Prvky – p2

• elektronová konfigurace poslední (valenční) vrstvy: ns2np2 (n je 2 – 6)

  prvky s valenčními elektrony v orbitalech s & p

• orbital s je valenčními elektrony zaplněn zcela
• orbital p je zaplněn pouze 2 valenčními elektrony (odtud název)î 4 valenční elektrony î prvky ležící v IV. A (15.) skupině PSP Õ patří mezi nepřechodné prvky
•  

• uhlík … C Õ nekov

• pevné látky

  křemík … Si Õ polokov

• germanium … Ge Õ polokov
• cín … Sn Õ kov
• olovo … Pb Õ kov

• do stabilnější konfigurace = konfigurace nejbližšího vzácného plynu jim

I)       chybí 4 elektrony

• tím, že je získají*, dosáhnou konfigurace nejbližšího vyššího vzácného plynu Õ zaujmou podobu aniontů î záporné oxidační číslo – méně běžné (viz karbidy)
• podmínka: reakce s prvkem o nižší elektronegativitě, než má sám p²-prvek

II)     přebývají 4 elektrony

• tím, že je odevzdají = poskytnou vazebnému partnerovi*, dosáhnou konfigurace nejbližšího nižšího vzácného plynu Õ zaujmou podobu kationtů î kladné oxidační číslo – ve většině případů
• mohou poskytnout všechny nebo jenom část (zpravidla 2) valenčních elektronů
• podmínka: reakce s prvkem o vyšší elektronegativitě, než má sám p²-prvek* chybějící / nadbytečné elektrony získají / odevzdají = poskytnou vazebnému partnerovy:

1. v kovalentních sloučeninách, které převažují, vznikem různých kombinací kovalentních vazeb
2. v iontových sloučeninách

• např. chlorid cínatý …SnCl₂

• OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

 

Název		Chemická značka	Protonové číslo	Elektronová konfigurace	Elektro-negativita	Relativní atomová hmotnost	Teplota (°C)		Oxidační číslo
český	latinský						tání	varu	kladné	záporné
Uhlík	Carboneum	C	6	[2He] 2s2 2p2	2,5	12,01	3800		II, IV	–VI, –I
Křemík	Silicium	Si	14	[10Ne] 3s2 3p2	1,7	28,09	1400	3280	IV	–VI, –I
Germanium	Germanium	Ge	32	[18Ar] 3d10 4s2 4p2	2,0	72,59	945	2850	II, IV	L
Cín	Stannum	Sn	50	[36Kr] 4d10 5s2 5p2	1,7	118,69	232	2623	II, IV	L
Olovo	Plumbum	Pb	82	[54Xe] 4f14 5d10 6s2 6p2	1,5	207,20	327	1751	II, IV	L

 

• VÝSKYT v přírodě

• UHLÍK .
• volný (nevázaný ve sloučeninách)

 

• v přírodě krystalizuje ve dvou modifikacích (další dvě modifikace přiletěli z vesmíru)

• grafit (tuha)

• vrstevnatá struktura Õ každý atom C se váže se třemi sousedními î vytvářejí vrstvu, 4. atom se volně pohybuje mezi nimi î měkký, vodivý

• dvě formy: α-hexagonální

 

•                                                                            β-hexagonální
• vrstvy drží pohromadě díky slabým van der Waalsovým silám
• otírání grafitu umožňuje posouvání vrstev po sobě

• diamant

 

• kubická struktura Õ všechny 4 valenční elektrony vzájemně provázány kovalentními (nepolárními) vazbami o velké pevnosti (každý atom C se váže se čtyřmi sousedními; tvar osmistěnu) î nejtvrdší přírodnina
• lze připravit synteticky z grafitu (za vysoké teploty, tlaku, bez přítomnosti vzduchu)
• uměle připravené modifikace:        fullereny
• název podle architekta Fullera
• velmi pravidelné izolované struktury (klastry) o 60, 70 a více molekulách uhlíku
• C₆₀ = tvar kopacího míče – střídají se pentagony s gexagony
• C₇₀ = tvar ragbyové šišky
• C₈₂
• v aerobním prostředí nestálé î uchovávají se v toluenu
• rozpustné v benzenu, toluenu , sirouhlíku î v nepolárních rozpouštědlech
• dovnitř lze uzavřít atomy/ionty/molekuly Õ vznik fulleritů
• zevně lze napojit další struktury nebo nahradit atomy uhlíku jinými
• např. K₃C₆₀ Õ je supravodivý
• mají vliv na rakovinné buňky

• vázaný ve sloučeninách

• anorganické sloučeniny Õ např.:

• uhličitany

• CaCO₃ = kalcit, vápenec

• MgCO₃ = magnezit

• CaCO₃ . MgCO₃ = dolomit

• oxidy uhlíku

• organické sloučeniny Õ C = základní stavební jednotka všech organických sloučenin

• uhlí, ropa, zemní plyn …

• bílkoviny … î biogenní prvek

 

•  

• KŘEMÍK .

