Oxidy a oxidické materiály

Oxidy a oxidické materiály vazba v pevných látkách acidobazické vlastnosti oxidů oxidy s-prvků (7. přednáška) oxidy d-prvků oxidy p-prvků (část 6. přednášky) obrázky molekul a Lewisovy vzorce molekul v této přednášce čerpány z: http://.chemtube3d.com/ http://en.wikipedia.org

Dělení pevných látek podle typu vazeb Kovy - delokalizace valenčních elektronů přes celou strukturu dobré tepelné a elektrické vodiče - vazba je nesměrová kovy jsou tvárné Iontové krystaly - elektrostatické síly mezi kationty a anionty - vysoká vazebná energie (vysoké t.t.) - lokalizovaná el. hustota špatné vodiče křehké, netvárné Kovalentní krystaly - sdílení valenčních e - sousedními atomy - vysoká vazebná energie (vysoké t.t.) - lokalizovaná el. hustota, směrová vazba špatné vodiče křehké, netvárné Molekulové krystaly - van der Waallsovy síly mezi molekulami nebo atomy slabé vazby (nízké t.t.) - nevodivé, měkké picture(s): http://2012books.lardbucket.org; http://io9.com; http://commons.wikimedia.org; http://www.e6cvd.com

Pásová teorie pro vazbu v pevných látkách Na Na 2 Na 3 Na 4 Na 5 Na 30 Na vodivostní (antivazebný) pás valenční (vazebný) pás pásy odděleny Fermiho hladinou Fermiho hladina T = 0 K: všechny elektrony v základním stavu T > 0 K: zvyšuje se pravděpodobnost přechodu e - nad Fermiho hladinu picture(s): http://catalog.flatworldknowledge.com; http://cnx.org/contents/97d8f4d5-6cb1-4b8f-a4f0-06c627e81ec4@1/mobile_carriers_and_the_fermi_

se zvyšující se T el. odpor Klasifikace látek podle pásové struktury vodivostní pás vodivostní pás E g zakázaný pás DE g < 3 ev DE g > 5 ev Kovy Polovodič Izolant KOVY POLOVODIČE IZOLANTY zvyšují se kmity mřížky a tím rozptyl e - el. vodivost klesá zvyšuje se koncentrace nositelů náboje el. vodivost stoupá valenční pás valenční pás supravodiče kovy polovodiče T

Struktura pevných oxidů - krystalovou strukturu mají iontové i kovalentní pevné oxidy - tzn. pravidelné opakování strukturních motivů ve třech směrech - krystalové struktury lze rozdělit podle tzv. strukturních typů, např.: NaCl (halit) CaF 2 (fluorit) TiO 2 (rutil) Al 2 O 3 (korund) - iontové oxidy 2. skupiny (CaO, SrO, BaO) - oxidy 1. přechodné řady (CoO, NiO, MnO, FeO ) - ZrO 2, CeO 2 - antifluorit iontové oxidy 1. skupiny (Li 2 O, Na 2 O, K 2 O ) - CrO 2, MnO 2, PbO 2, SnO 2 - Cr 2 O 3, Mn 2 O 3, Fe 2 O 3

Pevné oxidy p-prvků - acidobazické chování H 2 O Li 2 O BeO B 2 O 3 CO 2 N 2 O 5 O F Na 2 O MgO Al 2 O 3 SiO 2 P 4 O 10 SO 3 Cl 2 O 7 K 2 O CaO Ga 2 O 3 GeO 2 As 2 O 5 GeO As 2 O 3 SeO 3 Br 2 O 7 iontové oxidy - zásadotvorné Rb 2 O Cs 2 O SrO BaO In 2 O 3 SnO Sb 2 O 5 In 2 O SnO 2 Sb 2 O 3 Tl 2 O 3 PbO Bi 2 O 5 Tl 2 O PbO 2 Bi 2 O 3 TeO 3 I 2 O 5 kovalentní oxidy - kyselinotvorné kovalentní oxidy - nerozpustné v H 2 O - slučují se s alkáliemi amfoterní oxidy

