Periodická soustava prvků + prvky III.A skupiny

 

   Otázka: Periodická soustava prvků + prvky III.A skupiny

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): Téra2507

 

 

Původní znění periodického zákona podle mendělejevia: Fyzikální a chemické vlastnosti prvků i sloučenin jsou periodicky závislé na relativní atomové hmotnosti prvku.

• Vychází z periodického zákona: Fyzikální a chemické vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich protonových čísel.
• Perioda – vodorovná  řada prvků, které jsou uspořádány podle rostoucího protonové čísla a mají podobné vlastnosti.

 

Dmitrij Ivanovič Mendělejev

• 1869 sestavil tabulku prvků
• řadil prvky do tabulky podle stoupající atomové hmotnosti
• prvky podobající si vlastnostmi dával pod sebe do sloupců
• vynechával místa v tabulce -> předpověděl existenci prvku i vlastnosti
• udělal výjimky v pořadí (Te, I)

 

Grafickým uspořádáním periodického zákona je Periodická tabulka prvků, ve které jsou prvky uspořádány :

• podle rostoucího protonového čísla
• do 7 period ( 1-7)
• do 18 skupin ( 1 – 18)
• tabulka dlouhá – klasická, nejčastěji používaná, lantanoidy a aktinoidy jsou odděleně, více přehlednější
• velmi dlouhá: lantanoidy a aktinoidy jsou včleněny přímo do tabulky
• tabulka krátká – A a B skup. jsou dohromady

 

–          podobné vlastnosti prvků ve skupině jsou důsledkem podobné konfigurace valenční elektronové vrstvy. El. konfigurace valenční vrstvy téže skupiny se liší pouze hlavním kvantovým číslem, počet val. elektronů je stejný.

 

dělení prvků podle umístění:

–          nepřechodné prvky – s-prvky a p-prvky

–          přechodné prvky – d prvky – valenční elektrony obsazují hladiny ns a (n-1)d

–          vnitřně přechodné prvky – valenční elektrony obsazují hladiny ns a (n-2)f, popřípadě i (n -1)d, lanthanoidy a aktinoidy

 

podle fyzikálních vlastností:

–          nekovy – prvky s velkou elektronovou afinitou, se strukturou podobnou nejblížšímu vzácnému plynu

–          polokovy – mají některé vlastnosti kovů a některé vlastnosti nekovů ( B,Si, Ge, Te)

–          kovy – prvky nízkou ionizační energií (snadno tvoří kationy), s kovovým leskem, velkou elektrickou i tepelnou vodivostí, tažné, kujné, až na Hg pevné látky

 

Charakteristika kovů a nekovů

 

 

 Vlastnosti atomů závislé na protonovém čísle:

–          velikost atomů nepřechodných prvků v periodách klesá se stoupajícím protonovým číslem, protože elektrony přibývající v jedné vrstvě jsou stále silněji přitahovány rostoucím nábojem jádra

–          ve skupinách roste velikost atomů seshora dolů

–          hodnoty ionizační energie s rostoucím protonovým číslem:

• ve skupinách klesají
• v periodách rostou ( růst není plynulý)

–          elektronegativita prvků v tabulce plynule roste zleva doprava a zdola nahoru

–          kovový charakter v tabulce stoupa zprava doleva a svrchu dolů

 

Vžité názvy skupin

I.A  alkalické kovy

IIA  kovy alkalických zemi

VI.A chalkogeny

VII.A halogeny

VIII. A vzácné plyny

Fe, Co, Ni: triáda železa

Ru, Rh, Pd: lehké platinové kovy

Os, Ir, Pt: těžké platinové kovy

 

III.A skupina

B, Al, Ga, In, Tl

–          Konfigurace valenční vrstvy ns² np¹

–          B- polokov

–          Al,Ga, In, Tl – kovy => s rostoucím Z roste kovový charakter

–          B- vytváří především kovalentní sloučeniny, ve kterých je trojvazný

–          Al – kovalentní sloučeniny ( trojvazný) + hydratovaný kationt [Al(H₂O)₆]³⁺

–          Ga, In, Tl – I a III.

