Prvky – p4 = Chalkogeny

 

• elektronová konfigurace poslední (valenční) vrstvy: ns2np4 (n je 2 – 6)

  prvky s valenčními elektrony v orbitalech s & p

• orbital s je valenčními elektrony zaplněn zcela
• orbital p je zaplněn pouze 4 valenčními elektrony (odtud název)î 6 valenčních elektronů î prvky ležící v VI. A (16.) skupině PSP Õ patří mezi nepřechodné prvky
•  

• kyslík … O Õ viz Maturitní otázka č. 8

• od zbytku chalkogenů se podstatně liší svými vlastnostmi
• nekov; plynná látka

• síra … S Õ nekov

• pevné látky

  selen … Se Õ polokov

• tellur … Te Õ polokov
• polonium … Po ^‚ Õ kov

• do nejstabilnější konfigurace = konfigurace nejbližšího vyššího vzácného plynu, jim chybí 2 elektrony Õ získají je:

1. v iontových sloučeninách redukcí na anionty s konfigurací tohoto vzácného plynu

• např. S: [₁₀Ne] 3s² 3p⁴ + 2e^– î Ar = S^2–

1. v kovalentních sloučeninách vznikem dvou jednoduchých nebo jedné dvojné vazby

• OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

 

Název		Chemická značka	Protonové číslo	Elektronová konfigurace	Elektro-negativita	Relativní atomová hmotnost	Teplota (°C)		Oxidační číslo
český	latinský						tání	varu	kladné	záporné
Kyslík	Oxygenium	O	8	[2He] 2s2 2p4	3,5	16,00	-218,8	-182	II	–I, –II
Síra	Sulphur	S	16	[10Ne] 3s2 3p4	2,4	32,06	119,0	445	II, IV, VI	–I, –II
Selen	Selenium	Se	34	[18Ar] 3d10 4s2 4p4	2,5	78,96	217,0	685	IV, VI	–II
Tellur	Tellurium	Te	52	[36Kr] 4d10 5s2 5p4	2,0	127,60	452,0	990	IV, VI	–II
Polonium	Polonium	Po ‚	84	[54Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4	1,8	(209)	254,0	962	II, IV	–II

 

• VÝSKYT v přírodě

• SÍRA
• volná (nevázaná ve sloučeninách) – atomární Õ sopečného původu, příměs v uhlí
• vázaná ve sloučeninách

• anorganické sloučeniny Õ např.:

• sulfidy

• PbS = galenit

• ZnS = sfalerit

• FeS₂ = pyrit = disulfid železnatý (disulfid železa)

• CuFeS₂ = chalkopyrit

 

•  

• sírany

• CaSO₄ . 2H₂O = sádrovec

• MgSO₄ . 7H₂O

• BaSO₄ = baryt

• Na₂SO₄ . 10H₂O = Glauberova sůl

 

•  

• sulfan = sirovodík … H₂S

• rumělka … HgS

 

•  

• organické sloučeniny Õ např. v bílkovinách î biogenní prvek

 

•  

• SELEN & TELLUR Õ velmi vzácné (jako příměsi)

• Ag₂Te = hesit

• PbTe = altait

 

•  

• POLONIUM Õ produkt radioaktivní přeměny uranu v uranových rudách (smolinec = uraninit)C) VLASTNOSTI

 

• s rostoucím Z (směrem ↓):
• klesá elektronegativita î reaktivita
• roste kovový charakter
• vysoké teploty tání, varu SÍRA .

