14. skupina

14. skupina (IV.A skupina) Uhlík křemík germanium cín olovo Symbol: Mezinárodní název: carboneum silicium germanium stannum plumbum Počet valenčních elektronů: 4 Elektronová konfigurace: Oxidační čísla -IV, II, IV -IV, IV (II), IV II, IV II, (IV) nekov nekov polokov kov kov Co Si Germáni Snědli Pak bledli 2

C O C H H H H * 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑ ↑ 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↓ ↓ 1s ↑↓ 2s ↑ Jak prvky 14. skupiny získají stabilní konfiguraci (tzn. Konfiguraci nejbližšího vzácného plynu)? a) V základním stavu - vytvořením dvou kovalentních vazeb C 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑ ↑ O 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↓ ↓ b) V excitovaném stavu – Mohou tvořit až šest vazeb (uhlík pouze čtyři) * C 1s ↑↓ 2s ↑ 2p ↑ ↑ ↑ H 1s ↓ H 1s ↓ H 1s ↓ H 1s ↓

Si F F F F F F * - - Na2[SiF6] 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s ↑ 3p ↑ ↑ ↑ 3d orbitaly Si mohou přispět ke tvorbě dalších vazeb * Si 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↑↓ 3s ↑ 3p ↑ ↑ ↑ 3d F 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↓ Koordinačně kovalentní vazby F 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↓ F 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↓ F 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↓ - Červeně zvýrazněné elektrony poskytl sodík Vznik 2 Na+ F 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↓ ↑ - F 1s ↑↓ 2s ↑↓ 2p ↑↓ ↑↓ ↓ ↑

Sn Cl Cl [36Kr] 5s ↑↓ 5p [10Ne] 3s ↑↓ 3p ↑↓ ↑↓ ↓ [10Ne] 3s ↑↓ c) V iontových sloučeninách (např. SnCl2) 2+ Sn [36Kr] 5s ↑↓ 5p ↑ ↑ - Cl [10Ne] 3s ↑↓ 3p ↑↓ ↑↓ ↓ - Cl [10Ne] 3s ↑↓ 3p ↑↓ ↑↓ ↓ Vznik iontů (cínatý kation a chloridové anionty)

Uhlík výskyt: a) volný: 2 alotropické modifikace: diamant a grafit (=tuha) Krychlová soustava 4 kovalentní vazby Šesterečná soustava Slabé interakce Měkký a vede elektrický proud

b) ve sloučeninách: biogenní prvek organické sloučeniny (zemní plyn, ropa, uhlí, vše organické) anorganické sloučeniny: kalcit CaCO3 (z něho je tvořená hornina vápenec) Magnezit MgCO3 Dolomit CaCO3.MgCO3

Uhlík je málo reaktivní vlastnosti: Uhlík je málo reaktivní Pro reakce se používají technické formy – koks a uhlí Koks – redukční činidlo, přímá redukce kovů (v koksárnách) Fe2O3 + 3C  3CO + 2 Fe (jeden z kroků výroby železa) užití: Koks a uhlí – palivo Diamant – klenotnictví (brilianty), opracování tvrdých materiálů Grafit – elektrody, tuhy, tavící kelímky, tužky Aktivní uhlí – adsorpce plynných látek (má mikropóry) Živočišné uhlí – lékařství (choroby trávicího ústrojí) Technický uhlík (saze prachový nános nespálených palivových zbytků) – plnidlo pneumatik a plastů http://www.youtube.com/watch?v=vDyaI0yaiEw 8 8

Bezkyslíkaté sloučeniny uhlíku karbidy Uhlík s elektropozitivnějšími prvky (kovy, B, Si) CaC2, SiC Sirouhlík CS2 Nepolární rozpouštědlo, Jedovatá, snadno zápalná kapalina. http://www.youtube.com/watch?v=YJOzQFXT54M Halogenidy uhlíku CCl4 – nepolární kapalné rozpouštědlo, Nebezpečný jed. Kyanidy (C≡N)- Soli kyseliny kyanovodíkové HCN Jsou prudce jedovaté.

Kyslíkaté sloučeniny uhlíku CO Vznik – nedokonalé spalování uhlíku 2C+O2 → 2CO Značně reaktivní plyn, silné red. účinky: Fe2O3 + 3CO →2Fe + 3CO2 Jedovatý plyn, součást výfukových plynů CO2 Vznik – dokonalé spalování uhlíku C+O2 → CO2 Vznik při dýchání, kvašení, tlení, hoření … Příprava: CaCO3+ 2HCl → CaCl2 + CO2+ H2O Přispívá ke skleníkovému efektu. Bezbarvý, rozputný ve vodě, těžší než vzduch, nehoří a působí dusivě. Suchý led – pevný CO2 (vznik prudkým ochlazením) http://video.google.com/videoplay?docid=-2052546048515904444# H2CO3 Slabá kyselina, vznik CO2 + H2O → H2CO3 hydrogenuhličitany Ve vodě rozpustné uhličitany Ve vodě nerozpustné (kromě Na2CO3 a (NH4)2CO3)

