Ch - Oxidy. Autor: Mgr. Jaromír JUŘEK Kopírování a jakékoliv další využití výukového materiálu je povoleno pouze s uvedením odkazu na

Transkript

1 Ch - Oxidy Autor: Mgr. Jaromír JUŘEK Kopírování a jakékoliv další využití výukového materiálu je povoleno pouze s uvedením odkazu na VARIACE 1 Tento dokument byl kompletně vytvořen, sestaven a vytištěn v programu dosystem - EduBase. Více informací o programu naleznete na

2 ± Oxidy Oxidy Jednou z významných charakteristik atomů prvků je jejich oxidační číslo. Může mít zápornou, nulovou, nebo kladnou hodnotu. Označujeme je římským číslem psaným u značky prvku vpravo nahoře. Kladné znaménko (plus) se nepíše, záporné znaménko (minus) se píše před římským číslem. Ve dvouprvkových sloučeninách mají vždy atomy jednoho prvku kladné oxidační číslo a atomy druhého prvku záporné oxidační číslo. Pro každý vzorec sloučeniny platí, že součet hodnot oxidačních čísel atomů se rovná nule. Oxidační číslo atomu prvku ve sloučeninách se v jejich názvu vyjadřuje charakteristickým zakončením připojeným k názvu prvku. Oxidy (dříve kysličníky) jsou dvouprvkové sloučeniny obsahující kyslík. Slovo oxid je odvozeno od mezinárodního názvu prvku kyslíku (oxygenium). Atomy kyslíku mají v oxidech vždy oxidační číslo -II. Atomy prvků sloučené s kyslíkem mohou mít oxidační číslo I až VIII, což vyjadřuje zakončení přídavného jména názvu oxidu. Ve dvouprvkových sloučeninách má kladné oxidační číslo obvykle atom prvku s menší hodnotou elektronegativity, záporné atom prvku s větší hodnotou elektronegativity. Oxidační číslo se zapisuje římskými číslicemi (záporné se znaménkem minus) vpravo nahoře u značky prvku, např. S IV O 2 -IỊ Mezi oxidy patří nerosty, průmyslové suroviny i výrobky. Některé oxidy jsou za běžných podmínek plynné, jiné kapalné nebo pevné látky. Chemické vlastnosti oxidů se projevují v reakcích s vodou, s roztoky kyselin nebo hydroxidů. Podle výsledku těchto reakcí se mohou oxidy rozdělit do skupin na: oxidy kyselinotvorné (SO 2, CO 2, SO 3, P 2O 5), oxidy hydroxidotvorné zásadotvorné (Na 2O, CaO), oxidy obojaké (amfoterní), které reagují s kyselinami i s hydroxidy (Al 2O 3), oxidy, které nereagují s vodou, s kyselinami ani s hydroxidy (CO, NO). Oxid uhličitý CO 2 - je plynná, bezbarvá, nedýchatelná látka. Je přirozenou součástí vzduchu (0,03 % objemu), má větší hustotu než vzduch a ve vodě je částečně rozpustná. Vzniká při dýchání organismů, při dokonalém hoření uhlíkatých 1 z 5

