Chemické prvky Archivy - Strana 11 z 12

Bor (B) – chemický prvek

Úvod

Bor (B) je polokov s protonovým číslem 5, řadící se do 13. skupiny periodické tabulky. V přírodě se nikdy nenachází v čisté, volné formě. Jeho podoba se liší podle struktury – může jít o hnědý amorfní prášek, nebo o extrémně tvrdou, černou a lesklou krystalickou látku. Průmyslově se bor získává především z minerálů jako je borax a kernit. Tato ložiska se těží ve velkém hlavně v Turecku a USA, často ve vyschlých sopečných a jezerních oblastech, kde se tyto sloučeniny během věků koncentrovaly.

Vlastnosti

Bor je chemický prvek, polokov, se značkou B a protonovým číslem 5. Vyskytuje se v několika alotropických modifikacích. Nejběžnější je amorfní bor, hnědý prášek, a extrémně tvrdý, černý a lesklý krystalický bor. Krystalická forma se svou tvrdostí blíží diamantu a vykazuje velmi vysokou teplotu tání přes 2000 °C. Za běžných podmínek je špatným elektrickým vodičem, avšak jeho vodivost s rostoucí teplotou výrazně stoupá, což je typické pro polovodiče. Chemicky je poměrně inertní, odolává působení kyselin. Za vyšších teplot však ochotně reaguje s kyslíkem, dusíkem i halogeny a tvoří stabilní kovalentní sloučeniny.

Vznik názvu

Název prvku je odvozen od jeho nejdůležitější sloučeniny, minerálu boraxu. Samotné slovo „borax“ má kořeny v arabském výrazu „buraq“ (بورق), kterým Arabové označovali tento minerál. Tento název byl později přejat do latiny jako „borax“ a stal se základem pro pojmenování nově izolovaného prvku.

Objev

Ačkoliv byly sloučeniny boru, zejména borax, známé a využívané po staletí v metalurgii a při výrobě skla, samotný prvek byl izolován až na počátku 19. století. V roce 1808 se to nezávisle na sobě podařilo hned třem vědcům. V Anglii jej připravil Sir Humphry Davy a ve Francii Joseph Louis Gay-Lussac společně s Louisem Jacquesem Thénardem. Všichni použili podobnou metodu, a to redukci kyseliny borité zahříváním s kovovým draslíkem. Získaný produkt však nebyl čistý. Název prvku byl odvozen od arabského slova pro borax, „buraq“, a podobnosti s uhlíkem.

Výskyt v přírodě

V přírodě se bor nikdy nevyskytuje v ryzí, elementární formě, ale výhradně ve vázaném stavu, nejčastěji ve formě boritanových minerálů. Mezi nejdůležitější suroviny patří borax (tinkal), kernit, ulexit a kolemanit. Největší světová ložiska těchto minerálů se nacházejí v Turecku a ve Spojených státech, konkrétně v kalifornské Mohavské poušti. Průmyslová výroba amorfního boru probíhá nejčastěji redukcí oxidu boritého hořčíkem za vysokých teplot. Pro získání velmi čistého krystalického boru se používá termický rozklad jeho plynných sloučenin, například diboranu, nebo redukce halogenidů vodíkem na žhaveném vlákně.

Využití

Bor je polokov s nesmírně širokým uplatněním. Lidé ho využívají pro výrobu borosilikátového skla, známého jako Pyrex, které odolává teplotním šokům. Je klíčovou složkou v keramice, smaltech a pracích prášcích. V metalurgii zvyšuje tvrdost ocelí a je součástí super-silných neodymových magnetů. Jaderný průmysl ho používá jako pohlcovač neutronů pro regulaci reaktorů. V přírodě je bor esenciální mikroživinou pro rostliny, kde se podílí na stavbě buněčných stěn a procesu opylení. Pro živočichy je důležitý pro metabolismus vápníku, ale ve vyšších koncentracích může být toxický.

Sloučeniny

V přírodě se bor vyskytuje výhradně ve formě sloučenin, nikdy ne jako čistý prvek. Mezi nejznámější přírodní minerály patří borax, kernit a ulexit, často nacházené v sedimentech vyschlých solných jezer. Kyselina boritá se přirozeně objevuje v sopečných oblastech. Člověk synteticky vyrábí řadu fascinujících sloučenin. Karbid boru patří mezi nejtvrdší známé materiály, používá se do brnění a brusiv. Nitrid boru existuje ve formách podobných grafitu i diamantu a slouží jako vysokoteplotní mazivo či izolant. Borany, sloučeniny s vodíkem, se zkoumaly jako vysoce energetické raketové palivo.