• žlutá, křehká krystalická látka

• nerozpustná ve vodě, ale dobře rozpustná v nepolárních rozpouštědlech (např. v sirouhlíku CS₂)

• vyskytuje se v několika modifikacích:

• krystalové struktury
• základní jednotka – osmiatomová molekula (S₈)
• podle uspořádání osmiatomových molekul v těchto strukturách rozlišujeme:

• kosočtverečná síra

• jednoklonná síra

• polymerní síra (S_n)

• vzniká zahřátím krystalových struktur síry nad 160 °C, kdy se osmiatomové molekuly štěpí a vznikají dlouhé polymerní řetězce kapalné síry

• při tání síra hnědne

• plastická síra (podchlazená polymerní síra)

• vzniká náhlým ochlazením kapalné síry

• časem přejde zpět do krystalové struktury

• sirný květ

• vzniká ochlazením par vroucí síry

 

• za běžné teploty poměrně stálá, při vyšších teplotách reaguje s mnoha kovy i nekovy

• reakce s kyslíkem = hoření síry î vznik oxidu siřičitého 

 

• S + O₂ → SO₂

• reakce s železem î vznik sulfidu železnatého 

 

• S + Fe → FeS

• PŘÍPRAVA & VÝROBA SÍRA .

 

1.  

• v chemickém průmyslu se získává z technických plynů, ropy a uhelných dehtů

 

•  

• SLOUČENINY HALOGENŮ SÍRA .

 

2.  

sulfan … H₂S = sirovodík

• oxidační číslo síry v sulfanu: –II
• prudce jedovatý plyn zápachem připomínající zkažená vejce
• přirozeně vzniká při rozkladu bílkovin
• pozn. stará vejce silně zapáchají sulfanem, protože se z nich sulfan uvolňuje při rozkladu jejich bílkovin
• příprava: rozklad sulfidu železnatého zředěnou kyselinou chlorovodíkovou v Kippově přístrojiFeS + 2HCl → FeCl₂ + H₂S
• silné redukční účinky
• vodný roztok sulfanu (sulfanem nasycená voda) = sulfanová (sirovodíková) voda

• slabá kyselina (kyselina sulfanová)

 

• používá se v analytické chemii jako činidlo (např. k důkazu kationtů kovů)
• odvozují se od ní soli:

• hydrogensulfidy … XHS
• sulfidy … X₂S

• oxidační číslo síry ve většině sulfidů: –II
• !!! disulfid železnatý … F^IIS₂^–I
• sulfidy kovů (s výjimkou s¹-kovů):
• nerozpustné ve vodě î tvoří sraženiny
• charakteristicky zbarvené
• příprava: vysrážení z roztoků solí příslušných kovů pomocí sulfanu, sulfidu sodného nebo sulfidu amonného
• zahřívání sulfidů kovů na vzduchu î vznik odpovídajících oxidů/kovů Õ získávají se tak kovy z přírodních sulfidů2ZnS + 3O₂ → 2ZnO + 2SO₂
• Ag₂S + O₂ → 2Ag + SO₂

KYSLÍKATÉ SLOUČENINY SÍRY

• oxidační číslo síry v oxosloučeninách síry: II, IV, VI

• Oxid siřičitý … SO₂

• bezbarvý plyn, dráždí dýchací cesty
• silné redukční účinky
• dezinfekční účinky Õ síření sudů
• má bělící účinky
• těžší než vzduch; nepodporuje hoření
• vznik: při spalování síry (namodralý plamen), sulfanu
• 4FeS₂ + 11O₂ → 2Fe₂O₃ + 2SO₂
•                                                         při oxidaci (pražení) kovových sulfidů
• příprava: rozklad siřičitanu silnou kyselinouNa₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + SO₂ + H₂O
• dobře rozpustný ve vodě î vznik kyseliny siřičité … H₂SO₃SO₂ + H₂O → H₂SO₃
• příčina kyselých dešťů
• existuje pouze jako vodný roztok Õ samotné molekuly H₂SO₃ nebyly dosud prokázány
• odvozují se od ní soli:      hydrogensiřičitany … XHSO₃                                                                                        disiřičitany … X₂S₂O₅
•                                                                                                                       siřičitany … X₂SO₃
• silně redukční účinky
• v roztoku se snadno oxidují na sírany
• využití: k bělení papíru/vlny
•                                                                            dezinfekční prostředek

• katalyzátor

  Oxid sírový … SO₃

• vznik: 2SO₂ + O₂                2SO₃ … katalytická oxidace
•                                                        Fe₂(SO₄)₃ → SO₃ + Fe₂O₃
• plynný je monomerní … SO₃
• pevný obsahuje trimerní cyklické molekuly … S₃O₉ ; (SO₃)₃
• rozpustný ve vodě î vznik kyseliny sírové … H₂SO₄SO₃ + H₂O → H₂SO₄

• silná dvojsytná kyselina

• s vodou se mísí v libovolném poměru, přičemž se silně zahřívá î lije se kyselina do vody !!!

