Vypracovala: Mgr. Zuzana Szocsová
 


Základná charakteristika prvkov p2

Názov prvku
Latinský názov prvku
Značka prvku
Protónové číslo prvku
Elektrónová kofigurácia
Elektronega-tivita
Oxidačné čísla
Uhlík
Carboneum
C
6
[He]2s2 2p2
2.5
-IV, II,IV
Kremík
Silicium
Si
14
[Ne] 3s2 3p2
1.9
-IV,II, IV
Germánium
Germánium
Ge
32
[Ar] 3d10 4s2 4p2
2,0
(II), IV
Cín
Stannum
Sn
50
[Kr] 4d10 5s2 5p2
2,1
II, IV
Olovo
Plumbum
Pb
82
[Pb] 4f14 5d106s2 6p2
2,3
II, (IV)

  • Vo valenčnej vrstve majú 4 elektróny
  • Všeobecná konfigurácia valenčnej vrstvy je ns2 np2
  • Pevné látky
  • Uhlík C – nekov (4 – väzbový, tvrdý, krehký) – jedine uhlík zo všetkých prvkov tejto skupiny sa v prírode vyskytuje v elementárnom stave.
  • Kremík Si – nekov (tvrdý, krehký)
  • Germánium Ge – polokov (tvrdý, krehký)
  • Cín Sn – kov (ťažný)
  • Olovo Pb – kov (má kovové vlastnosti)
  • Si, Ge, Sn, Pb – môžu byť až 6 – väzbové, pretože do väzieb môžu použiť aj svoje voľné nd orbitály.

 
Uhlík C – lat. Carboneum


Nachádza sa v 2. perióde v IV.A skupine.

Elektrónová konfigurácia: 6C : 1s2 2s2 2p2


 
Výskyt uhlíka


Uhlík je základný biogénny prvok, je v prírode najrozšírenejší a nachádza sa v štruktúre sacharidov, tukov, bielkovín – je to biogénny prvok, a v mnohých organických zlúčeninách (ropa, zemný plyn, uhlie). Vyskytuje sa voľný aj viazaný v zlúčeninách. Má schopnosť tvoriť dlhé reťazce , kde sú jednotlivé uhlíky viazané jednoduchými väzbami, dvojitými väzbami alebo trojitými väzbami. Kvôli tejto vlastnosti existuje veľký počet organických zlúčenín. Z toho dôvodu tvorí základ organických zlúčenín a všetkých živých organizmov. Je súčasťou aj anorganických zlúčenín, ako napríklad CO2 – oxid uhličitý (v atmosfére), CO – oxid uhoľnatý.
Je súčasťou kalcitu – CaCO3, magnezitu MgCO3.


Fosílne palivá


Ropa, uhlie, zemný plyn


Medzi fosílne palivá zaraďujeme ropu, zemný plyn, uhlie. Fosílne palivá vznikli dlhodobým procesom anaeróbneho rozkladu organickej hmoty.

Ropa a zemný plyn pochádzajú pravdepodobne zo živočíšnych tkanív živočíchov z pravekých morí, ktoré boli prekryté vrstvou hornín a počas miliónov rokov sa postupne rozložili za vzniku pestrej palety uhľovodíkových zlúčenín.

Ropa, uhlie a zemný plyn tvoria v súčasnosti základ svetovej energetiky a veľkej časti chemického priemyslu. Najmä ropa je zdrojom energie pre dopravnú infraštruktúru. Ropa aj zemný plyn sa zvyčajne vyskytujú spoločne, ale zemný plyn sa vyskytuje aj samostatne.

Ropa – hnedá alebo čierna olejovitá kvapalná látka. Tvorí ju zmes alkánov, cykloalkánov a aromatických uhľovodíkov – arénov. Jej spracovanie prebieha procesom, ktorý nazývame frakčná destilácia. Produktmi frakcie sú:
  1. Uhľovodíkové plyny – bután, propán, ktoré sa používajú ako chemické suroviny alebo ako palivá.
  2. Benzínová frakcia – používame ju ako palivo do zážihových motorov, ako rozpúšťadlo alebo ako dôležitú chemickú surovinu. Kvalitu benzínu vyjadruje oktánové číslo.
  3. Petrolejová frakcia – petrolej – použitie: na svietenie, ako palivo turbín, na rozpúšťanie nečistôt a podobne.
  4. Plynový olej – motorová nafta – používa sa ako palivo do naftových motorov (dieslových motorov)
  5. Destilačný zvyšok - mazut – použitie: kúrenie, vyrába sa z neho asfalt (destiláciou). Asfalt slúži na úpravu ciest.

