DUSÍK – NITROGENIUM – N

·         Patří mezi p^3 prvky

·         V PSP se nachází v 15. skupině

·         Má 5 valenčních elektronů

·         Elektronová konfigurace: ns^2np^3

·         Plynné skupenství

Výskyt:

·         Volný v atmosféře – 78%

·         Vázaný (např. NaNO[3] = chilský ledek nebo v organismech – bílkoviny, nukleové kyseliny
-> biogenní prvek)

Vlastnosti:

·         Bezbarvý plyn, bez zápachu

·         Dvouatomové molekuly N[2] (mezi nimi trojná vazba) mimořádně stabilní

·         Teplota varu = -196 °C

·         Málo reaktivní – rozdělení elektronové hustoty v molekule N[2] je symetrické a vazebná
energie vysoká

·         ve vodě málo rozpustný

Reaktivita:

·         dusík reaguje pouze s malým počtem látek, většinou až za zvýšené teploty, případně
přítomnosti katalyzátoru (Fe, Al[2]O[3]):

N[2] + 2O[2] <-> 2NO[2] (při 5000 °C)

N[2] + 3H[2] <-> 2NH[3] (při 400 °C)

·         s kovy tvoří za vysokých teplot nitridy: Mg, Ca, Sr, Ba, B, Al, Si, Ti

·         průmyslový význam má reakce, při které vzniká kyanamid vápenatý

CaC[2] + N[2] <-> CaCN[2] + C (při 750 °C)

Výroba:

·         Frakční destilace kapalného vzduchu (teplota varu dusíku je -196 °C, teplota varu kyslíku
je       -183 °C)

Příprava:

·         Zahřátím nasyceného roztoku NH[4]NO[2]

NH[4]NO[2] -> N[2] + 2H[2]O

·         Velmi čistý dusík z azidu barnatého za zvýšené teploty:

Ba(N[3])[2] -> Ba + 3N[2                         ]

Užití:

·                                                                                           Výroba
amoniaku, kyseliny dusičné, kyanamidu vápenatého…

·
Ochranná atmosféra proti oxidaci látek vzdušným kyslíkem

Sloučeniny:

Bezkyslíkaté:

·         Amoniak NH[3] (čpavek) = plyn štiplavého zápachu, ve vodě rozpustný:

NH[3] + H[2]O -> NH[4]OH

Výroba přímou syntézou dle Habera a Bosche:

N[2] + 3H[2] -> 2NH[3] (t=450 °C)

Nebo ze čpavkových vod (odpadní produkt výroby v plynárnách a koksovnách) reakcí s Ca(OH)[2]

-          Teplota tání -77,7 °C, teplota varu -33,4 °C

Do prodeje přichází buď kapalný NH[3] v tlakových lahvích nebo 25% vodný roztok.

Užívá se na výrobu HNO[3], dusíkatých hnojiv (ledky), chladících mediích (ledničky).

Amonolýza vede k amidům, imidům nebo nitridům:

PCl[3] + 6 NH[3] -> P(NH[2])[3] + 3 NH[4]Cl

GeI[4] + 6 NH[3] -> Ge(NH)[2] + 4 NH[4]I

SbCl[3] + 4 NH[3] -> SbN + 3 NH[4]Cl

Celosvětová roční produkce amoniaku se pohybuje v řádu 100 milionů tun

Amidy NH[2]^-:

-          Průmyslově se vyrábí amid sodný (používán v organické syntéze):

2Na + 2NH[3] -> 2NaNH[2] + H[2] (t)

-          Ve vodě a roztocích alkálií podléhají hydrolýze:

NH[2]^- + H[2]O ↔ NH[3] + OH^-

NH[2]^- + OH^- ↔ NH[3] + O^2-

Imidy NH^2-:

-          Imidů kovů je známo jen několik, např. Li2NH, CaNH apod.

-          Vznikají obvykle (spontánním) termickým rozkladem amidů:

2LiNH[2] -> Li[2]NH + NH[3]

Nitridy N^3-:

-          Příprava:

3CaNH-> Ca3N2 + NH3

CrCl[3] + NH[3] -> CrN + 3HCl

-          Rozdělení: iontové – Li[3]N, Mg[3]N[2], Be[3]N[2], Ca[3]N[2]

                    Intersticiální – XN (X= Ti, Zr, V, Nb, U), X[2]N (X= Mo, W)… Mn[3]N[2],
U[2]N[3]

                    Kovalentní – AlN, BN, S[X]N[Y]

-          S vodou hydrolyzují:

AlN + 3H[2]O -> Al(OH)[3] + NH[3]

Amonné soli NH[4]X:

-          Vznikají reakcí NH[3] s kyselinami

-          Dobře rozpustné

-          NH[4]Cl – salmiak (suché články)