Pevné oxidy p-prvků - acidobazické chování kovalentní oxidy - kyselinotvorné iontové oxidy - zásadotvorné: Bi 2 O 3 + HCl BiCl 3 + H 2 O amfoterní oxidy SnO 2 + NaOH Na 2 [Sn(OH) 6 ] SnO 2 + HCl SnCl 4 + H 2 O kovalentní oxidy - nerozpustné v H 2 O - za vyšší teploty se slučují s alkáliemi (oxidy, OH -, CO 2-3 ) SiO 2 (s) + NaOH (s) t Na 2 SiO 3 (s) PbO 2 - nerozpustný oxid bez acidobazických projevů

Al 2 O 3 - oxid hlinitý bílá nereaktivní těžkotavitelná pevná látka (t.t. = 2044 o C) amfoterní oxid (reaguje obtížně, snáze reaguje Al(OH) 3 resp. Al 2 O 3 nh 2 O): Al 2 O 3 + 6 H 3 O + 2 Al 3+ + 9 H 2 O Al 2 O 3 + 2 OH + 3 H 2 O 2 [Al(OH) 4 ] Výskyt bauxit (AlO(OH)), korund (Al 2 O 3 ) rubín: Al 2 O 3 s Cr 3+, safír: Al 2 O 3 s V 3+ V 3+ /Fe 3+ Fe 3+ /Fe 2+ Výroba Bayerova metoda zpracování bauxitu: Al 3+ (aq) AlO(OH) + OH - + H 2 O [Al(OH) 4 ] - [Al(OH) 4 ] - + H 3 O + SiO Al(OH) 3 + H 2 O 2 (s) 2 Al(OH) 3 Al 2 O 3 + 3 H 2 O Fe 3+ (aq) Použití výroba hliníku žáruvzdorný materiál, katalýza, abrazivní materiál, umělé drahokamy Al(OH) 3 (s) Fe(OH) 3 (s) [Al(OH) 4 ] - (aq) picture(s): http://www.mindat.org

SiO 2 - oxid křemičitý vyskytuje se v mnoha krystalových modifikacích (křemen, cristobalit ; t.t. = 1705 o C) chemicky velmi inertní, za normální t. pouze 6 HF(aq) + SiO 2 (s) H 2 [SiF 6 ](aq) + 2H 2 O tavením příprava křemičitanů: SiO 2 + Na 2 CO 3 Na 2 SiO 3 + CO 2 (nebo tavení s NaOH, Na 2 O) Výskyt α-křemen součástí hornin (žula, pískovec ) různé variety křemene: křišťál růženín záhněda ametyst citrín - nedokonalé formy křemene - achát, onyx, chalcedon, jaspis, tygří oko Použití využití piezoelektrického jevu - př. quartz hodinky křemenné sklo, silikagel picture(s): http://www.mindat.org; http://www.pointtec.de

SiO 2 - sklo krystalický křemen sklo Křemenné sklo - SiO 2 - vysoká teplota měknutí a tání - malý koeficient tepelné roztažnosti - chemická odolnost - propustnost pro UV záření (čočky, hranoly) Ostatní skla obalové sklo: Na 2 O - CaO - SiO 2 (15:15:70) křišťálová skla: K 2 O - PbO - SiO 2 tepelně odolná skla: Na 2 O - B 2 O 3 - SiO 2 vodní sklo : SiO 2 + Na 2 CO 3 Na 2 O.SiO 2 (1: 3-5) Přírodní sklo - vltavíny, obsidián, pazourek picture(s): http://www.ndt-ed.org/educationresources/; www.mindat.org

SiO 2 - křemičitany živce - př. orthoklas KAlSi 3 O 8 zeolity - př. faujasit - - Ca x/2 (Si 1 x Al x O 2 ) - nosiče katalyzátorů - molekulová síta vrstevnaté silikáty - jíly (př. kaolinit - Al 4 (OH) 8 (Si 4 O 10 )), slídy, mastek jiné - portlandský cement Ca 3 SiO 5 / Ca 3 Al 2 O 6 - porcelán (50 % skelné fáze, 25 % SiO 2, 25 % mullit ~ 2Al 2 O 3.SiO 2 ) - smalty

