Chemické prvky Archivy - Strana 11 z 12

Neon (Ne) – chemický prvek

Úvod

Neon (Ne) je chemický prvek s protonovým číslem 10. Řadí se mezi vzácné plyny (18. skupina), což z něj činí velmi stabilní a chemicky nereaktivní (inertní) prvek. Za standardních podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je lehčí než vzduch. Jeho nejznámější vlastností je však schopnost vydávat v elektrickém výboji intenzivní červeno-oranžové světlo, čehož se využívá v reklamních nápisech a osvětlení. Neon se průmyslově získává frakční destilací zkapalněného vzduchu, neboť je v malém množství přirozenou součástí zemské atmosféry.

Vlastnosti

Neon (Ne) je chemický prvek s protonovým číslem 10, patřící mezi vzácné plyny. Za standardních podmínek je to bezbarvý plyn bez chuti a zápachu, který je znatelně lehčí než vzduch. Jeho nejvýraznější vlastností je zářivě červenooranžové světlo, které vydává v elektrickém výboji, což se využívá v reklamních nápisech. Chemicky je extrémně inertní a za běžných okolností prakticky netvoří sloučeniny, protože má plně obsazenou valenční elektronovou slupku. Má velmi nízké teploty tání (−248,59 °C) a varu (−246,08 °C), což z něj činí jedno z nejlepších chladiv pro kryogenní aplikace.

Vznik názvu

Název neon pochází z řeckého slova „neos“ (νέος), které v překladu znamená „nový“. Když prvek v roce 1898 objevili skotští chemici Sir William Ramsay a Morris Travers, pojmenovali ho jednoduše podle toho, že se jednalo o zcela nový, právě objevený plyn.

Objev

Objev neonu je spojen s britskými chemiky Sirem Williamem Ramsayem a Morrisem Traversem, kteří ho izolovali v Londýně roku 1898. Po úspěšném objevení argonu a helia se zaměřili na další složky zkapalněného vzduchu. Metodou frakční destilace postupně oddělovali známé plyny a zkoumali zbývající frakce. Když do trubice se vzorkem jednoho ze zbytků zavedli elektrický proud, plyn se rozzářil oslnivým červeným světlem, jehož spektrum neodpovídalo žádnému známému prvku. Tento zcela nový prvek pojmenovali „neon“ z řeckého slova „neos“, což znamená nový. Objev doplnil rodící se periodickou tabulku vzácných plynů.

Výskyt v přírodě

Neon je ve vesmíru pátým nejhojnějším prvkem, kde vzniká v nitru hvězd, ale na Zemi je poměrně vzácný. Jeho jediným komerčně využitelným zdrojem je zemská atmosféra, kde se vyskytuje ve velmi nízké koncentraci přibližně 18,2 částic na milion (ppm). Získává se výhradně jako vedlejší produkt při výrobě zkapalněného kyslíku a dusíku. Procesem frakční destilace zkapalněného vzduchu se oddělují jednotlivé složky na základě jejich rozdílných bodů varu. Neon spolu s heliem a dusíkem tvoří nejlehčí frakci, která je následně dále čištěna a separována, aby byl získán čistý neon.

Využití

Neon je nejvíce známý pro své využití v osvětlovací technice, především ve slavných neonových reklamách, kde jeho průchodem elektrického proudu vzniká charakteristické červenooranžové světlo. Dále se uplatňuje v nízkonapěťových kontrolkách, bleskojistkách a v He-Ne laserech, které nacházejí využití ve čtečkách čárových kódů a vědeckých přístrojích. V kapalném stavu slouží jako vysoce účinné kryogenikum, chladnější než kapalný dusík, pro specializované chlazení infračervených senzorů a dalších zařízení. V přírodě se s ním setkáváme jako se stopovým plynem v zemské atmosféře, avšak jeho skutečný domov je vesmír, kde patří mezi pátý nejhojnější prvek a vzniká v nitru masivních hvězd.

