Uhlík, křemík

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)    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

 

Napsat komentář

Vaše emailová adresa nebude zveřejněna. Vyžadované informace jsou označeny *