Oxidy olova PbO - amfoterní oxid PbO Příprava 2 Pb + O 2 2 PbO nebo PbCO 3 PbO + CO 2 Použití - sklo, glazury, smalty, pigmenty PbO 2 Příprava - nerozpustný oxid bez acidobazického chování Pb 2+ [Pb(OH) 4 ] 2- + ClO - PbO 2 + Cl - + 2 OH - + H 2 O PbO 2 Vlastnosti - tepelný rozklad 2 PbO 2 2 PbO + O 2 (příprava kyslíku) - silné oxidační činidlo 5 PbO 2 + 2 Mn 2+ + 4 H + 5 Pb 2+ + 2 MnO 4 - + 2 H 2 O Použití - olověné akumulátory: PbO 2 (katoda) + Pb(anoda) + 2 H 2 SO 4 2 PbSO 4 + 2 H 2 O

Oxidy olova Pb 3 O 4 - směsný oxid 2PbO PbO 2 - triviálně minium, suřík - chová se jako směs obou oxidů: [Pb(OH) 4 ] 2- (aq) Pb 2+ (aq) Pb(OH) 2 (s) PbO 2 (s) rozpouštění v H 3 O + bez redox: Pb 3 O 4 + HNO 3 Pb(NO 3 ) 2 + PbO 2 + H 2 O rozpouštění s redox: Pb 3 O 4 + HCl PbCl 2 + Cl 2 + H 2 O Použití - protikorozní nátěry - pigment do barev

Oxidy d-prvků - acidobazické chování 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11. 12. Sc 2 O 3 TiO 2 V 2 O 5 (CrO 3 ) (Mn 2 O 7 ) Fe 2 O 3 Co 3 O 4 NiO CuO ZnO CrO 2 MnO 2 Fe 3 O 4 CoO Cu 2 O Cr 2 O 3 MnO FeO Y 2 O 3 ZrO 2 Nb 2 O 5 MoO 3 (Tc 2 O 7 ) (RuO 4 ) RhO 2 PdO AgO CdO MoO 2 TcO 2 RuO 2 Rh 2 O 3 Ag 2 O La 2 O 3 HfO 2 Ta 2 O 5 WO 3 (Re 2 O 7 ) (OsO 4 ) IrO 2 PtO 2 Au 2 O 3 HgO WO 2 ReO 2 OsO 2 tučně nejstálejší oxidy v závorce molekulární kyselé oxidy barvy kyselé, amfoterní, bazické

picture(s): http://fyzmatik.pise.cz/944-matematika-opalovacich-kremu-anketa.html TiO 2 - oxid titaničitý bílá, nerozpustná, tepelně stálá pevná látka rozpustný pouze v silných kyselinách: TiO 2+ (aq) TiO 2 (s) -2 0 2 4 6 ph 8 10 12 14 16 TiO 2 + 2 H 3 O + TiO 2+ + 3 H 2 O tavením s bázemi vznikají podvojné oxidy: TiO 2 + CaO CaTiO 3 (perovskit) Výskyt rutil, anatas, brookit Výroba sulfátový postup (z ilmenitu FeTiO 3 ): TiO 2 + H 2 SO 4 (TiO)SO 4 + H 2 O (TiO)SO 4 + H 2 O TiO 2 + H 2 SO 4 chloridový postup: TiO 2 + 2 C + 2 Cl 2 TiCl 4 + 2 CO TiCl 4 + O 2 TiO 2 + 2 Cl 2 Použití pigment (titanová běloba), plniva (papír, plasty) fotokatalýza, opalovací krémy