Sloučeniny

Neon je vzácný plyn, proslulý svou extrémní chemickou netečností, která je dána jeho plně zaplněnou valenční elektronovou slupkou. Z tohoto důvodu v přírodě netvoří žádné stabilní sloučeniny a nevstupuje do biochemických procesů. Všechny známé formy jeho sloučenin byly připraveny uměle v extrémních laboratorních podmínkách. Nejedná se o klasické sloučeniny se stabilní chemickou vazbou, ale spíše o exotické formy. Patří sem například ionty jako [NeAr]+, nestabilní excitované molekuly (excimery) nebo takzvané klatráty, kde jsou jednotlivé atomy neonu pouze fyzicky uvězněny v krystalové mřížce jiné látky, například ledu.

Zajímavosti

Ačkoliv je termín „neonová reklama“ používán obecně, pouze čistý neon vydává charakteristickou červenooranžovou záři. Ostatní barvy, jako je modrá, zelená či fialová, jsou vytvářeny buď použitím jiných vzácných plynů, například argonu, nebo směsí plynů v kombinaci s barevným sklem či luminofory. V kapalném stavu je neon výjimečně efektivní chladicí médium, které má na jednotku objemu více než čtyřicetkrát větší chladicí kapacitu než kapalné helium. Jeho relativní vzácnost na Zemi je způsobena tím, že jako lehký a nereaktivní plyn snadno unikl zemské gravitaci během formování planety.

Sodík (Na) – chemický prvek

Natrium | Periodická tabulka prvků

Úvod

Sodík (Na) je chemický prvek s protonovým číslem 11, který se řadí mezi alkalické kovy. V čisté formě je to velmi měkký, stříbrolesklý kov, který lze snadno krájet nožem. Na vzduchu rychle oxiduje a ztrácí svůj lesk. Je extrémně reaktivní, zejména při kontaktu s vodou, se kterou bouřlivě reaguje. V přírodě se proto vyskytuje pouze ve formě sloučenin. Nejznámější je chlorid sodný (kuchyňská sůl), který nacházíme v mořské vodě a v ložiscích kamenné soli. Průmyslově se sodík získává elektrolýzou taveniny svých solí.

Vlastnosti

Sodík (Na) je vysoce reaktivní alkalický kov, který se vyznačuje stříbrolesklým vzhledem a měkkostí, díky které ho lze krájet nožem. Jeho hustota je nižší než hustota vody, proto na její hladině plave, přičemž s ní velmi bouřlivě reaguje za vzniku hydroxidu sodného a vývoje plynného vodíku. Tato reakce je silně exotermní a uvolněný vodík se často samovznítí. Na vzduchu rychle ztrácí svůj kovový lesk, protože reaguje s kyslíkem a vlhkostí, a proto se musí uchovávat pod inertní kapalinou, jako je petrolej. Jeho sloučeniny charakteristicky barví plamen intenzivně žlutě.

Vznik názvu

Mezinárodní název natrium a symbol Na pochází z latinského slova *natrium*, které je odvozeno z řeckého *nítron*. Toto slovo označovalo přírodní minerál (sodu) těžený v Egyptě. Český název „sodík“ je pak odvozen právě od slova „soda“, které historicky označovalo uhličitan sodný.

Objev

Ačkoliv byly sloučeniny sodíku, jako je kuchyňská sůl nebo soda, využívány lidstvem po tisíciletí pro konzervaci potravin, výrobu skla či mýdla, samotný kovový prvek zůstával dlouho neobjevený. Průlom nastal až v roce 1807, kdy britský chemik a vynálezce Sir Humphry Davy úspěšně izoloval čistý sodík pomocí tehdy revoluční metody – elektrolýzy mírně navlhlého taveného hydroxidu sodného. Davy pojmenoval nový prvek sodium, odvozeně od slova soda. Chemická značka Na však pochází z latinského názvu natrium, odkazujícího na přírodní minerál natron, důležitý zdroj sodných sloučenin.