 
Zemný plyn – zmes plynných uhľovodíkov, z ktorých najväčšie zastúpenie má metán, ale zemný plyn obsahuje aj vodnú paru, dusík alebo oxid uhličitý. Použitie: palivo, výroba organických zlúčenín a podobne.


 

Uhlie – horľavá hornina, ktorú tvorí zmes látok – uhlík + kyslík + dusík + vodík + síra a iné.

Uhlie delíme na:
  1. Lignit – uhlie, ktoré má najmenší stupeň preuhoľnenia. Vyznačuje sa najnižšou výhrevnosťou, a tým že je to relatívne najmladšie uhlie.
  2. Hnedé uhlie – má vyšší stupeň preuhoľnenia ako lignit.
  3. Čierne uhlie
  4. Antracit
Čierne uhlie a antracit sú najkvalitnejšie druhy uhlia.



Alotropické modifikácie uhlíka


Sú známe tri alotropické modifikácie uhlíka, a to: grafit, diamant a fulleren. Tieto alotropické modifikácie sa líšia kryštálovou štruktúrou, fyzikálnymi a chemickými vlastnosťami.


Tuha – grafit

Uhlík je viazaný v kryštalickej štruktúre – hexagonálna sústava (vrstevnatá štruktúra), jednotlivé roviny uhlíkov sú viazané len slabými Van der Waalsovými silami. Tuha je dobre štiepateľná, vedie teplo aj elektrický prúd. Má sivočierne sfarbenie, kovový lesk, je mäkká. Využíva sa na výrobu ceruziek, túh na písanie, maľovanie a v metalurgickom priemysle. Tvrdosť na Mohsovej stupnici = 0,5 až 1.

 
Zdroj: http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:GraphiteUSGOV.jpg
 



 
Štruktúra tuhy


Zdroj: http://tuha.navajo.cz/tuha-3.png
 
Diamant

Diamant – priezračná látka.
 
Základnú jednotku v štruktúre tvorí tetraéder – kubická sústava. V tejto štruktúre je každý atóm uhlíka viazaný štyrmi susednými atómami pevnými nepolárnymi kovalentnými väzbami, a táto štruktúra spôsobuje nezvyčajnú tvrdosť diamantu – diamant je najtvrdšia látka v prírode – tvrdosť = 10 na Mohsovej stupnici. Diamant sa používa najmä v klenotníctve, kde sa používa prírodný vybrúsený číry diamant – briliant (prstene, náramky).

Ďalej sa používa na zhotovenie brúsnych a rezných zariadení kvôli svojej extrémnej tvrdosti. Nevedie elektrický prúd, chemicky je málo reaktívny. Vyskytuje sa v rôznych farebných modifikáciách od čírej priehľadnej až po čiernu. Náleziská s najkvalitnejšími diamantmi sa nachádzajú napríklad: v Afrike – v JAR, Namíbii, v Brazílii.

 
Zdroj: http://nd01.blog.cz/475/564/9621b4070f_32994208_o2.jpg



 
Štruktúra diamantu

 
Zdroj: http://kekule.science.upjs.sk/chemia/ucebtext/KUCH4/images/ionove4.jpg
 



 
Fullereny


Fellereny tvoria skupinu alotropických modifikácii čistého uhlíka. Prvý fulleren objavili v roku 1985 v Nemecku. Sú to sférické molekuly, ktoré sú zložené z päť alebo častejšie so šesťčlenných kruhov atómov uhlíka (molekulová kryštálová štruktúra). Tieto molekuly sú v priestore usporiadané do guľovitého tvaru (6 – členné a 5 - členné cykly sa striedajú) alebo do tvaru deformovanej gule. (Vytvorené klastre majú minimálne 12 pentagonálnych a (n/2) – 10 hexagonálnych plôch, pričom ngeq20, kde n je počet atómov uhlíka, ktoré tvoria klaster.)

