-
Notifications
You must be signed in to change notification settings - Fork 0
/
prvky.tex
286 lines (232 loc) · 12.4 KB
/
prvky.tex
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
\TabPositions{0em, 20em}
\section{Prvky}
\subsection{1. Hlavní podskupina - Alkalické kovy (tvoří hydroxidy)}
\textbf{H, Li, Na, K, Rb, Cs, Fr} (radioaktivní, 1940)
\textit{"Helenu Líbal Na Kolena Robot Cecil Franc"}
\begin{itemize}
\item s $\uparrow$ Z(protonové \#): $\, \uparrow$ \underline{m}, $\, \uparrow$r, $\, \downarrow$elektronegativita, $\, \downarrow t_t, \, \downarrow t_v$
\item $ns^1$ \fbox{$\downarrow$} $\,\to\, "s^1$ prvky"
\item vystupují jako elektropozitivní - malá IE, malá elektronegativita, vlevo v Beketovově řadě.
\item oxidační \# ve sloučeninách = I $\,\to\,$ jsou redukčními činidly
\end{itemize}
\subsubsection*{Vlastnosti}
\begin{itemize}
\item stříbrolesklé měkké kovy s malou hustotou (Li, Na, K jsou lehčí než voda)
\end{itemize}
\subsubsection*{Výroba}
elektrolýza tavenin halogenidů:
\begin{itemize}
\item $Na^+Cl^-\,\to\,$ na katodě$^{\textbf{-}}$
\end{itemize}
\subsubsection{Analytické důkazy - zbarvení plamene}
Plamenové zkoušky
\begin{itemize}
\item Li - karmínově
\item Na - žlutá
\item K - fialová
\end{itemize}
Jsou \textbf{VELMI reaktivní} $\rightarrow$ výskyt \underline{jen ve sloučeninách}
Musí se uchovávat v inertním prostředí N$_2$, petroleji...
Sloučeniny:
\begin{itemize}
\item \textbf{NaCl - halit - sůl kamenná}
\item KCl - sylvín
\item Na$_2$CO$_3$ - soda
\item NaHCO$_3$ - jedlá soda
\item K$_2$CO$_3$ - potaš
\item \textbf{sloučeniny s NO$_3$ - ledky} (výbuch v Bejrůtu 2020)
\item NaNO$_3$ - ledek chilský
\end{itemize}
Výskyt v Zemské kůře Na: 2,4\%, K: 2,6\%
\subsubsection{Reakce}
\begin{enumerate}
\item s H$_2\,\to\,$ HYDRIDY: \tab $2Na + H_2\,\to\, 2NaH$
\item s O$_2\,\to\,$ OXIDY: \tab $4Li + O_2\,\to\, 2Li_2O$
\newline s O$_2\,\to\,$ PEROXIDY:\tab $2Na + O_2\,\to\, Na_2O_2$
\newline s O$_2\,\to\,$ HYPEROXIDY:\tab $K + O_2\,\to\, KO_2$
\item s N$_2\,\to\,$ NITRIDY: \tab $6Li + N_2\,\to\, 2Li_3N$ (jen Li)
\item s halogeny $\,\to\,$ HALOGENIDY: \tab $2Rb + Cl_2\,\to\, 2RbCl$
\item s $\WATER \,\to\,$ HYDROXIDY (bouřlivě): \tab $2K + 2\WATER \,\to\, 2KOH + H_2$
\end{enumerate}
Jejich sloučeniny jsou často iontové, bazbarvé, rozpustné v $\WATER$
\newpage
\subsubsection{Hydroxidy (Louhy, "žíravé alkálie")}
Leptají sklo, porcelán
Výroba mýdel - zmýdelnění
Jsou hydroskopické (přímají vzdušnou vlhkost):\[2\underline{NaOH} + CO_2\,\to\,\underline{Na}_2\underline{CO}_3 + \WATER \]
\paragraph*{Výroba:}
elektrolýza vodných $\odot$ halogenidů: ($H^+$ redukce na katodě$^-$, $Cl^-$ oxidace na anodě$^+$)
\[\WATER \to H ^+ + OH^-\]
\[NaCl \to Na^+ + Cl^-\]
v $\odot$ zůstává $Na^+OH^-$ (\textbf{\underline{Na} se na katodě neredukuje $\Longleftarrow $ postavení v Beketovově řadě})
