Život je džungle. Člověk se pořád za něčím honí.

Maturitní otázky-9 (5.část)

2. března 2007 v 8:59 |  Maturitní otázky z chemie

Křemík, jeho vlastnosti a použití

Ø v přírodě se vyskytuje pouze v oxosloučeninách s ox. č. IV, vlastnostmi se od uhlíku výrazně liší
Ø elementární křemík je podle podmínek přípravy hnědý prášek nebo temně šedá krystalická látka, má diamantovou strukturu, vazby Si-Si jsou však slabší než vazby C-C, a proto je lehčí
Ø křemík je polovodič (jeho el. vodivost stoupá s teplotou), je velmi málo reaktivní, s ostatními prvky se slučuje až za velmi vysokých teplot
Ø surový křemík se používá v hutnictví k výrobě slitin a pro chemické výroby (např. silikonových polymerů)
Ø velmi čistý křemík je v elektrotechnice základním materiálem pro výrobu polovodičových a integrovaných obvodů, používá se též ve slunečních bateriích

Sloučeniny křemíku

Ø sloučeniny křemíku s vodíkem - silany SinH2n + 2 (n je 1 až 4 a 6), jsou uměle připravené značně reaktivní a nestálé látky
Ø halogenidy křemičité SiX4 jsou těkavé, fluorid křemičitý SiF4 je vedlejší produkt při zpracování fluoroapatitů, jeho reakcí s vodou vzniká velmi silná kyselina hexaflourokřemičitá H2SiF6, známá jen v roztoku, její soli jsou hexafluorokřemičitany M2ISiF6, s kovy poskytuje křemík silicidy
Ø nejvýznamnější jsou sloučeniny křemíku s kyslíkem - základem jsou tetraedry SiO4
Ø oxid křemičitý SiO2 - pevná látka s polymerní strukturou, má velmi vysokou teplotu tání (1705 °C), podle vzájemného uspořádání tetraedrů SiO4 v krystalu SiO4 se rozlišují 3 základní modifikace: křemen 870°Ctridymit 1470 °Ccristobalit
Ø SiO2 je jedna z nejstálejších látek vůbec, je odoloný vůči vodě a kyselinám (s výjimkou HF), v přírodě se vyskytuje zejména jako křemen
Ø mezi barevné odrůdy křemene patří ametyst (fialová), záhněda (hnědá), citrín (žlutý), růženín (růžový), bezbarvý čirý křemen se nazývá křišťál
Ø horniny s převahou SiO2 se používají jako technické suroviny (např. písek)
Ø roztavením a rychlým ochlazením oxidu křemičitého se získá křemenné sklo
Ø písek se používá ve stavebnictví, při výrobě skla, porcelánu,…
Ø kyselina tetrahydrogenkřemičitá H4SiO4 - ex. Jen ve zředěných vodných roztocích
Ø tavením SiO2 s uhličitany nebo hydroxidy alkalických kovů vznikají ve vodě rozpustné křemičitany: SiO2 + M2ICO3 M2ISiO3 + CO2, vlastnosti křemičitanů (silikátů) jsou závislé na struktuře
Ø podle stupně propojení tetraedrů SiO4 se rozlišují křemičitany s izolovanými tetraedry, s ostrůvkovou, řetězovou, vrstevnatou a trojrozměrnou strukturou
Ø náhradou některých atomů křemíku ve struktuře křemičitanů atomy hliníku vznikají hlinitokřemičitany, např. albit - sodný živec - Na[AlSi3O8]
Ø křemičitany jsou v přírodě rozšířeny jako samostatné nerosty i jako složky různých hornin
Ø zemská kůra je z 95 % složena z oxidu křemičitého a křemičitanů
Ø vodní sklo je vodný roztok křemičitanů alkalických kovů, obsahuje převážně soli M3IHsiO4, M2IH2SiO4, MIH3SiO4 (M je Na, K), vyrábí se tavením písku se sodou (Na2CO3) nebo potaší (K2CO3), vodní sklo se používá jako konzervační, tmelicí a impregnační prostředek
Ø nejznámější hlinitokř. jsou živce, zvětráváním živců vzniká kaolinit (je obsažen v kaolínu - surovině na výrobu porcelánu), vápenaté hlinitokř. jsou hl. složkou cementů
Ø polysiloxany (R2SiO)n - silikony - organokřemičité polymerní látky chemicky a tepelně odolné se strukturními jednotkami R3-Si-O-R3 (R je např. alkyl)