• koncentrovaná … 98,3 %

 

• bezbarvá, olejovitá kapalina; žíravina
• hygroskopické schopnosti î dehydratační účinky = odebírá jiným látkám vodu (= odvodňování, dehydratace)
• při styku s organickými látkami jim v podobě vody odebere O & H Õ zůstane jen uhlík î látky zuhelnatí

• oxidační účinky

• reaguje se všemi kovy kromě Au, Pt, PbCu + H₂SO₄ → CuO + SO₂ + H₂O

 

•  

• zředěná

 

• ztrácí oxidační účinky
• reaguje jen s méně ušlechtilými kovyFe + H₂SO₄ → FeSO₄ + H₂
• odvozují se od ní soli:      hydrogensírny … XHSO₄
•                                                                                                                       sírany (sulfáty) … X₂SO₄
• většina je rozpustná ve vodě (viz tvrdost vody Õ Maturitní otázka č. 8 & 9)
• kamenec = dodekahydrát síranu draselno-hlinitého … KAl(SO₄)₂.12H₂O
• výroba:
•    zapotřebí oxid siřičitý … SO₂ Õ ten vzniká při:

• spalování (oxidace) síry, sulfanu
• oxidaci (pražení) kovových sulfidů‚   oxidace SO₂ na oxid sírový … SO₃ vzdušným kyslíkem

• provádí se tzv. kontaktním způsobem pomocí katalyzátoru obsahujícího V₂O₅ (oxid vanadičitý)SO₂ + ½O₂ D SO₃ … – DHƒ   SO₃ se rozpouští v kyselině sírové î vznik dýmové kyseliny sírové (oleum = 25 – 65 % roztok SO₃ + H₂SO₄)
•  
• oleum obsahuje zejména kyselinu disírovou (H₂S₂O₇)„   oleum se zředí vodou î vznik kyseliny sírové
•  
• využití:
• základní průmyslová surovina
• î výroba:
• průmyslových hnojiv (superfosfát, síran amonný)
• barviv
• viskózových vláken
• polymerůî moření železných plechůî zpracování ropných produktů, rud …
• î elektrolyt do akumulátorů
• jedna z nejvíce vyráběných chemikálií î ukazatel úrovně průmyslové výroby v jednotlivých zemích

• VYUŽITÍ

• SÍRA

 

• při výrobě: pryže z kaučuku (vulkanizace kaučuku)                                                střelného prachu
•                                                 prostředků proti rostlinným škůdcům …
•                                                 zápalek

• základní surovina k výrobě:        kyseliny sírové                                                                          sulfidů a siřičitanů

 

•  
•                                                                           sulfanu

KYSLÍK .

 

• OBECNÁ CHARAKTERISTIKA

 

Název		Chemická značka	Protonové číslo … Z	Elektronová konfigurace	Elektronegativita	Teplota (°C)		Oxidační číslo
český	latinský					tání	varu	kladné	záporné
Kyslík	Oxigenium	O	8	[2He] 2s2 2p4	3,5	-218,8	-182,0	II	-I, –II

 

• první člen VI. A skupiny (chalkogeny) periodické soustavy prvků, avšak některými svými vlastnostmi se od ostatních chalkogenů odlišuje
• tvoří tři izotopy:  ¹⁶O Õ nejrozšířenější prvek na Zemi                                          ¹⁸O
•                                           ¹⁷O
• přepravuje se v ocelových lahvích s modrým pruhem