Oxidy chromu - Cr 2 O 3, CrO 2, CrO 3 Cr 2 O 3 stálá, nereaktivní látka amfoterní oxid: Cr 3+ (aq) Cr 2 O 3 nh 2 O (s) [Cr(OH) 4 ] - (aq) + H 3 O + + OH - Výroba/příprava Cr 3+ + OH Cr(OH) 3 Cr 2 O 3.nH 2 O Cr 2 O 3 (NH 4 ) 2 Cr 2 O 7 Cr 2 O 3 + N 2 + 4 H 2 O Použití abrazivum (leštění), zelený pigment (chromová zeleň) CrO 2 kovový vodič, ferromagnetický Výroba 2 CrO 3 2 CrO 2 + O 2 Použití záznamová média CrO 3 molekulární kyselinotvorný oxid Příprava K 2 Cr 2 O 7 + 2 H 2 SO 4 (konc.) 2 CrO 3 + 2 KHSO 4 + H 2 O picture(s): http://www.tradeeasy.com; http://www.tapeheads.net/

Oxidy manganu - MnO, MnO 2, Mn 2 O 7 MnO, Mn 2 O 3 nižší bazické oxidy - rozpouští se v kyselinách Mn 2+ (aq) Mn(OH) 2 (s) MnO 2 černá stálá pevná látka nerozpustný ani ve vodě, ani v H 3 O + nebo OH - MnO 2 (s) silné oxidační činidlo MnO 2 + 4 HCl MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O zahříváním se rozkládá: MnO 2 O 2 + Mn 2 O 3 Výskyt pyrolusit (= burel) Výroba anodická oxidace MnSO 4 (syntetický burel) příprava: MnO 4 + H 2 O + SO 2-3 MnO 2 + SO 2-4 + OH Mn 2+ + MnO 4 + H 2 O MnO 2 + H 3 O + Použití depolarizátor v suchých článcích barvení skla (růžová, fialová), cihel (červenohnědá) Mn 2 O 7 - molekulární kyselý oxid, silné oxidační činidlo - vysoce explozivní nad -10 C pyrolusit anoda (Zn plášť) katoda (grafit) pasta - elyt (MnO 2, grafit, NH 4 Cl) suchý článek picture(s): https://np-apchemistry.wikispaces.com/chapter19/; http://commons.wikimedia.org

Oxidy železa - FeO, Fe 2 O 3, Fe 3 O 4 FeO bazický oxid, rozpustný v kyselinách Fe 2+ (aq) Fe(OH) 2 (s) Fe 2 O 3 oxid rozpustný v kyselinách Fe 3+ (aq) Fe(OH) 3 (s) tavením s bazickými oxidy vznikají podvojné oxidy - tzv. ferity vyskytuje se v několika formách: (MgFe 2 O 4, CuFeO 2, BaFe 12 O 19 ) α-fe 2 O 3.v přírodě jako hematit (krevel) γ-fe 2 O 3.v přírodě jako maghemit; je ferromagnetický Fe 2 O 3 nh 2 O. v přírodě jako hnědel; produkt reznutí železa Použití železná ruda, pigment (železité okry), abrazivo, katalyzátor, magnetický záznam Fe 3 O 4 FeO.Fe 2 O 3 = (Fe III )(Fe II Fe III )O 4 struktura inverzního spinelu hnědočervená až černá nerozpustná pevná látka; ferromagnetický Výskyt magnetit (= magnetovec) Použití železná ruda; ve směsi s γ-fe 2 O 3 pro magnetické pásky picture(s): http://www.southampton.ac.uk/~imw/cheslode.htm; http://audiovintage.su/2/philips-siera-compact-cassettes/

Oxidy mědi - Cu 2 O, CuO Cu 2 O ve vodě nerozpustný oxid bazické povahy; při rozpouštění v kyselinách se může rozkládat: Cu 2 O + HCl CuCl + H 2 O Cu 2 O + H 2 SO 4 CuSO 4 + Cu + H 2 O Použití - červený pigment v keramice a glazurách - produkt důkazu redukujících cukrů pomocí Fehlingova roztoku (Cu 2+ Cu 2 O) CuO amfoterní oxid, ve vodě nerozpustný : [Cu(OH) 4 ] 2- (aq) Cu 2+ (aq) Cu(OH) 2 (s) Výroba spalování mědi: Cu + O 2 CuO pyrolýzou kyslíkatých sloučenin: Cu(OH) 2 CuO + H 2 O Použití barvení skla nebo keramiky picture(s): http://www.shyamchemicals.com

