I.A, II.A, III.A skupina

Příprava a výroba hydroxidu sodného a jeho využití

příprava

• 2Na + 2H₂O > 2NaOH + H₂
• NaH + H₂O > NaOH + H₂

výroba

• elektrolýzou NaCl, v prostoru mezi elektrodami vzniká NaOH
• amalgámová metoda (amalgám – slitina rtuti)
  • Na⁺ + rtuť (katoda) > amalgám > teplá voda > hydroxid, vodík, rtuť, grafitová anoda – Cl^–
• diafragmová metoda (diafragma – polopropustná přepážka)
  • anoda – chlor, katoda vodík, oddělení diagfragmou, v roztoku sodné a hydroxidové ionty

využití

• výroba mýdel a dalších povrchově aktivních látek
• příprava dalších sloučenin sodíku, syntézy
• v textilním průmyslu, v průmyslu celulózy a papíru, v hutnictví a hliníkárenství,
• ve vodárenství při úpravách pitné vody.
• zpracování tuků a olejů
• desinfekční činidlo pro vymývání strojů.
• čištění odpadních potrubí a při praní.
• V chemických laboratořích se používá kalibrovaný roztok hydroxidu sodného jako titrační činidlo při kvantitativním stanovování obsahu kyselin ve vzorcích.

Výroba sody (uhličitan sodného)

• z roztoku NaCl (Solanky) Solvayova metoda
• NaCl + H₂O + NH₃ + CO₂ > NaHCO₃ (jedlá soda) + NH₄Cl
• 2NaHCO₃ > t > Na₂CO₃ + CO₂ + H₂O
• výroba skla a pracích prostředků (s KCO₃)

Zpracování vápence

• stavební kámen, výroba vápna a cementu
• hydrogenuhličitany (Ca/Mg(HCO₃)₂ přechodná tvrdost vody

CaCO₃ > CaO (pálené vápno) + CO₂

CaO + H₂O > Ca(OH)₂ (hašené vápno – vodní suspenze: vápenné mléko)

Ca(OH)₂ + CO₂ > CaCO₃ + H₂O (tvrdnutí malty)

Uhličitan vápenatý (vápenec), CaCO₃

Vápenec je v přírodě nejrozšířenější sloučeninou vápníku. Vyskytuje se ve dvou krystalových modifikacích. Nejčastěji jako kalcit (šesterečná krystalová struktura), méně často jako aragonit (kosočtverečná krystalová struktura). (Pozn.: mramor je technické pojmenování pro vápenec, který lze leštit, křída je vápenec vzniklý ze schránek mořských organismů). Uhličitan vápenatý se rozpouští ve vodě obsahující oxid uhličitý:

CaCO₃(s) + CO₂(g) + H₂O(l) <—–> Ca(HCO₃)₂(aq)

Obě reakce (přímá i zpětná) jsou rozhodující pro oběh vápníku v přírodě a vznik krasových útvarů (vápencová pohoří, krasové jeskyně s krápníky apod.).

Vápenec má použití jako stavební kámen, je surovinou pro výrobu páleného vápna. Jemně rozemletý vápenec se používá k úpravě těžkých a kyselých zemědělských půd.

Vápenec spolu s křemičitanem vápenatým (CaSiO₃) a hlinitokřemičitanem vápenatým (Ca(AlSi₃O₈)₂ ) je surovinou pro výrobu cementu. Cement je směs látek (vápenec, křemičitan a hlinitokřemičitan vápenatý), která po smísení s vodou a pískem nebo štěrkem tvrdne v beton. Beton je důležitý stavební materiál.

Hydrogenuhličitan vápenatý, Ca(HCO₃)₂

Způsobuje přechodnou tvrdost vody.

Některé vápenaté sloučeniny se používají jako průmyslová hnojiva, např. Ca(NO₃)₂ – vápenný ledek, Ca(H₂PO₄)₂ – superfosfát.                                                                             Význam prvků v biologických systémech.

Biogenní prvky

• nezbytné pro stavbu a činnost organismů
• základní makroprvky (makrobiogenní prvky) – přibližně 95% hmotnosti organismu: C, H, N, O
• ostatní makroprvky: P, S, Ca, Mg, Na, Cl, K, Fe
• mikroprvky (mikrobiogenní prvky): Zn, Cu, Se, Cr, Co, Mn, Mo, I

Uplatnění

• stavba tkání (> vlastnosti): kosti a zuby (Ca, P)
• součástí enzymů (Mg)
• uchování informací (nukleové kyseliny)
• zásobní látky (sacharidy, lipidy)
• nervové vzruchy: stahy svalů (K, Na)
• voda: 60-90% hmotnosti organismu, prostředí dějů, aktivní účast na dějích, rozpouští l., tepelná regulace, pohyb látek

Významné sloučeniny.

alkalické kovy

• hydridy: s vodíkem, bílé krystalické látky, roztavené vedou e. proud
• peroxidy (superoxidy): hořením
  • peroxid sodný Na₂O₂: bělící účinky, silné oxidační schopnosti, výroba peroxidu vodíku
  • superoxidy: barevné
• halogenidy: bezbarvé, krystalické l., iontový charakter, dobře rozpustné ve vodě
  • NaCl (potravinářství, konzervant, chemický p.), KCl (hnojiva)
• sulfidy: se sírou, dobře rozpustné ve vodě, oxidují se na thiosírany
• hydroxidy: bílé krystalické l, dobře rozpustné ve vodě > silné zásady, hydroskopické, leptavé (sklo, porcelán), agresivní, korozivní, mýdla, celulóza, oxid hlinitý, čištění ropných produktů, NaOH
• uhličitany, hydrogenuhličitany: bílé krystalické látky, dobře rozpustné ve vodě, Na₂CO₃ (soda)
• dusičnany: bezbarvé krystalické l., dobře rozpustné ve vodě, chilský a draselný ledek
• sírany, hydrogensírany: bezbarvé krystalické látky dobře rozpustné ve vodě, síran draselný – hnojivo