• VÝSKYT
• VOLNÝ (nevázaný ve sloučeninách)
• 1. Õ v podobě dvouatomové molekuly … O₂ (atomy jsou spolu vázány dvojnou kovalentní vazbou)

 

• v atmosféře î 21%Õ v podobě tříatomové molekuly … O₃ î OZON
• vzniká ve vyšších vrstvách atmosféry a to tak, že se rozštěpení dvouatomové molekuly kyslíku na jednotlivé atomy, a ty se pak sloučí s molekulami O₂
• nutno dodat energii Õ blesk, UV záření
• ve výšce 25 km na zemským povrchem vytváří ozónovou vrstvu î pohlcuje UV záření
• nestálý plyn Õ snadno se rozkládá za uvolnění atomárního kyslíku

• silné oxidační účinky

 

• usmrcuje mikroorganismy; jeho vdechnutí je jedovaté (nervový jed)
• dokáže rozštěpit velmi stálé freony unikající do ovzduší, což vede ke stálému ztenčování ozónové vrstvy (na rozštěpení jedné molekuly freonu je zapotřebí mnoha molekul ozónu)Õ atomární … O Õ vysoce reaktivní (je to vlastně radikál)
• vzniká jen při chemických reakcích î za běžných podmínek se nevyskytuje
•  

• VÁZANÝ ve sloučenináchÕ organické sloučeniny î biogenní prvek

 

2. Õ anorganické sloučeniny (voda, minerály, horniny, …)

• VLASTNOSTI

• typický nekov; bezbarvý plyn bez chuti a bez zápachu; obtížně zkapalnitelný, zkapalněný má namodralou barvu

• druhý nejelektronegativnější prvek (3,5)

• za běžných podmínek nestálý î snaha slučovat se za účelem získání stabilnější elektronové konfigurace = elektronové konfigurace nejbližšího vyššího vzácného plynu (neon – 2s² 2p⁶) Õ té dosáhne:

 

•  

• přijetím dvou elektronů î vznik oxidového aniontu O^2– (např. CaO)

• vytvořením dvou jednoduchých nebo jedné dvojné kovalentní vazby (např. H₂O, O₂)H₂ + O₂ → 2H₂O

 

2.  

• přijetím jednoho elektronu (stane se součástí např. aniontu OH^–) & vytvořením jednoduché vazby (např. OH^– v NaOH)

 

• reaguje téměř se všemi prvky (kromě vzácných plyny)
• jedno z nejsilnějších oxidačních činidel = velká schopnost odebírat jiným molekulám elektrony
• mírně rozpustný ve vodě î umožňuje život ve vodě
• je příčinou oxidačních procesů
• OXIDACE = reakce látek s kyslíkem
• za běžných teplot:  probíhá pomalu (např. dýchání, rezavění, …)
•                               uvolňuje se při ní teplo
• za vyšších teplot:           probíhá rychle (např. reakce v zemské kůře, průmyslové výroby, …)
•                            teplo se uvolňuje značně î reakce výrazně exotermická
• HOŘENÍ = prudká reakce látek s kyslíkem provázená světelným a tepelným zářením
• za vhodných podmínek tvoří s kyslíkem výbušnou směs (třaskavý plyn)
  

  jiskra

  O₂^(g) + 2H₂^(g)                    2H₂O^(g)

• PŘÍPRAVA & VÝROBA

• PŘÍPRAVA (získáme malé množství Õ laboratorní účely)

  • t

    tepelný rozklad kyslíkatých látek Õ látek snadno uvolňujících kyslík (např. PbO₂, KMnO₄, KClO₃, …)2KClO₃                    3O₂ + 2KCl 

  • chlorečnan draselný
  •  
  • elektrolýza vody2H₂O ® 2H₂ + O₂
  •  
  •  

• VÝROBA (získáme velké množství Õ průmysl)
  • frakční destilace kapalného vzduchu

 

• vzduch se stlačí a ochladí na –200 °C
• na základě rozdílných teplot varu se ze směsi oddělují prvky zastoupené ve vzduchu
• produkty frakční destilace: kyslík, dusík, argon + ostatní vzácné plyny