Výskyt v přírodě

Sodík je šestým nejhojnějším prvkem v zemské kůře, ale kvůli své extrémní reaktivitě se nikdy nevyskytuje v elementární formě. Je přítomen výhradně ve formě sloučenin v mnoha minerálech, z nichž nejvýznamnější a nejrozšířenější je halit, známý jako sůl kamenná (NaCl), který tvoří rozsáhlá ložiska. Obrovské zásoby sodných iontů jsou také rozpuštěny ve světových oceánech a slaných jezerech. Průmyslová výroba kovového sodíku probíhá elektrolýzou taveniny chloridu sodného v tzv. Downsově cele, kam se přidává chlorid vápenatý pro snížení vysoké teploty tání.

Využití

Sodík je klíčový prvek s širokým využitím. Jeho páry se používají v sodíkových výbojkách, které vydávají charakteristické žluté světlo a osvětlují naše ulice. V průmyslu slouží jako chladivo v jaderných reaktorech a jako silné redukční činidlo v metalurgii a chemické syntéze. Pro živé organismy je naprosto nepostradatelný. Jako sodíkový iont (Na+) hraje zásadní roli při přenosu nervových vzruchů, svalové kontrakci a udržování rovnováhy tekutin v těle. V přírodě se vyskytuje hojně, především v oceánech a v minerálu halitu ve formě chloridu sodného.

Sloučeniny

Nejznámější sloučeninou sodíku je bezpochyby chlorid sodný (NaCl), běžná kuchyňská sůl, která se v přírodě vyskytuje jako minerál halit nebo je rozpuštěna v mořské vodě. Příroda dále nabízí dusičnan sodný, známý jako chilský ledek, a uhličitan sodný, který tvoří minerální ložiska. Člověk průmyslově vyrábí řadu dalších důležitých látek. Patří mezi ně hydroxid sodný (louh), základní surovina pro výrobu mýdel a papíru, hydrogenuhličitan sodný (jedlá soda) používaný v potravinářství a chlornan sodný, aktivní složka bělících a dezinfekčních prostředků.

Zajímavosti

Čistý sodík je extrémně reaktivní a měkký kov, který lze snadno krájet nožem. Je dokonce lehčí než voda, takže na ní plave. Na čerstvém řezu má stříbřitě lesklý vzhled, ale na vzduchu téměř okamžitě reaguje a pokrývá se matnou vrstvou. Jeho reakce s vodou je velmi bouřlivá, uvolňuje se při ní vodík, který se často vznítí a způsobí malou explozi. Kvůli této reaktivitě se musí uchovávat pod vrstvou inertní látky, například petroleje. Jeho přítomnost barví plamen do intenzivní žlutooranžové barvy.

Hořčík (Mg) – chemický prvek

Magnesium | Periodická tabulka prvků

Úvod

Hořčík (chemická značka Mg) je lehký, stříbrolesklý a reaktivní kov. S protonovým číslem 12 se řadí mezi kovy alkalických zemin (2. skupina periodické tabulky). Běžně vypadá jako stříbřitě bílý kov, který na vzduchu ztrácí lesk kvůli tvorbě tenké ochranné vrstvy oxidu. V přírodě ho najdeme pouze ve sloučeninách. Získáváme ho především z minerálů jako magnezit a dolomit, nebo z mořské vody, kde je hojně rozpuštěn. Průmyslová výroba probíhá hlavně elektrolýzou taveniny chloridu hořečnatého. Je také esenciální pro život, tvoří například centrum molekuly chlorofylu.

Vlastnosti

Hořčík, chemická značka Mg, je lehký, stříbrolesklý a reaktivní kov, patřící do skupiny kovů alkalických zemin. S protonovým číslem 12 se vyznačuje nízkou hustotou, přibližně 1,74 g/cm³, a dobrou tepelnou i elektrickou vodivostí. Je také kujný a tažný, což umožňuje jeho snadné mechanické zpracování do fólií či drátů. Na vzduchu se rychle pokrývá tenkou, ale pevnou vrstvou oxidu, která ho chrání před další korozí. Bouřlivě reaguje s kyselinami za uvolnění vodíku a za vysoké teploty hoří oslnivým bílým plamenem, přičemž vzniká oxid a nitrid hořečnatý.