3 látek a je to základní výchozí látka při fotosyntéze. Oxid uhličitý se používá k výrobě sycených (perlivých) nápojů, sody, k plnění hasicích přístrojů, jako netečné prostředí při přečerpávání hořlavých látek aj. Velmi mnoho oxidu uhličitého vzniká při spalování původních nebo upravovaných fosilních paliv (např. uhlí, koks, motorová nafta, benzín, zemní plyn). Narůstající obsah oxidu uhličitého se podílí na zvyšování skleníkového efektu a pravděpodobně i na oteplování atmosféry a s tím spojených výraznějších klimatických změn. Oxid uhličitý CO 2 lze připravit reakcí uhličitanů se zředěnými kyselinami, například: Vyrábí se především tepelným rozkladem uhličitanu vápenatého. Dodává se buď zkapalněný v ocelových tlakových nádobách označených černým pruhem, nebo v pevné podobě jako suchý led. V dnešní době se velmi mnoho mluví a píše o nebezpečí, které vzniká z nadměrného spalování fosilních paliv, tedy o vzniku nadměrného množství oxidu uhličitého. Ten společně např. s methanem, vodní parou, oxidem dusným patří mezi tzv. skleníkové plyny, protože podporují skleníkový efekt. Oxid uhelnatý CO - je bezbarvá, vysoce hořlavá, toxická plynná látka. Vzniká nedokonalým hořením uhlíku a jeho některých sloučenin při nedostatku kyslíku nebo reakcí oxidu uhličitého s uhlíkem při vysoké teplotě: Oxid uhelnatý je jedovatou složkou kouřových plynů z různých topenišť, výfukových plynů automobilů, cigaretového kouře aj. Jeho jedovatost spočívá v tom, že se váže na krevní barvivo hemoglobin a toto barvivo pak již nemůže v organismu přenášet kyslík. Ohrožený organismus je možno zachránit před udušením pouze včasným dodáním kyslíku (přenesením na čerstvý vzduch, umělé dýchání, popř. použití dýchacího přístroje). Filtr běžné ochranné masky oxid uhelnatý nezachycuje. ve směsi s vodíkem vodní plyn je surovinou pro výrobu řady sloučenin uhlíku (např. syntetického benzinu). Redukční vlastnosti oxidu uhelnatého se využívají při výrobě kovů z rud (např. při výrobě železa ve vysoké peci). Jeho směs se vzduchem je výbušná. Oxid dusnatý NO - bezbarvý plyn Oxid dusičitý NO 2 - hnědočervený plyn Oba výše uvedené oxidy unikají do ovzduší při některých výrobách a při činnosti spalovacích motorů. V přírodě vznikají reakcí vzdušného kyslíku a dusíku podél dráhy blesku. Spolupůsobí při vzniku kyselých dešťů. Jejich 2 z 5

4 přítomnost v ovzduší působí škodlivě na organismy (oxid dusičitý je vysoce toxický a má leptavé účinky). Proto se v ohrožených oblastech sleduje jejich množství ve vzduchu (stejně jako množství oxidu siřičitého) a veřejnost je informována sdělovacími prostředky (zprávy o koncentraci oxidu siřičitého a oxidů dusíku v ovzduší). Při zvýšení jejich množství v ovzduší nad únosnou míru je nutné podnikat ochranná opatření, např. omezit provoz motorových vozidel a průmyslovou výrobu. Oxidy dusnatý a dusičitý jsou však také meziprodukty při výrobě průmyslově důležité kyseliny dusičné. Oxid siřičitý SO 2 - je plynná, bezbarvá, ostře páchnoucí, žíravá a toxická látka. Do ovzduší se jako nežádoucí složka dostává především spalováním nekvalitního hnědého uhlí. Spolu s oxidy dusíku je příčinou kyselých dešťů, které poškozují přírodu, lidské zdraví i různé, především kovové, výrobky. V průmyslu se oxid siřičitý využívá při výrobě celulosy a papíru ze dřeva, k siření vinných sudů, k bělení (vlny a bavlny) a je meziproduktem při výrobě kyseliny sírové. Vyrábí se spalováním síry, pražením sulfidů nebo z různých odpadních plynů. Oxid vápenatý CO - je bílá práškovitá látka. Technický oxid vápenatý se nazývá pálené vápno. Vyrábí se tepelným rozkladem vápence ve vápenkách. S vodou reaguje za vzniku hydroxidu vápenatého - hašeného vápna: Oxid vápenatý se používá ve stavebnictví, ve sklářství, při úpravě vody, při výrobě papíru, při výrobě kovů, k čištění cukru a k vápnění půdy v zemědělství. Oxid fosforečný P 2 O 5 - (skutečné složení je P 4O 10) je žíravá bílá krystalická látka. Vzniká hořením fosforu. Jeho nejdůležitější vlastností je velká slučivost s vodou. Patří proto k nejúčinnějším sušidlům. S nadbytkem vody reaguje a vzniká kyselina fosforečná (přesněji trihydrogenfosforečná) H 3PO 4. Oxid křemičitý SiO 2 - je pevná, těžko tavitelná a chemicky neobyčejně stálá látka (nereaguje s vodou ani s většinou kyselin). Vyskytuje se jako nerost křemen v nejrůznějších odrůdách. Je hlavní složkou písků, součástí žuly a dalších hornin. Nejvíce oxidu křemičitého se spotřebuje ve stavebnictví (písek do malty) a ve sklářství (písek je základní sklářská surovina). Oxid hlinitý Al 2 O 3 - v přírodní podobě je velmi tvrdá látka (nerost korund a jeho odrůdy safír, rubín, smirek). Z bauxitu vyrobený oxid hlinitý je bílá práškovitá látka. Reaguje jak s vodnými roztoky kyselin, tak s vodnými roztoky hydroxidů (je to amfoterní oxid). Používá se při výrobě porcelánu, zubních cementů, barviv, nejvíce však k výrobě hliníku. Základní úlohy: Úloha č. 1: Vysvětlete: a) Proč se oxid uhličitý v uzavřených prostorách hromadí na dně, avšak v atmosféře je volně rozptýlen a nevytváří samostatnou vrstvu? b) Čím může být nebezpečný vstup člověka do nevětraných podzemních jeskyní, šachet či hlubokých studní? c) Proč vinaři obvykle vstupují do vinných sklepů s hořící svíčkou v ruce? Úloha č. 2: K dezinfekci (sudů, sklepních prostor, včelích úlů aj.) se používají sirné knoty, které obsahují síru. Uveďte, 3 z 5

