III. A skupina, p1 prvky

• A (13) skupina, p¹ prvky – B, Al, Ga, In, Tl
• konfigurace: ns² np¹ → 3 valenční e^–
• Oxidační čísla: III -B, Al
  I, III – Ga, In, Tl
• Bor je polokov (po chemické stránce nekov), ostatní kovy
• S rostoucím Z: klesá elektronegativita, t_t a t_v
  roste zásaditost hydroxidů a oxidů:
  B(OH)₃ je kyselý, Al(OH)₃amfoterní a TlOH je zásaditý
• Vazby: B tvoří kovalentní sloučeniny
  Al – kovalentní i iontové sloučeniny
  Ga – iontové sloučeniny

Bór – B

1.      Výskyt

• Pouze vázaně v minerálech (boritany)
• Borax = Na₂[B₄O₅(OH)₄]. 8H₂O oktahydrát tetrahydroxotetraboritanu disodného (někdy jen tetraboritan sodný)

2.      Vlastnosti

• Několik alotropických modifikací (základní jednotka ikosaedr B₁₂)
• Šedočerná, velmi tvrdá látka
• Vysoký bod tání 2076 °C
• Málo reaktivní (až za ↑t), v kyselinách se nerozpouští
• Polovodič (odpor klesá s ↑t), chemicky se podobá křemíku

3.      Výroba

• Redukcí:
• Metalotermicky: B₂O₃ + 3 Mg 3 MgO + 2 B (tento bór není zcela čistý)
• Čistý bór se vyrábí redukcí BBr₃vodíkem

4.      Sloučeniny

–          Bezkyslíkaté

s H₂ borany

• Základní je B₂H₆ (diboran), z něj se vyrábí další borany např. B_nH_n+4 nebo B_nH_n+6
• BH₃ je nestabilní a neexistuje
• ! Zvláštní typ vazeb tvořených delokalizovanými e^–, na 1 atom bóru je vázáno více atomů, než má valenčních e^–!
• Použití jako raketové palivo

Boridy

• Kov + bór, vysoké t_t a tvrdost
• Použití: obráběcí nástroje

–          Kyslíkaté

Oxidy

• B₂O₃ – přísada do žáruvzdorného skla
• s H₂O → H₃BO₄

Oxokyseliny

• H₃BO₄ (s) – šupinkovité krystalky, málo rozpustná ve vodě
  3% aq 8 = „borová voda“, dezinfekční a antiseptické účinky
  ve větším množství teratogen (poškozuje plod)

Boritany

• Borax =Na₂[B₄O₅(OH)₄] . 8H₂O
  výroba glazur a smaltů, optická skla
  v analytické chemii – důkaz na boraxové perličce
• Peroxoboritany – prací a bělicí účinky (prací prášky)

p2 prvky – IV. A skupina

• C nekov, Si polokov (polemické stránce se chová jako nekov), Ge polokov, Sn a Pb kovy
• Elektronová konfigurace ns² np² – 4 valenční elektrony
• -IV, 0, II, IV
• S rostoucím Z:  klesá elektronegativita
  klesá stálost oxidačního čísla IV
  roste stálost ox. č. II
• Stabilizace: a) 4e^– → -IV nebo IV                                     C a Si
  b) vytvoření kovalentních vazeb                všechny prvky
  c) – 2e^– → iontové sloučeniny                      např. SnCl₂ nebo Pb(NO₃)₂

Uhlík – C

1.      Výskyt

• Volný – 2 přírodní alotropické modifikace
  • Diamant – kubická soustava, atomy vázány kovalentní vazbou → velmi pevné → nejtvrdší nerost; nevede el. proud
  • Grafit – tuha, vrstevnatá struktura, šesterečná soustava, Van der Waalsovy síly → slabé → měkký, otírá se; vede el. proud

1985 objeven fulleren – nejčastěji C₆₀, molekula tvaru fotbalového míče (5ti a 6ti úhelníky)
vzniká zahřátím grafitu na vysokou t pomocí laseru nebo el. oblouku

Další nové modifikace: grafen, uhlíkové nanotrubičky

 

 

 

 