kovy alkalických zemin

• hydridy: bílé krystalické l., bouřlivá reakce s vodou, CaH₂ (silné redukční činidlo)
• oxidy: bílé krystalické l. s iontovými vazbami, oxid vápenatý (pálené vápno) – stavebnictví, hutnictví, hnojivo
• hydroxidy: silné zásady, omezeně rozpustné ve vodě, pohlcují oxid uhličitý, hydroxid vápenatý (hašené v.)
• halogenidy: fluoridy ve vodě nerozpustné (kazivec CaF₂ – metalurgie, optika)
• karbidy: iontové sloučeniny, karbid vápenatý CaC₂
• uhličitany, hydrogenuhličitany: CaCO₃ – vápenec, hydrogenuhličitany – přechodná tvrdost vody (Ca, Mg)
• sírany: ve vodě rozpustné, sádrovec CaSO₄.2H₂O > 100°C pálená sádra CaSO₄. ½ H₂O, CaSO₄ (trvalá tvrdost vody), BaSO₄ (baryt, rentgenování)

Krasové jevy

• CaCO₃ + CO₂ + H₂O <> Ca(HCO₃)₂
• vápenec – vodou obohacenou o oxid uhličitý > hydrogenuhličitan – rozpustný > krápníky CaCO₃ – nerozpustný

III. A

• 3 valenční elektrony
• s protonovým číslem roste kovový charakter
• B (nekov), Al, Ga, In, Tl (kovy)
• ox. číslo III, (I)

Charakteristika boru a hliníku.

Bor (B)

• pevná, tvrdá. černá látka s kovovým leskem
• několik alotropických modifikací
• polovodič
• vlast. podobné křemíku
• málo reaktivní
• kovalentní vazby, ¾ vazný
• vysoká ionizační energie
• výroba: elektrolýzou boritanů, redukcí oxidu kovu
• řídící tyče jaderných reaktorů, hutnictví (dezoxidační prostředek)

Hliník (Al)

• stříbrobílý, lesklý, kujný, tažný kov
• tepelně i elektricky vodivý
• voda, vzduch > stálý (vrstva oxidu a hydroxidu), nepodléhá korozi
• redukční vlastnosti (získávání kovů)
• na vzduchu – intenzivní plamen > oxid 4Al + 3O₂ > 2Al₂O₃
• velmi slučivý s kyslíkem
• až šestivazný
• malá elektronegativita (silně polární kovalentní vazby)
• oxid hlinitý: korund, spalováním hliníku, nerozpustný ve vodě, amfoterní, brusné a žáruvzdorné materiály
• hydroxid hlinitý: hydrátem oxidu, amfoterní
• hlinité soli: dobře rozpustné ve vodě, od silných kyselin

Výskyt

• B: ve formě kyslíkatých sloučenin (sasolin, borax, boracit, kernit)
• Al: ve formě sloučenin (hlinitokřemičitany – živce, slídy, součást jílů, hlín), bauxit (hydráty oxidu hlinitého), kryolit, korund

Významné sloučeniny boru

• boridy: s kovem, vodivé, tvrdé, žáruvzdorné, brusné a žáruvzdorné materiály
• borany: s vodíkem, reaktivní, samozápalné B₂H₆
• oxidy: B₂O₆ – boritý – bezbarvá sklovitá látka, hořením boru, > kyselina boritá
• kyseliny: H₃BO₃ – boritá – bílé šupinkovité krystaly, málo rozpustná ve vodě, roztok borová voda – lékařství
• boritany: rozpustné ve vodě (jen alk. kovů), struktura jako křemičitany
• borax: Na₂[B₄O₅(OH)₄].8H₂O (oktahydrát tetrahydroxotetraboritanu disodného), smaltové nádoby, optická skla, k úpravě glazur keramiky

Hliník- výroba, využití

výroba

• elektrolýzou taveniny oxidu hlinitého a kryolitu (tavidlo), 950°C (hlavní surovina bauxit)
• na katodě – elementární hliník
• na grafitové anodě – kyslík + C > oxid uhelnatý CO

využití

• chemická odolnost, nízká hmotnost > mince, kuchyňské nádoby, alobal
•  
• elektrické vodiče
• výroba slitin (dural, magnalium)
• v hutnictví jako redukční činidlo při aluminotermické výrobě kovů

Aluminotermie

• výroba ostatních kovů díky redukčním schopnostem Al
• Cr₂O₃ + 2Al > Al₂O₃ + 2Cr
• Aluminotermická reakce je silně exotermní chemická reakce využívající práškový hliník a někdy i s peroxidem barnatým jako redukční činidlo. Tato reakce využívá velké afinity hliníku ke kyslíku. Nejznámějším příkladem je termit, což je směs práškového hliníku a oxidu železitého v poměru 1/3.
• Fe₂O₃ + 2 Al → Al₂O₃ + 2 Fe
• Aluminotermie byla dříve využívána pro svařování kolejnic. Je možné ji také použít pro získávání některých kovů z jejich oxidů, ale velkým nedostatek této metody je nízká čistota produktu.

Reakce hliníku s kyselinami a zásadami

• amfoterní
• + kyseliny (x koncentrovaná dusičná): hlinité socdli – 2Al + 6HCl > 2AlCl₃ + 3H₂
• + hydroxidy: hydroxohlinitany – 2Al + NaOH + 6H₂0 > 2Na[Al(OH)₄] + 3H₂