p 2 -prvky Martin Dojiva Obecné informace do této t to skupiny patří C, Si, Ge, Sn a Pb označuje se jako IV.A skupina, 14. skupina nebo skupina p 2 -prvků elektronová konfigurace valenční vrstvy je ns 2 np 2 uhlík k je nekov; křemk emík k a germanium jsou polokovy; ; cín c n a olovo jsou kovy Uhlík výskyt vyskytuje se vázaný v i volný volný: grafit, diamant vázaný: oxid uhličitý, itý, uhličitany, itany, organické látky elementárn rní uhlík k se vyskytuje ve formě grafitu, diamantu, sazí a fullerenů 1
Grafit má vrstevnatou strukturu, černošedou edou barvu, kovový lesk, vede elektrický proud atomy jsou uspořádány v šesterečné soustavě,, kdy v rovině jsou uspořádány do šestiúhelníků s delokalizovaným π-systémem a jednotlivé vrstvy jsou poutány van der Wallsovými silami uměle se vyrábí v el. pecích ch z koksu a křemene k užití: : elektrody, žáruvzdorné materiály, tužky, mazadla, pigmenty Diamant nejtvrdší nerost, bezbarvý, nejvyšší známá tepelná vodivost atomy jsou v tetraedrickém uspořádání,, vázány v kovalentní vazbou umělá příprava prava je velmi složit itá,, daří se vyrábět t pouze diamantový prach užití: řezné,, brusné a vrtací nástroje, šperkařství Fullereny uměle připravenp ipravená modifikace uhlíku vzniká odpařov ováním uhlíkov kové elektrody v el. oblouku každý atom je vázán v n třemi t vazbami σ a jednou vazbou π v současnosti patří mezi nejsledovanější molekuly užití: : medicína, uhlíkov ková vlákna v žárovkách 2
Oxidy uhelnatý CO bezbarvý plyn bez zápachu, z velmi málo m rozpustný v H 2 O, je jedovatý příprava prava HCOOH CO + H 2 O v přítomnosti p H 2 SO 4 ; vzniká při i spalování uhlíku v nedostatku vzduchu C + O 2 CO 2 a následnn sledně CO 2 + C 2 CO je velmi reaktivní,, působp sobí jako redukční činidlo jeho jedovatost je způsobena velmi pevnou vazbou na hemoglobin Oxid uhličitý itý CO 2 bezbarvý plyn slabě kyselého zápachu, je těžt ěžší než vzduch, špatně rozpustný ve vodě je nejedovatý, ale nedýchatelný vzniká přímým slučov ováním C + O 2 CO 2 v pevném m skupenství suchý led v kapalném m skupenství v tlakových lahvích s černým pruhem užití: : potravinářstv ství,, sněhov hové hasící přístroje, chlazení Kyselina uhličit itá H 2 CO 3 vzniká rozpouštěním m CO 2 ve vodě, vzniklý roztok je slabě kyselý, přesnp esněji se jedná o CO 2.nH 2 O užití: : sifon tvoří dvě řady solí hydrogenuhličitany itany HCO 3 a uhličitany itany CO 2 3 nejdůle ležitější soli: soda Na 2 CO 3, potaš K 2 CO 3, vápenec v CaCO 3, magnezit MgCO 3 a jedlá soda NaHCO 3 3
Deriváty kyseliny uhličit ité močovina ovina CO(NH 2 ) 2 výroba za zvýšen ené teploty a tlaku přes p karbaminan amonný CO 2 + NH 3 NH 2 CO 2 NH 4 CO(NH 2 ) 2 + H 2 O dobře e rozpustná ve vodě,, kde hydrolyzuje užití: : surovina na výrobu plastů a pryskyřic, hnojivo fosgen COCl 2 silně toxický plyn výroba z CO a Cl 2 za katalýzy aktivním m uhlím důležitá průmyslov myslová surovina Sloučeniny uhlíku s vodíkem nazývají se uhlovodíky založeny na schopnosti atomu uhlíku vytvářet dlouhé řetězce v současnosti je jich známo přes p 15 milionů vlastnosti jsou ovlivňov ovány strukturou hlavními zdroji je ropa, zemní plyn a černouhelný dehet CH 3 CH 3 H 2 C CH CH 2 CH CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 3,5-dimethyloctane Sloučeniny uhlíku s halogeny existuje velké množstv ství sloučenin, převážně jako deriváty uhlovodíků nejvýznamnější chlorid uhličitý itý CCl 4 : jedovatá kapalina nasládl dlého zápachu, karcinogen; užití: halonové hasící přístroje, rozpouštědlo freony fluorochloroderiváty uhlovodíků,, nejedovaté, nekorozivní s vhodnou měrnou m tepelnou kapacitou; užití: : hnací plyny sprejů,, chladící médium; při i reakcích ch v atmosféře e ničí ozon 4