Zajímavosti

Bor se vyznačuje několika unikátními vlastnostmi. Jeho původ ve vesmíru je neobvyklý; nevzniká fúzí ve hvězdách jako lehčí prvky, ale tříštěním těžších jader kosmickým zářením. V elementární podobě je extrémně tvrdý, jeho krystalické formy se tvrdostí blíží diamantu. Při hoření barví plamen charakteristickou, jasně zelenou barvou, což se využívá v pyrotechnice. Pro rostliny představuje bor prvek s velmi úzkým optimálním rozmezím – malý nedostatek brzdí růst, zatímco jen mírně vyšší koncentrace je již silně toxická. Jeho chemie je komplexní díky schopnosti tvořit stabilní elektronově deficitní vazby.

Uhlík (C) – chemický prvek

Carboneum | Periodická tabulka prvků

Úvod

Uhlík (C) je chemický prvek s protonovým číslem 6, který patří do 14. skupiny periodické tabulky. Je základním stavebním kamenem veškerého života na Zemi a pilířem organické chemie. V přírodě se vyskytuje ve více formách: jako tvrdý, průhledný diamant, měkký, černý grafit (tuha) nebo jako amorfní saze. Nacházíme ho v atmosféře v podobě oxidu uhličitého, v zemské kůře jako uhličitany (vápenec) a v obrovském množství ve fosilních palivech, jako je uhlí, ropa a zemní plyn. Získáváme ho především jejich těžbou.

Vlastnosti

Uhlík, chemická značka C, je nekovový prvek s protonovým číslem 6, nacházející se ve 14. skupině periodické tabulky. Jeho jedinečná schopnost tvořit stabilní kovalentní vazby sám se sebou (řetězení) i s jinými prvky je základem celé organické chemie a života. Vyskytuje se v několika alotropických modifikacích s diametrálně odlišnými vlastnostmi. Tvrdý, průhledný diamant je elektrický izolant, zatímco měkký, šedý grafit vede elektrický proud. Moderní věda objevila i další formy jako jsou fullereny, nanotrubičky a grafen. Uhlík je typicky čtyřvazný a tvoří miliony známých sloučenin.

Vznik názvu

Český název „uhlík“ je přímo odvozen od slova „uhlí“, což je jedna z jeho nejznámějších forem. Mezinárodní název carbon, z něhož pochází i chemická značka C, má stejný základ v latinském slově „carbo“, které v překladu znamená dřevěné uhlí. Název tak odkazuje na prastarou znalost této látky.

Základní údaje

Latinský název	Carboneum
Slovenský název	Uhlík
Skupina	Skupina 14 (IVA)
Perioda	2
Skupenství (20°C)	Pevné
Barva	Černý, šedý
Rok objevu	starověk

Atomové vlastnosti

Protonové číslo	6
Elektronegativita	2,55
Oxidační čísla	6
Ionizační energie	1086,5
Atomový poloměr	67
Kovalentní poloměr	77
El. konfigurace	[He] 2s² 2p²

Fyzikální vlastnosti

Teplota tání	3550 °C
Teplota varu	4827 °C
Hustota	2,267 g/cm³

Objev

Uhlík patří mezi prvky známé lidstvu odnepaměti, tudíž nemá jediného objevitele. Již pravěcí lidé využívali jeho dvě amorfní formy: dřevěné uhlí získané pálením dřeva pro teplo a metalurgii, a saze jako černý pigment pro jeskynní malby. Dlouho se však nevědělo, že diamant, grafit a obyčejné uhlí jsou formy téhož prvku. Až v roce 1772 Antoine Lavoisier spálením diamantu a změřením vzniklého oxidu uhličitého prokázal, že se jedná o čistý uhlík. Tento experiment položil základ modernímu chápání uhlíku jako základního chemického prvku.

Výskyt v přírodě

Uhlík je čtvrtým nejrozšířenějším prvkem ve vesmíru a klíčovým biogenním prvkem, tvořícím základ veškerého života na Zemi. V přírodě se vyskytuje jak v čisté formě jako diamant a grafit, tak vázaný v ohromném množství sloučenin. Je součástí atmosféry (oxid uhličitý), hornin (uhličitany jako vápenec) a rozsáhlých ložisek fosilních paliv (uhlí, ropa, zemní plyn). Získávání jeho různých forem se liší. Dřevěné uhlí vzniká pyrolýzou dřeva, koks vysokoteplotní karbonizací černého uhlí pro hutnictví a saze řízeným nedokonalým spalováním uhlovodíků pro výrobu pigmentů a pneumatik.

