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

Obecné fyzikální a chemické vlastnosti kovů

  • kovy: elektronegativita < 1,7
  • hranice mezi nekovy (spolu s polokovy) a kovy vede v PSP zhruba po úhlopříčce B – At/Po
  • snadno tvoří kationty
  • kovová vazba – elektronový plyn
  • kladná ox. čísla
  • redukcí ze svých sloučenin

fyzikální vlastnosti

  • atomová krystalová struktura, elektronový plyn
  • > kujnost, tažnost, tepelná a elektrická vodivost
  • hustota elektronového plynu > pevnost krystalové struktury > tvrdost, t. t.
  • schopnost tvořit slitiny (ztuhlá roztavená směs kovů, homogenní směsi)
  • > dle vzájemné mísitelnosti  – dle velikosti atomů

slitiny

  • menší elektrická vodivost
  • nižší teploty tání
  • větší tvrdost
  • změna vlastností: změna poměru
  • v přírodě – vázané: rudy (minerály pro průmyslovou výrobu)
  • volné: zlato, stříbro, platina, rtuť

sloučeniny v přírodě: oxidy, sulfidy, halogenidy, sírany, uhličitany

a) oxidy – krevel (Fe2O3), hnědel (Fe2O3.nH2O), magnetit (Fe2O3.FeO), burel (MnO2), bauxit (Al2O3).

b) sulfidy – galenit (PbS), sfalerit (ZnS), pyrit (FeS2).

c) halogenidy – fluorit (CaF2), sůl kamenná (NaCl).

d) sírany – sádrovec (CaSO4.2H2O), baryt (BaSO4).

e) uhličitany – siderit (ocelek) (FeCO3).

-Rozdíly ve vlastnostech prvků I. A a II. A skupiny

  • alkalické kovy (x H): Li, Na, K, Rb, Cs, Ra
    • jeden valenční elektron > vždy jednovazné
    • nízká teplota tání
    • s vodou silné hydroxidy (alkálie)
  • kovy alkalických zemin: Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra
    • dva valenční elektrony > jednovazné > ex. dvojvazné
    • tvrdší, méně reaktivní, vyšší hustota
  • společné vlastnosti:
    • nízká elektronegativita
    • vždy kladné ox. číslo ve sloučeninách
    • iontové vazby
    • elektronegativita a ionizační e. klesá ve skupině, schopnost tvořit kationty stoupá
    • silná redukční činidla, velmi reaktivní
    • stříbrolesklé > na vzduchu oxid, hydroxid
    • malá hustota (Be – velmi měkké)

Výskyt

  • pouze vázané

alkalické kovy:

  • Na: sůl kamenná (NaCl), Glauberova sůl (Na2SO4.10H2O, chilský ledek NaNO3
  • K: draselný ledek (K NO3), sylvín (KCl)
  • Na, K – biogenní prvky

kovy alkalických zemin:

  • uhličitany, sírany, fosforečnany, křemičitany
  • magnezit (MgCO3), dolomit (MgCa(CO3)2, vápenec (CaCO3), sádrovec (CaSO4.2H2O), apatit (CaCl2), fosforit, celestyn (SrSO4), baryt (BaSO4)
  • Mg, Ca – biogenní prvky

Výroba

I. A

  • Na, Li: elektrolýzou tavenin chloridů
  • K: redukcí KCl sodíkem > destilace draslíku

II. A

  • elektrolýzou tavenin chloridů
  • redukcí halogenidů sodíkem

Plamenové zkoušky

  • test obsahu kovu
  • Li            purpurově červeně
  • Na          intenzivně žlutě
  • K             fialově (do růžova)
  • Rb          fialově
  • Cs           fialově
  • Ca          cihlově červeně
  • Sr           karmínově červeně
  • Ba          žlutozeleně
  • B             jablečně zeleně (jako H3BO3)
  • In           modrofialově až modře
  • Tl            smaragdově zeleně
  • Mo        sírově žlutě (jako MoO2)
  • Cu          modrozeleně (jako CuCl2)
  • Se          chrpově modře
  • Mn        zeleně za současného jiskření (jako MnCl2)

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)přechodná tvrdost vody

CaCO> 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
  • Cr2O+ 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