Karbidy binárn rní sloučeniny uhlíku s elektropozitivnější ším prvkem vznikají reakcí uhlíku s kovem nebo oxidem kovu za zvýšen ené teploty acetylidy = iontové karbidy: tvoří je s-prvky, s Ag,, Au a Cu; ; jsou výbušné,, s vodou reagují za vzniku acetylenu intersticiáln lní: : atomy C jsou rozmíst stěny v dutinách krystalových mřížek m kovů,, tvoří je Ti, Zr,, V, Mo,, W; používaj vají se na výrobu rychlořezných nástrojn strojů karbidy prvků skupiny Fe: : Cr 3 C 2, Mn 3 C, Fe 3 C, Co 3 C a N 3 C jsou přechodem p mezi iontovými a intersticiáln lními; s vodou reagují za vzniku uhlovodíků a vodíku kovalentní: : Be 2 C, Al 4 C 3 s vodou reagují za vzniku methanu, SiC,, B 4 C jsou mimořádn dně tvrdé a chemicky odolné Kyanovodík HCN bezbarvá kapalina s teplotou tánít 25,6 C, vonící po hořkých mandlích tvoří lineárn rní molekuly H C N bez stabilizátoru toru polymeruje připravuje se reakcí methanu s amoniakem při p teplotě nad 1200 C je prudce jedovatý, ale velmi dobré rozpouštědlo používá se na výrobu NaCN,, KCN, methylmetakrylátu tu, acetonitrilu Křemík Si po kyslíku ku 2. nejrozší šířenější prvek na Zemi (ve vesmíru 7.) a jeho obsah roste směrem k povrch planety vyskytuje se pouze v kyslíkatých katých sloučenin eninách, nejčast astěji SiO 2, křemičitany itany a hlinitokřemi emičitanyitany modrošed edá,, lesklá,, tvrdá a křehkk ehká krystalická látka, polovodič ox. čísla nejčast astěji +IV a IV, méně často +II; netvoří vodíkov kové můstky a neřet etězí se jako uhlík 5
eaktivita křemk emíku nepříli liš reaktivní; ; za vyšší teploty reaguje s O, X, S, N, C a většinou v kovů (silicidy) s H 2 O reaguje aža při i teplotě červeného žáru Si + 2 H 2 O SiO 2 + 2 H 2 je odolný vůčv ůči i kyselinám m mimo HF s hydroxidy se rozpouští za vzniku vodíku Si + 2 OH + H 2 O SiO 2 3 + 2 H 2 Oxid křemik emičitý itý SiO 2 pevná,, těžt ěžko tavitelná krystalická látka polymerní s tetraedrickým uspořádáním; mnoho modifikací; ; nejvýznamnější křemen, tridymit a cristobalit (všechny mají formu α a β) barevné modifikace: křišťál k čirý, ametyst fialový, růžr ůženín růžový, záhnz hněda hnědý, citrín žlutý, Kyselina křemik emičitá a její soli kyseliny křemik emičité (např.: H 2 SiO 3, H 4 SiO 4, H 2 Si 2 O 5, H 6 Si 2 O 7 ) jsou známy pouze ve formě roztoků při i vysoušen ení kondenzují za vzniku polymerů křemičitany itany jsou součást stí půd d a mají mnoho různých r využit ití (granát, topaz, kaolinit, ) jejich struktura je velmi složit itá,, většinou v obsahují tetraedry SiO 4 6
Silany sloučeniny křemk emíku s vodíkem s obecným vzorcem Si n H 2n+2, kde n je od 1 do 8 monosilan a disilan jsou bezbarvé plyny, ostatní těkavé kapaliny jsou velmi reaktivní a na vzduchu samozápaln palné, termická stabilita klesá s rostoucím řetězcem s vodou reagují za vzniku vodíku Si 2 H 6 + 4 H 2 O 2 SiO 2 + 7 H 2 Halogenidy křemičité lze odvodit od silanů náhradou vodíků halogeny; obecný vzorec Si n X 2n+2 ochotně reagují s vodou SiX 4 + 2 H 2 O SiO 2 + 4 HX nejvýznamnější je SiCl 4, který se používá při i výrobě polovodičov ového křemk emíku Silikony náhradou atomů vodíku halogeny a alkyly vznikají alkylhalogensilany jejich hydrolýzou pak siloxany v případp padě dialkyldihalogensilanů polymerní polysiloxany neboli silikony,, podle délky řetězce to jsou oleje, pryskyřice nebo kaučukovit ukovité látky H O Si O Si O Si H 7