Využití

Uhlík je absolutním základem života na Zemi a jeho využití je neobyčejně rozmanité. V přírodě tvoří páteř všech organických sloučenin, od bílkovin a tuků až po nukleové kyseliny. Rostliny jej v procesu fotosyntézy zabudovávají do svých těl, zatímco živočichové ho uvolňují dýcháním v rámci globálního cyklu. Lidé využívají jeho čisté formy. Diamant jako nejtvrdší minerál slouží pro řezné nástroje a šperky. Grafit je základem tužek, maziv a elektrod. Aktivní uhlí zase perfektně filtruje nečistoty z vody i vzduchu. Uhlíková vlákna tvoří ultrapevné a lehké kompozity.

Sloučeniny

Uhlík vytváří více sloučenin než všechny ostatní prvky dohromady. V přírodě se setkáváme s anorganickým oxidem uhličitým, klíčovým pro klima a fotosyntézu, nebo s uhličitany tvořícími horniny jako vápenec. Základem jsou však organické sloučeniny, například methan v zemním plynu nebo komplexní uhlovodíky v ropě. Živé organismy jsou tvořeny cukry, tuky a bílkovinami. Člověk tuto schopnost uhlíku využil k výrobě milionů syntetických látek. Patří sem všechny druhy plastů, od polyethylenu po PVC, syntetická vlákna jako nylon, léky, pesticidy, barviva a také výbušniny. Jeho schopnost tvořit stabilní řetězce je unikátní.

Zajímavosti

Uhlík je výjimečný svými alotropickými modifikacemi s dramaticky odlišnými vlastnostmi. Zatímco diamant je průhledný, extrémně tvrdý izolant, grafit je neprůhledný, měkký a vede elektrický proud. Veškerý uhlík ve vesmíru, včetně toho v našich tělech, vznikl v nitru hvězd procesem hvězdné nukleosyntézy. Jsme tedy doslova z hvězdného prachu. Jeho izotop uhlík-14 umožňuje vědcům pomocí radiokarbonové metody datovat organické materiály staré až desítky tisíc let. V lidském těle je uhlík po kyslíku druhým nejzastoupenějším prvkem podle hmotnosti, tvoří přibližně osmnáct procent naší váhy.

Dusík (N) – chemický prvek

Nitrogenium | Periodická tabulka prvků

Úvod

Dusík (N) je chemický prvek, který tvoří přibližně 78 % zemské atmosféry, což z něj činí nejrozšířenější plyn v našem okolí. Jedná se o bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je za běžných podmínek poměrně málo reaktivní. Jeho protonové číslo je 7 a v periodické tabulce prvků ho řadíme do 15. skupiny (pniktogeny). Průmyslově se získává frakční destilací zkapalněného vzduchu. Ačkoli se nám může zdát inertní, dusík je naprosto klíčový pro život, neboť ho najdeme jako součást všech bílkovin a nukleových kyselin v živých organismech.

Vlastnosti

Dusík, chemická značka N a protonové číslo 7, je typický nekov 15. skupiny periodické tabulky. Za standardních podmínek tvoří bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, sestávající z dvouatomových molekul N₂. Tyto molekuly jsou výjimečně stabilní díky extrémně pevné trojné kovalentní vazbě, která způsobuje jeho značnou chemickou inertnost při běžných teplotách. Jeho bod varu je -195,79 °C, což umožňuje jeho existenci jako kapalného kryogenika. Dusík vykazuje širokou škálu oxidačních stavů, od -3 v amoniaku po +5 v dusičnanech, a je zásadní pro tvorbu aminokyselin a nukleových kyselin.

Vznik názvu

Český název „dusík“ vytvořil v roce 1828 Jan Svatopluk Presl. Je odvozen od slovesa „dusit“, což přesně vystihuje jeho základní vlastnost. Na rozdíl od kyslíku totiž nepodporuje hoření ani dýchání – plameny i živé tvory v čisté dusíkové atmosféře jednoduše „udusí“.

