Osnova
1. Úvod do předmětu, vznik prvků, periodicita, periodická tabulka a její dělení
2. Chemie vodíku, rozdíly a podobnosti sloučenin vodíku, reaktivita a možnosti využití
3. Alkalické kovy, výskyt a vlastnosti, srovnání s vodíkem
4. Berylium, hořčík a kovy alkalických zemin, vzájemné srovnání reaktivity a vlastností
5. Chemie boru, základní trendy vlastnosti a reaktivity
6. Chemie hliníku, podobnosti a rozdíly s chemií boru, srovnání s Beryliem
7. Chemie uhlíku, výskyt, modifikace, reaktivita a srovnání s hliníkem a borem
8. Chemie křemíku, vlastnosti a využitelnost základních sloučenin, porovnání s uhlíkem
9. Chemie dusíku, rozdělení sloučenin podle vlastnosti, srovnání s uhlíkem a křemíkem
10. Chemie fosforu, sloučeniny a jejich vlastnosti, srovnání s chemií dusíku
11. Chemie kyslíku, vazebné typy, strukturní motivy ve sloučeninách, srovnání s dusíkem
12. Chemie síry, srovnání vlastností s kyslíkem a uhlíkem, využití sloučenin
13. Chemie halogenů, vazebné poměry, porovnání vlastností sloučenin s oxidy a sulfidy
1. Úvod do předmětu, vznik prvků,
periodicita, periodická tabulka a její dělení
 podmínky zápočtu
 struktura semináře
 docházka
Začátek všeho
 před 13,7 ± 0,2 miliardami let vznik prostoru a času
 0 – 10-35s normální rozpínání, poté rychlá inflace
(enormní zvětšení a zchladnutí vesmíru)
 poté opět klasické rozpínání díky počáteční hybnosti
 vesmír je ale stále horký, existuje pouze kvark-gluonové
plazma
 s dalším chladnutí dochází k vázání kvarků do baryonů
(proton, neutron) a vzniku jader H, D a He
 toto vše proběhlo během 3 minut od Velkého třesku
 během dalších 379 000 ± 8 000 let se „nic“ nedělo
 poté došlo k oddělení záření od hmoty (vznikly atomy)
 záření vlivem rozpínání vesmíru chladlo (z 3 000 K na
2,726 K) – reliktní záření
 v současnosti vesmír tvoří 4 % baryonové hmoty (z toho
1 % svítící a 3 % nesvítící) 23 % temné hmoty a 73 %
temné energie
 pozorovatelná hmota (4 %) je tvořena 74 % H a 24 % 4He (zbytky D a 3He)
 temná hmota (23 %) neskládá se z běžných částic, interaguje gravitačně ale ne
elektromagneticky
 temná energie (energie vakua) interaguje antigravitačně – obdoba Einsteinovy
kosmologické konstanty
Obloha pohledem sondy WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe)
Další vývoj
 expanze vesmíru vlivem antigravitačního působení energie vakua se bude zrychlovat, až
dojde k Velkému roztržení
Struktura vesmíru
 stěny buněk (z nadkup galaxií) → nadkupy galaxií → kupy galaxií → galaxie → hvězdné
soustavy
Vznik ostatních prvků ve vesmíru
 v lehkých hvězdách dochází k „hoření“ H na He a dále poté co odejdou z hlavní
posloupnosti k „hoření“ na těžší prvky až po C, N a O.
 u těžkých hvězd dochází postupně až k produkci Fe a prvků kolem Fe (záchyt neutronů,
alfa částic atd.)
 u supertěžkých pak po kolapsu jádra hvězdy ke vzniku neutronové hvězdy či černé díry a
k emisi neutronů, protonů a lehkých jader a k reakci těchto částic s předem vyvrženou
hmotou a ke vzniku prvků těžších než Fe (až po U)
H + H → D + e+ + νe
D + H → 3He + γ
3He + 3He → 4He + 2 H
CNO cyklus
12C je katalyzátor reakce
Klasický H – H cyklus
„vodíkové hoření“
„heliové hoření“
„uhlíkové hoření“
U těžších prvků:
Záchyt neutronů
Záchyt protonů
Záchyt α-částic
Slučování x štěpení
 pozitrony anihilují
 vysoce energetické fotony „měknou“
 foton letí ven 1 Myr
 teplota v jádru cca 15 MK
 v našem těle, 7 . 1014 n/s
 za život 2 – 3 v těle zaniknou
 odnáší 4 % energie
 za dalších 5 miliard let dojde Slunci palivo a po
krátkém rozepnutí a několika He záblescích
(spalování He na C, N a O) se smrští na bílého
trpaslíka a časem úplně vychladne (černý
trpaslík).
