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, tt a tv
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. BnHn+4 nebo BnHn+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 tt 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)
- b) křemičitany Na+, K+, Pb2+, Ca2+
- 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