IV. hlavní skupina a její prvky – otázka z chemie

 

   Otázka: IV. hlavní skupina a její prvky

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): katerinakozlova

 

Obecná konfigurace: ns²np² => 2p prvky

 

Uhlík (C)

C [He]: 2s    2p    =>2vazný pouze v oxidu uhelnatém

 

C*[He]: 2s    2p    => 4 vazný ve všech sloučeninách (uhlík max. 4 vazný, ostatní mas 6 vazný mohou využít i nd orbitaly)

• Biogenní makro prvek (základní stavební prvek organismu)
• 612C: 6p+,6no, 6e-

 

• Modifikace= různá prostorová uspořádání

a) Přírodní

• Diamant
• Grafit
• Fulleren

 

b) umělé

• koks (palivo, výroba z černého uhlí)
• akt., živočišné uhlí (absorpční účinky= pohlcuje škodlivé látky a plyny )
• saze (vznik: spalováním organ. Materiálů)

 

Diamant

• nejtvrdší přírodní látka v Mohsově stupnici
• Atomy se spojují do čtyř stěn (= tetraedry)
• Velmi pevné vazby => vysoká teplota tání
• Nevede el. Proud
• Využití: broušení a řezání skla, šperky
• Naleziště: Afrika

 

Grafit

• zpevněnou strukturu tvoří 6 úhelníků
• Van der Walsovy síly
• Při tlaku se vrstvy odlupují => tužka píše
• Výroba: tužky
• Využití: vede el. proud, při elektrolýze (uhlíkové anody)

 

Fulleren

• V přírodě minimum
• Výroba: karoserie formulí
• Vyrábí se uměle z grafitu, vlastnosti diamantu => velice tvrdá látky

 

Sloučeniny uhlíku

Bezkyslíkaté sloučeniny

• Uhlovodíky CH₄
• Deriváty uhlovodíků (C₂H₂OH)
• Freony- flouro a chloro deriváty methanu (CH₄) a ethanu (C₂H₆)
  • CF₂Cl₂– difluorodichloro methan
  • Narušují ozonovou vrstvu (ozon- O₃) => štěpí ozon=> ztenčuje se ozonová vrstva (chrání před UV zářením)

• Sirouhlík CS₂ (S=C=S)
  • Důležité rozpouštědlo S, P, tuků
  • Nepolární rozpouštědlo (polární voda)

• Kyanovodík HCN (HC=N)
  • Jedovatý plyn (v konzervativních táborech = Cyklon B)
  • Nerozpustné ve vodě
  • Její soli cyankáli NaCN kyanid sodný

 

KCN kyanid draselný

• Karbidy/acetyleny
  • Sloučeniny C s elektropozitivním prvkem (1., 2., 3., hlavní skupina)
  • Velmi tvrdé
  • SiC karbid křemíku
  • Al₄ C₃ karbid hliníku
  • CaC₂  karbid vápenatý
    • Výroba: (redukce páleného vápna koksem)

CaO+3C -> CaC₂ +CO

Využití: výroba acetylenu (ethyl) C₂H₂– HOŘLAVÝ PLYN

CaC₂+H₂O -> C₂H₂+ Ca(OH)₂

 

Kyslíkaté sloučeniny

• CO (ïC =ïOï)
  • Jedovatý plyn, bezbarví, bez zápachu, těžko zkapalnitelný, toxický, redukční účinky=> redukční činidlo
  • = výfukové plyny aut, cigaretový kouř
  • Využití: při výrobě Fe ve vysokých pecích
  • Váže na sebe hemoglobin -> přestává se přenášet kyslík -> smrt
  • Vznik: nedokonalé (= omezený přístup kyslíku) spalování organických látek (C)
  • 2C+O₂ ->2CO
  • Příprava v laboratořích: HCOOH-kyselina mravenčí (kopřivy, vosa)

Dehydratace (odebírání látkám vodu)

   HCOOH ->^H2SO4CO+H₂O

 

• CO₂ (ïOï=C=ïOï)
  • Nedýchatelný, bezbarví, bez zápachu plyn, těžší než vzduch, patří mezi skleníkové plyny (methan, vodní páry, oxid uhličitý)drží se při zemi, zabraňují ochlazení země a způsobují globální oteplování
  • Plyn lehce stlačitelný (zkapalnitelný) => tlakové nádoby – černý pruh
  • Snadno se dá i ztužit => suchý led (uchování potravin)
  • Vznik: dokanalé (dostatečné množství kyslíku) organických látek
  • C+O₂->CO₂
  • Hasící prostředky (náplň do hasících přístrojů)
  • Výroba: důkaz vápence