Sú mimoriadne odolné voči vonkajším fyzikálnym vplyvom a faktorom. Najstabilnejší známy fulleren je molekula, ktorá v štruktúre obsahuje 60 uhlíkových atómov.
 
Zdroj: http://www.materialing.whian.net/fullereny

Fulleren C540
 
Zdroj: http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:Fullerene_c540.png


Vlastnosti uhlíka


  • je málo reaktívny, reaguje až pri vysokých teplotách
  • nekov, nie je schopný tvoriť katióny
  • má redukčné schopnosti, ktoré majú využitie v priemysle: Fe2O3 + 3C → 3CO + 2Fe
  • vlastnosti uhlíka sa využívajú na výrobu kovov a ich oxidov (aluminotermia)
  • technické formy uhlíka – koks, uhlie
  • má schopnosť vytvárať dlhé reťazce a vytvára násobné väzby – napríklad v organických zlúčeninách: alkány, alkény, alkíny a podobne.
  • Izotopy uhlíka : 12C (cca 98,89%), 13C(cca 1,11%) a stopy rádioaktívneho izotopu 14C – žiarič beta žiarenia.


Využitie uhlíka

  • pri výrobe elektród (uhlíková elektróda)
  • v atómových reaktoroch
  • z grafitu sa vyrábajú ceruzky, elektródy, taviace tégliky a používa sa ako mazadlo ložísk
  • uhlík sa využíva na adsorpciu plynných látok (živočíšne uhlie pri tráviacich ťažkostiach)
  • používa sa ako palivo (uhlie)
  • diamant sa používa na obrábanie tvrdých materiálov, na výrobu šperkov, do vrtných hlavíc.


Zlúčeniny uhlíka

Bezkyslíkaté zlúčeniny uhlíka


  • Uhľovodíky – sú to zlúčeniny uhlíka a vodíka (alkány, alkény, alkíny, arény, a podobne)
  • Deriváty uhľovodíkov
  • Karbidy – zlúčeniny uhlíka s prvkom s menšou elektronegativitou (karbid vápenatý CaC2). Karbidy sú tvrdé, pevné, sú to zlúčeniny s vysokou teplotou topenia.
1. Iónové karbidy – uhlík + alkalický kov (kov alkalických zemín)
 
Napríklad karbid vápenatý (pre reakcii s vodou vzniká acetylén):

 
CaC2 + 2H2O → Ca(OH)2 + CH=CH
 

2. Kovalentné karbidy – atómy uhlíka a atómy druhého prvku sú navzájom viazané kovalentnými väzbami, sem patrí napríklad SiC, Be2C, BC a podobne.
  • Halogenidy – zlúčeniny uhlíka a halového prvku (napríklad: CCl4 – chlorid uhličitý (tetrachlormetán) – je bezfarebná kvapalina, má sladkastý zápach, vo vode nerozpustná, používa sa ako rozpúšťadlo nepolárnych alebo organických látok, má narkotické účinky)
  • Sírouhlík – CS2 - nepolárne rozpúšťadlo, bezfarebná kvapalina, jedovatá, nerozpustná vo vode. Vzniká z uhlíka a síry pri zvýšenej teplote: 2S + C → CS2
  • Kyanovodík HCN – bezfarebný, má kvapalné skupenstvo, jedovatý, je rozpustný vo vode. Spôsobuje ochrnutie dýchacieho systému.
  • Kyselina kyanovodíková – vodný roztok kyanovodíka – veľmi slabá kyselina. Soli kyseliny kyanovodíkovej: Kyanidy – všeobecný vzorec MICN – napríklad kyanid draselný KCN – prudko jedovatý.

 
Kyslíkaté zlúčeniny uhlíka


  • CO – oxid uhoľnatý. Bezfarebný plyn, bez zápachu.
Vzniká horením uhlíka pri nedostatku kyslíka. Podstata reakcie: redukcia oxidu uhličitého nadbytočným uhlíkom (horením vznikne najprv oxid uhličitý, ktorý sa redukuje nadbytočným uhlíkom):

 
C (s) + O2 (g) → CO2 (g)
 
CO2 (g) + C ↔ 2 CO (g)

 
Vo vode je málo rozpustný.
 