Síla hydroxidů roste s jejich Z (protonové \#)
\subsubsection{Význam}
\begin{description}
\item[Li] - výroba baterií (LiPo, LiFePo, LiIon), slouží při výrobě některých slitin
\item[Na] - redukční činidlo: \(AlCl_3 + 3Na\,\to\,Al+3NaCl\)
\item[K, Na] - biogenní prvky \begin{itemize}
\item[-] sodíková "pumpa" (fungování nervového systému)
\item[-] membránové potenciály - šíření signálu v nervech
\end{itemize}
\end{description}
\subsubsection*{Poznámka}
$\odot$ NaCl = solanka
\newline
\newline
Další dloučeniny:
\begin{itemize}
\item \textbf{$ Na _2 B _4 O _7 \, \cdot \, 10 \WATER$ (Borax)}
\item $NaCN$
\item $Na_2SiO_3$
\item $K _2 Cr _2 O _7$
\item $K O _2$ (hyperoxid draselný)
\item $K _3 P O _4$
\item $Na _2 SO _4 \, \cdot \, 10 \WATER$ (Glauberova sůl)
\end{itemize}
\newpage
\subsection{2. Hlavní podskupina - Kovy alkalických zemin}
\textbf{Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra} (radioaktivní 1898 - manželé Marie a Peter Curie, smolinec)
\textit{"Běžela Magda Canyonem, Srážela Banány Ramenem"}
\begin{itemize}
\item s $\uparrow$ Z(protonové \#): $\,\uparrow$ \underline{m}, $\,\uparrow$ r, $\,\downarrow$ elektronegativita
\item $ns^2$ \fbox{$\uparrow \downarrow$} $\rightarrow \," s^2$ prvky"
\item elektropozitivní \(X + \downarrow IE \,\to\,X^{II} + 2e^-\)
\item vystupují jako elektropozitivní (+II) - malá IE, malá elektronegativita, vlevo v Beketovově řadě
\end{itemize}
\subsubsection*{Vlastnosti}
\begin{itemize}
\item stříbrolesklé měkké kovy, kromě \underline{Be}
\item Be se nejvíce podobá Al, \textbf{má amfoterní charakter!}
\end{itemize}
\subsubsection*{Analytické důkazy - zbarvení plamene}
Plamenové zkoušky
\begin{itemize}
\item Ca - cihlová
\item Sr - karmínová
\item Ba - žlutozelená
\item Mg - silná záře (jako při řezání autogenem): $2Mg + O _2 \,\to\, 2MgO$
\end{itemize}
Jsou reaktivní méně než prvky 1.hlps $\Rightarrow$ výskyt ve sloučeninách:
\begin{itemize}
\item $CaCO_3$ - vápenec (aragonit, sintr, mramor, travertin. kalcit...)
\item $CaF_2$ - fluorit = kazivec
\item $BaSO _4$ - barit
\item $MgCO_3$ - magnezit
\item $CaCO_3 \, \cdot \, MgCO_3$ - dolomit
\item $CaSO_4 \, \cdot \, 2\WATER$ - sádrovec (sádra: $CaSO_4 \,\cdot\, \frac{1}{2}\WATER$)
\end{itemize}
\subsubsection*{Výroba}
\begin{description}
\item[a)] \underline{elektrolýza tavenin} jejich \underline{halogenidů}: \textbf{\(Ca^{2+}Cl_2\)} ($Ca^{2+}$ redukce na katodě$^-$)
\item[b)] \underline{aluminotermie}(Al je redukční činidlo): \(3BeO + Al \,\to\, 3Be + Al_2 O_3\)
\end{description}
\subsubsection{Reakce}
\begin{enumerate}
\item s $H_2 \,\to$ HYDRIDY: \tab $Ca + H_2 \,\to\, CaH_2$
\item s $O_2 \,\to$ OXIDY: \tab $2Ba + O_2 \,\to\, 2BaO$
\newline s $O_2 \,\to\,$ PEROXIDY: \tab $Ba + O_2 \,\to\, BaO_2$ (peroxid barnatý!)