Slunce
 momentálně nejlepší termonukleární reaktor
 funguje už 5 miliard let
Život Slunce
Zastoupení prvků ve sluneční soustavě
- výskyt prvků exponenciálně klesá s rostoucí atomovou hmotností
Země
 vznikla z protoplanetární
mlhoviny před 4,6 miliardami let
Fe O Si Mg Ni Ca Al S Na Ti K
34,1 28,2 17,2 15,9 1,6 1,6 1,5 0,7 0,25 0,07 0,02
O Si Al Fe Ca Na K Mg
46,6 27,7 8,1 5,0 3,6 2,8 2,6 2,1
 chemické složení zemské kůry:
 chemické složení celé Země:
Zemské jádro (Fe25Ni2Co,.1S3), obal jádra (oxidy)
(hlinito-)křemičitany 1s a 2s kovů, žilné nerosty (rudy)
Periodická tabulka
Fyzikální vlastnosti prvků: atomové objemy, ionizační energie, hustoty…
Chemické vlastnosti prvků: oxidační stavy, vazebné možnosti…
Chemická periodicita:
a) periodicita oxidačních čísel
 maximální oxidační číslo prvků odpovídá počtu elektronů ve valenční sféře a to odpovídá číslu
skupiny (pro 1. až 8., a pro 12. – 18. skupinu číslu skupiny - 10)
 minimální oxidační číslo pro prvky 4. až 7. skupiny odpovídá číslu hlavní skupiny mínus 8 a u 14.
až 18. odpovídá číslu hlavní skupiny mínus 18
b) odlišné vlastnosti prvků 2. periody
 prvky druhé periody nemají energeticky blízké volné d – orbitaly – max. 4 σ-vazby
 malé atomy, valenční elektrony poutány v těsné blízkosti jádra (obtížně se ionizují)
c) diagonální podobnost
 jedná se o chemickou podobnost prvků umístěných na diagonále shora vlevo – dolů vpravo
 díky velice podobným iontovým poloměrům – Li/Mg, Be/Al, B/Si
d) změna stabilního oxidačního stupně o 2 (p-prvky)
 v důsledku tvorby elektronového páru dochází často ke změně stabilního oxidačního čísla o 2
 například HClO, HClO2, HClO3, HClO4
e) vliv inertního elektronového páru
 u kovů 6. periody (p prvky) se projevuje výraznější stabilita oxidačního čísla o 2 jednotky
nižšího, než je oxidační číslo dané skupiny
 toto se vysvětluje větší energetickou výhodností spárovaných, než nespárovaných elektronů
f) změny v elektropozitivním / elektronegativním charakteru prvků ve skupině a v periodě
 v každé skupině se stoupajícím protonovým číslem :
• vzrůstá elektropozitivní charakter
• klesá stabilita vyšších oxidačních čísel (výjimky d prvky a 2. perioda)
• stoupá stálost nižších oxidačních čísel (výjimky d prvky a 2. perioda)
 v každé periodě se stoupajícím protonovým číslem:
• vzrůstá elektronegativní charakter prvků (výjimka 18. skupina)
g) změny acido-bazického charakteru prvků a jejich oxidů
 úzce souvisí s jejich nekovovým či kovovým charakterem
 ten zase úzce souvisí s elektrogativním či elektropozitivním charakterem
Vzrůsteletropozitivníhocharakteru
Vzrůst eletronegativního charakteru
VzrůstkovovéhocharakteruaBAZICITY
Vzrůst NEkovového charakteru
a KYSELOSTI prvků a oxidů
alkalické kovy
kovy alkalických zemin
lanthanoidy
aktinoidy
chalkogeny
halogeny
vzácné plyny
triáda železa
lehké platinové kovy
těžké platinové kovy
kovy nekovy polokovy
http://is.muni.cz/do/1499/el/estud/pedf/ps09/slouceniny/web/index.html