picture(s): http://www.brhoward.com/pristley_burning_glass.html; http://mgraham.com Oxidy zinku a rtuti ZnO ve vodě nerozpustná bílá látka amfoterní oxid Zn 2+ (aq) Zn(OH) 2 (s) [Zn(OH) 4 ] 2- (aq) Výroba spalování zinku Zn + O 2 ZnO Použití pigment - zinková běloba, výroba pryže HgO žlutá nebo červená nerozpustná pevná látka bazický oxid Historický význam 1774 J. Priestley objev kyslíku demonstrace rozkladu HgO burning glass : 350 ºC HgO Hg + O 2

Směsné oxidy přechodných kovů Perovskity perovskit CaTiO 3 = strukturní typ pro oxidy ABO 3 BaTiO 3 - významné ferroelektrikum La III Mn III O 3 (La 1-x Sr x )Mn III/IV O 3 - (anti)ferromagnetika, colossal magnetoresistance Spinely - strukturní typ spinelu MgAl 2 O 4 - kationty v tetraedrických a oktaedrických dutinách: T [A II ] O [B III ] 2 O 4 - př. magnetické ferrity: MgFe 2 O 4, MnFe 2 O 4 - inverzní spinely: T [B III ] O [A II B III ] 2 O 4 např.: Fe 3 O 4, NiFe 2 O 4 picture(s): http://www.er-c.org; http://www.lts.fzu.cz

Supravodivé kupráty směsné oxidy na bázi mědi pod T C - nulový odpor - ideální diamagnetika střídají se vrstvy se strukturou perovskitu a halitu anizotropie Termoelektrické kobaltity Směsné oxidy přechodných kovů směsné oxidy na bázi kobaltu např. Ca 3 Co 3,95 O x, Bi 2 Sr 2 Co 1,8 O x - využití termoelektrického jevu pro přeměnu odpadního tepla na elektřinu picture(s): http://www.pnas.org; https://journals.cambridge.org

Pevné neoxidové materiály křemík, polovodiče rozdělení -idů podle typu vazby boridy, karbidy, silicidy nitridy, fosfidy pseudohalogenidy obrázky molekul a struktur v této přednášce čerpány z: http://.chemtube3d.com/ http://en.wikipedia.org

Křemík - křemík je 2. nejrozšířenějším prvkem na zemi - křemičitany, hlinitokřemičitany, křemen - veliká afinita ke kyslíku a fluoru Elektronová konfigurace: [Ne] 3s 2 3p 2 3d 0 Elektronegativita: χ Si = 1,74 - využívá pro vazbu i orbitaly d - v kyslíkových sloučeninách (SiO 2, křemičitany) tvoří tetraedry SiO 4 - elementární křemík má strukturu diamantu picture(s): http://en.f-alpha.net; http//www.s-power.cz; http://www.intl-lighttech.com

Křemík - chemické vlastnosti - za normální teploty málo reaktivní - odolává kyselinám, kromě směsi HNO 3 a HF: Si + 4 HNO 3 SiO 2 nh 2 O + 4 NO 2 + 2 H 2 O SiO 2 + 6 HF H 2 [SiF 6 ] + 2 H 2 O - alkalické roztoky za tepla: Si + 4 OH - SiO 4 4- + 2 H 2 - přímé slučování za vyšší teploty: + halogeny (300 C), + S (500 C), + N 2 (1300 C), + C (2000 C) - za vysoké teploty redukční účinky: 3 Mn 3 O 4 + 4 Si 5 Mn + 4 MnSiO 3 3BaO + Si 2 Ba + BaSiO 3 Si + 2H 2 O 2 H 2 + SiO 2

Křemík - výroba, použití Výroba SiO 2 + 2 C Si + 2 CO SiO 2 + 2 SiC 3 Si + 2 CO čistý Si pro polovodiče SiO 2 + 2 C + 2 Cl 2 SiCl 4 + 2 CO SiCl 4 + 2 H 2 (Zn, Mg) Si + 4 HCl (ZnCl 2, MgCl 2 ) - rafinace zonálním tavením - pro polovodivé použití 99,9999999% čistota ~ 9N Použití metalurgický průmysl ferrosilicium dezoxidace oceli korozivzdorné slitiny ferrosilit Si-oceli elektrické motory polovodičová technika picture(s): http://www.hiwtc.com