Křemík výskyt: Po kyslíku je 2. nejrozšířenějším prvkem na zemi Pouze vázaný ve sloučeninách: Především ve sloučeninách s O a Al (SiO2 - Křemen, křemičitany a hlinitokřemičitany – základ zemské kůry) Celá řada odrůd: Fialový ametyst růžový růženín žlutý citrín čirý křišťál achát hnědá záhněda

vlastnosti: Elementární křemík – hnědý prášek či temně šedá krystalická látka Má diamantovou strukturu Polovodič Velmi málo reaktivní užití: Surový křemík – hutnický (výroba slitin) a chemický průmysl (např. výroba silikonových polymerů) Velmi čistý křemík – polovodiče, sluneční baterie

Bezkyslíkaté sloučeniny křemíku Reaktivní nestálé látky Silany SinH2n+2 (n = 1, 2, 3, 4, 6) Těkavé, SiF4 + H2O → H2SiF6 (k. hexafluorokřemičitá) Velmi silná kyselina Halogenidy křemíku SiX4 Silicidy Si4- Sloučeniny křemíku s kovy Kyslíkaté sloučeniny křemíku Základní jednotka čtyřstěn o složení SiO4

Pevná látka s polymerní strukturou. SiO2 Pevná látka s polymerní strukturou. 870 ºC 1470 ºC Křemen  tridymit  cristobalit 3 základní modifikace: Jedna z nejstálejších látek. Odolný vůči vodě, kyselinám (kromě HF) Řada barevných odrůd. Součást písku (tj. hornina s převahou SiO2), použití ve stavebnictví Roztavením a prudkým ochlazením – zisk křemenného skla. SiO2 Křemenné sklo Sodnokřemičité sklo

H4SiO4 Existuje jen ve zředěných vodných roztocích – Z nich se vylučuje polymerní sol. Z něho vznik rosolovitého gelu – vysušením zisk silikagelu. Užití silikagelu: sušidlo a odstraňovač pachu Křemičitany (silikáty) Vlastnosti jsou závislé na struktuře. Potaš K2CO3 Soda Na2CO3 Náhradou některých atomů Si hliníkem vznikají hlinitokřemičitany. Nejznámnější hlinitokřemičitany jsou tzv. živce. Zvětráváním živců – vznik kaolinitu (obsažen v hornině kaolínu) – na výrobu porcelánu. Hlinitokřemičitany vápenaté – hlavní složkou cementu.

Vodní sklo Vodní sklo Vodní sklo Roztok (mono-, di-, tri- hydrogen) křemičitanů alkalických kovů, (hl. Na a K). Vznik tavením písku se sodou nebo s potaší. Roztok (mono-, di-, tri- hydrogen) křemičitanů alkalických kovů, (hl. Na a K). Vznik tavením písku se sodou nebo s potaší. Roztok (mono-, di-, tri- hydrogen) křemičitanů alkalických kovů, (hl. Na a K). Vznik tavením písku se sodou nebo s potaší. (R2SiO)n Polysiloxany (Silikony) R R R R R-Si-O-Si-R -O-Si-O-Si- R R R R n Organokřemičité látky, chemicky a tepelně odolné

Sklo a sklářský průmysl Sklo vzniká tavením křemenného písku se směsí uhličitanů alkalických kovů (např. soda, potaš - pro snížení teploty tání) a dalších přísad (např. CaO – pro odolnost vůči vodě) a ztuhnutím taveniny, která je amorfní (nepravidelná struktura). Sodnovápenaté sklo Obyčejné měkké sklo (tabulové, lahvové) Na2O.CaO.6SiO2 Vznik tavením křem. písku, Na2CO3 a CaCO3 Draselné sklo Tepelně odolná Křemenné sklo – pouze SiO2 Křemenné sklo Chemické sklo Obsahuje B2O3 Varné sklo (SIMAX) Olovnaté sklo Optické přístroje a dekorační skla Speciální skla Velmi čisté křem. sklo, optická vlákna (obor optoelektronika) Barevná skla Přídavky oxidů a některých prvků (Au) – způsobení barevnosti. Sklářský průmysl Sodnodraselné sklo = český křišťál

Stavebnictví, porcelán a keramika Jíly horniny komplikovaného složení (hl. křemičitany a hlinitokřemičitany) Použití (s hlínou a kaolínem): na výrobu keramiky, kameniny a stavebních materiálů. Zpracování této směsi: vypálení (ztráta vody, zvyšuje se pevnost, odolnost…) Porcelán Výroba: směs kaolínu, rozemletého živce a křemene – výrobky se vypalují v pecích, Nanáší se glazura (ochrana, vzhled). Cement Rozemletá směs dehydratovaných hlinitanů, křemičitanů a hlinitoželezitanů vápenatých. Výroba: Pálením směsi vápence nebo vápna s křemičitany (hl. vápenaté) nebo hlinitokřemičitany a rozemletím s dalšími přísadami Beton Cement po smísení s pískem (nebo štěrkem) a vodou tvrdne v beton. Vznikají polymerní hydráty s vazbami –Si-O-Si-O-Si-O-.

Cín a olovo výskyt: SnO2 - kasiterit PbS - galenit vlastnosti a užití: Stříbrolesklý měkký kov, tažný a kujný (staniol). Odolný (pocínování předmětů) i proti korozi. Užití: pocínování železných předmětů (bílý plech), Slitiny (bronz), pájecí kov (Sn + Pb) Olovo Šedomodrý kujný kov, lze válcovat na plechy. Olovnaté sloučeniny jsou jedovaté. Užití: slitiny, akumulátory, organokovové sloučeniny, ochranné štíty proti rtg