Objev

Objev dusíku je připisován skotskému lékaři Danielu Rutherfordovi v roce 1772. Rutherford při svých experimentech odstranil ze vzorku vzduchu kyslík a oxid uhličitý a zjistil, že zbývající plyn nepodporuje hoření ani dýchání. Nazval jej „zkažený vzduch“. Nezávisle na něm izolovali dusík ve stejné době i další vědci jako Carl Wilhelm Scheele a Henry Cavendish. Významný francouzský chemik Antoine Lavoisier mu dal jméno „azote“, z řeckého „azotikos“ znamenající „bez života“, což odkazuje na jeho neschopnost udržet život. České jméno „dusík“ zavedl Jan Svatopluk Presl, vycházeje z jeho dusivých účinků.

Výskyt v přírodě

Dusík je nejrozšířenějším prvkem v zemské atmosféře, kde tvoří přibližně 78 % jejího objemu v podobě molekul N₂. Je také zásadní biogenní prvek, nezbytný pro všechny živé organismy jako součást aminokyselin, bílkovin a nukleových kyselin. Jeho koloběh v přírodě je klíčový. V zemské kůře se vyskytuje méně často, především ve formě dusičnanů, například jako chilský ledek. Průmyslově se dusík získává téměř výhradně frakční destilací zkapalněného vzduchu. Během tohoto procesu se zkapalněný vzduch postupně zahřívá a dusík, který má nižší bod varu než kyslík, se odpařuje jako první a je následně jímán.

Využití

Dusík je nejrozšířenějším prvkem v zemské atmosféře, tvoří přibližně 78 % jejího objemu. Pro veškerý život je naprosto nepostradatelný, jelikož je základním stavebním kamenem bílkovin a nukleových kyselin, jako jsou DNA a RNA. V přírodním koloběhu ho fixují bakterie, čímž ho zpřístupňují rostlinám. Člověk ho masivně využívá k výrobě amoniaku pro zemědělská hnojiva, která zásadně zvyšují výnosy plodin. Kapalný dusík slouží jako účinné chladivo v kryogenice a potravinářství. Plynný dusík vytváří inertní atmosféru při svařování nebo balení potravin, čímž prodlužuje jejich trvanlivost.

Sloučeniny

Dusík tvoří obrovské množství sloučenin, jak přírodních, tak syntetických. V přírodě je klíčovou součástí aminokyselin, z nichž se skládají proteiny, a nukleových kyselin nesoucích genetickou informaci. Vyskytuje se ve formě dusičnanů a dusitanů v půdě, které jsou životně důležité pro rostliny. Průmyslově vyráběný amoniak je základní surovinou pro hnojiva i kyselinu dusičnou. Ta se dále používá při výrobě výbušnin jako nitroglycerin. Mezi další známé umělé sloučeniny patří oxid dusný, neboli rajský plyn, používaný jako anestetikum, nebo odolná vlákna jako nylon a kevlar.

Zajímavosti

Při potápění ve velkých hloubkách může dusík v dýchací směsi způsobovat stav známý jako dusíková narkóza, připomínající opilost. Příliš rychlý výstup pak vede k dekompresní nemoci, kdy se v těle tvoří nebezpečné bublinky plynu. V atmosféře je dusík zodpovědný za úchvatné nebeské jevy; excitované molekuly dusíku září červenými a modrofialovými barvami polární záře. Navíc tvoří přes 98 % husté atmosféry Saturnova měsíce Titanu. Jeho mimořádná chemická netečnost je způsobena extrémně pevnou trojnou vazbou mezi jeho dvěma atomy v molekule N₂.

Kyslík (O) – chemický prvek

Oxygenium | Periodická tabulka prvků

Úvod

Kyslík (O) je vysoce reaktivní nekovový prvek, nezbytný pro život většiny organismů na Zemi, kde je klíčový pro buněčné dýchání a procesy hoření. Jeho protonové číslo je 8 a v periodické tabulce se řadí mezi chalkogeny (16. skupina). Za běžných podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, tvořící dvouatomové molekuly O₂. Kyslík tvoří 21 % zemské atmosféry a je nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, vázaný ve vodě, oxidech a silikátech. Průmyslově se získává frakční destilací zkapalněného vzduchu, příroda ho doplňuje fotosyntézou.