–          Se stoupajícím Z klesá stálost sloučenin, v nichž má prvek oxidační číslo II a stoupá stálost sloučenin s ox. č. I ( např. sloučeniny thallné jsou stálejší než thallité)

–     se Z stoupá také zásaditost oxidů, popř. hydroxidů

B(OH)₃     má kyselou povahu

Al(OH)₃    má amfoterní povahu

Tl(OH)₃    má zásaditou povahu

 

Bor (Borum)

 

B[He]2s²2p¹

 

Výskyt

–          pouze vázaný ve sloučeninách

H₃BO₃  SASOLIN

NA₂[B₄O₅(OH)₄].8H₂O  BORAX – oktahydrýt tetrahydrohoboritanu disodného

Na₂O.2B₂O₃.4H₂O          KERNIT

 

Vlastnosti

Fyzikální

–          polokov

–          pevná látka, šedočerná, lesklá

–          má vysokou teplotu tání (2100ºC) i teplotu varu (3650ºC) => žáruvzdorný a tvrdý

–          polovodič

–          existuje v několika alotropických modifikacích

Chemické

–          chemickými vlastnostmi se podobá křemíku

–          má vysokou ionizační energii ( kationy 3+ se prakticky nevyskytují)

–          vytváří kovalentní vazby, nejčastěji je trojvazný nebo čtyřvazný

–          je málo reaktivní – nejsnáze se slučuje s kyslíkem

 

Výroba

–          elektrolýzou roztavených boritanů

–          redukcí oxidu boru silným elektropozitivním kovem ( redukce oxidu boritého hořčíkem)

B₂O₃ + 3Mg  → 2B + 3 MgO  – B není zcela čistý

–          čistý bor se dá připravit redukcí bromidu boritého vodíkem (1000ºC na elektricky vyhřívaném tantalovém vlákně) nebo termickým rozkladem jodidu boritého

 

Použití

–          v jaderných elektrárnách (řídící tyče)

–          v letecké a raketové technice

–          součástí pracích prášku (peroxoboritany)

–          při výrobě tvrdých chemických skel, porcelánových polev, smaltu a v kosmetice

–          tetraboritany – boraxové perličky – v analytická chemie ke kvalitativním důkazům – podle zbarvení

 

Sloučeniny

Boridy

–          sloučeniny boru a kovů

–          vodivé, tvrdé, žáruvzdorné

–          používají se k výrobě brusných a žáruvzdorných materiálů

 

Borany

–          sloučeniny boru s vodíkem

_–           B_nH_n+4

 

B₂H₆ diboran

–          Mají rozmanité struktury s menším počtem elektronů nelokalizovaných mezi více atomů boru

–          bor vytváří vícestředové vazby

 

–          dva atomy vodíku, které tvoří spojovací článek mezi atomy boru jsou vázány elektronovými deficitními vazbami

–          systém atomů BHB je vzájemně poután pouze 2 elektrony – není stálý – plyny

–          redukční činidlo

–          velmi reaktivní

–          na vzduchu samozápalné

 

Oxidy

Oxid boritý B₂O₃

–          bezbarvá, sklovitá látka

–          vzniká hořením noru na vzduchu, většinou se však připravuje žíháním kyseliny borité

–          s vodou reaguje za vzniku kyseliny borité

 

Kyselina boritá H₃BO₃

–          slabá kyselina

–          pevná látka – bílé šupinky

–          špatně se rozpouští ve vodě → něco se rozpustí → borová voda ( slabý roztok kyseliny trihydrogenborité) – 1% výplach očí, dezinfekce

 

Halogenidy:

 

–          BX₃

–          B je akceptor volného el. páru

–          Bezbarvé

Fluorid a chlorid – plyny

Bromid – kapalina

Jodid – pevná látky

 

Borax

–          sůl kyslíkatých kyselin boru

–          NA₂[B₄O₅(OH)₄].8H₂O

–          používá se při výrobě smaltového nádobí, glazur, amaltů a speciálních optických skel

 

Hliník (Aluminium)

Al[Ne]3s²3p¹

 

Výskyt

–          po kyslíku a křemíku třetí nejrozšířenější prvek na Zemi

–          pouze ve formě sloučenin – hlinitokřemičitany – živce, slídy, součást jílu a hlín

–          Bauxit – Al₂O₃ . nH₂O

–          Kryolit –  Na₃[AlF₆] hexafluorohlinitam sodný

–          Korund – Al₂O₃

• odrůdy –  růžový – rubín

modrý – safír

žlutý – topaz

 