Je veľmi reaktívny a má redukčné účinky:
Fe2CO3 + CO → 2 Fe + 2 CO2 (redukcia prebieha pri zvýšenej teplote)
 
Vyznačuje sa schopnosťou viazať na hemoglobín – krvné farbivo, čím sa zabraňuje prenášaniu kyslíka a môže dôjsť k uduseniu. Je jedným z najsilnejších jedov, ktoré pôsobia na človeka a na všetky živočíchy, ktoré majú v krvi hemoglobín.
 
Oxid uhoľnatý je súčasťou VODNÉHO PLYNU: zmes H2 a CO, a generátorového plynu: zmes N2 a CO.
 
Zdroj: http://sk.wikipedia.org/wiki/Súbor:Carbon-monoxide-3D-vdW.png
 

 


 
Molekula oxidu uhoľnatého má malý dipólový moment (0,1 D). Táto skutočnosť je vysvetlená silným posunom väzbových elektrónov smerom ku kyslíku (je elektronegatívnejší ako uhlík), a tým sú skoro kompenzované formálne náboje dané trojitou väzbou medzi atómom kyslíka a atómom uhlíka.

 
  • CO2 – oxid uhličitý. Má slabé oxidačné účinky. Je bezfarebný a má slabo kyslý zápach a slabo kyslú chuť. Vzniká pri dokonalom spaľovaní uhlíka s dostatočným prístupom vzduchu: C + O2 →CO2.
Používa sa pri výrobe nápojov, sódovej vody a skvapalnený sa používa do snehových hasiacich prístrojov.
 
Zdroj: http://sk.wikipedia.org/wiki/Súbor:Carbon-dioxide-3D-vdW.svg

 

 
Pripravuje sa napríklad tepelným rozkladom CaCO3 – uhličitan vápenatý.

 
 
CaO – pálené vápno

CaO + H2O → Ca(OH)2

 
Ca(OH)2 – hasené vápno (hydroxid vápenatý)

Alebo sa pripravuje z uhličitanu vápenatého pôsobením HCl

 
CaCO3 + 2HCl → H2O + CO2 + CaCl2

  • H2CO3 – kyselina uhličitá. Vzniká rozpustením oxidu uhličitého vo vode, kde veľmi malé množstvo oxidu uhličitého reaguje s vodou:

 
CO2 + H2O → H2CO3

(Takmer celý roztok oxidu uhličitého vo vode je tvorený hydratovanými molekulami CO2.nH2O)

Je to slabá veľmi nestála dvojsýtna kyselina. Jej soli sú:
 
a.) MI(HCO3)-I - hydrogenuhličitany (napríklad: NaHCO3 – hydrogenuhličitan sodný, ktorý sa používa v potravinárskom priemysle a v lekárstve na potláčanie acidity) – vo vode rozpustné.
b.) M2I(CO3)-II – uhličitany (CaCO3 – uhličitan vápenatý) - vo vode nerozpustné (s výnimkou uhličitanov alkalických kovov – okrem lítneho). K2CO3 – potaš, Na2CO3 sóda – používajú sa na výrobu pracích prostriedkov a skla.

 
Tepelným rozkladom pevných hydrogenuhličitanov alkalických kovov dochádza k vzniku uhličitanov:

 
2NaHCO3→ Na2CO3 + CO2 + H2O


 
Rozklad uhličitanov (pri pôsobení kyselín a pri zahrievaní):
 
CaCO3→ CaO + CO2


 
Podstatou krasových javov je vzájomná premena medzi uhličitanom vápenatým a hydrogenuhličitanom vápenatým:

 
CaCO3 + CO2 + H2O ↔ Ca(HCO3)2


 
Vápenec sa vodou, ktorá je obohatená o oxid uhličitý, premieňa na rozpustný hydrogenuhličitan vápenatý.
 
Pri chemickej reakcii smerom z prava do ľava vzniká nerozpustný uhličitan vápenatý.