• SLOUČENINY KYSLÍKU

 

• kyslík se s většinou prvků slučuje přímo za normální nebo zvýšené teploty
• oxidační číslo kyslíku ve většině sloučenin: –II

• G

  fluorid kyslíku (OF₂) … II

• peroxidy … –I
• hyperoxidy … –½

Oxidy

• binární (dvouprvkové) sloučeniny kyslíku s jiným prvkem Õ atomy kyslíku v nich mají vyšší elektronegativitu & oxidační číslo –II
• kyslík tvoří oxidy téměř se všemi prvky, s některými i více druhů
• dělení oxidů:
• î podle druhu vazby a struktury rozlišujeme:

• Iontové oxidy

 

• sloučeniny obsahující aniont O^–2 & kationt X⁺ⁿ navzájem spojené iontovou vazbou
• X = většina s-prvků, lanthanoidy a některé prvky s malou elektronegativitou
• n nabývá hodnot 1 až 3
• těkavé látky
• vysoká teplota tání
• 3 typy podle struktury:     perowskit                                                                             spinel
•  
•                                                                              ilmenit

• Kovalentní oxidy

 

• obsahují kovalentní vazby

• molekulové oxidy Õ složené z jednotlivých molekul

• tvoří je nekovy s vysokou elektronegativitou (např. CO₂, NO, SO₂, …) a některé kovy s vyššími oxidačními čísly (např. Mn₂O₇, …)
• těkavé; plynné nebo kapalné

• polymerní oxidy Õ mají polymerní strukturu

• tvoří je kovy střední části PSP & některé nekovy (např. TiO₂, HgO, …)
• málo těkavé
• značně tvrdéî podle reakce s vodou, kyselinami a hydroxidy:

• Kyselinotvorné oxidy

 

• molekulové oxidy & oxidy kovů s oxidačním číslem vyšším než V
• slučují se s vodou na kyslíkaté kyselinySO₃ + H₂O ® H₂SO₄
•  

• Zásadotvorné oxidy

 

• iontové oxidy & oxidy kovů s oxidačním číslem nižším než IV
• slučují se s vodou na hydroxidy  pálené vápno                           hašené vápno
• CaO + H₂O ® Ca(OH)₂

• Amfoterní (obojaké) oxidy

 

• vysokomolekulové oxidy s menšími oxidačními čísly atomů
• reagují s kyselinami i hydroxidy   
• ZnO + 2NaOH + H₂O ® Na₂[Zn(OH)₄]   … Zn součástí komplexního aniontu
• ZnO + 2HCl ® ZnCl₂ + H₂O   … Zn je kationtem

• Netečné oxidy

 

• nereagují s vodou (např. N₂O, NO, CO, ClO₂, …)

Peroxidy

• dvouprvkové sloučeniny obsahující dva atomy kyslíku navzájem spojené kovalentní vazbou

• peroxo skupina

  – O – O –

  oxidační číslo kyslíku v peroxidech: –I

 

•  

Peroxid vodíku … H₂O₂

• nejběžnější peroxosloučenina
• ve vodě nerozpustná kapalina
• chová se jako velmi slabá kyselina
• lze od ní odvodit soli  Õ peroxidy X₂O₂^–I
•                                                                      Õ hydrogenperoxidy XHO₂^–I

• nestálý î rozkládá se na vodu & atomární kyslík (katalytickým účinkem některých látek – např. krev)H₂O₂ ® H₂O + O

 

•  
•  

• oxidační účinky; na oxidační činidla silnější než je on sám působí redukčně

 

• 3% vodný roztok se používá jako bělící a dezinfekční prostředek
•  

• VYUŽITÍ

 

• plynný kyslík: hutnictví Õ sváření železa                                       sklářství
•                                        sváření & řezání kovů
• stlačený kyslík: lékařství Õ dýchací přístroje
• raketové palivo
• nezbytný pro životní pochody Õ dýchání …