Vlastnosti

Kyslík, s chemickou značkou O a protonovým číslem 8, je klíčový nekovový prvek 16. skupiny periodické tabulky. Za normálních podmínek existuje jako dvouatomový plyn (O₂), který je bezbarvý, bez zápachu a chuti. Je nezbytný pro dýchání většiny živých organismů a podporuje hoření, ačkoliv sám o sobě hořlavý není. Vyznačuje se extrémně vysokou elektronegativitou, druhou nejvyšší po fluoru, což z něj činí velmi silné oxidační činidlo. Ochotně tvoří sloučeniny, především oxidy, s téměř všemi ostatními prvky. Jeho další známou alotropickou modifikací je ozon (O₃), reaktivní plyn chránící Zemi před ultrafialovým zářením. V kapalném skupenství má O₂ charakteristickou světle modrou barvu.

Vznik názvu

Název prvku pochází z řeckých slov „oxys“ (kyselý) a „genes“ (tvořící). Navrhl ho Antoine Lavoisier, který se mylně domníval, že kyslík je nezbytnou součástí všech kyselin. Český název „kyslík“ je doslovným překladem tohoto původního významu, tedy „kyseliny tvořící“ nebo „kyselinotvorný“.

Základní údaje

Latinský název	Oxygenium
Slovenský název	Kyslík
Skupina	Skupina 16 (VIA)
Perioda	2
Skupenství (20°C)	Plynné
Barva	Bezbarvý
Rok objevu	1774

Atomové vlastnosti

Protonové číslo	8
Elektronegativita	3,44
Oxidační čísla	-2
Ionizační energie	1313,9
Atomový poloměr	48
Kovalentní poloměr	66
El. konfigurace	[He] 2s² 2p⁴

Fyzikální vlastnosti

Teplota tání	-218,8 °C
Teplota varu	-182,95 °C
Hustota	0,001429 g/cm³

Objev

Objev kyslíku je připisován dvěma vědcům. Švédský lékárník Carl Wilhelm Scheele jej izoloval jako první kolem roku 1772, ale svou práci publikoval pozdě. Nezávisle na něm britský chemik Joseph Priestley v roce 1774 vyrobil čistý kyslík zahříváním oxidu rtuťnatého a nazval jej „defloristovaný vzduch“, v souladu s tehdejší flogistonovou teorií. Klíčovou roli však sehrál Antoine Lavoisier, který správně popsal jeho úlohu v procesech hoření a dýchání. Lavoisier vyvrátil flogistonovou teorii a dal prvku název „oxygène“, odvozený z řeckých slov pro „tvořící kyseliny“, protože se mylně domníval, že je přítomen ve všech kyselinách. Jeho práce znamenala revoluci v chemii.

Výskyt v přírodě

Kyslík je nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, kde tvoří přibližně 49 % její hmotnosti, vázaný především v křemičitanech, oxidech a uhličitanech. V zemské atmosféře představuje přibližně 21 objemových procent a je také majoritní složkou vody, tvořící téměř 89 % její hmotnosti. Je nepostradatelný pro život, neboť je součástí všech organických molekul. Průmyslově se kyslík vyrábí téměř výhradně frakční destilací zkapalněného vzduchu. Při tomto procesu se využívá nižšího bodu varu dusíku, který se odpaří dříve než kapalný kyslík. V laboratoři jej lze připravit například termickým rozkladem manganistanu draselného či katalytickým rozkladem peroxidu vodíku.

Využití

Kyslík je pro naprostou většinu života na Zemi nepostradatelný, jelikož umožňuje buněčné dýchání, proces uvolňující energii z potravy. V přírodě je klíčový pro hoření, tlení a rozklad organické hmoty. Lidé ho využívají v medicíně pro pacienty s dýchacími obtížemi, v průmyslu pak při svařování kovů a výrobě oceli, kde zvyšuje teplotu plamene a zefektivňuje procesy. Kapalný kyslík je nezbytnou součástí palivových systémů raket, kde působí jako silné okysličovadlo. Dále se používá při čištění odpadních vod a jako součást dýchacích přístrojů pro potápěče či hasiče.

Sloučeniny

Nejznámější a nejrozšířenější přírodní sloučeninou kyslíku je bezpochyby voda (H₂O), základní podmínka života. V atmosféře se nachází jako oxid uhličitý (CO₂), klíčový pro fotosyntézu, a ozon (O₃), chránící povrch před UV zářením. Zemská kůra je z velké části tvořena oxidem křemičitým (SiO₂), základem písku a mnoha hornin, a také různými oxidy kovů, jako je rez. Člověk synteticky vyrábí peroxid vodíku (H₂O₂) používaný jako dezinfekce a bělidlo. Dalšími umělými sloučeninami jsou například oxid dusný (N₂O) využívaný v anesteziologii nebo kyselina sírová (H₂SO₄).

