Vodík
Postavení prvku v PSP
- První člen periodické soustavy prvků (PSP).
- Nejjednodušší elektronová konfigurace: 1s1.
- Vodík může získat stabilitu třemi způsoby:
- Jako dvouatomová molekula H₂.
- Poskytnutím elektronu jinému prvku → kationt (např. HCl).
- Přijetím elektronu → aniont (např. NaH – hydrid sodný).
- Vyskytuje se v oxidačních číslech –I, 0, I.
Charakteristika
- Za normálních podmínek je bezbarvý, bez chuti a zápachu.
- Nejlehčí prvek.
- Izotopy:
- ¹H – protium (nejrozšířenější).
- ²H – deuterium (těžký vodík).
- ³H – tritium (radioaktivní).
Vlastnosti
- Je hořlavý, směs s kyslíkem je silně výbušná.
- Má redukční vlastnosti vůči nekovům a oxidační vlastnosti vůči typickým kovům.
- Reaguje téměř se všemi prvky.
Příprava
- Reakcí neušlechtilých kovů s kyselinami nebo hydroxidy:
- 2 HCl + Zn → H₂ + ZnCl₂.
- Zn + 2 NaOH + 2 H₂O → H₂ + Na₂[Zn(OH)₄].
- Reakcí prvků skupin s1 a s2 s vodou:
- 2 Na + 2 H₂O → 2 NaOH + H₂.
- Elektrolýzou vody.
Výroba
- Termickým rozkladem methanu (1200°C):
CH₄ → C + 2H₂. - Reakcí vodní páry s rozžhaveným koksem (1000°C):
C + H₂O → CO + H₂.
Reakce
- Dvouatomové molekuly vodíku reagují až za zvýšené teploty (poměrně stabilní):
- H₂ + Cl₂ → 2 HCl.
- 3 H₂ + N₂ → 2 NH₃.
- H₂ + S → H₂S.
- 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (exotermická reakce).
Význam
- Je součástí všech organických sloučenin → biogenní prvek.
- Součástí anorganických sloučenin (např. vody, kyselin, hydroxidů).
- Nejrozšířenější prvek ve vesmíru (přeměna vodíku na helium a teplo).
Použití
- Uchovává se v lahvích s červeným pruhem.
- Redukční činidlo.
- Používá se ke ztužování tuků (navázání na dvojné vazby).
- Výroba NH₃, dusíkatých hnojiv, HCl.
- Palivo budoucnosti (raketové motory, vodíkový pohon).
Kyslík
Postavení prvku v PSP
- Prvek 2. periody, patří mezi p⁴ prvky.
- Elektronová konfigurace: 1s² 2s² 2p⁴ → má 6 valenčních elektronů.
- Stabilita:
- Dvouatomová molekula O₂.
- Přijetím dvou elektronů → oxidy (např. CaO, CO₂).
- Přijetím jednoho elektronu (např. H₂O₂ – peroxid vodíku).
- Nejčastější oxidační čísla: -II, -I, 0.
Charakteristika
- Za normálních podmínek je bezbarvý (kapalný má namodralou barvu), bez chuti a zápachu.
- Nejrozšířenější prvek na Zemi.
Vlastnosti
- Vysoce reaktivní plyn.
- Rozpouští se v malém množství ve vodě (s rostoucí teplotou rozpustnost klesá).
- Má oxidační vlastnosti → oxidační činidlo (sám se redukuje).
Příprava
- Tepelným rozkladem kyslíkatých solí:
- 2 KMnO₄ → K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂.
- Elektrolýzou vody (velice nákladné, O₂ se vylučuje na anodě).
- Reakcí burelu s kyselinou sírovou:
- 2 MnO₂ + H₂SO₄ → 2 MnSO₄ + 2 H₂O + O₂.
Výroba
- Frakční destilací zkapalněného vzduchu.
Reakce
- Ve svých sloučeninách je kyslík nejčastěji dvojvazný.
- Elektrickým výbojem nebo UV-zářením se tvoří nestabilní ozon (O₃):
- O₂ → O + O → O₃.
- Hoření (oxidace) – prudké slučování látek s kyslíkem za vzniku tepla a světla.
Význam
- Je součástí mnoha anorganických sloučenin (např. voda, minerály, horniny).
- Je součástí mnoha organických sloučenin (např. sacharidy, aminokyseliny).
