S-prvky – maturitní otázka | Biologie-chemie.cz

ošetřovatelství

Otázka: S-prvky

Předmět: Chemie

Přidal(a): Petr498

Charakteristika

Nízká ionizační energie, velké atomové poloměry
Snadno uvolňují elektrony za vzniku kationtů
- s¹-prvky: M⁰→ M⁺+ e⁻
- s²-prvky: M⁰→ M²⁺+ 2 e⁻
Velmi reaktivní, silná redukční činidla
V přírodě se vyskytují jen jako kationty ve sloučeninách

Prvky s¹

Lithium Li, sodík Na, draslík K, rubidium Rb, cesium Cs, francium Fr (radioaktivní) – Prvky první skupiny
Obecná elektronová konfigurace: ns1 (1 valenční elektron)
=Alkalické kovy, s vodou tvoří silné hydroxidy neboli alkálie
Ve svých sloučeninách mají vždy oxidační číslo I

Výskyt

Jen ve sloučeninách
Sodík: kamenná sůl NaCl, Glauberova sůl Na2SO4 . 10 H2O, chilský ledek NaNO3 – Draslík: draselný ledek KNO3, sylvín KCl
Sloučeniny cesia a rubidia doprovází v malém množství sloučeniny draslíku a sodíku – Sodík a draslík: biogenní prvky
- Sodík: extracelulární prostor
- Draslík: uvnitř buněk
- Udržení osmotického tlaku tekutin, acidobazické rovnováhy
- Umožňují svalovou a nervovou aktivitu

Vlastnosti a reakce

Měkké, stříbrolesklé, neušlechtilé kovy s malou hustotou (plavou na vodě) – Na vzduchu snadno oxidují a pokrývají se vrstvou oxidačních produktů
Uskladňují se pod inertním rozpouštědlem (petrolej)
Velmi dobře vedou elektrický proud
Ve sloučeninách mají převážně iontové vazby kvůli nízké elektronegativitě (sloučeniny lithia mohou mít kovalentní charakter, jsou rozpustné v nepolárních organických rozpouštědlech) – Velmi reaktivní, silné redukční schopnosti
S vodou reagují bouřlivě a redukují z ní vodík: 2 M + 2 H2O → 2 MOH + H2 – Redukují polokovy a kovy z jejich sloučenin: SiF4 + 4 K → Si + 4 KF
Snadno redukují i nekovy (někdy mají explozivní charakter)
S vodíkem tvoří hydridy, v nichž jsou vázány iontově: 2 M + H2 → 2 M+H− – Při hoření vzniká z lithia oxid, ze sodíku peroxid, z ostatních alkalických kovů hyperoxidy –
Charakteristiky barví plamen
- Plamenová zkouška
- Lithium: červená
- Sodík: žlutá
- Draslík: fialová
- Rubidium a cesium: podobně jako draslík

Výroba

Sodík a lithium se vyrábí elektrolýzou tavenin svých chloridů
Draslík se vyrábí redukcí KCl sodíkem a následnou destilací draslíku ze směsi

Použití

Lithium
- Lithiové baterie, akumulátory (zejména elektromobily a automobily s hybridními motory) – Součást lehkých slitin
Volný draslík
- Kvůli nestálosti nemá přímé využití
Sodík
- Materiál odvádějící teplo v jaderné energetice (nízká teplota tání, nepodléhá radioaktivní přeměně na nebezpečné beta nebo gama zářiče s dlouhým poločase rozpadu) – Sodíkové výbojky
Rubidium, cesium
- Nízký ionizační potenciál
- Výroba fotočlánků (přeměna světelné energie na elektrickou)
Cesium
- Stabilní
- Součást velmi přesných atomových hodin
- Výroba citlivé vrstvy fotoelektrických článků do přístrojů pro noční vidění