Zajímavosti

Ačkoliv v atmosféře tvoří jen asi 21 %, kyslík je nejhojnějším prvkem v zemské kůře, kde představuje téměř polovinu její hmotnosti, vázaný především v silikátech a oxidech. V kapalném stavu má světle modrou barvu a je paramagnetický, což znamená, že je slabě přitahován k magnetickému poli. Zelené a červenooranžové barvy polární záře jsou způsobeny tím, že energetické částice ze Slunce excitují atomy kyslíku ve vysokých vrstvách atmosféry. Vyšší koncentrace kyslíku v dávné minulosti Země umožnila existenci obřího hmyzu, například vážek s rozpětím křídel dnešních ptáků.

Fluor (F) – chemický prvek

Fluorum | Periodická tabulka prvků

Úvod

Fluor (F) je nejlehčí halogen a chemicky nejreaktivnější prvek. Jeho protonové číslo je 9, což ho řadí na deváté místo v periodické tabulce do 17. skupiny (halogenů). Za standardních podmínek je to světle žlutozelený, vysoce toxický a korozivní plyn s dráždivým zápachem. Vzhledem k jeho extrémní reaktivitě se v přírodě nikdy nenachází v čisté formě, ale pouze ve sloučeninách. Získáváme ho z minerálů jako fluorit (kazivec) nebo kryolit, a to složitou elektrolýzou taveniny solí. Je základem pro výrobu teflonu a jeho sloučeniny se používají v zubních pastách.

Vlastnosti

Fluor, chemický prvek se značkou F a protonovým číslem 9, je nejlehčím členem skupiny halogenů. Za standardních podmínek se vyskytuje jako dvouatomový plyn (F₂) bledě žlutozelené barvy s pronikavým, dráždivým zápachem. S hodnotou elektronegativity 4,0 je nejvíce elektronegativním prvkem, což podmiňuje jeho extrémní chemickou reaktivitu. Slučuje se téměř se všemi prvky, včetně vzácných plynů jako xenon a krypton. Jeho oxidační stav je téměř výhradně -1. Tento plyn je vysoce toxický a korozivní. Tvoří mimořádně silné chemické vazby, což vede ke značné stabilitě jeho sloučenin, například teflonu.

Vznik názvu

Název prvku je odvozen od latinského slova „fluere“, což znamená „téci“ nebo „plynout“. Původně se takto označoval minerál fluorit (kazivec), který se využíval jako tavidlo v metalurgii. Přidáním fluoritu se snižovala teplota tání rud a struska se stávala tekutější, tedy lépe „tekla“.

Základní údaje

Latinský název	Fluorum
Slovenský název	Fluór
Skupina	Skupina 17 (VIIA)
Perioda	2
Skupenství (20°C)	Plynné
Barva	Žlutozelený
Rok objevu	1886

Atomové vlastnosti

Protonové číslo	9
Elektronegativita	3,98
Oxidační čísla	-1
Ionizační energie	1681
Atomový poloměr	42
Kovalentní poloměr	57
El. konfigurace	[He] 2s² 2p⁵

Fyzikální vlastnosti

Teplota tání	-219,67 °C
Teplota varu	-188,11 °C
Hustota	0,001696 g/cm³

Vznik názvu

Název hliníku pochází z latinského slova „alumen“, což znamená kamenec. Tato sloučenina, síran hlinitodraselný, byla známá a využívaná již od starověku, například při barvení textilií nebo v lékařství. Jméno prvku od této látky odvodil na počátku 19. století anglický chemik sir Humphry Davy.