\item s $N_2 \,\to\,$ NITRIDY: \tab $3Sr + N_2 \,\to\, Sr_3 N_2$
\item s $\WATER \,\to\,$ HYDROXIDY: \tab $Ca+2\WATER \,\to\, Ca \left( OH \right) _2 + H_2$ (exotermická reakce)
\newline \tab\tab $Ba + 2\WATER \,\to\, \underbrace{Ba \left( OH \right) _2}_\text{barytová voda} + H_2$
\end{enumerate}
Sloučeniny Ca (stavebnictví)
\[\underbrace{CaCO_3}_\text{vápenec} \,\overrightarrow{\, _{800^\circ C} \,} \, \underbrace{CaO}_\text{pálené vápno} + CO_2\]
\newline
\[CaO + 2\WATER \,\to\, \underbrace{Ca \left(OH\right)_2}_\text{hašené vápno}\]
\newline
\[Ca\left(OH\right)_2 + \underbrace{CO_2 \downarrow}_{ze~vzduchu} ~\to~ CaCO_3 + \WATER\] ...princip tvrdnutí malty
\newline \newline
\underline{Podstata krasových jevů:} Uhličitany jsou ve vodě nerozpustné, ale v přítomnosti $CO_2$ (ze vzduchu) se rozpouštějí:
\[CaCO_3 + CO_2 + \WATER ~\rightleftharpoons ~ Ca \left( HCO_3 \right)_2 \]
Zpětná rekristalizace na $CaCO_3$ = minerál \underline{sintr} - krápníky
\begin{description}
\item[a)] stalagnit - $\bigwedge$
\item[b)] stalagtit - $\bigvee$
\item[c)] stalagnát - spojený \tiny{(..nenašel jsem vhodný znak x, btw proč všichni Češi znají krápníky, ale když se jich zeptáš na prvního prezidenta tak budou tupě čumět.)}
\end{description}
\subsubsection*{Význam}
\begin{description}
\item[Ca, Mg] - biogenní prvky
\item[Ca] - kosti, zuby
\item[Mg] \textbf{- součást molekuly chlorofilu}
\item[Be] - lehký tvrdý kov (o 30\% lehční než Al), slitiny se používají pro výrobu nástrojů i raket, sloučeniny jsou toxické
\end{description}
\subsubsection*{Poznámka}
Minerál beryl [$3BeO \cdot Al_2O_3 \cdot 6SiO_2$]
- oxidy smaragd(zelený) a akvamarín(modrý)
\subsection{3. Hlavní podskupina - $p^1$ prvky}
\textbf{B, Al, Ga, In, Th}
"Byl Ale Gagarin Indická Tlama", "Běžela Alena Gálií, Indiáni Táhli jí"
\vspace{1em}
$\underbrace{B}_{nekov}, \underbrace{Al, Ga, In, Tl}_{kovy}$
\vspace{1em}
s $\uparrow$Z: $\uparrow$m, $\uparrow$r, kovový charakter, $\downarrow$elektronegativita
\vspace{1em}
Valenční elektrony:
\( \underbrace{ns^2}_{\boxed{\uparrow\downarrow}} , \underbrace{np^1}_{\boxed{\downarrow\phantom{\uparrow}}\boxed{\phantom{\downarrow\uparrow}}\boxed{\phantom{\downarrow\uparrow}}} \)
$\; \rightarrow$ \underline{hl}.(nejčastější oxidační \# = III)
\subsection{B (bor, borum, borine (en))}
Vázaný ve sloučeninách, nekovový prvek, málo reaktivní, využívá se jako moderátor v jaderných reaktorech (například v Jaderné elektrárně Temelín)
\subsubsection{Minerály}
\underline{borax} = $Na_2B_4O_7 \; \cdot \; 10H_2O$
v analytiké chemii "boraxová perlička" - při $900^\circ$C $\rightarrow$ sklovitá hmota,
která se v přítomnosti různých iontů zabarvuje:
\begin{itemize}
\item $Co^{2+}$ ... modrá
\item $Mn^{2+}$ ... fialová
\item $Cr^{3+}$ ... zelenáf
\end{itemize}
\subsubsection*{Příprava:}
\[B_2O_3 \; + \; 3Mg \; \longrightarrow \; 2B \; + \; 3MgO\]
\[B_2O_3 \; + \; 2Al \; \longrightarrow \; 2B \; + \; Al_2O_3\] \centering aluminotermie
\raggedright
\subsubsection*{Sloučeniny}
Borany = borovodíky (obecný vzorec $B_nH_{2n+2}$)
\[\underbrace{Mg_3B_2}_\text{borid hořečnatý} \; + \; 6H_2O \; \longrightarrow \; 3Mg\left(OH\right)_2 \; + \; \underbrace{B_2H_6}_\text{diboran - plyn}\]
\smallskip
$H_3BO_3$ - kys trihydrogenboritá (ortoboritá), její 3\%$\odot$ je "borová voda"
\smallskip
$H_3BO_3 \; \overrightarrow{\text{\tiny{var, -$H_2O$}}} \; HBO_2$ (kyselina hydrogen boritá)
\smallskip
BN - nitrid boru
\smallskip
$B_4C$ - karbid boru - brusný materiál, velmi tvrdá černá krystalická látka.