5 která látka má dezinfekční účinky, jestliže se knoty při použití zapalují. Jaké účinky má tato látka na lidský organismus? Úloha č. 3: Jedovatost oxidu uhelnatého spočívá v tom, že se váže na krevní barvivo hemoglobin, a ten pak již nemůže v organismu přenášet kyslík z plic do tkání. Vyberte správný způsob, jak pomoci člověku, který byl přiotráven oxidem uhelnatým. A. S postiženým nehýbáme a nasadíme mu rychle ochrannou masku. B. S postiženým nehýbáme, ponecháme ho v prostředí, kde je. Pouze větráme. Je-li v bezvědomí, provádíme umělé dýchání. C. Postiženého odvedeme nebo odneseme na čerstvý vzduch. Je-li v bezvědomí, zavedeme umělé dýchání a zavoláme lékaře. D. S postiženým nehýbáme a vydáme se urychleně shánět dýchací přístroj. Úloha č. 4: Milan slavil narozeniny. Jeho otec věděl, že má rád chemii a také že s oblibou řeší zajímavé úlohy. Uložil proto dárek k narozeninám do cestovní tašky se zámkem na číselný kód. Aby Milan kód zjistil, musel určit oxidační čísla atomů prvků označených hvězdičkou ve vzorcích, a to v pořadí daném úkolem. Řešte tento úkol spolu s ním. Zadání: a) Cr * 2O 3 b) H * 2O c) N * 2O 3 d) C * O 2 e) Ca * O f) S*O 3 Řešením jsou oxidační čísla prvků označených hvězdičkou zapsaná v pořadí a) až f). Úloha č. 5: V automobilovém benzinu sice nejsou vázány atomy dusíku, avšak jedovatý oxid dusnatý při spalování benzinu v motoru vzniká. Za vysoké teploty se na oxid dusnatý totiž přímo slučují ve vzduchu obsažené plyny dusík s kyslíkem. Zapište tuto reakci chemickou rovnicí. Úloha č. 6: V ovzduší z určitého množství oxidu siřičitého vzniká kyselina sírová H 2SO 4, která je rovněž příčinou kyselých dešťů. V průmyslu se tato kyselina získává reakcí oxidu siřičitého s kyslíkem a reakcí takto vyrobeného oxidu sírového s vodou. Schémata těchto chemických reakcí doplňte a upravte na chemické rovnice. Úloha č. 7: Vyberte k názvům oxidů jejich vzorce. a) oxid dusný b) oxid dusnatý c) oxid dusičitý d) oxid dusičný e) oxid chlorný f) oxid chloristý A. Cl 2O B. N 2O 5 C. Cl 2O 7 4 z 5