• C se dále vyskytuje v uhlí, které podle obsahu C dělíme na:

antracit                černé uhlí           hnědé uhlí         lignit     rašelina

klesá obsah uhlíku

• Vázaný – v anorganických sloučeninách: uhličitany CaCO₃ (kalcit, vápenec),
  MgCO₃ (magnezit, dolomit),
  CO₂ v ovzduší
  v organických sloučeninách: základní biogenní prvek – uhlovodíky (všechny rostliny, živočichové, ropa, uhlí, zemní plyn)

2.      Vlastnosti

• C je málo reaktivní, reaguje až za ↑t, v praxi se používají technické formy (koks, uhlí, saze)
• Hoří – jako grafit při 690°C, jako diamant při 800°C

3.      Užití

• Redukční činidlo při výrobě kovů
• Palivo – uhlí, koks
• Grafit – tužky, elektrody, mazadlo, moderátor do jaderných reaktorů
• Diamant – řezání skla, vrtné hlavice (technické diamanty)
  šperkařství (nejznámější výbrus – briliant)
• Aktivní uhlí – velký povrch → adsorpce plynů (filtry)
• Živočišné uhlí – při trávicích potížích
• Saze – plnivo do pneumatik a plastů

4.      Sloučeniny

–          s H

• Uhlovodíky a deriváty uhlovodíků – organická chemie

–          CS₂ – sirouhlík

• Velmi těkavá, hořlavá kapalina, nervový jed
• Nepolární organické rozpouštědlo (rozpouští i celulosu)

–          HCN a kyanidy

• Prudce jedovaté
• KCN – cyankáli, rozpustný ve vodě, voní po hořkých mandlích

–          Karbidy

• C + prvky s nízkou elektronegativitou
• Iontové: např. CaC₂; reakcí s vodou vzniká acetylen:
  CaC₂ + H₂O → CHΞCH + Ca(OH)₂
• Kovalentní: velmi tvrdé, SiC – karborundum, brousek
• Vmezeřené (intersticiální) – viz hydridy,
  mají nestechiometrické složení, supravodivé

–          Oxidy

• CO – bezbarvý plyn, bez zápachu, lehčí než vzduch

vzniká nedokonalým spalováním org. paliv

velmi toxický – váže se na hemoglobin a znemožňuje přenos kyslíku

záměrně se vyrábí při zplyňování uhlí jako tzv. generátorový plyn → palivo

• CO₂ – bezbarvý plyn, bez zápachu, těžší než vzduch

není jedovatý, ale je nedýchatelný

vzniká dokonalým spalováním, při dýchání, kvašení, tlení

s H₂O → slabá kyselina H₂CO₃

příprava: CaCO₃ + HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

použití: sycení minerálek, výroba sody a močoviny, suchý led = CO₂(s)

–          Oxokyseliny a soli

• H₂CO₃ – slabá dvojsytná kyselina, dvě řady solí: (HCO₃)^– a (CO₃)^2-
• Na₂CO₃ – soda (viz alkalické kovy), pro výrobu skla, změkčování vody
• NaHCO₃ – jedlá soda, použití při překyselení žaludku nebo jako prášek do pečiva: NaHCO₃ Na₂CO₃ + CO₂↑ + H₂O
• CaCO₃ – vápenec, krasové jevy – přechod nerozpustného CaCO₃ na rozpustný Ca(HCO₃)₂ a zpět
• K₂CO₃ – potaš, zpracování kůží
• Všechny uhličitany jsou rozpustné v kyselinách

–          Krevní soli

K₄[Fe(CN)₆]           žlutá krevní sůl

K₃[Fe(CN)₆]           červená krevní sůl

Křemík – Si

1.      Výskyt

• Druhý nejrozšířenější prvek na Zemi (po kyslíku) – 28%
• Pouze vázaný – a) hlinitokřemičitany = živce a slídy (základ zemské kůry)

1. b) křemičitany Na⁺, K⁺, Pb²⁺, Ca²⁺
2. c) jako SiO₂ = křemen

2.      Vlastnosti

• Mikrokrystalický křemík = hnědý prášek
• Krystalický křemík = šedý, kovově lesklý polokov (polovodič), má diamantovou strukturu, ale vazby Si – Si jsou slabší než C – C
• Nerozpustný ve vodě i v kyselinách
• Málo reaktivní (za t↑ se dá spálit na SiO₂)

