou potřebu (produkce je pravděpodobně 100 gramů za rok) hlavními dodavateli rud s obsahem radia jsou Belgie, Kanada, Česká republika a Rusko

Využití V dřívějších dobách se při radioterapeutické léčbě rakovinných nádorů vpravovala do nádoru malá množství solí radia obvykle v podobě uzavřených zářičů tvaru jehly. Protože je známo, že rakovinné buňky jsou přednostně likvidovány radioaktivním zářením, vedl tento postup k zahubení většiny rakovinou napadených buněk ve svém okolí. V současné době se pro tuto léčbu používá spíše uměle připravených radioizotopů jako 60 Co a 137 Cs.

Prvky II. B skupiny mezi prvky II. B skupiny (dnes 12. skupiny ) periodické tabulky prvků patří zinek (Zn), kadmium (Cd), rtuť (Hg) a Kopernicium (Cn) tyto kovy jsou méně reaktivní oproti většině ostatních kovů zinek a kadmium jsou neušlechtilé kovy, rtuť patří mezi kovy ušlechtilé od zinku přes kadmium ke rtuti klesá reaktivnost mají nízké teploty tání díky poměrně slabým kovovým vazbám

Zinek (Zn, Zincum) měkký modrobílý kovový prvek se silným leskem, který však na vlhkém vzduchu ztrácí, používaný člověkem již od starověku slouží jako součást různých slitin, používá se při výrobě barviv a jeho přítomnost v potravě je nezbytná pro správný vývoj organismu zinek je velmi snadno tavitelný a těkavý je tažný a dá se válcovat na plech a vytahovat na dráty

Výskyt a výroba hlavním minerálem a rudou pro průmyslovou výrobu zinku je sfalerit neboli blejno zinkové ZnS vzácně se v přírodě můžeme setkat i s elementárním zinkem zinek se z 90 % vyrábí ze svých sulfidických rud pražením za přístupu kyslíku 2 ZnS + 3 O 2 → 2 ZnO + 2 SO 2 vznikající oxid siřičitý se používá následně pro výrobu kyseliny sírové oxid zinečnatý se dále zpracovává elektrolyticky nebo tavením s koksem

Využití elementární zinek nachází významné uplatnění jako antikorozní ochranný materiál především pro železo a jeho slitiny má velmi dobré vlastnosti pro výrobu odlitků v menší míře se používá i při výrobě klenotnických slitin se zlatem, stříbrem, niklem a mědí ( bronz, mosaz) další využití zinku je při výrobě závaží pro vyvažování automobilových kol jako náhrada za toxické olovo

Kadmium (Cd,Cadmium) typický kovový prvek bíle stříbrné barvy je měkký, lehce tavitelný, toxický využití omezováno na nejnutnější minimum kvůli zdravotní závadnosti jedná se o jed z organizmu vylučuje jen velmi pozvolna a obtížně může způsobovat rakovinu

Výskyt, výroba, využití vyskytuje se jako příměs rud zinku a někdy i olova, z nichž se také společně získává k oddělení kovů se požívá destilace kadmium je nezbytné pro výrobu nikl- kadmiových akumulátorů ze sloučenin kadmia má největší praktický význam sulfid kademnatý CdS, intenzivně žlutá sloučenina slouží při výrobě malířských pigmentů jako kadmiová žluť pro nepříznivé zdravotní účinky kadmia jeho využití klesá a nahrazuje se jinými, netoxickými kovy

Rtuť (Hg, Hydrargyrum) je těžký, toxický, kovový prvek slouží jako součást slitin (amalgámů) a jako náplň různých přístrojů (teploměry, barometry) je za normálních podmínek kapalný dobře vede elektrický proud

Výskyt a výroba v přírodě se rtuť vyskytuje poměrně vzácně i jako elementární prvek hlavním minerálem a zdrojem pro výrobu je však sulfid rtuťnatý - HgS, česky rumělka neboli cinabarit výroba rtuti z rumělky spočívá v jejím pražení za přístupu vzduchu podle rovnice: HgS + O 2 → Hg + SO 2

Využití vytváří amalgámy s Au, Ag, Cu, Zn, Cd, Na, naopak s kovy jako jsou Fe, Ni a Co nevznikají vůbec dentální amalgámy - odolná výplň zubu po odstranění zubního kazu (kvůli toxicitě rtuti se nahrazuji výplněmi z polymerů) používala se jako náplň různých jednoduchých fyzikálních přístrojů – teploměrů a tlakoměrů na měření atmosférického tlaku polarografie je založena na měření intenzity elektrického proudu mezi rtuťovou kapkovou a referenční elektrodou velkého množství kovové rtuti se používá v chemickém průmyslu- v zařízeních pro elektrolytickou výrobu chlóru

Úkol Popište vlastnosti a využití zinku. Vyjmenuj nejdůležitější přírodní sloučeniny vápníku, popište vznik krasových jevů.

Zdroje pro textovou část KLIKORKA, J., HÁJEK, B., VOTINSKÝ, J., Obecná a anorganická chemie, SNTL/ALFA, Praha: 1985 KOTLÍK, B., RŮŽIČKOVÁ, K., Chemie I v kostce, Fragment, Havlíčkův Brod: 1996: ISBN X FABINI, J., ŠTEPLOVÁ, D., SOKOLÍK, R., Anorganická chémia, SPN, Bratislava: 1969

Seznam zdrojů pro použité obrázky Snímek 4 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 8 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 11 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 17 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 21 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 30 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 33 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 35 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: Snímek 36 - [ cit ]. Dostupný pod licencí Public Domain na WWW: