14. skupina

Základní přehled prvek X tt, °C tv, °C kovovost C 2,50 3550 4830 nekov Si 1,74 1420 2700 Ge 2,02 940 2830 polokov Sn 1,72 230 2270 kov Pb 1,55 330 1760

Základní přehled C -IV (II) IV Si (-IV) Ge Sn II Pb obecná elektronová konfigurace ns2 np2 C -IV (II) IV Si (-IV) Ge Sn II Pb

Základní přehled se vzrůstajícím protonovým číslem stoupá kovovost prvků (C→Pb) klesá stabilita vyšších oxidačních čísel C, Si, Ge, Sn (IV → II) Pb stoupá stabilita nižších oxidačních čísel stabilní oxidační číslo –IV má pouze C ostatní prvky ve skupině mají již nízkou elektronegativitu

Uhlík Výskyt vyskytuje se ve třech izotopech – 12C, 13C, 14C 12C – nejstálejší, 99% 13C – stabilní izotop, asi 1% 14C – radioaktivní izotop, poločas rozpadu 5000 let vzniká působením kosmického záření v atmosféře jeho zastoupení v přírodě je malé, ale stálé

Uhlík na Zemi se vyskytuje: elementární – poměrně malé množství (uhlí,...) CO2 – v atmosféře asi 0,033% CO32- – uhličitany Ca (vápenec), Mg (magnesit) organické látky základem je „uhlíková kostra“ methan 75%, propan 81,8% základní stavební látky živé hmoty

Uhlík elementární tvoří modifikace diamant grafit (tuha) nejtvrdší přírodní materiál za běžné teploty není reaktivní nejvyšší známá tepelná vodivost elektricky nevodivý grafit (tuha) měkká černá látka vytváří vrstevnaté struktury elektricky vodivá – „vede mezi vrstvami“ poměrně reaktivní

Uhlík aktivní uhlí fullereny amorfní struktura - nemá pravidelnou krystalovou strukturu má obrovský povrch velké množství dutin umožňuje adsorbovat různé molekuly vyrábí se dehydratací a uhelnatěním organických látek zbyde pouze uhlíková kostra fullereny saze připravené za speciálních podmínek C60, C70,...

Uhlík Vlastnosti uhlík má výraznou schopnost vytvářet vazby C-C => obrovské množství organických látek za vyšších teplot má výrazné redukční účinky oxiduje se na CO (případně CO2) redukuje řadu kovů z jejich oxidů na elementární kov Fe2O3 + 3 C → 2 Fe + 3 CO

Uhlík Využití diamant tuha aktivní uhlí uhlíkové vlákno šperky, brusné a řezné nástroje tuha žáruvzdorný materiál, tužky, jaderné reaktory (moderátor) aktivní uhlí čištění ovzduší, chemikálií, vody, katalyzátor uhlíkové vlákno vysoce pevné a odolné materiály, elektrotechnika

Sloučeniny uhlíku hydridy a halogenidy řadíme do organické chemie uhlovodíky a jejich deriváty CCl4 = chlorid uhličitý = tetrachlormethan karbidy binární sloučeniny s prvky podobné nebo nižší elektronegativity

Sloučeniny uhlíku iontové karbidy jsou zpravidla acetylidy (C≡C)2- obsahují anion odvozený od acetylenu nejznámější je karbid vápenatý CaC2 používal se v důlních lampách karbidkách CaC2 + 2 H2O → Ca(OH)2 + HC≡CH kovalentní karbidy jsou látky velmi tvrdé a nereaktivní SiC (karbid křemíku), B4C (karbid boru)

Sloučeniny uhlíku oxidy oxid uhelnatý CO bezbarvý plyn bez zápachu, velmi toxický vzniká spalováním uhlíku za nepřístupu vzduchu nebo redukcí oxidu uhličitého uhlíkem 2 C + O2 → 2 CO CO2 + C → 2 CO připravuje se z kyseliny mravenčí působením H2SO4 HCOOH → CO + H2O s hydroxidem sodným reaguje za vzniku mravenčanu NaOH + CO → HCOONa H2SO4

Sloučeniny uhlíku oxid uhličitý CO2 je považován za anhydrid kyseliny mravenčí, i když s vodou nereaguje lze jej spalovat na oxid uhličitý vyskytoval se ve svítiplynu – směs H2, CO, CO2,... za vysokých teplot je dobrým redukčním činidlem CO + FeO → Fe + CO2 oxid uhličitý CO2 bezbarvý plyn bez zápachu pevný oxid uhličitý („suchý led“) sublimuje (-78°C) je spolu s vodou hlavním produktem spalování organického materiálu