 

• v přírodě pouze v anorganických sloučeninách Õ např.:

• tvoří 95% zemské kůry î Sn je 2. nejrozšířenější prvek zemské kůry (po kyslíku)

  oxid křemičitý … SiO₃ = křemen

• hlinitokřemičitany

• křemičitany

• většina sloučenin jsou oxosloučeniny, často obsahující hliník

 

•  
• uměle připravené modifikace:

• hnědý prášek
• šedá krystalická látka

• struktura jako diamant, akorát vazby Si–Si jsou méně pevné î křehčí 
•  

• CÍN .

 

• v přírodě pouze v anorganických sloučeninách Õ např.:

• oxid cíničitý … SnO₂ = cínovec, kasiterit

 

• 13,2 °C   161 °C

  k výrobě smaltů

•  
• uměle připravené modifikace:

• bílý cín – měkký, stříbrolesklý kov
• šedý cín – v podobě prášku

• OLOVO .

 

• v přírodě pouze v anorganických sloučeninách Õ např.:

• sulfid olovnatý … PbS = galenit

 

• VLASTNOSTI

 

• s rostoucím Z (směrem ↓):
• klesá stálost sloučenin obsahujících p²-prvky o oxidačním čísle IV
•                                  reaktivita
• roste stálost sloučenin obsahujících p²-prvky o oxidačním čísle II
• UHLÍK .
•                                 kovový charakter

• málo reaktivní, s jinými prvky reaguje až za vyšších teplot

• reakce uhlíku (koks) za vysoké teploty s oxidy kovů î přímá redukce kovů z těchto oxidů Õ např. výroba železa ve vysoké peci3C + Fe₂O₃ → 3CO + 2Fe

 

•  
•  

• existuje ve více modifikacích Õ viz výskyt

• jako jediný ze všech prvků PSP se dokáže spojovat do rozmanitých řetězců

• každé dva uhlíky se můžou spojit jednoduchou, dvojnou nebo trojnou kovalentní nepolární vazbou do lineárních, větvených nebo cyklických řetězců; na takovéto řetězce lze navíc napojit další struktury nebo nahradit atomy uhlíku jinými î příčina tak velkého množství organických sloučenin

• technické formy (koks, uhlí, saze) Õ k reakcím

 

• nejvyšší teplota tání, index lomu, tvrdost (diamantová forma)

• nerozpustný ve vodě; vysoce hořlavý, tepelně vodivý

• 2 izotopy:

 

• KŘEMÍK .
•                                        – radioaktivní s dlouhým poločasem rozpadu î k určování stáří kostí, …

• existuje dvou modifikacích Õ viz výskyt

• polovodič Õ jeho vodivost stoupá s teplotou

• velmi málo reaktivní, s jinými prvky reaguje až za velmi vysokých teplot CÍN .

 

•  

• existuje ve dvou modifikacích Õ viz výskyt

• bílý cín:

• stříbrolesklý měkký kov î ohebný

• tažný a kujný î lze válcovat do tenké folie = staniol

• odolný vůči vodě, vzduchu, zředěným kyselinám & hydroxidům Õ uplatnění při pocínování železných plechů (nepodléhají poté korozi)

• sloučeniny cíničité (Sn^IV) jsou stálejší než cínaté (Sn^II) OLOVO .

 

• šedomodrý lesklý kujný kov o velké hustotě

• poměrně měkký, málo pevný î lze vyválcovat na plechy

• reaktivnější než cín; pokrývá ho tmavá vrstvička jeho oxidů

• sloučeniny olovnaté (Sn^II) jsou stálejší než olovičité (Sn^IV)

 

• PŘÍPRAVA & VÝROBA UHLÍK .

 

1.  

• průmyslově se vyrábí jen minimálně, protože ložiska jeho relativně čisté podoby jsou volně dostupné v přírodě î maximálně se očisťuje od příměsí 

 

•  

• SLOUČENINY            UHLÍK – viz. Mat. otázka č.14

 

1.  