CaCO₃ + 2HCl ->CO₂ + CaCl +H₂O

              Výroba páleného vápna (pálení vápence)

CaCO₃ ->^t CaO + CO₂

               Redukce CO₂ uhlíkem ve vysokých pecích

CO₂ + C -> 2CO

Výchozí látka fotosyntézy (chlorofyl- Mg)

                                              (hemoglobin- Fe)

6CO₂ + 6H₂O ->C₆H₁₂O₆+6O₂

                                   <- (DÝCHÁNÍ)

 

• H₂ CO₃ = o CO₂
  • Velmi slabá kyselina, rozpuštěný oxid uhličitý ve vodě
  • Sodovky, minerálky
  • Důležité soli uhličitany a hydrogenuhličitany

CaCO₃ ^.MgCO₃ dolomit

Na₂CO₃  soda

K₂CO₃ potaš

MgCO₃  magnezit

Mg(HCO₃)₂

Ca(HCO₃)₂          Tvrdost vody

 

• Močovina (NH₂ )₂ CO
  • Organický derivát kyseliny uhličité
  • Odpadní látka metabolismu organismu (odchází z těla močí)
  • Bílá krystalická látka
  • Wohler – zač. 19. století přeměna organické látky na
  • Vzniká náhradou skupiny OH
  • NH₄CNO ->^t (NH₂)₂CO
  • V dnešní době se připravuje: reakce amoniaku a oxidu uhličitého

2NH₃+ CO₂ ->(NH₂)₂CO+H₂O

Využití: výroba léků, zemědělství (dusíkaté hnojivo),

 

• Křemík (Si)
  • Vlastnosti: modrošedá, lesklá tvrdá látka, 2. nejrozšířenější prvek zemské kůry
  • Odolný proti vysokým teplotám a chemikáliím
  • V přírodě vázaný ve sloučeninách:
  • SiO₂ křemen
  • Křemičitany – soli od kyseliny křemičité (písek)
  • Hlinitokřemičitany (živce, slídy, kaolín(vzniká zvětráváním živce))= nejkvalitnější hlína
  • Použití: polokov, polovodiče (elektrotechnika)

              Výroba slitiny ferosilicium  => odolnost proti vysokým teplotám a chemikáliím

Výroba: SiO²+CaC₂ -> Si + Ca +2CO

                SiO₂ + 2C -> Si+2CO

 

Sloučeniny křemíku

• Křemen SiO2 (skutečnost SiO₄ )
  • Několik modifikací (= různá prostorová uspořádání)
  • Má několik odrůd:
  • Křišťál = křemen (průhledný, bezbarvý)
  • Citrín (žlutá)
  • Růženín (růžová)
  • Ametyst (fialová)
  • Záhněda (hnědá)
  • Vlastnost: těžko tavitelná tvrdá látka, odolná proto chemikáliím a vysokým teplotám
  • Použití: šperky, lustry, sklářství, stavebnictví (základní surovina)
  • Vyleptávání motivů do skla: SiO₂+4HF -> SiF₄ +2H₂O
• Kyselina křemičitá H2SiO3
  • Křemičitých kyselin existuje velké množství

H₄SiO₄ , H₂Si₂O₅, H₆Si₂O₇

Ohromné množství jejich solí (písky, jíly, hlíny)

Křemičitany, hlinitokřemičitany (stavebnictví, sklářství)

 

• Karbid křemíku SiC
  • nejtvrdší látka v Mohsově stupnici
  • Vodní sklo: roztok křemičitanu sodného (Na₂SiO₃) a draselného ( K₂SiO₃)
• Silikagel = látky získané vyžíháním křemičitanů
  • Absorpční účinky
  • Silikony= organo-křemičitá polimérní látka (základem organické látky křemíku)
  • Druh plastu
  • Využití: vylepšování tvarů těla, těsnění, vlasová kosmetika
  • Vlastnosti: pružný, ohebný

 

Germánium (Ge)

• Polovodiče (spíš křemík je levnější)

 

Olovo (Pb)

• V zemské kůře vzácné
• Nerozpouští se ve zředěných sloučeninách a kyselinách
• Rozpouští se v koncentrovaných sloučeninách
• Vlastnosti: těžký kov, vysoká hustota, nízká teplota tání, je jedovatý i ve sloučeninách
• Na vzduchu se pokrývá vrstvičkou, která ho chrání
• Použití: slitiny, pajky (Sn +Pb)-spojování jiných kovů
• Galenit PbS (výchozí sloučenina), dříve do benzínu
• Výroba olova:

1.pražení galenitu – sulfidy se převedou na oxidy

2PbS +3O₂ -> 2PbO +2SO₂

2.Redukce PbO uhlíkem

PbO +C ->Pb +CO

• Reakce: olovo a zředěná kyselina octová

Pb + CH₃COOH -> H₂+(CH₃COO)₂Pb

• V koncentrovaných kyselinách se rozpouští olovo dobře a vzniká vodík
• Tady u těch vodík nevzniká

3Pb +8HNO₃ ->3Pb (NO₃)₂+ 2NO +4H₂O

Pb +2H₂SO₄ -> PB (SO₄) + SO₂ +2H₂O

 

Cín (Sn)

• Vlastnosti: velmi nízká teplota tání
• Získává a vyrábí se z SnCO₂
• Výroba: redukce SnO₂ uhlíkem

SnO₂+C -> CO₂ + Sn

• Použití: výroba bronzu (Cu+Sn), vodiče, pocínování, staniol -tenká folie, výroba hraček (vojáčci)
• Modifikce: bílý (ß) cín – měkký, stříbrolesklý,

Šedý (α) cín- vzhled šedého prášku (vzniká skladováním bílého cínu při teplotách nižších než 13,2 ^oC , tento jev se nazývá jako cínový mor

• Sloučeniny: oxid cíničitý SnO₂

Stannan SnH₄

                                Distanan Sn₂H₆

 

Yperit, fosgen, cyklon B, fosfan, sulfan

• Jedovaté plyny
• Bojová chemická látka
• Charakteristický zápach

 

Yperit (CH₂CH₂Cl)₂ S

• světová válka (Němci v Belgii v Yperes)
• Zápach po česneku, prostupuje i oblečením silné lepkavé účinky (puchejře)

 

Fosgen CaCO₂

• Dusivá látka
• Zápach: shnilé brambory

 

Cyklon B (=kyanovodík HCN)

• Zápach: hořké mandle
• světová válka v koncentračních táborech

 

Fosfan PH₃

• Zápach: česnek

 

Sulfan H₂S

• Zápach: zkažená vejce

 

Sklo

• Amorfní látka=> beztvará => nemá krystalickou mřížku
• Základní suroviny: křemen (SiO₄), Vápenec (CaCO₃), Soda (Na₂CO₃), Potaš (K₂CO₃)
• Pomocné suroviny: zejména o oxidy prvků (např. Cu, Cr, Co- barevnost) PbO, B₂O₃

 

Postup výroby:

1. Všechny suroviny se rozemelou (sklářský kmen)= směs rozemletých surovin
2. Tavení -> teplota tání -> vzniká tavenina= sklovina
3. Odstranění bublinek plynů- čeření=> přidávají se další chemické látky (např. As₂O₃ , NH₄NO₃)
4. Sklovina se mírně ochlazuje
5. Tvarování např. foukáním, tvarováním, odléváním do forem
6. Pomalé ochlazení výrobku

 

• Běžné sklo: Na₂^.CaO^.6SiO₂
• Sklo sodno-vápenaté
• Okenní tabule,lahve, nejlevnější
• Speciální druhy skla:
• Chemické sklo: simax, odolné proti chemikáliím a vysokým teplotám
• Olovnaté sklo: optika (čočky) foťáky, mikroskopy
• Barevné skla: oxidy d prvků
• Boritá skla(skla s oxidem boritým nebo borax) : velká pevnost, tvrdost

 

Keramika

• Základní suroviny: hlína, jíly, kaolín (hlinito-křemičitany)
• Pomocné suroviny:
• Taveniny: snižují teplotu tání (např. živec, borax, vápenec)
• Ostřiva: aby nedocházelo k praskání produktů při vypalování (např. křemen SiO₂)
• Glazury: odpuzování vlhkosti, barevnost, lesklost

 

Postup výroby:

1. Suroviny se smíchají s vodou
2. Tvarování: ručně, hrnčířský kruh
3. Sušení
4. Vypalování (teplota se odvíjí od druhu kramiky)
5. Produkt po vypálení (=střep)
6. Další úpravy: glazury, malování

 

Druhy keramiky:

• Hrubá keramika: střešní krytiny, květináč, cihly
• Obyčejná keramika: dlažby, obklady
• Jemná keramika: porcelán
• Šamotová keramika: vložky do kamen (použití MgCO₃)