Používá se na výrobu neprůstřelných oděvů, brzdová a spojková obložení, nejtvrdší látka na zemi - brousí i diamanty
\subsection{Al (hliník, aluminium)}
\smallskip
3. nejrozšířenější prvek zemské kůry (8.3\%) - první je kyslík, druhý křemík
\smallskip
je složkou vyvřelých minerálů \textbf{živce, slídy}, kaolinit, kryolit ($Na_3\left[AlF_6\right]$), granát ($Ca_3Al_2\left(SiO_3\right)_3$),
beryl ($Be_3Al_2Si_6O_{18}$), tyrkys ($Al_2\left(OH\right)_3PO_4H_2OCu$), korund a jeho obdoby \textbf{rubín, safír, smaragd}
\smallskip
\textbf{Bauxit} (AlO, je to směs oxidů hliníku a trochy železa), těží se v Austrálii, Brazílii, na Jamajce - \textbf{vyrábí se z něj Al}
\subsubsection*{Výroba}
\begin{enumerate}
\item \textbf{Bayerový způsob}
- elektrolýza bauxitu při $980^\circ$C, elektrody z uhlíku.
Na katodě ($K^-$) se vylučuje Al.
Na anodě ($A^+$) dochází ke spalování uhlíku kyslíkem na CO a $CO_2$
\item z přímo z bauxitu
\end{enumerate}
\subsubsection*{Vlastnosti}
poměrně reaktivní ($2Al \; + \; 6HCl \; \longrightarrow \; 2AlCl_3 \; + \; 3H_2$)
stříbrný kov, lehký, přijatelný vodič elektřiny
odolný proti korozi (na povrchu vrstvička $Al_2O_3$), tažný (alobal), snadno se tvoří slitiny
\subsubsection{Použití}
\begin{itemize}
\item konstrukční kov (letadla, vesmírné lodě)
\item protikorozivní prvek ($Al_2O_3$) - takzvaná pacivizace kovů
\item \textbf{aluminotermie} - silné redukční účinky práškovitého Al:
\end{itemize}
\begin{multicols}{2}
\chemfig{3SiO_2 + 4Al \to 3Si + 2Al_2O_3}
\chemfig{Co_2O_3 + 2Al \to 2Co + Al_2O_3}
\chemfig{Cr_2O_3 + 2Al \to 2Cr + Al_2O_3}
\chemfig{3Mn_3O_4 + 8Al \to 9Mn + 4Al_2O_3}
\chemfig{\underbrace{Fe_2O_3 + 2Al}_{Termit} \to 2Fe + Al_2O_3}
\end{multicols}
Sloučenina \chemfig{Al_2O_3} - bílý prášek (žáruvzdorný, materiál v nehořlavých cihlách), brusný materiál
$3Na_2SO_4 \; + \underbrace{2Al(OH)_3}_\text{amfoterní charakter} \longrightarrow \; Al_2(SO_4)_3 \; + \; 6NaOH$
\vspace{1em}
$Al(OH)_3 \; + \; 3HNO_3 \; \to \; Al(NO_3)_3 \; + \; 3H_2O$
$Al(OH)_3 \; + \; KOH \; \to \; K[Al(OH)_4]$