Olovo, Pb – Plumbum


Olovo Pb sa nachádza v IV.A skupine, v 6. perióde.


Zdroj: http://cs.wikipedia.org/wiki/Olovo
 

 

 
Elektrónová konfigurácia


82Pb: (Xe)4f14 5d106s2 p2


 
Výskyt


Olovo sa elementárne vyskytuje len vzácne, väčšinou sa vyskytuje v podobe zlúčenín, napríklad galenit PbS (sulfid olovnatý).

 
Vlastnosti a reakcie


  • Mäkký, ťažký, lesklý modrosivý kov
  • Nepatrí medzi biogénne prvky
  • Vyskytuje sa len v kubickej forme
  • Kujný, dá sa ľahko valcovať, ľahko tvorí rôzne zliatiny
  • Na vzduchu oxiduje - pokrýva sa vrstvičkou oxidu alebo uhličitanu – toto ho chráni pred ďalšou oxidáciou
  • V kyseline sírovej sa poťahuje vrstvičkou síranu olovnatého, ktorý je nerozpustný a chráni olovo pred ďalším pôsobením kyseliny - kyselina sírová ho pasivuje a olovo s ňou nereaguje.

  • Rozpustný v kyseline dusičnej HNO3, rozpúšťa sa v nej na dusičnan olovnatý:

3 Pb + 8 HNO3→ 3Pb(NO3)2 + 2 NO + 4H2O


  • Olovo a jeho zlúčeniny sú pre živočíchy a rastliny toxické

 
Výroba


Olovo sa vyrába pražením galenitu. Vzniká tak oxid olovnatý, ktorého redukciou vzniká olovo.

 
oužitie

  • Obaly na káble
  • Elektródy
  • Ochranné obaly, ktoré chránia pred RTG lúčmi


 
Zlúčeniny


Zlúčeniny olova sú jedovaté.
 
Chlorid a bromid olovnatý PbCl2 a PbF2 – ich štruktúra je zložitá.
PbO – oxid olovnatý – vzniká oxidáciou roztaveného olova vzdušným kyslíkom – červená modifikácia. Jeho žltá modifikácia vzniká tepelným rozkladom uhličitanu alebo dusičnanu olovnatého.
Hydroxid olovnatý Pb(OH)2 - biela práškovitá látka. Vo vode je málo rozpustná a v kyselinách sa rozpúšťa za vzniku olovnatých solí.
PbS - sulfid olovnatý – prírodný sulfid olovnatý – galenit - je kryštalický, má kovový lesk a rozpúšťa sa v horúcej kyseline dusičnej.

Pb3O4 – oxid olovnato olovičitý – keď je bezvodý má červenú farbu.
Pb2O – oxid olovičitý – hnedá látka s oxidačnými vlastnosťami. Používa sa pri výrobe pyrotechnických materiálov. Účinné oxidačné činidlo, ktoré oxiduje kyselinu chlorovodíkovú na chlór.

 

Použitá literatúra:
http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:C,6.jpg
Zmaturuj z chémie
http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:Rough_diamond.jpg
http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:GraphiteUSGOV.jpg
http://www.fyzikavpokusech.info/wp-content/uploads/2009/03/kremik.jpg
http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/2/2d/Activated_Carbon.jpg/200px-Activated_Carbon.jpg
http://cs.wikipedia.org/wiki/Olovo
http://www.materialing.whian.net/fullereny
http://nd01.blog.cz/475/564/9621b4070f_32994208_o2.jpg
http://kekule.science.upjs.sk/chemia/ucebtext/KUCH4/images/ionove4.jpg
http://tuha.navajo.cz/tuha-3.png
Anorganická chemie pre pedagogické fakulty, V. Pavelka a A. Schutz, SNP
Anorganická chémia, G. Ondrejovič a kolektív, alfa
http://sk.wikipedia.org/wiki/S%C3%BAbor:Fullerene_c540.png
Všeobecná a anorganická chémia, J. Gažo a kolektív
http://sk.wikipedia.org/wiki/Súbor:Carbon-monoxide-3D-vdW.png
http://sk.wikipedia.org/wiki/Súbor:Carbon-dioxide-3D-vdW.svg