14. skupina.

Prezentace na téma: "14. skupina."— Transkript prezentace:

1 14. skupina

2 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

3 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

4 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

5 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

6 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

7 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

8 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,...

9 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

10 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

11 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

12 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)

13 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

14 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

15 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

16 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

17 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

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

19 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

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

21 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

22 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

23 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

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

25 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 SiO H2 silicidy dvouprvkové sloučeniny křemíku, málo stálé s kovy tvoří křemík spíše slitiny

26 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

27 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

28 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)

29 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

30 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)

31 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

32 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

33 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

34 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

35 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

36 __ 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

37 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