Uhlík

Postavení prvku v PSP

 

• Prvek 2. periody, patří mezi prvky p² skupiny
• Elektronová konfigurace: 1s² 2s² 2p²   ® má 4 valenční elektrony
• Nejčastější oxidační čísla: 0, II, IV

 

Modifikace uhlíku

 

• 3 alotropie uhlíku: a) diamant
  b) grafit
  c) fulleren
• Technické formy uhlíku: koks, uhlí, saze

Charakteristika

 

Diamant

 

• Nejtvrdší nerost v přírodě (tvrdost 10)
• Krychlová soustava
• Každý atom uhlíku je poutám 4 jednoduchými vazbami k dalším 4 uhlíkům
• Nevede elektrický proud
• Většina diamantů se používá při výrobě šperků – brilianty (vybroušené diamanty)
• Synteticky vyráběné diamanty se užívají k broušení a vrtání tvrdých materiálů

 

Grafit (tuha)

 

• Šesterečná soustava (struktura připomíná včelí plást)
• Má černošedé zbarvení, kovový lesk
• Šestiúhelníky jsou k sobě poutány slabými van der Waalsovými silami ® vrstvy po sobě jednoduše kloužou
• Je měkký, dobře vede elektrický proud
• Používá se jako tuha (tužky), elektroda, mazadlo
• Uplatňuje se jako moderátor v jaderných reaktorech

 

Fulleren C₆₀

 

• Molekula má tvar fotbalového míče
• 12 pětiúhelníku a 20 šestiúhelníků

 

Koks, saze, aktivní uhlí

 

• Koks je důležitým redukčním činidlem (výroba železa)
• Saze slouží jako přísada při výrobě pryže na výrobu pneumatik (nejlevnější barvivo)
• Aktivní uhlí má adsorpční schopnost, má velký povrch
• vzduchové filtry, ve zdravotnictví – živočišné uhlí

Vlastnosti ₆C

 

• Má schopnost řetězit se a tvořit násobné vazby
• Je maximálně 4-vazný
• Málo reaktivní, reaguje až za vyšších teplot
• K reakcím se používají technické formy uhlíku (koks, uhlí)

 

Výroba

 

• Rozklad organických sloučenin za nepřístupu vzduchu
• Vyrábějí se také modifikace uhlíku: diamant a grafit

 

Význam

 

• Biogenní prvek I. řádu
• Přítomen ve všech organických sloučeninách

 

Použití

 

• Jako redukční činidlo
• Aktivní uhlí, saze, koks
• Jako palivo: uhlí, koks (ropa, dřevo, zemní plyn)

 

Sloučeniny

 

Sirouhlík CS₂

 

• Jedovatá kapalina
• Nepolární rozpouštědlo

 

Kyanovodík HCN

 

• Bezbarvá kapalina, rozpustná ve vodě
• Prudce jedovatý, způsobuje ochrnutí dýchacího centra
• Kyanidový iont může být ligandem v komplexních sloučeninách

 

Kyanidy

 

• Prudce jedovaté
• Nejznámější je kyanid draselný KCN neboli cyankáli
• Kyanid sodný a draselný se používají při získávání zlata a stříbra

 

Karbidy

 

• Sloučeniny uhlíku s elektropozitivnějším prvkem
• Jsou tvrdé pevné, mají vysokou teplotu tání
• Rozlišujeme:  a, iontové karbidy – s vodou tvoří acetylen (např. CaC₂)
  b, kovalentní karbidy – požívají se jako brusné materiály
  SiC – karborundum

Oxid uhelnatý CO

 

• Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu
• Ve vodě málo rozpustný
• Vzniká hořením uhlíku za nedostatku kyslíku:
  2 C  +  O₂   ®   CO
• Váže se velmi pevnou vazbou na hemoglobin v krvi za vzniku karbonylhemoglobinu
• Silné redukční činidlo
• Je součástí vodního a generátorového plynu

 

Oxid uhličitý CO₂

 