- Biogenní prvek, nezbytný k dýchání organismů.
Použití
- Uchovává se v tlakových lahvích s modrým pruhem.
- V hutnictví při výrobě železa, svařování a řezání kovů.
- V lékařství – dýchací přístroje.
- Oxidační procesy.
- Kapalný kyslík se využívá jako raketové palivo.
Sloučeniny kyslíku a vodíku
Oxidy
Charakteristika
- Kyslík má v oxidech oxidační číslo –II.
- Pouze v difluoridu kyslíku (OF₂) má oxidační číslo +II.
- Oxidy jsou dvouprvkové sloučeniny kyslíku s elektropozitivnějším prvkem.
- Oxidy přechodných prvků jsou barevné, např. Cr₂O₃ je zelený.
- Připravují se přímým slučováním prvků:
C + O₂ → CO₂.
Dělení
- Kyselinotvorné – oxidy nekovů a kovů s oxidačním číslem V-VII, tvoří s vodou kyseliny:
- SO₃ + H₂O → H₂SO₄.
- Zásadotvorné – oxidy prvků s oxidačním číslem I-IV, tvoří s vodou hydroxidy:
- CaO + H₂O → Ca(OH)₂.
- Amfoterní – chovají se jako kyselinotvorné i zásadotvorné, např. Al₂O₃, ZnO. Reagují s kyselinami a zásadami za vzniku solí:
- ZnO + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂O.
- ZnO + 2 NaOH → Na₂[Zn(OH)₄].
- Al₂O₃ + 6 HCl → 2 AlCl₃ + 3 H₂O.
- Al₂O₃ + 2 NaOH → 2 NaAlO₂ + H₂O.
- Netečné – nereagují s vodou ani s kyselinami a zásadami, např. NO, CO.
Voda
Charakteristika
- Nejrozšířenější a nejvýznamnější sloučenina vodíku s kyslíkem.
- Vyskytuje se ve třech skupenstvích: vodní pára, voda, led.
- Bezbarvá, bez chuti a zápachu.
- V přírodě se nikdy nevyskytuje čistá.
- Je významná pro život.
Vlastnosti
- Molekula vody je polární.
- Anomálie vody: nejvyšší hustota při 4°C.
- Patří mezi nejstálejší sloučeniny.
- Amfoterní látka.
- Reaguje s reaktivními prvky s1 a s2 a s oxidy.
Tvrdost vody
- Přechodná tvrdost – způsobena hydrogenuhličitany, může být odstraněna povařením:
Ca(HCO₃)₂ → CaCO₃ + H₂O + CO₂. - Trvalá tvrdost – způsobena především sírany, odstraní se přidáním uhličitanu sodného (Na₂CO₃):
CaSO₄ + Na₂CO₃ → CaCO₃ + Na₂SO₄.
Peroxid vodíku
Charakteristika
- Bezbarvá olejovitá kapalina.
- Patří mezi peroxosloučeniny – obsahují dva atomy kyslíku s oxidačním číslem –I.
- Za normální teploty se velmi pomalu rozkládá.
- Účinkem světla a některých látek (např. krev) se snadno rozkládá.
Vlastnosti
- V bezvodném stavu výbušná.
- Má oxidační i redukční vlastnosti.
- Výborné polární rozpouštědlo.
Použití
- 3% roztok se používá jako bělící a dezinfekční činidlo.
Ozon
- Silné oxidační činidlo, extrémně toxický.
- Používá se ke sterilizaci vody.
Vzácné plyny
Postavení prvků v PSP
- Patří mezi p⁶ prvky, kromě helia.
- Mají 8 valenčních elektronů, kromě helia.
- Jsou velmi stabilní a většinou nereaktivní.
Charakteristika
- Za běžných podmínek jsou plynné.
- V malém množství se vyskytují v zemské atmosféře.
- Jsou jednoatomové plyny.
- Získávají se jako vedlejší produkty při frakční destilaci kapalného vzduchu.
Vlastnosti
- Těžko zkapalnitelné.
- Velmi málo reaktivní.
- Nejvíce sloučenin tvoří Xe.
Použití
- Používají se jako inertní atmosféra.
- He – používá se pro dosažení nízkých teplot (var helia = 0,003 K).
- Náplň vzducholodí (je lehčí než vzduch).
- Plnění osvětlovacích trubic a výbojek.