Výroba a použití technicky významných sloučenin křemíku

Ø sklo - vzniká tavením křemenného písku se směsí uhličitanů alkalických kovů a dalších přísad a ztuhnutím taveniny, která je amorfní
Ø vlastnosti skla a jeho použití závisejí zejména na chemickém složení skloviny
Ø obyčejné sodnovápenaté, tzv. měkké sklo (tabulové a lahvové) vzniká tavením směsi křemenného písku, uhličitanu sodného a vápence při teplotě asi 1200 °C a má složení Na2O . CaO . 6 SiO2
Ø tepelně odolné je sklo draselné a zejména sklo křemenné, chemické sklo a varné skleněné nádobí obsahuje oxid boritý
Ø olovnatá skla se používají do optických přístrojů a k výrobě broušeného dekoračního skla (olovnatý křišťál)
Ø speciální skla vysoké čistoty se dnes uplatňují v optoelektronice (skleněná vlákna), přídavkem malého množství oxidů (např. Fe, Cr, Cu, lanthanoidy) nebo některých prvků (Au, Se) vznikají barevná skla
Ø jíly - usazené horniny komplikovaného složení, obsahují zejména křemičitany a hlinitokřemičitany, při výrobě keramiky, kameniny a stavebních materiálů jsou základní surovinou jíly, hlíny a kaolín - vypálením tato směs získává pevnost a odolnost (cihly, krytina, kamenina, hrnčířské zboží)
Ø při výrobě porcelánu se směs kaolínu, rozemletého živce a křemene tvaruje a výrobky se vypalují v pecích, vrstva glazury je chrání a zušlechťuje
Ø cement - jemná rozemletá směs dehydratovaných hlinitanů, křemičitanů a hlinitoželezitanů vápenatých, po smísení s pískem nebo štěrkem a vodou tvrdne v beton, pevnost betonu souvisí zejména s tvorbou vazeb Si-O-Si-O

Cín a olovo

Ø cín - stříbrolesklý měkký kov, tažný a kujný, který lze válcovat do tenké fólie (staniol), cín je odolný vůči působení vzduchu, vody, zředěných kyselin a hydroxidů, pocínované předměty jsou proto odolné vůči korozi, sloučeniny cíničité (SnIV) jsou stálejší než cínaté (SnII)
Ø cín se používá k pocínování železných plechů (bílý plech), k výrobě slitin, např. bronzu (Sn + Cu), a jako pájecí kov (Sn + Pb) s nízkou teplotou tání
Ø olovo - šedomodrý kujný kov, který lze válcovat na plechy, snadno vytváří slitiny a je reaktivnější než cín, sloučeniny olovnaté (PbII) jsou stálejší než olovičité (PbIV)
Ø nejvíce olova se spotřebuje na výrobu akumulátorů a na výrobu organokovové sloučeniny - tetraethylplumbia Pb(C2H5)4, která se používá jako antidetonační přísada do benzínu, s výfukovými plyny se však jedovaté olovnaté sloučeniny dostávají do ovzduší, olovo se též používá v různých slitinách, je nepropustné pro rentgenové a radioaktivní záření - použití v rentgenových přístrojích a v jaderné technice
Ø oxid olovnato-olovičitý Pb3O4 (minium, suřík) je důležitý pigment a používá se k výrobě antikorozních nátěrových směsí (tzv. základových barev)

Prvky p1 - skupina boru

Ø prvky III.A skupiny, jejich atomy mají ve valenčních orbitalech tři elektrony konfigurace ns2np1 (n je 5 až 6)
Ø kromě boru jsou všechny prvky typické kovy, kovový charakter stoupá s rostoucím Z
Ø bor vytváří výhradně kovalentní sloučeniny, ve kterých je trojvazný i čtyřvazný
Ø u hliníku je vedle kovalentních sloučenin znám hydratovaný kation [Al(H2O)6]3+
Ø další p1-prvky (Ga, In, Tl) mohou mít ve sloučeninách oxidační čísla I a III, se stoupajícím Z klesá stálost sloučenin, v nichž má prvek ox. č. III a stoupá stálost sloučenin s prvkem v oxidačním čísle I - např. sloučen. thallné jsou stálejší než thallité
Ø se Z stoupá také zásaditost oxidů, popř. hydroxidů: B(OH)3 má kyselou povahu, Al(OH)3 je amfoterní, TlOH je silná zásada
Ø prvky p1 se v přírodě vyskytují jen ve sloučeninách, bor hlavně v minerálu boraxu, hliník patří k nejrozšířenějším prvků v zemské kůře (hlinitokřemičitany, oxid hlinitý Al2O3 - korund a jeho odrůdy, bauxit - hydratovaný oxid hlinitý), ostatní p1-prvky jsou v přírodě vzácné