6 D. N 2O E. NO 2 F. NO Rozšiřující úlohy: Úloha č. 1: Radka, Katka, Milan a Jirka se dohadovali, proč způsobuje oxid uhličitý skleníkový efekt. Určete, kdo z nich měl pravdu. A. Radka: Oxid uhličitý je nehořlavá látka, a proto se v atmosféře snadno ohřívá. Ohřátý oxid uhličitý stoupá vzhůru a hromadí se v horních vrstvách atmosféry. Jeho vrstva pak, podobně jako sklo ve skleníku, chrání Zemi před škodlivým zářením. B. Katka: Část slunečního záření, které prochází vrstvami atmosféry, pohltí zemský povrch. Zemský povrch vysílá zpět především tepelné záření. Vzduchem s větším obsahem oxidu uhličitého však proniká zpět do vesmíru méně tepelného záření vysílaného povrchem Země. C. Milan: Molekuly oxidu uhličitého přeměňují světlo na teplo. Od nich se ohřívají molekuly dalších plynů v atmosféře, zejména dusíku a kyslíku. Tyto molekuly po dopadu na povrch země ohřívají horniny a vodu a tím dochází k celkovému oteplování. D. Jirka: Oxid uhličitý má větší hustotu než kyslík a dusík ve vzduchu. Proto se pohybuje v opačném směru než ostatní plyny. Třením jeho molekul o jiné molekuly obsažené ve vzduchu vzniká teplo. Tím se celá atmosféra stále více ohřívá. Úloha č. 2: Určete název a vzorec nerostu s tvrdostí 9, krystalujícího v klencové soustavě. Má stejné chemické složení jako drahé kameny safír (modrý) a rubín (červený), používané ve šperkařství, a smirek, používaný jako brusivo. Úloha č. 3: Označte látky, které nepatří mezi oxidy. A. CaO B. H 2O C. NaOH D. Al 2O 3 E. P 4O 10 F. H 2O 2 Úloha č. 4: Oxidy mají značný význam v průmyslové výrobě. Přečtěte následující text s příklady využití oxidů, avšak místo vzorců uvádějte názvy oxidů: a) Konečnými produkty výroby jsou CaO (pálené vápno), CO 2 ( suchý led, hasební prostředek), ZnO (složka léků a bílých barev), N 2O (náplň bombiček k přípravě šlehačky), Cr 2O 3 (složka zelených barev), Al 2O 3 (umělý korund pro brusné materiály). b) Výchozími látkami (surovinami) a meziprodukty výrob jsou Al 2O 3 (k výrobě hliníku), Fe 2O 3 (k výrobě železa), CuO (k výrobě mědi), SO 2 a SO 3 (k výrobě kyseliny sírové), NO a NO 2 (k výrobě kyseliny dusičné). c) Jednotlivé druhy skla se liší svým složením. Z chemického hlediska je sklo tavenina sklotvorných oxidů, které samy mohou tvořit sklo (SiO 2, B 2O 3), popř. dalších oxidů, které ovlivňují vlastnosti skla (např. Na 2O, K 2O, CaO, PbO, Al 2O 3). Úloha č. 5: K odstranění jedovatých plynů ve výfukových plynech automobilů se používají katalyzátory. Ty umožňují, že proběhne řada reakcí, z nichž dvě jsou zapsány schématy. Upravte je na chemické rovnice: 5 z 5

7 Obsah Oxidy :07:21 Vytištěno v programu dosystem - EduBase (