Vlastnosti

Fyzikální

–          stříbrobílý, lehký, kujný, tažný kov ( dá se roztepat na alobal)

–          tepelně i elektricky vodivý – 3.nejlepší vodič

 

Chemické

–          vůči vodě a vzduchu je stálý, neboť se pokrývá vrstvou oxidů a hydroxidů => nepodléhá korozi

–          je amfoterní – rozpouští se v roztocích kyselin i zásad

–          v roztocích kyselin za vzniku solí hlinitých:

2 Al + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3H₂

–          v roztocích hydroxidů za vzniku hydroxohlinitanů:

2 Al + 2 NaOH + 6 H₂O →  2 Na[Al(OH)₄] + 3 H₂

–          i Al₂O₃ + Al(OH)₃ jsou amfoterní

 

–          má redukční vlastnosti, které se využívají při získávání některých kovů

–          na vzduchu hoří intenzivním svítivým plamenem za vzniku oxidu:

4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃

–          má malou elektronegativitu, proto jsou kovalentní vazby, které tvoří, silně polární

 

Výroba

–          elektrolýzou taveniny oxidu hlinitého a kryolitu při teplotě 950ºC

 

Použití

–          jeho redukční vlastnosti se využívají pří získávaní některých kovů ( Mn, Mo, Cr, V) z jejich oxidů za vysokých teplot, tato metoda se nazývá ALUMINOTERMIE

_T

3 MnO₂ + 4 Al → 2 Al₂O₃ + 3 Mn

_T

Cr₂O₃ + Al → Al₂O₃ + Cr

–          slouží k výrobě slitin (DURAl), ALOBALU, nádobí, mincí, vodičů el. produ

–          konstrukční materiál v automobilovém a leteckém průmyslu

– dural (Al, Mg, Si, Mn)

 

Sloučeniny

 

Al₂O₃ – oxid hlinitý

–          4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃

–          Vyskytuje se ve dvou modifikacích – α a γ

• γ – Al₂O₃ – je rozpustná v kyselinách a roztocích hydroxidů
• α – Al₂O₃ – je velmi těžko tavitelná a v kyselinách a roztocích hydroxidů se nerozpouštějí

–          v přírodě se vyskytuje jako korund

 

Al(OH)₃ – hydroxid hlinitý

–          amfoterní látka

–          v kyselinách se rozpouští za vzniku hlinitých solí a se silnými hydroxidy poskytuje hydroxohlinitany

2 Al(OH)₃ + 3 H₂SO₄ → Al₂(SO₄)₃ +  6 H₂O

Al(OH)₃ + NaOH → Na[Al(OH)₄]

–          v přírodě se vyskytuje jako minerál hydrargylit

 

Halogenidy hlinité

–          nejstabilnější sloučeniny

–          snadno hydrolyzují

AlCl₃ – sloučenina pro výrobu hliníku

AlF₃ – je nereaktivní, nerozpustný

S kovy – M₃[AlF₆] – hexafluorohlinitany

 

Soli hlinité:

–          dobře rozpustné ve vodě

–          odvozené od silných kyselin

–          Al₂(SO₄)₃ . 18 H₂O – bílá krystalická látka, která se používá k čištění vod a při výrobě papíru nebo KAl(SO₄)₂ . 12 H₂O ( kamenec hlinito-draselný)

 

KAMENCE – podvojné sírany krystalizují s 12 molekulami H₂O

–          Krystalují v krychlové soustavě, jsou většinou izomorfní. (Izomorfie je jev, kdy chemicky podobné látky vytvářejí téměř shodné krystaly patřící do stejné krystalové soustavy).

–          M^IM^III(SO₄)₂ . 12 H₂O

obsahují jeden kov s ox.č. I ( Na, K) a druhý s ox.č. III ( Al, Cr)

–          Připravují se společnou krystalizací svých složek:

• K2SO4+Al2(SO4)3 +24 H2O → 2 KAl(SO4)2 · 12 H2O

*KAl(SO4)2 · 12 H2O: dodeka hydrát síranu draselno-hlinitého

 

Galium Ga, Indium In, Thallium Tl

–          nemají významné minerály, doprovázejí minerály hliníku, zinku a olova.

–          elementární prvky tvoří snadno tavitelné kovy, mají podobné vlastnosti jako hliník

–          tvoří sloučeniny s oxidačním číslem III, I

–           Sloučeniny thalia jsou jedovaté.