• Pro uhličitan sodný & vápenatý platí: ve vodných roztocích reagují zásaditě (následkem hydrolýzy)   CO32– + H2O →     HCO3– + OH–   využití: výroba skla, pracích prostředků, …

  z vodných roztoků krystalizuje jako dekahydrát uhličitanu vápenatého (Na₂CO₃ . 10 H₂O) = krystalová soda Õ na vzduchu ztrácí krystalovou vodu (větrá)

 

• ve vodě málo rozpustný
• odstraňuje trvalou tvrdost vody (způsobenou vápenatými kationty síranu vápenatého, který je ve vodě rozpuštěn):Ca²⁺ + SO₄^2–  + Na₂CO₃ ® ↓CaCO₃ + Na₂CO₄
• soda
•  

G        Uhličitan draselný … K₂CO₃ = potaš

 

G        Uhličitan vápenatý … CaCO₃

• krystalizuje ve třech modifikacích:

• kalcit

• aragonit

• vápenec Õ mramor (druh vápence, který lze leštit)

• křída = uhličitan vápenatý vzniklý ze schránek mořských živočichů

 

• ve vodě málo rozpustný

• důležitá chemická surovina î výroba páleného vápna = tepelný rozklad uhličitanu vápenatého v pecích (vápenky) Õ viz výše

 

•  
• příčina KRASOVÝCH JEVŮCaCO₃ + H₂O + CO₂ D Ca(HCO₃)₂    (dešťová voda + vzdušný oxid uhličitý)
•          slabá kyselina uhličitá
•    vápencové pohoří                                                       hydrogenuhličitan vápenatý (rozpustný)
• slabá kyselina uhličitá, tím jak prosakuje vápencem, vápenec přeměňuje na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý î ve vápenci „vyžírá“ dutiny (jeskyně)
• pokud se hydrogenuhličitan vápenatý dostane na strop už nějaké vytvořené dutiny, začne se díky změně tlaku zpátky přeměňovat na oxid uhličitý, vodu a uhličitan vápenatý
• uhličitan vápenatý zůstane na stropě jeskyně î vznik krápníků
• voda odkape na zem
• oxid uhličitý vyletí do ovzduší & usadí se na dně dutiny (protože je těžší než vzduch) KŘEMÍK .

BEZKYSLÍKATÉ SLOUČENINY KŘEMÍKU

 

 

• silany … Si_nH_{2n + 2} (n je 1 – 4 a 6)

• sloučeniny křemíku s vodíkem
• uměle připravené
• nestálé, značně reaktivní

• křemičité halogenidy … SiX₄ (X je halogen)

• těkavé
• např. fluorid křemičitý … SiF₄
• vedlejší produkt při zpracování fluoroapatitů
• reaguje s vodou î vznik kyseliny hexafluorokřemičité … H₂SiF₆
• velmi silná kyselina
• existuje pouze jako vodný roztok
• odvozují se od ní soli: hexafluorokřemičitany … X₂SiF₆

• silicidy

• sloučeniny křemíku s kovy

• karbid křemičitý … SiC = karborundum, karbid křemíku

• jako brusný materiál

KYSLÍKATÉ SLOUČENINY KŘEMÍKU

• oxidační číslo křemíku v oxosloučeninách: IV
• základní jednotkou jejich struktury – křemíko-kyslíkaté čtyřstěny (tetraedry) SiO₄ s atomem křemíku uprostřed, které se pomocí kyslíkatých atomů spojují do různě složitých struktur; !!! samostatné molekuly SiO₄ neexistují (dva atomy z každého tetraedru náleží dalšímu tetraedru)
• vazby Si–O velmi pevné î stabilní sloučeniny

• oxid křemičitý … SiO₂

• pevná látka s polymerní strukturou
• velmi vysoká teplota tání (1705 °C)
• podle uspořádání tetraedrů rozlišujeme:

• křemen

 

• v přírodě se vyskytuje v několika odrůdách (barvu způsobují příměsi):

• ametyst Õ fialový

• záhněda Õ hnědý

• citrín Õ žlutý

• růženín Õ růžový

 

• 1470 °C

  870 °C

  křišťál Õ čirý

•  

• tridymit

• cristobalit

 