Sloučeniny

Hydridy
- Iontové hydridy
- Bílé, krystalické látky (za normálních podmínek)
- Jejich stálost se snižuje od LiH k CsH
- V roztaveném stavu vedou elektrický proud
- Ve vodě se zcela hydrolyzují: NaH + H2O → NaOH + H2
- Připravují se syntézou prvků: 2 M + H2 → 2 MH
Peroxidy, hyperoxidy
- Hořením sodíku vzniká peroxid, hořením ostatních prvků hyperoxidy
Peroxid sodný Na2O2
- Bělící účinky
- Silné oxidační účinky
- Některé organické látky s ním reagují za výbuchu
  - Reakce s vodou se využívá k výrobě peroxidu vodíku: Na2O2 + 2 H2O → 2 NaOH + H2O2
Hyperoxidy
- Barevné (např. draselný je žlutý, rubidný je tmavohnědý)
Halogenidy
- Bezbarvé, krystalické látky, iontový charakter
- Dobře rozpustné ve vodě
Chlorid sodný NaCl
- Využití v průmyslu potravinářském, konzervárenském a chemickém
Chlorid draselný KCl
- Součást draselných hnojiv
Bromid draselný KBr, jodid draselný KI
- Laboratorní činidla
Sulfidy
- Připravují se přímou syntézou
- Dobře rozpustné ve vodě, hydrolyzují, v roztocích reagují alkalicky
- Vzdušným kyslíkem se snadno oxidují na thiosírany
Hydroxidy
- Bílé, krystalické látky, snadno rozpustné ve vodě na roztoky silných zásad – Hygroskopické, leptavé (leptají i sklo a porcelán), snadno tavitelné
- Velmi agresivní, silně korozivní
- Výroba mýdel, celulózy, oxidu hlinitého z bauxitu, k čištění ropných produktů, laboratorní využití
Hydroxid sodný NaOH
- Vyrábí se elektrolýzou NaCl
  - Metodou amalgámovou
    - Na+ se slučuje na rtuťové katodě se rtutí na amalgám, který se v odděleném prostoru rozkládá teplou vodou na hydroxid, vodík a rtuť (ta se čerpá zpět do elektrolyzéru)
    - Na grafitové anodě se vylučuje chlor
  - Metodou diagramovou
    - Na grafitové anodě se vylučuje chlor
    - Na katodě se vylučuje vodík
      - Mezi elektrodami je diagramovou (polopropustnou) přepážkou, která zamezuje vzájemné reakci iontů
    - Oba plyny se odděleně jímají
    - V roztoku zůstávají pouze sodné a hydroxidové ionty
Uhličitany, hydrogenuhličitany
- Bílé, krystalické látky, většinou dobře rozpustné ve vodě (kromě hydrogenuhličitanu sodného, uhličitanu lithného a hydrogenuhličitanu lithného)
- Hydrogenuhličitany se při žíhání mění na uhličitany
- Známe jako bezvodé i v podobě hydrátů
Uhličitan sodná Na2CO3
- Soda se vyrábí solvayovou metodou
  - Roztok NaCl se sytí amoniakem a oxidem uhličitým, čímž vzniká nerozpustný hydrogenuhličitan sodný: NaCl + NH3 + CO2 + H2O → NaHCO3 + NH4Cl
  - Hydrogenuhličitan se po odfiltrování termicky rozkládá na uhličitan
    - 2 NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O
- Spolu s uhličitanem draselným (potaš) se používá k výrobě skla a pracích prostředků
Dusičnany
- Bezbarvé, krystalické látky, dobře rozpustné ve vodě, dobře tavitelné
- Při vyšších teplotách se rozkládají na dusitany
- Chilský ledek (dusičnan sodný) a draselný ledek (sanytr, dusičnan draselný) se používají jako průmyslová hnojiva
Sírany, hydrogensírany
- Bezbarvé, krystalické látky, dobře rozpustné ve vodě
- Síran draselný se používá jako hnojivo

Prvky s2

Beryllium, hořčík, vápník, stroncium, baryum, radium
Prvky druhé skupiny
Ca, Sr, Ba, Ra se označují jako kovy alkalických zemin
Obecná elektronová konfigurace ns2 (2 valenční elektrony)
Ve svých sloučeninách mají vždy oxidační číslo II
Všechny izotopy radia jsou radioaktivní

Výskyt

Pouze ve sloučeninách
Beryllium: beryl (hlinitokřemičitan), jeho odrůdou je například smaragd
Hořčík: magnezit MgCO3, dolomit CaCO3 . MgCO3, součást chlorofylu
Vápník: vápenec CaCO3, sádrovec CaSO4 . 2 H2O, anhydrit CaSO4, kazivec (fluorit) CaF2, součást kostí a zubů jako fosforečnan vápenatý
Stroncium: celestin SrSO4
Baryum: baryt BaSO4
Radium: nepatrná součást smolince (oxid uraničitý)
Vápník a hořčík jsou biogenní prvky

Vlastnosti a reakce

Stříbrolesklé, neušlechtilé kovy
Tvrdší, méně reaktivní, větší hustota v porovnání s alkalickými kovy
Kovy alkalických zemin reagují s vodou stejně jako alkalické kovy (jen trochu pomaleji), tvoří převážně iontové vazby
- Rozpustné soli stroncia a barya jsou jedovaté
- Beryllium a hořčík se svými vlastnostmi od ostatních kovů alkalických zemin liší – Beryllium: svými vlastnostmi se podobá hliníku (diagonální podobnost), tvoří převážně kovalentní vazby, je amfoterní (rozpustné v kyselinách i v zásadách), na vzduchu se pokrývá vrstvou oxidu a v důsledku vysoké ionizační energie netvoří ionty – Hořčík: podobá se lithiu (diagonální podobnost), kationty hořečnaté jsou schopny samostatné existence, ve sloučeninách je převážně vázán kovalentními vazbami – Charakteristicky barví plamen
- Vápník (cihlově červeně), stroncium (karmínově červeně), barum (zeleně)

Porovnání s2 prvků s alkalickými kovy

Menší atomový poloměr
Dvojnásobný počet valenčních elektronů
Vyšší ionizační energie