Základní údaje

Latinský název	Aluminium
Slovenský název	Hliník
Skupina	Skupina 13 (IIIA)
Perioda	3
Skupenství (20°C)	Pevné
Barva	Stříbrolesklý
Rok objevu	1825

Atomové vlastnosti

Protonové číslo	13
Elektronegativita	1,61
Oxidační čísla	3
Ionizační energie	577,5
Atomový poloměr	125
Kovalentní poloměr	121
El. konfigurace	[Ne] 3s² 3p¹

Fyzikální vlastnosti

Teplota tání	660,32 °C
Teplota varu	2470 °C
Hustota	2,7 g/cm³

Objev

Ačkoli byly sloučeniny hliníku, jako kamenec, známy již ve starověku pro barvení textilií, izolace čistého kovu byla obrovskou výzvou. Poprvé se to podařilo dánskému fyzikovi Hansi Christianu Ørstedovi v roce 1825, jeho metoda však poskytla jen velmi nečistý vzorek. Čistší formu připravil o dva roky později německý chemik Friedrich Wöhler. Kvůli extrémně obtížné výrobě byl hliník v 19. století cennější než zlato a považován za exkluzivní materiál. Převrat přinesl až rok 1886, kdy nezávisle na sobě Američan Charles Martin Hall a Francouz Paul Héroult objevili levný proces elektrolýzy.

Výskyt v přírodě

Hliník je nejrozšířenějším kovem v zemské kůře a třetím nejhojnějším prvkem celkově, hned po kyslíku a křemíku. Vzhledem ke své vysoké reaktivitě se v přírodě nikdy nevyskytuje v ryzí, elementární formě, ale pouze vázaný ve více než 270 různých nerostech. Jeho nejvýznamnějším zdrojem a komerční surovinou je hornina zvaná bauxit, což je směs hydratovaných oxidů hliníku. Získávání čistého kovu probíhá ve dvou hlavních krocích. Nejprve se Bayerovým pochodem z bauxitu izoluje čistý oxid hlinitý. Následně se tato alumina rozpustí v tavenině kryolitu a podrobí energeticky náročné elektrolýze.

Využití

Hliník je díky své nízké hmotnosti, vynikající vodivosti a odolnosti vůči korozi nepostradatelný v mnoha odvětvích. Nachází uplatnění v leteckém a automobilovém průmyslu, kde snižuje hmotnost dopravních prostředků a tím i spotřebu paliva. V elektrotechnice se používá pro výrobu vodičů vysokého napětí. V domácnostech ho najdeme v podobě kuchyňského nádobí, alobalu či okenních rámů. V přírodě se v čisté formě nevyskytuje kvůli své reaktivitě. Je však třetím nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, kde tvoří základ mnoha minerálů, například jílů, živců a slíd.

Sloučeniny

Nejvýznamnější přírodní sloučeninou hliníku je oxid hlinitý (Al₂O₃), který se vyskytuje jako minerál korund. Jeho nečisté formy známe jako drahokamy rubín a safír. Tvoří také základ bauxitu, hlavní suroviny pro výrobu hliníku. Dále je klíčovou součástí hlinitokřemičitanů, které budují horniny jako žula a tvoří jíly. Člověk cíleně vyrábí a využívá další sloučeniny. Síran hlinitý slouží k čištění pitné vody, kde sráží nečistoty. Hydroxid hlinitý se používá jako antacidum ke snížení žaludeční kyselosti nebo jako nehořlavá přísada do plastů.

Zajímavosti

Ačkoliv je dnes hliník běžným materiálem, v 19. století byl vzácnější a dražší než zlato. Francouzský císař Napoleon III. údajně hostil své nejváženější hosty hliníkovými příbory, zatímco ostatní jedli ze zlatých. Vrchol Washingtonova monumentu je tvořen malou pyramidou z čistého hliníku, která v době instalace představovala technologický vrchol. Hliník je téměř dokonale recyklovatelný; lze ho přetavit donekonečna bez ztráty kvality, přičemž recyklace ušetří až 95 % energie potřebné k jeho výrobě z rudy. Jeho odolnost vůči korozi je způsobena bleskovým vytvořením tenké ochranné vrstvy oxidu.

Křemík (Si) – chemický prvek

Silicium | Periodická tabulka prvků

Úvod

Křemík, chemická značka Si, je klíčový polokov s protonovým číslem 14. V periodické tabulce ho nalezneme ve 14. skupině. V čisté krystalické formě je to tvrdá, křehká látka s charakteristickým modrošedým kovovým leskem. V přírodě se nevyskytuje volně, ale je druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře. Získává se především z oxidu křemičitého (SiO₂), který tvoří křemen a písek. Jeho vlastnosti polovodiče z něj dělají základní materiál pro výrobu čipů, tranzistorů a solárních panelů, tedy pro celou moderní elektroniku.