-          (NH[4])[2]SO[4] – průmyslové hnojivo

-          (NH[4])[2]CO[3] – součást kypřících prášků

-          NH[4]NO[3] – hnojivo, výr výbušnin

·         Hydrazin N[2]H[4]:

-          Bezbarvá, na vzduchu dýmající kapalina

-          Teplota tání 1,4 °C, teplota varu 113,5 °C

-          Zahříváním na vyšší teplotu se rozkládá (někdy s výbuchem)

-          Výroba:

1.      krok: NH[3] + NaOCl -> NH[2]Cl (meziprodukt) + NaOH

2.      krok: NH[2]Cl + NaOH + NH[3] -> N[2]H[4] + NaCl + H[2]O

-          užití: raketová paliva, redukční účinky hydrazinu se používají při výrobě drahých kovů,
řada derivátů v zemědělství, medicíně…

Kyslíkaté:

·         Oxidy dusíku jsou většinou nestabilní

-          N[2]O – rajský plyn (užíval se jako anestetikum)

-          NO – bezbarvý plyn, na vzduchu se ihned oxiduje na hnědý NO[2], obsažen ve výfukových
plynech, velmi jedovatý, celkem snadno odštěpuje nepárový elektron za vzniku nitrosylového kationtu
NO^+

-          NO[2] – hnědý paramagnetický plyn, dimeruje na N[2]O[4] (bezbarvý diamagnetický plyn),
ve výfukových plynech, podílí se na kyselých deštích, je velmi jedovatý!

Je velmi reaktivní <- přítomnost nepárového elektronu a π[p][ ]vazeb


·         Kyselina dusičná HNO[3]:

-          Bezbarvá v krystalickém stavu, kapalina zbarvena žlutě s oxidačními účinky

-          Teplota tání -41,6 °C, teplota varu 84 °C

-          Silná kyselina – reaguje s většinou kovů za vzniku dusičnanů (kromě Au a Pt <- lučavka
královská =  směs HNO[3]:HCl = 1:3)

-          „lučavka“ = koncentrovaná HNO[3] sloužila k oddělování (odlučování) zlata a stříbra

-          Vytváří hydráty

-          Výroba:

NaNO[3] + H[2]SO[4] -> NaHSO[4] + HNO[3]

NaNO[3] + NaHSO[4] -> Na[2]SO[4] + HNO[3]

Dusičnany (NO[3])^-:

-          Soli kyseliny dusičné = ledky

-          Všechny výborně rozpustné ve vodě, bezbarvé, není-li barevný kationt

-          Slouží jako oxidační činidla (historická výroba černého střelného prachu), výroba
nitrosloučenin, organických barviv, léčiv, hnojiv – KNO[3], NaNO[3], NH[4]NO[3], Ca(NO[3])[2]

-          AgNO[3] – činidlo v analytické chemii (důkazy iontů) a v lékařství na vypalování
bradavic (lapis)

·         Kyselina dusitá HNO[2]:

-          Slabá kyselina s oxidačními i redukčními účinky

-          Nestálá, už při pokojové teplotě disproporcionuje:

3HNO[2] -> HNO[3] + 2NO + H[2]O

-          Soli = dusitany (NO[2])^- jsou jedovaté, v pevném stavu stálé, užívají se na výrobu
barviv




                                           VZÁCNÉ PLYNY


·         Prvky 18. skupiny: He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn (radioaktivní), Og (podle polohy v PSP, silně
radioaktivní plyn s velmi krátkým poločasem rozpadu)

·         Mají 8 valenčních elektronů (kromě He)

·         Elektronová konfigurace: ns^2np^6 = elektronový oktet (He – elektronový duet 1s^2)

·         Dříve označovány jako netečné (inertní) plyny – nereagovaly (dnes laboratorně donuceny
reagovat) – mají vysokou ionizační energii a zápornou hodnotu elektronové afinity

Výskyt:

·         Pouze volné – v atmosféře cca 1%

·         Některé vznikají při radioaktivním rozpadu nerostů

Vlastnosti:

·         Nízkovroucí plyny (He nejnižší teplotu tání i varu) – obtížně zkapalnitelné

·         Tvoří jednoatomové molekuly vzájemně vázané velmi slabými van der Waalsovými silami

·         Elektronová konfigurace je velmi stabilní <- vysoká ionizační energie

·         Mírně rozpustné ve vodě

·         Snadno ionizovatelné a vedou elektrický proud – pro každý vzácný plyn je charakteristická
barva v elektrickém výboji – He žlutá, Ne červená, Ar červená, Kr zelená, Xe fialová, Rn bílá

·         Fyzikálními vlastnostmi se velmi blíží vlastnostem ideálního plynu

·         Vdechování směsi kyslíku s kryptonem nebo xenonem i za normálního tlaku během několika
minut vyvolá silné narkotické účinky

Sloučeniny:

·         V přírodě neexistují

·         Roku 1962 poprvé uměle připravena sloučenina XeF[4] (přímou syntézou prvků)

·         Později XeF[2], XeO[3], H[6]XeO[6], KrF[2], KrF[4], RnF[2] aj.