Výroba

Elektrolýza tavenin chloridů (nejčastější)
Redukce příslušných halogenidů sodíkem: CaCl2 + 2 Na → 2 NaCl + Ca

Použití

Beryllium
- Slitiny (charakteristická tepelná a elektrická vodivost, vysokou tvrdost a odolnost proti korozi) – Kovové beryllium se využívá k výrobě okének do RTG lamp (má schopnost propouštět rentgenové záření)
Hořčík
- Slitiny (např. dural Mg+Al+Cu+Mn), výroba Grignardových činidel
- Chemicky odolný, dá se snadno povrchově upravovat a barvit (eloxovat), nevýhodou je malá schopnost tlumit otřesy
Vápník
- Speciální slitiny, metalurgie
- Redukční výroba (silné redukční vlastnosti) jiných kovů (např. Pu, U, Zr, W)
Baryum
- Absorbuje rentgenové záření (má poměrně velké atomy)
- Výroba omítek používaných na rentgenových pracovištích (ochrana zaměstnanců před rentgenovým zářením
- Baryová kaše (suspenze síranu barnatého ve vodě, BaSO4 není rozpustný ve vodě) – Rentgenové vyšetření trávicí trubice, může způsobovat zánět slepého střeva
Radium
- Dříve se používalo k ozařování zhoubných nádorů a k výrobě světélkující barvy (nátěr na některé součástky v hodinkách), vzhledem k toxicitě pro lidský organismus se už téměř nepoužívá

Sloučeniny

Hydridy
- Bílé krystalické látky s iontovými vazbami, s vodou bouřlivě reagují za vzniku vodíku
Hydrid vápenatý CaH2
- Silné redukční činidlo, sušící prostředek organických rozpouštědel
Oxidy
- Bílé krystalické látky s iontovými vazbami
Oxid vápenatý CaO (pálené vápno)
- Vyrábí se pálením vápence: CaCO3 → CaO + CO2
- Používá se ve stavebnictví, hutnictví, při úpravě vody (změkčuje vodu a snižuje její kyselost), snižuje kyselost půd, jako přídavná látka E 539 se používá k úpravě kyselosti potravin (např. výroba ovocných šťáv)
Hydroxidy
- Silné zásady, ve vodě omezeně rozpustné, pohlcují oxid uhličitý
- Jejich zásaditost roste s rostoucím protonovým číslem
Hydroxid Vápenatý Ca(OH)2 (hašené vápno)
- Vzniká hašením páleného vápna (jeho reakcí s vodou)
- Používá se ve stavebnictví k výrobě malty (směs vody písku a hašeného vápna), v zubním lékařství jako provizorní vložka do kořenových kanálků
- Vápenné mléko: vodní suspenze hašeného vápna
- Tvrdnutí malty: Ca(OH)2 + CO2 → CaCO3 + H2O
- Reakce hašeného vápna s oxidem uhličitým
Halogenidy
- Fluoridy jsou ve vodě nerozpustné, ostatní jsou rozpustné
Kazivec CaF2
- Používá se v metalurgii a v optice k výrobě skel do objektivů
- Surovina pro výrobu fluorovodíku
Karbidy
- Vznikají přímou syntézou prvků při vyšších teplotách
- Iontové sloučeniny
Karbid vápenatý CaC2 (acetylid vápenatý)
- Vyrábí se v elektrických pecích
- Používá se k výrobě acetylenu
- Na přelomu 19. a 20. století se využívali karbidové (acetylenové) svítilny
Uhličitany, hydrogenuhličitany
- Uhličitany jsou pevné ve vodě nerozpustné
- Hydrogenuhličitany Ca(HCO3)2 a Mg(HCO3)2 způsobují přechodnou tvrdost vody
Uhličitan vápenatý CaCO3 (vápenec)
- Používá se jako stavební kámen, k výrobě vápna a cementu
- Islandský vápenec: čistý vápenec, které stáčí polarizované světlo
- Mramor
  - Metamorfovaný (krystalický) vápenec
  - Obklady, dlažby, sochařský a dekorační materiál
- Krasové jevy (vznik krápníků)
  - CO2 + H2O → H2CO3; CaCO3 + H2CO3 ⇌ Ca(HCO3)2
Sírany
- Sírany alkalických kovů jsou ve vodě nerozpustné (na rozdíl od MgSO4)
- CaSO4 způsobuje trvalou tvrdost vody
Sádrovec CaSO4 . 2 H2O
- Slouží jako přísada do cementu
- Jeho zahřátím na 100 stupňů vzniká pálená sádra (CaSO4 . ½ H2O)
  - Sádra se používá pro výrobu sádrokartonových desek, vnitřních omítek, samonivelačních podlahových potěrů, v lékařství k výrobě sádrových obvazů, modelů zubů
- Alabastr
  - Jemně zrnitá až celistvá odrůda sádrovce
  - Používá se v sochařství
- CaSO4 způsobuje trvalou tvrdost vody

Další podobné materiály na webu:

Charakteristika

Prvky s1

Prvky s2

Prvky s¹