Vznik názvu

Mezinárodní název magnesium je odvozen od řecké oblasti Magnésie, kde se v antice těžily minerály označované jako „magnéský kámen“. Český název hořčík, zavedený J. S. Preslem, je mnohem prozaičtější. Vznikl odvozením od slova „hořký“, protože mnoho jeho sloučenin, jako například epsomská sůl, má výrazně hořkou chuť.

Objev

Historie hořčíku je úzce spjata s jeho sloučeninami, které byly známy po staletí. Například hořká sůl, síran hořečnatý, byla objevena v anglickém Epsomu již v 17. století a využívána pro své projímavé účinky. Jako samostatný prvek jej však rozpoznal až skotský chemik Joseph Black v roce 1755, když studoval magnesia alba (uhličitan hořečnatý) a odlišil jej od vápence. Čistý kovový hořčík se podařilo poprvé izolovat až v roce 1808 siru Humphry Davymu. Ten použil tehdy novátorskou metodu elektrolýzy směsi oxidu hořečnatého a oxidu rtuťnatého.

Výskyt v přírodě

Hořčík je osmým nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře a třetím nejhojnějším prvkem rozpuštěným v mořské vodě, která je jeho nevyčerpatelným zdrojem. V přírodě se kvůli své vysoké reaktivitě nevyskytuje v ryzí formě. Je vázán ve velkém množství minerálů, mezi nejvýznamnější patří magnezit (MgCO₃), dolomit (CaMg(CO₃)₂) a karnalit. Je také klíčovou centrální složkou chlorofylu, zeleného barviva rostlin, a je nezbytný pro život. Průmyslově se vyrábí především elektrolýzou taveniny bezvodého chloridu hořečnatého (MgCl₂), který se získává právě z mořské vody nebo minerálu karnalitu.

Využití

Hořčík je lehký a pevný kov, proto se jeho slitiny využívají v automobilovém a leteckém průmyslu, například na výrobu dílů motorů, disků kol či konstrukce letadel. Díky nízké hmotnosti ho najdeme i v elektronice, jako jsou notebooky a mobilní telefony. Jeho schopnost hořet oslnivým bílým plamenem se uplatňuje v pyrotechnice a světlících. V přírodě je naprosto nepostradatelný. Je ústředním atomem v molekule chlorofylu, což z něj činí klíčový prvek pro fotosyntézu rostlin a tedy pro veškerý život na Zemi. Pro živočichy, včetně člověka, je esenciální pro správnou funkci svalů, nervů a stovek enzymatických reakcí.

Sloučeniny

V přírodě se hořčík vyskytuje výhradně ve sloučeninách. Mezi nejznámější přírodní minerály patří magnezit (uhličitan hořečnatý) a dolomit, který tvoří celá pohoří. Ve velkém množství je rozpuštěn v mořské vodě jako chlorid hořečnatý. Přírodního původu je i síran hořečnatý, známý jako Epsomská sůl, ceněný pro své relaxační účinky v koupelích. Člověk vyrábí a využívá například oxid hořečnatý, který má extrémně vysoký bod tání a slouží jako žáruvzdorný materiál pro vyzdívky pecí. Hydroxid hořečnatý je zase aktivní složkou v přípravcích proti pálení žáhy, známých jako mléko hořčíku.

Zajímavosti

Hořčík je natolik reaktivní, že dokáže hořet v atmosférách, které by běžný oheň uhasily. Může hořet nejen v dusíku, ale dokonce i v oxidu uhličitém, přičemž si z něj bere kyslík a zanechává za sebou uhlík. Jeho plamen je tak intenzivní a bohatý na ultrafialové záření, že přímý pohled do něj může poškodit zrak. Vesmírný původ hořčíku je spojen s velkými stárnoucími hvězdami, kde vzniká jadernou fúzí. Při jejich zániku v supernovách je pak rozptýlen do vesmíru. Je třetím nejrozšířenějším prvkem rozpuštěným v mořské vodě, hned po sodíku a chloru.