3.      Užití

• Polovodiče a integrované obvody
• Slitiny (např. s Al)
• Pružinové oceli
• Solární baterie (velmi čistý Si)

4.      Výroba

• Redukcí z SiCl₄ zinkem, vniklý křemík se dále čistí tavením

SiCl₄ Si + +2ZnCl₂

5.      Sloučeniny

–          Bezkyslíkaté

s H

• Silany – 1 až 6 atomů Si, SiH₄ až Si₆H₁₄, obdoba uhlovodíků, ale méně stálé a velmi reaktivní

s C – viz brousek u C

s kovy – silicidy S^-IV

–          Kyslíkaté

SiO₂

• Křemen, polymerní struktura
• Vazba Si – O je velmi pevná → tvrdá látka
• V přírodě i další varianty: ametyst, záhněda, citrín, růženín, acháty, opál, křišťál
• Křemenný písek – výroba skla

Silikony

• Polymerní látky s kyslíkokřemíkovým řetězcem, na který se mohou vázat uhlovodíkové zbytky R
• Podle složitosti struktury mají různou konzistenci
• Užití: silikonové oleje, vazelíny, leštěnky, izolační tmely a pěny

Kyseliny

• H₂SiO₃, H₄SiO₄
• H₄SiO₄ – existuje jen ve vodných 8 → zahřátím vzniká gel → vysoušením se připraví silikagel (vysoušedlo do exsikátorů)

Křemičitany – silikáty

• Průmyslově se připravují tavením SiO₂ s uhličitany nebo hydroxidy alkalických kovů
• Alkalické křemičitany – rozpustné ve vodě (Na₂SiO₃ + K₂SiO₃ = vodní sklo)
• Mezi přírodní silikáty patří azbest

Hlinitokřemičitany

• Živce, slídy, kaolinit

Výroba skla

Historie

• Nejstarší nálezy – 3. tisíciletí př. n. l. ve Středomoří a Egyptě, skelná glazura na pískovém nebo keramickém jádře = fajáns
  od 2. tis. př. n. l – používání sklářských píšťal
• Středověk – rozmach, lesní hutě
  nápojové sklo, okenní skla – vitráže, benátská zrcadla (nejkvalitnější v Evropě)
• Od 2. pol. 17. st. – český křišťál
  skleněné předměty jsou stále drahé
• Od 2. pol. 19. st. – počátky tovární výroby → snížení ceny → rozšíření

Vlastnosti

• Sklo je podchlazená kapalina – nemá krystalickou strukturu, stále teče

Výroba

• Základní surovinová směs = sklářský kmen:
  50 % písek (SiO₂) + 16 % soda (Na₂CO₃) + 12 % vápenec (CaCO₃) + 18 % odpadní sklo
  + další příměsi:
  • Soda nebo potaš (K₂CO₃) přechází na Na₂O (K₂O) a působí jako tavidlo – snižují teplotu tání
  • Vápenec přechází na CaO a zlepšuje chemickou odolnost skla
  • Složení se mění podle požadavků na vyráběné sklo
  • Směs se taví při cca 1500°C, poté se čiří a homogenizuje a po ochlazení na
    600-1300°C se tvaruje litím nebo foukáním

Druhy skla

• Draselné sklo – přídavek potaše, tabulové sklo; lije se na vrstvu roztaveného cínu
• Olovnaté sklo – je těžké, má vysoký index lomu; výroba lustrů, bižuterie, ozdobných karaf
• Optické sklo – obsahuje kromě olova i Ba, Zn, Ti; optické čočky a hranoly
• Borosilikátové sklo – část SiO₂ je nahrazena B₂O₃; žáruvzdorné a chemicky odolné sklo, použití jako varné sklo v kuchyni nebo chemické sklo v laboratoři
• Křemenné sklo – čistý SiO₂; výborná chemická a tepelná odolnost
  taví se při 1800°C → drahé, použití na laboratorní potřeby a speciální žárovky

Leptání skla:

SiO₂ + 4 HF → SiF₄ (těkavý) + 2 H₂O