Polovodiče - typy příměsový polovodič - n-typ - dopování elektrony - př. Si dopovaný P, As vlastní (nedopovaný) polovodič - př. Si, Ge, Se - úzký zakázaný pás nový zakázaný pás příměsový polovodič - p-typ - dopování dírami - př. Si dopovaný Ga, Al nový zakázaný pás picture(s): http://2012books.lardbucket.org; http://en.wikipedia.org

Polovodiče - použití příklady polovodičů - křemík, germanium - dopované i nedopované - polovodiče typu A III B V - GaAs, AlN, GaP, InGaN A II B VI A IV B IV - SiC - ZnS, CdS, ZnSe fotovoltaický jev - solární panely - vznik el. napětí po dopadu světla na P-N rozhraní polovodičové diody (LED) - opačný jev: emise fotonu po aplikaci el. napětí tranzistory - čipy, mikroprocesory, integrované obvody picture(s): http://en.f-alpha.net; http//www.s-power.cz; http://www.intl-lighttech.com

Kovalentní vs iontové -idy kovy, polokovy anionty netvoří iontové -idy (CaC 2, Na 3 P, K 2 S, CaH 2 ) Na 3 N + H 2 O = NaOH + NH 3 kovalentní/intersticiální -idy (B 4 C, WC, BN, Fe 3 C P 4 S 10, S 4 N 4, CH 4 ) nehydrolyzují iontové oxidy (Na 2 O, SrO) CaO + H 2 O = Ca(OH) 2 kovalentní oxidy (SO 3, NO 2 ) reakce s nukleofily: P 4 O 10 + H 2 O = H 3 PO 4 SO 3 + HCl = HSO 3 Cl (H) H Li Be B C N O F Na Mg Al Si P S Cl K Ca Ga Ge As Se Br Rb Sr In Sn Sb Te I Cs Ba Tl Pb Bi Po At iontové halogenidy (NaCl, KBr) nehydrolyzují kovalentní halogenidy (PCl 3, SiF 4, TiCl 4, AlCl 3 ) reakce s nukleofily: PCl 3 + H 2 O = H 3 PO 3 + 3 HCl BF 3 + CH 3 OH = B(OCH 3 ) 3 + HF picture(s): http://www.boredofstudies.org/wiki/chemistry_9.5.4/

Iontové -idy: chemické vlastnosti Karbidy: Be 2 C, Al 4 C 3 (methanidy), CaC 2, LnC 2 (acetilidy) Nitridy: M 3 N, M =alk. kov, M 3 N 2, M=Be-Ba Silicidy: Na 2 Si, Mg 2 Si Fosfidy: Na 3 P, Ca 3 P 2 hydrolyzují Al 4 C 3 + 12 H 2 O 4 Al(OH) 3 + 3 CH 4 CaC 2 + 2 H 2 O Ca(OH) 2 + C 2 H 2 Ca 3 N 2 + 6 H 2 O 3 Ca(OH) 2 + 2 NH 3 Ca 3 P 2 + 3 H 2 O 3 Ca(OH) 2 + 2 PH 3 vznikající hydridy dále nehydrolyzují Na 2 Si + 3 H 2 O Na 2 SiO 3 + 3 H 2 (vznikající SiH 4 dále reaguje s vodou) reagují s kyselinami Mg 2 Si + 2 HCl MgCl 2 + SiH 4 (vzniká směs silanů) 2 AlP + 3 H 2 SO 4 Al 2 (SO 4 ) 3 + 2 PH 3 picture(s): http://carbidelamplightco.com