·         Podle počtu existujících sloučenin je nejreaktivnějším vzácným plynem xenon, sloučeniny
neonu zatím nebyly vůbec připraveny

·         Klathráty = látky, ve kterých jsou atomy vzácných plynů uzavřeny v dutinách struktury
jiných sloučenin

Výroba:

·         Vedlejší produkt při destilaci kapalného vzduchu

·         Ze zemního plynu

Užití:

·         Plnění osvětlovacích trubic, žárovek a výbojek

·         Ar a He – ochranná atmosféra při svařování Mg, At, Ti

·         Dosahování nízkých teplot


HELIUM He

·         Velice lehký, bezbarvý netečný plyn

·         Sloučeniny pouze se rtutí – nestabilní helidy HgHe, HgHe[2] a HgHe[10 ]

·         Vzniká jako produkt rozpadu některých radioaktivních prvků

·         V přírodě zejména v radioaktivních vodách a zemním plynu

·         Přírodní He je směsí dvou stabilních izotopů: 0,0001% ^3He a 99,999% ^4He

·         Užívá se jako nosný plyn při plynové chromatografii, nulovací plyn analytických
přístrojů, náplň balonů a leteckých pneumatik, balící plyn E939 v potravinářství, ochranný plyn při
svařování

·         Kapalné He se používá jako chladivo k dosažení extrémně nízkých teplot

NEON Ne

·         Nejsou známé žádné sloučeniny

·         Přírodní Ne je směsí tří stabilních izotopů, 90,92% zaujímá ^20Ne

·         Získáván ze surového argonu, který je produktem frakční destilace kapalného vzduchu

·         Ve směsi s He se užívá jako náplň do plynových laserů a zářivkových trubic

·         Zkapalněný se používá jako chladivo

ARGON Ar

·         Nejrozšířenější vzácný plyn, v přírodě jako součást vzduchu (0,937%)

·         Vyrábí se frakční destilací zbytků zkapalněného vzduchu po odstranění dusíku a kyslíku,
surový Ar se dále používá k výrobě Ne, Kr a Xe

·         Používán jako inertní plyn při svařování, balící plyn E938 v potravinářství, při výrobě
žárovek a některých kovů (Ti, Zr, U), ochranný plyn při růstu krystalů Ge a Si při výrobě
polovodičů, izolační plyn v oknech, výplň suchých potápěčských obleků, náplň hasicích přístrojů s N
a CO[2]

·         Kapalný Ar se používá v kryomedicíně (kryoablace nádorů)

KRYPTON Kr

·         Vyrábí se frakční destilací surového argonu

·         Používá se jako náplň do žárovek

·         Metastabilní radionuklid ^81mKr, který vzniká rozpadem ^81Rb, se využívá v nukleární
medicíně k vyšetření plic

XENON Xe

·         V přírodě se nachází jako nepatrná součást vzduchu

·         Přírodní xenon je směsí devíti stabilních izotopů + uměle bylo připraveno 41 nestabilních
izotopů

·         Bezbarvý, jednoatomový plyn, těžší než vzduch

·         Vyrábí se frakční destilací surového argonu

·         Značná chemická netečnost, známé jsou pouze jeho sloučeniny s fluorem, chlorem a kyslíkem
– ve sloučeninách, kterých je dnes známo více než 80, vystupuje v oxidačních stavech II, IV, VI a
VIII, většina jich je barevná

·         Sloučeniny xenonu jsou stálé pouze za velmi nízkých teplot, nejstabilnější je fluorid
xenonatý XeF[2], který se připravuje reakcí fluoru s xenonem za katalytického účinku UV záření

·         Uplatňuje se jako náplň žárovek a výbojek, XeF[2] se využívá k leptání křemíku při výrobě
polovodičů

RADON Rn

·         Jednoatomový, radioaktivní plyn, nejtěžší plynný prvek na Zemi, nejvzácnější

·         Tuhý radon vzhledem připomíná žlutě zbarvený diamant, zkapalněný je červeno-oranžový

·         V radioaktivních vodách jako produkt rozpadu radia

·         Tvořen dvěma izotopy: aktion ^218Rn (An) a thoron ^220Rn (Tn)

·         Radioaktivní vody s obsahem radonu se používají k léčebným účelům

OGANESSON Og

·         Silně radioaktivní plyn

·         Chemické a fyzikální vlastnosti dosud nebyly spolehlivě určeny

·         Podle polohy prvku v PSP by se mělo jednat o homolog Rn

·         V přírodě neexistuje, připravován uměle jadernými reakcemi

·         Připraven v urychlovači částic srážkami atomů Ca s atomy Cf

·         Praktické využití kromě vědeckého výzkumu nemá








Michaela Šplíchalová 30.4. 2018