• Bezbarvý, lehce zkapalnitelný plyn, bez chuti a zápachu
• Vzniká při dokonalém spalováním uhlíku za dostatečného přístupu vzduchu
• Uvolňuje se při dýchání, tlení, hnití, kvašení…
• Přepravuje se v ocelových lahvích s černým pruhem
• Slabé oxidační činidlo
• Odděluje se ze vzduchu vymrazováním
• Při teplotách vyšších než –78°C sublimuje ® používá se jako suchý led
• Připravuje se termickým rozkladem uhličitanu vápenatého:
  CaCO₃ ® CaO  +  CO₂
• Používá se při výrobě nápojů, cukru, sody
• Kapalný se používá k odstraňování nadbytečných tuků z různých potravinářských surovin a k odstranění kofeinu z kávy
• Nemůže podléhat oxidaci a není jedovatý ® použití v hasících přístrojích
• Jeho rozpouštěním ve vodě vzniká slabá kyselina uhličitá

 

Kyselina uhličitá H₂CO₃

 

• Dvojsytná slabá, nestálá kyselina
• Existuje jen ve vodném roztoku
• Připravuje se zaváděním CO₂ do vody
• Vytváří 2 řady solí: uhličitany a hydrogenuhličitany

 

Uhličitany

 

• Ve vodě nerozpustné kromě uhličitanů alkalických kovů
• Použití v pracích prostředcích a při výrobě skla
• Na₂CO₃ – soda, K₂CO₃ – potaš

 

Hydrogenuhličitany

 

• Ve vodě rozpustné
• Jedlá soda – NaHCO₃
  Použití v lékařství a potravinářství jako užívací soda (při překyselení žaludku)

 

Fosgen COCl₂

 

• jedovatý, dusivý, bezbarvý plyn bez zápachu

Reakce – Podstata krasových jevů:

• Nerozpustný vápenec CaCO₃ spolu s vodou obohacenou o CO₂ se mění na
  rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý:

CaCO₃   +   H₂O  +  CO₂   ↔   Ca(HCO₃)₂

• Spolu s vodou stéká hydrogenuhličitan do jeskyní, kde se v pravou chvíli při zpětné reakci přemění opět na nerozpustný uhličitan ® vznik krápníků

 

 

 

Křemík

 

Postavení prvku v PSP

 

• Leží ve 3. periodě prvků p² skupiny
• Elektronová konfigurace: 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p²  ® 4 valenční elektrony
• Nejběžnější oxidační čísla: -IV, 0, IV

 

Charakteristika

 

• 2. nejrozšířenější prvek v zemské kůře
• Tmavošedá, kovově lesklá, tvrdá, křehká krystalická látka
• V přírodě se vyskytuje jako:  a) křemen SiO₂
  b) křemičitany
• Křemen tvoří krystaly, podle druhů krystalů rozeznáváme různé agregáty křemene
• Elementární křemík je uměle vyrobená látka, v přírodě se vyskytuje pouze ve sloučeninách

 

Vlastnosti

 

• Svou strukturou se podobá diamantu, vazby jsou ale méně pevné
• Ve většině sloučenin je 4-vazný
• Není příliš reaktivní, s ostatními prvky se slučuje až za vysokých teplot
• Je odolný vůči kyselinám s výjimkou HF – leptá sklo!

 

Výroba

 

• Vyrábí se redukcí oxidu křemičitého koksem v elektrické peci
  SiO₂  +  2C   ®   Si  +   2 CO

Význam

 

• Mikrobiogenní prvek II. řádu
• Nutný pro osifikaci (růst kostní tkáně)

 

Použití

 

• Polovodiče a integrované obvody v elektronovém průmyslu
• Vyžaduje se vysoká čistost křemíku 9 N(devítek) za desetinou čárkou

 

Sloučeniny

 

Silicidy

 

• Sloučeniny křemíku s kovy
• např. CaSi₂, Li₃Si

 

Silany

 

• Sloučeniny křemíku s vodíkem
• Mono (SiH₄) a disilan (Si₂H₆) jsou plyny
• Samozápalné a velmi reaktivní

 

Oxid křemičitý SiO₂

 