Kovalentní -idy: chemické vlastnosti Boridy: TiB 2, CaB 6, MgB 2, ZrB 2 (kovalentní), Mn 4 B (intersticiální) Karbidy: B 4 C, SiC (kovalentní), WC, Fe 3 C (intersticiální) Nitridy: BN, Si 3 N 4 (kovalentní), TiN, AlN (intersticiální) Silicidy: TiSi, ZrSi (kovalentní), Cu 5 Si, V 3 Si (intersticiální) Fosfidy: W 3 P, FeP, TiP nehydrolyzují chemicky vysoce odolné - odolávají minerálním kyselinám (většina i HF) - odolávají roztaveným alkáliím i dalším taveninám - použití jako obložení v tavných pecích - použití jako elektrody v taveninách picture(s): http://www.boredofstudies.org/wiki/chemistry_9.5.4/

Struktura -idů a fyz. vlastnosti Intersticiální -idy malé atomy C, N, Si atd. (nebo jejich dvojice) jsou vmezeřeny do kovové struktury takové materiály si většinou zachovají kovové vlastnosti (kovový lesk, el. vodivost) zároveň je posílena jejich mechanická a tepelná odolnost WC extrémně tvrdý a odolný Fe 3 C TiN použití pro povlaky nástrojů picture(s): http://www.tungsten-uses.com; http://en.wikipedia.org; https://ebuy.craig-international.com/cat/1312/41065/

picture(s): http://en.wikipedia.org; http://www.carborundum.cz Struktura -idů a fyz. vlastnosti Kovalentní -idy - od řetězců nebo izolovaných klastrů B, N, Si, C až po kovalentní 3D struktury takové materiály jsou považovány za keramické s extrémní mechanickou a tepelnou odolností v závislosti na struktuře jsou el. vodiči, polovodiči B 4 C brusivo, obložení brzd lehké štíty, pancíře neutronové štíty; kontrolní tyče v jaderných reaktorech LaB 6 povrch elektrod pro vysokoteplotní použití

Struktura -idů a fyz. vlastnosti Kovalentní -idy - od řetězců nebo izolovaných klastrů B, N, Si, C až po kovalentní 3D struktury takové materiály jsou považovány za keramické s extrémní mechanickou a tepelnou odolností v závislosti na struktuře jsou el. vodiči, polovodiči SiC carb(on, c)orundum (tvrdost mezi diamantem a korundem) konstrukční keramika brusivo, obložení Si 3 N 4 žárovzdorný, chem. odolný tvrdý keramický materiál picture(s): http://en.wikipedia.org; www.boggstool.com; http://www.mawi.tu-darmstadt.de; http://tojobearing.com

Struktura -idů a fyz. vlastnosti Kovalentní -idy - od řetězců nebo izolovaných klastrů B, N, Si, C až po kovalentní 3D struktury BN (nitrid boritý) takové materiály jsou považovány za keramické s extrémní mechanickou a tepelnou odolností v závislosti na struktuře jsou el. vodiči, polovodiči - isoelektronová sloučenina s uhlíkem podobné alotropy jako uhlík hexagonální BN - el. izolant (vazby s iontovým podílem) - výborný tepelný vodič mazivo do vysokých T kubický BN - extrémní tvrdost abrazivo, brusné nástroje 1800 C BN (hex.) 8,5 TPa BN (kub.)

Výroba kovalentních -idů Syntézy těchto materiálů probíhají vždy za vysokých teplot. Přímá syntéza z prvků 3 Si + 2 N 2 (g) Si 3 N 4 3 Ca + N 2 Ca 3 N 2 Reakce s příslušným hydridem 3 Mg + 2 NH 3 Mg 3 N 2 + 3 H 2 4 Ti + 2 PH 3 2 Ti 2 P + 3 H 2 BCl 3 + NH 3 BN (hex.) + HCl Reakce oxosloučenin kovů s C, B, N 2 B 2 O 3 + C B 4 C + CO SiO 2 + 3C SiC + 2CO CaO + 3C CaC 2 + CO Sc 2 O 3 + 6 B 2 ScB 2 + 3 B 2 O 3 Ca 3 (PO 4 ) 2 + 8 C Ca 3 P 2 + 8 CO 3 SiO 2 + 6 C + 2 N 2 Si 3 N 4 + 6 CO