Sloučeniny uhlíku CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O vyrábí se jako vedlejší produkt pálení vápence CaCO3 → CaO + CO2 připravuje se reakcí uhličitanů se silnými kyselinami Na2CO3 + 2 HCl → 2 NaCl + H2O + CO2 je rozpustný ve vodě, malá část (0,2%) rozpuštěného oxidu reaguje s vodou za vzniku kyseliny uhličité CO2 + H2O → H2CO3

Sloučeniny uhlíku kyselina uhličitá slabá nestálá kyselina využití sycení nápojů inertní atmosféra výroba močoviny, uhličitanů chladivo – suchý led i kapalný kyselina uhličitá slabá nestálá kyselina rozkládá se na CO2 a vodu podstatně stálejší jsou její soli

NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl Sloučeniny uhlíku Na2CO3 – (prací) soda úprava přechodné tvrdosti vody NaHCO3 – jedlá (zažívací) soda, soda bicarbona K2CO3 – potaš jedlá a prací soda se vyrábí Solvayovou metodou NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl 2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O deriváty kyseliny uhličité fosgen COCl2 močovina CO(NH2)2

Sloučeniny uhlíku Sirouhlík CS2 disulfid uhlíku bezbarvá nízkovroucí kapalina silně toxický a hořlavý nerozpustný ve vodě, je dobrým nepolárním rozpouštědlem (síra, fosfor, tuky,...)

Sloučeniny uhlíku sloučeniny s dusíkem kyanovodík HCN bezbarvá nízkovroucí kapalina (25°C) silně toxický, voní po hořkých mandlích v roztoku se chová jako slabá kyselina → kyanidy připravuje se reakcí kyanidu se silnou kyselinou NaCN + HCl → NaCl + HCN kyanid draselný KCN = cyankáli použití – výroba jedů, těžba zlata, výroba plastů

Sloučeniny uhlíku kyanatany thiokyanatany obsahují skupinu OCN- odvozeny od kyseliny kyanaté HOCN thiokyanatany = rhodanidy obsahují skupinu SCN- odvozeny od kyseliny thiokyanaté

Křemík druhý nejvíce zastoupený prvek v Zemské kůře vyskytuje se pouze vázaný ve sloučeninách SiO2 – křemen křemičitany a hlinitokřemičitany je velmi tvrdý, má strukturu diamantu modrošedá barva, kovový lesk

Křemík vazba Si-Si není příliš pevná velká afinita ke kyslíku netvoří na rozdíl od uhlíku řetězce tvořené křemíkem velká afinita ke kyslíku vazba Si-O je velmi pevná = příčina velké stálosti a nereaktivity křemene a křemičitanů

Křemík výroba chemicky stálý - díky vrstvě SiO2 na povrchu redukce křemene uhlíkem SiO2 + 2 C → Si + 2 CO čištění převodem na chlorid a poté redukce hořčíkem nebo vodíkem chemicky stálý - díky vrstvě SiO2 na povrchu reaguje s hydroxidy za vzniku křemičitanů z kyselin reaguje pouze s fluorovodíkovou za vysokých teplot má redukční účinky

Křemík Využití křemíku slitiny polovodičové součástky solární články, tranzistory výroba SiC = karborund vysoká tvrdost (9,5) brusné materiály

Sloučeniny křemíku hydridy = silany silicidy jsou analogické uhlovodíkům obecný vzorec SinH2n + 2 narozdíl od uhlovodíků jsou velmi nestálé díky malé pevnosti vazby Si-Si jsou samozápalné, rozkládají se vodou Si3H8 + 6 H2O → 3 SiO2 + 10 H2 silicidy dvouprvkové sloučeniny křemíku, málo stálé s kovy tvoří křemík spíše slitiny

Sloučeniny křemíku Halogenidy snadno se hydrolyzují vodou za vzniku oxidu křemičitého SiCl4 + 2 H2O → SiO2 + 4 HCl chlorid křemičitý se používá při výrobě velmi čistého křemíku