Vlastnosti

Křemík, chemická značka Si, je polokov se čtrnácti protony v jádře, patřící do 14. skupiny periodické tabulky. V krystalické formě se jeví jako tvrdý, křehký a lesklý materiál s modrošedým nádechem, jehož atomy tvoří pevnou kovalentní mřížku podobnou diamantu, což vysvětluje jeho vysokou teplotu tání. Je čtyřvazný a za běžných teplot poměrně nereaktivní, avšak za vyšších teplot ochotně reaguje s kyslíkem za vzniku oxidu křemičitého. Jeho nejdůležitější vlastností je polovodivost, která se mění s teplotou a příměsí jiných prvků, což je základem moderní elektroniky. Vyskytuje se také v amorfní formě jako hnědý prášek.

Vznik názvu

Český název prvku, křemík, je odvozen od slova „křemen“, což je starý název pro jeho nejběžnější sloučeninu, oxid křemičitý. Mezinárodní název silicium, z něhož pochází značka Si, je odvozen z latinského slova „silex“ (genitiv silicis), které znamená pazourek nebo obecně tvrdý kámen.

Objev

Ačkoliv sloučeniny křemíku, jako pazourek a křemen, využívalo lidstvo od pravěku k výrobě nástrojů a skla, samotný prvek zůstal dlouho neobjeven. Antoine Lavoisier v 18. století správně předpokládal, že křemen je oxidem neznámého prvku. O první izolaci nečisté formy se v roce 1811 pokusili Joseph L. Gay-Lussac a Louis J. Thénard. Za objevitele je však považován švédský chemik Jöns Jacob Berzelius, který v roce 1824 připravil amorfní křemík redukcí fluorokřemičitanu draselného draslíkem. Berzelius mu také dal jméno odvozené z latinského slova „silex“, pazourek. Krystalickou formu křemíku poprvé připravil Henri Deville.

Výskyt v přírodě

Křemík je po kyslíku druhým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře, tvoří přibližně 28 % její hmotnosti. V přírodě se nikdy nevyskytuje v čisté, elementární formě, ale výhradně ve sloučeninách. Nejčastěji se s ním setkáváme ve formě oxidu křemičitého, tedy jako křemen, písek či pazourek, a v nesčetných křemičitanech, které tvoří většinu hornin a jílů. Průmyslově se získává redukcí vysoce čistého písku uhlíkem, obvykle koksem, v elektrické obloukové peci při velmi vysokých teplotách. Pro výrobu polovodičů musí být tento surový křemík dále čištěn složitými procesy, například zonální tavbou, aby se dosáhlo extrémní čistoty.

Využití

Křemík je naprostým základem moderní technologie. Jeho unikátní polovodičové vlastnosti jsou klíčové pro výrobu mikročipů, tranzistorů a solárních panelů, které pohánějí naši digitální společnost. V metalurgii se využívá při výrobě oceli a pro tvorbu slitin, jako je ferosilicium. Je také základní surovinou pro výrobu silikonů, což jsou všestranné polymery používané v těsněních, mazivech i medicíně. V přírodě je křemík neméně důležitý. Tvoří základní stavební kámen zemské kůry v podobě křemičitanových hornin. Organismy jako rozsivky si z něj budují složité a nádherné schránky.

Sloučeniny

Nejběžnější sloučeninou v přírodě je oxid křemičitý, známý jako křemen. Vyskytuje se v mnoha formách, od běžného písku po drahokamy jako ametyst či citrín. Spolu s dalšími prvky tvoří rozsáhlou skupinu křemičitanů, které jsou základem většiny hornin a minerálů v zemské kůře, například živců a slíd. Člověk se naučil vytvářet nové fascinující sloučeniny. Patří mezi ně silikony, odolné polymery s širokým využitím od stavebnictví po medicínu. Dále sem patří extrémně tvrdý karbid křemíku, používaný jako brusivo a v brzdových kotoučích.

Zajímavosti

Křemík je po kyslíku druhým nejhojnějším prvkem v zemské kůře, tvoří více než čtvrtinu její hmotnosti. Přestože je všude kolem nás, pro využití v elektronice je nutné ho vyčistit na neuvěřitelnou úroveň, často přesahující 99,9999999 % čistoty. Vědeckofantastická literatura často spekuluje o možnosti života na bázi křemíku, protože se nachází ve stejné skupině jako uhlík a mohl by teoreticky tvořit složité molekuly. V pozdních fázích života masivních hvězd dochází k takzvanému „spalování křemíku“, jedné z posledních jaderných fúzí před výbuchem supernovy.