•  

• jedna z nejstálejších sloučenin vůbec
• odolná vůči vodě i kyselinám kromě HF
• tavení SiO₂ s uhličitany/hydroxidy alkalických kovů î vznik křemičitanů … X₂SiO₃
• SiO₂ + XCO₃ → X₂SiO₃ + CO₂
• rozpustné ve vodě
• podle stupně propojení tetraedrů rozlišujeme:
• křemičitany s izolovanými tetraedry
• křemičitany s ostrůvkovou strukturou
• křemičitany s řetězovou strukturou
• křemičitany s trojrozměrnou strukturou
• hlinitokřemičitany
• vznikají náhradou některých atomů křemíku v křemičitanech atomy hliníku
• např. živce Õ Na[AlSi₃O₈] = albit (sodný živec)
•                      Õ K[AlSi₃O₈] = ortoklas (draselný živec)
• zvětrávání živců vzniká kaolinit Õ obsažen v kaolínu = hlavní surovina k výrobě porcelánu
•                                                                         hlinitokřemičitan vápenatý Õ hlavní složka cementu
• využití:

• technické suroviny          Õ křemenný písek (bílý) – na výrobu skla, porcelánu …

 

•                                                                                    Õ křemenné sklo
• vzniká roztavením a rychlím ochlazením SiO₂

• kyselina tetrahydrogenkřemičitá … H₄SiO₄

• existuje jen ve zředěných vodných roztocích
• postupně se z z nich vylučuje polymerní sol
• dalším stáním, zahřátím nebo okyselením roztoku se vylučuje rosolovitý gel
• vysušením tohoto gelu se získává pevný silikagel Õ váže na sebe velké množství vody a různé organické i anorganické látky î využití – sušidlo plynů, odstraňovač pachů
• čtyřsytná î čtyři řady solí:

• trihydrogenkřemičitany … XH₃SiO₄
• dihydrogenkřemičitany … X₂H₂SiO₄
• hydrogenkřemičitany … X₃HSiO₄
• křemičitany … X₄SiO₄ = silikáty Õ viz výše

• vodní sklo:

• vodný roztok křemičitanů alkalických kovů

• výroba: tavení písku se sodou nebo potaší

• použití: konzervační, tmelící, impregnační prostředek

 

• polysiloxany … (R₂SiO)_n = silikony (R je např. alkyl)

• organokřemičité polymerní látky Õ ve formě olejů, past, kaučuků a pryskyřic
• chemicky a tepelně odolné, hydrofobní OLOVO .

• tetraethylplumbium (tetraethylolovo) … Pb(C₂H₅)₄

• organokovová sloučenina

• antidetonační přísada do benzínu

 

• jeho spalováním vznikají jedovaté olovnaté sloučeniny
• zvyšuje oktanové číslo benzínu
•  

• oxid olovičitý … PbO₂

• kladná elektroda v akumulátorech

• oxid olovnato-olovičitý … Pb₃O₄ = minium = suřík

• k výrobě antikorozních nátěrových směsí Õ základové barvy

• VYUŽITÍ

• UHLÍK

 

• v podobě koksu/uhlí Õ palivo, výroba syntetického diamatu, grafitu
• v podobě diamantu          Õ klenotnictví (vybroušený diamant = briliant)
•                                                             Õ opracování tvrdých materiálů (řezání, vrtání, broušení …)
• v podobě grafitu  Õ elektrody (grafitová anoda)                                                        Õ tužky                                                        Õ moderátor do jaderných reaktorů
•                                                         Õ mazadlo ložisek
•                                                         Õ tavící kelímky
• v podobě tzv. aktivního uhlí        Õ k absorpci plynných látek î filtr ochranných masek
•                                                                           Õ lékařství î živočišné uhlí
• v podobě sazí Õ plnidlo při výrobě pneumatik a plastů

• KŘEMÍK

 

• hutnictví Õ výroba slitin
• chemické výroby Õ k výrobě silikonových polymerů
• elektrotechnika Õ výroba polovodičů a integrovaných obvodů
• křemík zde musí být velmi čistý (musí obsahovat méně než 10^–7 % nečistot)
• do slunečních baterií

• CÍN

 

• výroba staniolu

• galvanické pocínování → plechovky, …

• výroba slitin: Cu + Sn = bronz

 

                                                   Sn + Pb = pájka (pájecí kov)

 

• OLOVO

 

• výroba akumulátorů a tetraethylolova
• nepropustné pro rentgenové a radioaktivní záření î ochranné štíty rentgenových přístrojů, v jaderné technice
• olůvko k rybaření J