Sloučeniny křemíku silikony (siloxany) halogeny v halogenidech křemíku lze substituovat organickými zbytky RSiX3, R2SiX2, R3SiX tyto sloučeniny se hydrolyzují a spojují do větších celků R3SiCl + H2O → R3Si-OH + HCl 2 R3Si-OH → R3Si-O-SiR3 + H2O R2SiX2 tvoří řetězce, RSiX3 rozvětvení sítě, R3SiX ukončuje řeetězení

Sloučeniny křemíku jsou mimořádně stabilní díky vysoké pevnosti vazby Si – O nejčastějším uhlíkatým zbytkem je methyl –CH3 různě rozvetvené řetězce Si-O-Si s navázanými uhlovodíkovými zbytky na křemících podle délky řetězců a rozvětvenosti vznikají kapaliny (silikonové oleje) polotuhé látky (silikonové tuky) pružné pevné látky (silikonové pryže)

Sloučeniny křemíku oxidy SiO2 v přírodě se vyskytuje v mnoha odrůdách křemen, křišťál, citrín, růženín, záhněda, ametyst, pazourek, achát,... ochlazením taveniny vzniká křemenné sklo chemicky velmi odolný – odolný vůči působení kyselin kromě HF rozpouští se v roztavených alkalických hydroxidech a uhličitanech za tvorby křemičitanů SiO2 + 2 KOH → K2SiO3 + H2O

Sloučeniny křemíku zvláštní uměle připravená amorfní modifikace SiO2 je silikagel obsahuje velké množství dutin – má velký povrch je schopen na sebe vázat vodu a další látky připravuje se hydrolýzou alkalických křemičitanů využití SiO2 křemen – piezoelektrické součástky křemenné sklo – vysoká tepelná odolnost, propouští UV silikagel – sušidlo, sorbent, protispékavá látka (potraviny)

Sloučeniny křemíku Kyselina křemičitá H4SiO4 velmi nestálá slabá kyselina vzniká například hydrolýzou chloridu křemičitého prakticky okamžitě kondenzuje na kyselinu dikřemičitou a dále až na silikagel

Germanium, cín, olovo výskyt, výroba Ge Sn Pb poměrně hojně zastoupeno ve stopových množstvích Sn v cínovci (kassiteritu) SnO2 získává se redukcí uhlíkem Pb v galenitu PbS vyrábí se pražením (→ PbO) a následnou redukcí uhlíkem

Germanium, cín, olovo vlastnosti Ge Sn Pb šedobílé křehké krystaly se strukturou diamantu Sn „šedý“ cín – nekovová forma, struktura diamantu kovový cín – kujný šedý kov při dlouhodobém působení nízkých teplot přechází na šedý cín – cínový mor Pb šedý kujný kov

Sn (Pb) + 2 HCl → SnCl2 (PbCl2) + H2 Germanium, cín, olovo chemické vlastnosti klesá stálost ox. čísla IV a vzrůstá stálost ox. čísla II Ge (IV), Sn (IV, II), Pb (IV, II) sloučeniny cínaté mají silné redukční účinky, SnII → SnIV sloučeniny olovičité mají silné oxidační vlastnosti, PbIV → PbII s neoxidujícími kyselinami Ge nereaguje, Pb a Sn za vzniku vodíku Sn (Pb) + 2 HCl → SnCl2 (PbCl2) + H2 s oxidujícími kyselinami (HNO3,...) reagují za vzniku GeO2, SnO2 a Pb(NO3)2

Germanium, cín, olovo využití Ge Sn Pb výroba polovodičových součástek v metalurgii pro výrobu slitin- bronz, zvonovina,pájka... staniol (tenká cínová folie) Pb výroba akumulátorů (autobaterie), slitiny (pájka) výroba nábojů stínění před radiací

__ SnCl2 + __ FeCl3 → __ SnCl4 + __ FeCl2 Germanium, cín, olovo Sloučeniny hydridy velmi nestálé, samozápalné olovo již hydrid nevytváří díky kovovému charakteru halogenidy halogenidy cínaté jsou významná redukční činidla __ SnCl2 + __ FeCl3 → __ SnCl4 + __ FeCl2

Germanium, cín, olovo oxidy GeO2 SnO2 PbO PbO2 velmi se podobá SiO2, také tvoří germaničitany obdobné křemičitanům SnO2 amfoterní charakter PbO PbO2 výrazné oxidační účinky (např. MnII → MnO4-) používán v autobateriích PbO2 + Pb + 2 H2SO4 2 PbSO4 + 2 H2O vybíjení → ← nabíjení