Bor a jeho sloučeniny

Ø elementární bor je pevná látka, známá v několika modifikacích
Ø krystalický šedočerný bor je velmi tvrdý (tvrdost větší než 9. stupeň v Mohsově stupnici tvrdosti), polovodič (jeho el. odpor klesá s rostoucí teplotou), chemicky je málo reaktivní
Ø bor připomíná velkým počtem sloučenin rozmanitých struktur uhlík a křemík
Ø boridy - sloučeniny kovů a boru (např. TiB2) různého složení a pozoruhodných vlastností (tvrdost, vysoké teploty tání) s rozmanitou použitelností (obráběcí stroje,..)
Ø borany - sloučeniny boru a vodíku (např. BnHn+4), mají rozmanité struktury s menším počtem elektronů delokalizovaných mezi více atomy boru, v těchto sloučeninách tak vznikají tzv. trojstředové, popř. vícestředové vazby
Ø z oxosloučenin boru je nejvýznamnější kyselina boritá H3BO3 (tvoří šupinkovité průhledné krystalky, ve vodě málo rozpustné, její vodný roztok je velmi slabá kyselina s dobrými antiseptickými účinky - borová voda) a sůl oktahydrát tetrahydroxotetraboritanu disodného, borax Na2[B4O5(OH)4] . 8 H2O - má rozsáhlé použití, např. při výrobě smaltovaných nádob, při přípravě glazur v keramice, pájení kovů

Hliník, jeho vlastnosti a použití

Ø hliník je stříbrolesklý, měkký kov s malou hustotou, je výborný vodič tepla a elektřiny, kujný a tažný, dá se vytáhnout na tenký drát a vyválcovat na tenkou fólii (alobal), rozsahem výroby patří hliník mezi kovy na druhé místo - po železu
Ø je odolný vůči korozi, protože souvislá vrstva oxidu hlinitého na povrchu kovu brání další oxidaci
Ø hliníkový prach zapálen shoří oslnivým plamenem na oxid, přičemž se uvolní velké množství tepla: 4 Al + 3 O2 2 Al2O3
Ø schopnost hliníku vázat kyslík se používá při výrobě některých kovů (např. Mn, Mo, Cr, V) z jejich oxidů za vysoké teploty (3000 °C i více) tzv. aluminotermickou metodou (aluminotermie)
Ø průmyslově se hliník vyrábí elektrolýzou taveniny směsi oxidu hlinitého Al2O3 a kryolitu, tj. hexafluorohlinitanu sodného Na3[AlF6] při teplotě asi 950 °C, kryolit je tavidlo (snižuje teplotu tání směsi)
Ø má rozsáhlé použití jako vodič el. proudu, při výrobě různých užitkových předmětů (např. varného nádobí), obalů (tenkých fólií),…
Ø odolnost a mechanické vlastnosti hliníku se zlepšují hlavně ve slitinách (např. slitina Al + Mg + Cu + Mn - dural), kt. se uplatňují v automobilovém a leteckém průmyslu a ve stavebnictví jako konstrukční materiál