• Pevná, tvrdá, chemicky odolná látka
• Obtížně tavitelný s prostorovou strukturou
• Je odolný vůči vodě a všem kyselinám kromě HF
• V přírodě se vyskytuje nejčastěji v písku
• Používá se ve stavebnictví, při výrobě skla a porcelánu.
• Zbarvené odrůdy křemene se využívají při výrobě šperků (ametyst, citrín, růženín)
• Čirý, bezbarvý křemen se nazývá křišťál

 

Křemenné sklo

 

• Vzniká tavením a následně rychlým zchlazením sklářského písku SiO₂
• Je křehké, velmi těžko se zpracovává
• Odolné vůči velkým rozdílům teplot
• Velmi drahé

 

Optická vlákna

 

• Používá se velmi čisté SiO₂
• Propouští světlo s 95% účinností
• Slouží k přenosu informací, které jsou nerušené a neodposlouchávatelné

 

Silikagel

 

• Má schopnost vázat vodu ® je to sušidlo
• Velmi dobré adsorpční vlastnosti

 

Křemičitany

 

• Vznikají tavením oxidu křemičitého s hydroxidy a uhličitany alkalických kovů:
  SiO₂   +  2  NaOH  ®  Na₂SiO₃
• U hlinitokřemičitanů je část atomů křemíku nahrazena hliníkem
• Křemičitanové horniny (hlíny, jíly, břidlice) jsou zdrojem pro výrobu silikátových materiálů
• Silikátové materiály: keramika, sklo, maltoviny

Keramika

 

• Materiál vzniklý vypálením hmoty vytvořené ze směsi kaolínu, jílů a hlín
• Nejkvalitnějším keramickým výrobkem je porcelán, který je vyráběny z nejčistšího kaolínu, živce a křemene
• Odolávají velmi dobře vzduchu, vodě, kyselým i zásaditým roztokům
• Špatně vedou teplo a elektrický proud
• Nevýhodou je křehkost

 

Sklo

 

• Směs oxidů (SiO₂, Na₂O, CaO)
• Skla jsou vyráběna tavením sklářského písku, vápence a sody (Na₂CO₃)
• Sklo je podchlazená tavenina
• Na složení taveniny závisejí vlastnosti skla
• Sklo je napadáno alkalickými roztoky a dokonce i horkou vodou.

 

Maltoviny

 

• Látky používané ve stavebnictví jako pojiva
• Malta – písek, hašené vápno, (voda)
• Cement – křemičitan hlinitý a vápenatý
• Beton – štěrk, cement

 

Rovnice tvrdnutí malty, pálení a hašení vápna:

 

CaCO₃  ®  CaO   +   CO₂     rovnice pálení vápna

CaO  +  H₂O    ®   Ca(OH)₂      rovnice hašení vápna
Ca(OH)₂  +   CO₂ ®  CaCO₃   +  H₂O   rovnice tvrdnutí malty

 

Silikony

 

• Organokřemičité polymerní sloučeniny
• Tepelně odolné a hydrofóbní
• Používají se jako mazací oleje, nátěrové hmoty a izolační materiály

 

 

Úkol 1:

a, pojmenujte sloučeniny

KCN                   kyanid draselný
CaCO₃                uhličitan vápenatý
CaMg(CO₃)₂       uhličitan vápenato-hořečnatý
CCl₄                    chlorid uhličitý, tetrachlórmethan

SiCl₄                   chlorid křemičitý
Na₂SiO₃              křemičitan sodný
CaC₂                   karbid vápenatý
Cu₂[Fe(CN)₆]      hexakyano-železnatan mědnatý

b, napište vzorce sloučenin
karbid hlinitý                                 Al₄C₃
sirouhlík                                         CS₂
uhličitan sodno-draselný                NaKCO₃
silan                                                SiH₄
hydrogenuhličitan hořečnatý          Mg(HCO₃)₂
kyselina tetrahydrogenkřemičitá    H₄SiO₄
disilan                                             Si₂H₆
uhličitan amonný                            (NH₄)₂CO₃