Sloučeniny fosforu se sírou P 4 S 3 (s) - nejstálejší, žlutá krystalická látka P(červený) + S P 4 S 3 (180 o C, inert) výroba zápalek P 4 S 3 (9 %), KClO 3 (20 %), Fe 2 O 3 (11 %), ZnO (7 %), sklo (14 %), klih (10 %), H 2 O (29 %) P 4 S 10 (s) - strukturní analogie P 4 O 10 P 4 + S (nadbytek) P 4 S 10 (300 o C) hydrolýza: P 4 S 10 + H 2 O H 3 PO 4 + H 2 S picture(s): http://www.ebay.com; http://chemwiki.ucdavis.edu

Sulfidy iontové NH 4+, s-prvky - rozpustné mají bazickou reakci ve vodě: S 2- + H 2 O HS - + OH - kovalentní p- a d- prvky, nerozpustné v H 2 O - snadné řetězení - tvoří polysulfidy K 2 S + n S K 2 S n+1 - S n 2- tvoří thiosoli Sb 2 S 3 (aq) + S n 2-2 SbS 4 3- (aq) Příprava přímá syntéza Fe + S FeS redukce síranů CaSO 4 + C CaS + CO reakce s OH - H 2 S + OH - S 2- HS - (v nadbytku H 2 S) srážení CuSO 4 + H 2 S CuS(s) + H 2 SO 4 Pražení sulfidů technologický význam při výrobě kovů 2 ZnS + 2 O 2 2 ZnO + SO 2

Sulfanový způsob dělení kationtů - klasický (překonaný) způsob dělení a důkazů kationtů (Fresenius, 1841) - založený na zbarvení a rozpustnosti sulfidů v různých činidlech - didaktický význam Třída Skupinové činidlo Kationty Poznámka I.a H 2 S a HCl Ag +, Pb 2+, Tl +, Hg 2+ 2 I. I.b H 2 S (H + ) Cu 2+, Bi 3+, Cd 2+, Hg 2+ II. II. H 2 S (H + ) Sb 3+, Sn 2+, Sn 4+, As 3+ tvoří nerozpustné sulfidy tvoří nerozpustné chloridy sulfidy nerozpustné v (NH 4 ) 2 S x sulfidy rozpustné v (NH 4 ) 2 S x : Sb 2 S 3 + 4 S 2 2-2 SbS 4 3- + S 3 2- III. III.a III.b (NH 4 ) 2 S (H 2 O/OH ) (NH 4 ) 2 S (H 2 O/OH ) Al 3+, Cr 3+ Mn 2+, Ni 2+, Fe 2+, Fe 3+, Co 2+, Zn 2+ tvoří nerozpustné hydroxidy - sulfidy hydrolyzují: 2 Al 3+ + 3 S 2- + 6 H 2 O 2 Al(OH) 3 + 3 H 2 S tvoří nerozpustné sulfidy (v OH - ) IV. IV. (NH 4 ) 2 CO 3 Ca 2+, Sr 2+, Ba 2+ tvoří nerozpustné uhličitany V. V. Mg 2+, Na +, K +, NH 4 + nesráží se žádným z uvedených činidel

Pseudohalogenidy anionty (1 ): CN, OCN, SCN, N 3 ~ pseudohalogeny (CN) 2, (SCN) 2 - existují: anionty X, kyseliny HX, AgX, X 2, XY - analogie: (CN) 2 + OH CN + OCN + H 2 O KCN cyankáli, neutralizací HCN, snadná oxidace: KCN + PbO KOCN + Pb KSCN thiokyanatan, důkaz + stanovení Fe 3+ Fe 3+ + SCN - Fe(SCN) 3 KCN + S KSCN NaN 3 stabilní iontová látka, airbagy NaNH 2 + N 2 O NaN 3 + H 2 O Pb(N 3 ) 2 třaskavina, rozbušky CaCN 2 kyanamid vápenatý - hnojivo, herbicid, výroba plastů CaC 2 + N 2 CaCN 2 + C picture(s): http://www.studiumchemie.cz