Sloučeniny hliníku

Ø s ostatními prvky se váže přednostně kovalentními vazbami, ve sloučeninách může být až šestivazný, např. v hexafluorohlinitanovém aniontu AlF63- nebo ve vodném roztoku v iontu hexaaquahlinitém [Al(H2O)6]3+
Ø reakcí hliníku s halogeny vznikají halogenidy hlinité, fluorid hlinitý AlF3 je iontová sloučenina, ostatní halogenidy však vytvářejí kovalentní dimerní molekuly Al2X6, fluorid hlinitý AlF3 poskytuje s fluoridy kovů komplexní sloučeniny - fluorohlinitany M3I[AlF6], např. Na3[AlF6]
Ø hliník je amfoterní prvek, rozpouští se v roztocích kyselin i hydroxidů, např.: 2 Al(s) + 6 HCl(aq) 2 AlCl3(aq) + 3 H2(g)
2 Al(s) + 2 NaOH(s) + 6 H2O 2 Na[Al(OH) 4] (aq) + 3 H2(g)
Ø také oxid hlinitý Al2O3 a hydroxid hlinitý Al(OH)3 jsou amfoterní látky, tj. reagují s kyselinami jako zásady - vznikají hlinité soli - a s hydroxidy jako kyseliny - vznikají hydroxohlinitany, např.:
2 Al(OH)3 + 3 H2SO4 Al2(SO4)3 + 6 H2O
Al(OH)3 + NaOH Na[Al(OH) 4] (aq)
Ø oktadekahydrát síranu hlinitého Al2(SO4)3. 18 H2O se používá v papírenském průmyslu při výrobě klíženého papíru na psaní a tisk a v koželužství jako mořidlo
Ø kamence - podvojné sírany krystalizující s dvanácti molekulami vody - MIMIII(SO4)2. 12 H2O (MI je například Na, K, NH4, MIII je Al, Cr, Fe), ve vodném roztoku disociují na jednotlivé ionty

Prvky s

Vlastnosti prvků s

Ø prvky I.A a II.A skupiny, jejich atomy mají ve valenčním orbitalu jeden nebo dva elektrony, vodík ani helium se sem nepočítá
Ø svými chemickými a fyzikálními vlastnostmi to jsou typické kovy, ze všech kovů jsou nejreaktivnější
Ø mají nejmenší hodnoty ionizační energie, protože mají největší atomové poloměry a snadno své valenční elektrony uvolňují
Ø oxidují se na kationty s konfigurací předcházejícího vzácného plynu
Ø uvolněné elektrony přijímají atomy nebo ionty jiných prvků, které se tím redukují, s-prvky jsou proto silná redukční činidla, v přírodě se v důsledku své reaktivity vyskytují jen jako kationty ve sloučeninách

Prvky s1

Ø prvky I.A skupiny neboli alkalické kovy, jejich atomy mají ve valenčním orbitalu jeden elektron, konfigurace ns1 (n je 2 až 7), a ve svých periodách mají vůbec největší atomové poloměry, které rostou se Z
Ø ke kovové vazbě přispívá každý atom jen jedním elektronem, proto jsou tyto stříbrolesklé kovy měkké (dají se krájet nožem), mají nízkou teplotu tání (klesá se stoupajícím Z) a malou hustotu (lithium, sodík a draslík plavou ve vodě)
Ø jsou dobré vodiče elektřiny a tepla, ze všech kovů jsou nejreaktivnější, jejich reaktivita roste s rostoucím Z
Ø ionizační energii mají nejmenší ze všech prvků, reagují přímo se vzdušným kyslíkem, s halogeny (bouřlivě), se sírou, s vodíkem,…
Ø s výjimkou lithia reagují alkalické kovy s vodou bouřlivě až explozivně: 2 Na + 2 H2O 2 NaOH + H2
Ø sodík a lithium se vyrábějí elektrolýzou tavenin svých chloridů, na katodě se redukují kationty na příslušný kov, na anodě oxidací chloridových iontů vzniká chlor
Ø draslík se získává například redukcí KCl sodíkem a destilací draslíku ze směsi
Ø alkalické kovy se používají v organických syntézách a v jaderné technice, použití a výroba draslíku jsou méně běžné
Ø sodík a draslík patří k 10 nejrozšířenějším prvkům na Zemi, zastoupení ostatních alkalických kovů je poměrně malé, francium se vyskytuje jen v mizivém množství
Ø protože většina solí alk. kovů je rozpustná ve vodě, je jejich hlavním zdrojem mořská voda, solná jezera, minerální vody a solná ložiska
Ø známé minerály jsou např. sůl kamenná NaCl, Glauberova sůl Na2SO4. 10 H2O, chilský ledek NaNO3, sylvín KCl, karnalit KCl . MgCl2. 6 H2O, kationty sodné a draselné jsou nezbytnou součástí těl organismů
 

Buď první, kdo ohodnotí tento článek.

Nový komentář

Přihlásit se
  Ještě nemáte vlastní web? Můžete si jej zdarma založit na Blog.cz.
 

Aktuální články

Reklama