Hliník (Al) – chemický prvek

Aluminium | Periodická tabulka prvků

Úvod

Hliník (Al) je stříbřitě bílý, lehký a měkký kov. Je velmi reaktivní, ale na vzduchu se rychle pokrývá tenkou vrstvou oxidu, která ho chrání před další korozí. Jeho protonové číslo je 13 a v periodické tabulce prvků ho řadíme do 13. skupiny. V přírodě se nevyskytuje v čisté formě, ale pouze ve sloučeninách. Získává se především z nerostu zvaného bauxit náročným procesem elektrolýzy. Díky své nízké hustotě a odolnosti je klíčovým materiálem v letectví, stavebnictví, automobilovém průmyslu a pro výrobu obalů, jako je například alobal.

Vlastnosti

Hliník, chemická značka Al a protonové číslo 13, je stříbrolesklý a velmi lehký kov z třetí periody. Vyniká svou nízkou hustotou, přibližně třetinovou oproti oceli, a zároveň skvělou tepelnou i elektrickou vodivostí. Je mimořádně kujný a tažný, což umožňuje jeho snadné zpracování do tenkých fólií, známých jako alobal, nebo drátů. Přestože je chemicky dosti reaktivní, na vzduchu se okamžitě pokrývá tenkou, ale velmi pevnou a nepropustnou vrstvičkou oxidu hlinitého. Tato pasivační vrstva ho efektivně chrání před další korozí a dodává mu matný vzhled. Je amfoterní, rozpouští se v kyselinách i silných zásadách.

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.

Fosfor (P) – chemický prvek

Phosphorus | Periodická tabulka prvků

Úvod

Fosfor (P) je nekovový chemický prvek, naprosto nezbytný pro všechny formy života. Jeho protonové číslo je 15 a patří do skupiny pniktogenů. Tento prvek je známý svými odlišnými modifikacemi. Nejčastěji se mluví o bílém fosforu, což je měkká, voskovitá a vysoce jedovatá látka, která na vzduchu samovolně hoří a ve tmě světélkuje. Kvůli obrovské reaktivitě se v přírodě nevyskytuje volně. Získává se především z fosfátových hornin, zejména z minerálu apatitu. Kromě toho, že je základním stavebním kamenem DNA, kostí a zubů, je nepostradatelný pro výrobu hnojiv.

Vlastnosti

Fosfor (P) je nekovový chemický prvek s protonovým číslem 15, nacházející se v 15. skupině periodické tabulky. Je známý svou existencí v několika alotropických modifikacích, z nichž nejvýznamnější jsou bílý, červený a černý fosfor. Bílý fosfor je vysoce reaktivní, samozápalný na vzduchu a silně jedovatý. Vyznačuje se voskovitou konzistencí a je tvořen molekulami P₄. Ve tmě chemiluminiskuje, což mu dalo jméno – „světlonoš“. Červený fosfor je stabilnější, méně reaktivní a netoxický polymer. Černý fosfor, nejstabilnější modifikace, má vrstevnatou strukturu podobnou grafitu a vykazuje polovodivé vlastnosti.

Vznik názvu

Název fosfor pochází z řečtiny. Je složen ze slov „phos“ (světlo) a „phoros“ (nositel, ten, co nese). V překladu tedy znamená „světlonoš“ nebo „nositel světla“. Pojmenování odkazuje na jeho nejvýraznější vlastnost – schopnost bílého fosforu vydávat ve tmě zelenavé světlo, tedy světélkovat.

Základní údaje

Latinský název	Phosphorus
Slovenský název	Fosfor
Skupina	Skupina 15 (VA)
Perioda	3
Skupenství (20°C)	Pevné
Barva	bílý, červený
Rok objevu	1669

Atomové vlastnosti

Protonové číslo	15
Elektronegativita	2,19
Oxidační čísla	5
Ionizační energie	1012
Atomový poloměr	98
Kovalentní poloměr	106
El. konfigurace	[Ne] 3s² 3p³

Fyzikální vlastnosti

Teplota tání	44 (bílý) °C
Teplota varu	280 (bílý) °C
Hustota	1,82 g/cm³

Vznik názvu

Název helium pochází z řeckého slova „helios“, což znamená Slunce. Bylo to proto, že prvek byl poprvé spektroskopicky detekován ve sluneční koróně během zatmění Slunce v roce 1868, a to dříve, než byl objeven na Zemi. Vědci se tehdy domnívali, že existuje pouze tam.