Karbid křemk emíku SiC triviáln lní název karborundum vyrábí se v elektrické peci z křemennk emenného písku s nadbytkem koksu nebo antracitu SiO 2 + 2 C Si + 2 CO Si + C SiC je velmi tvrdý a používá se jako brusný materiál Sklo podchlazená kapalina, nemá krystalickou strukturu, velmi pomalu teče složen ení se udává pomocí oxidů: Na 2 O CaO 6SiO 2 základní suroviny: SiO 2, Na 2 CO 3 (běž ěžné sklo), K 2 CO 3 (tabulové sklo) a CaCO 3 pro speciáln lní skla: MgO, BaO, ZnO, PbO,, B 2 O 3, nejjednodušší sklo je tavený křemen Výroba skla jemně pomletý sklářský ský písek p se promích chá s uhličitanem itanem vápenatým a sodným, tato směs s se nazývá sklářský ský kmen taví se při p i 1400-1500 1500 C, bubliny plynů se odstraní přídavkem čířecíchch látek (As 2 O 3, NH 4 NO 3 ) a zvýšen ením teploty dále se ochladí na teplotu pro zpracování hotové výrobky se musí pomalu chladit, aby nepopraskaly 8
Vodní sklo vzniká tavením m sklářsk ského písku p s uhličitanem itanem sodným nebo draselným a následným n rozpuštěním m vznikajících ch křemičitanů ve vodě složen ení Na 2 O nsio 2 používá se k impregnaci, pro přípravu p pravu žáruvzdorných vyzdívek vek (šamot)( a potravinářstv ství (nakládání vajec) Germanium, cín, c olovo el. konfigurace valenční vrstvy je ns 2 np 2 s rostoucím m Z roste kovový charakter, stabilita ox. čísla +II tvoří 2 řady halogenidů MX 2 a MX 4, amfoterní oxidy MO a kyselinotvorné oxidy MO 2 olovo je toxické,, ostatní nikoli Germanium Ge vyskytuje se pouze ve stopách šedobílá,, lesklá,, krystalická látka, polovodič málo reaktivní,, odolný vodě, zředěným kyselinám a hydroxidům při i teplotě červeného žáru hoří na GeO 2 s vodíkem tvoří germany Ge n H 2n+2 (n = 1-5) 1 9
Cín Sn vyskytuje se pouze ve sloučenin eninách, nejčast astěji jako cínovec c SnO 2 vyrábí se redukcí cínovce žhnoucím m uhlím, nežádouc doucí příměsí je železo v závislosti z na teplotě se vyskytuje ve třech modifikacích ch 13,2 C 161 C šedý (α)( ) cínc bílý (β)( ) cínc křehký (γ)( ) cínc soustava krychlová soustava čtvercová soustava kosočtverečná Modifikace cínuc Bílý (β)( ) cín c měkký, stříbrolesklý kov používá se na výrobu drátů a tenkých fólif lií (staniolu) postupně se na povrchu pasivuje oxidem cínic ničitým itým a ztrácí lesk Šedý (γ)( ) cínc šedý práš ášek, který vzniká dlouhodobým skladováním m bílého b cínu při p i teplotách do 13,2 C C (cínový mor) Použit ití cínu a jeho sloučeniny povrchová úprava kovů (bílý plech) slitiny bronzy (Sn( a Cu), ložiskov iskové kovy (Sn, Sb, Cu, Pb, ), klempířsk ské pájky (Sn( Sn, Pb), liteřina ina (Sn( Sn, Sb, Pb) při i vyšší šších teplotách reaguje cín c s kyslíkem kem za vzniku SnO 2 výroba smaltů 10
Olovo známé již od starověku, využíváno již ve starém Římě k rozvodu vody a kanalizace nejvýznamnější ruda galenit PbS výroba: 2 PbS + 3 O 2 2 PbO + 2 SO 2 PbO + C Pb + CO šedý, měkký, m dobře e tvarovatelný kov, výrobky ale mají malou pevnost PÁY OLOVA I JEHO OZPUSTNÉ SLOUČENINY JSOU JEDOVATÉ eaktivita olova a jeho sloučeniny olovo je reaktivnější než cín na vzduchu se pasivuje oxidem olovnatým rozpouští se v kyselinách za vzniku vodíku vyjímkou je H 2 SO 4 a HNO 3, kde vzniká NO 3 Pb + 8 HNO 3 3 Pb(NO 3 ) 2 + 2 NO + 4 H 2 O chroman olovnatý PbCrO 4 je chromová žluť pigment oxid olovičitý itý PbO 2 se používá na výrobu olověných akumulátor torů 11