Objev

Objevení helia je unikátní, protože bylo poprvé identifikováno mimo naši planetu. V roce 1868 během úplného zatmění Slunce v Indii zaznamenal francouzský astronom Pierre Janssen ve slunečním spektru jasně žlutou čáru, která neodpovídala žádnému známému prvku. Nezávisle na něm učinil stejný objev i Angličan Norman Lockyer, který správně usoudil, že se jedná o nový prvek. Pojmenoval ho helium podle řeckého slova pro Slunce, „helios“. Teprve v roce 1895 skotský chemik William Ramsay izoloval helium i na Zemi při zahřívání radioaktivního minerálu cleveitu.

Výskyt v přírodě

Helium je po vodíku druhým nejhojnějším prvkem ve známém vesmíru, kde tvoří přibližně 24 % veškeré baryonové hmoty. Vzniká především termonukleární fúzí ve hvězdách. Na Zemi je naopak poměrně vzácné, jelikož díky své nízké hmotnosti snadno uniká z atmosféry do kosmického prostoru. Jeho hlavním pozemským zdrojem jsou ložiska zemního plynu, kde se hromadí jako produkt radioaktivního alfa rozpadu těžkých prvků, například uranu a thoria. Komerčně se získává frakční destilací zkapalněného zemního plynu, kdy se využívá jeho extrémně nízkého bodu varu k oddělení od ostatních složek.

Využití

Helium je známé především jako plyn pro plnění balónků a vzducholodí, ale jeho klíčové využití je v kryogenice. Jako kapalina s extrémně nízkým bodem varu chladí supravodivé magnety v zařízeních pro magnetickou rezonanci (MRI) a ve velkých vědeckých urychlovačích částic, jako je LHC. Potápěči ho využívají ve směsích dýchacích plynů, například helioxu, pro hluboké ponory, aby předešli dusíkové narkóze. V průmyslu slouží jako ochranný plyn při svařování, při výrobě optických vláken a polovodičů a k detekci netěsností. V přírodě vzniká radioaktivním rozpadem těžších prvků v zemské kůře a je druhou nejhojnější složkou vesmíru.

Sloučeniny

Helium je jako vzácný plyn extrémně chemicky netečné a za normálních podmínek v přírodě netvoří žádné stabilní chemické sloučeniny. Jeho plně obsazená valenční elektronová slupka mu brání ve sdílení nebo přijímání elektronů, což je základem chemických vazeb. Přesto se vědcům podařilo v laboratorních podmínkách za extrémního tlaku vytvořit exotické látky. Nejznámějším příkladem je helid disodný (Na₂He), který však není sloučeninou v klasickém smyslu, ale spíše elektridem, kde helium pouze stabilizuje krystalovou mřížku. Existují také teoretické modely a v kosmickém prostoru byl detekován iont hydridu helia (HeH⁺), ale stabilní, neutrální molekuly jsou prakticky nemožné.

Zajímavosti

Jednou z nejpozoruhodnějších vlastností helia je jeho schopnost stát se supratekutinou při teplotách pod 2,17 Kelvina. V tomto stavu, známém jako helium II, ztrácí veškerou viskozitu, dokáže protékat nepatrnými póry a dokonce šplhat po stěnách nádoby vlivem tenkého filmu. Je to jediný prvek, který při standardním tlaku nezmrzne ani při absolutní nule; k jeho ztuhnutí je zapotřebí tlak přibližně 25 atmosfér. Vdechování helia způsobuje zvýšení tónu hlasu, protože zvuk se v něm šíří téměř třikrát rychleji než ve vzduchu. Na Zemi je helium neobnovitelným zdrojem, který nenávratně uniká do vesmíru.