1 1A 2 IIA C, Si 13 III A 14 IVA 15 VA 16 VIA 17 VII A 18 0 Vodík 1 H 1,00794(7) Helium 2 He 4,002602(2) Lithium 3 Li 6,941(2) Beryllium 4 Be 9,012162(3) Bor 5 B 10,011(7) Uhlik 6 c 12,0107(6) Dusík N 14,00674(7) Kyslík 8 O 15,9994(3) Fluor 9 F 18,9904032(5 Hann 10 Ne 20,1797(6) Sodík 11 Na 22,039770(2) Hořůík 12 Mg 3 III B 4 IVB i 5 VB 6 VI B 7 VII B 3 VIII 9 VIII 10 VIII 11 I B 12 IIB H Unik KřMifc Fosfor 13 14 15 AI Si P 26,981536(2) 26,0855(3) »,973761(2) Síra 16 S 32,066(0) Chlor 17 Cl 35/4527(9) Argon 18 Ar 39,946(1) Draslík 19 K 39.0983(1) Vápník 20 Ca 40,070(4) Skandium 21 Sc 44,955910(3) Hun 22 Ti 47,867(1) Vanad 23 V 60,9415(1) Chrom 24 Cr 51,9961(6) Mingan 25 Mn 54,936049(9) ZaH» 26 Fe 56.845(2) Kobalt 27 Co 58,933200(9) NIM 28 Ni 56,6934(2) Cu 63,546(3) Zlnek 30 Zn 65,39(2) Gallium 31 Ga 89,723(1) Germanium 32 Ge 72,61(2) Arsen 33 As 74,92160(2) Selen 34 Se 78,96(3) Brom 35 Br 79,904(1) Krypton 36 Kr 63,60(1) Rubidium 37 Rb 05,4678(3) Stroncium 38 Sr 87,62(1) Yttrium 39 Y 06,90586(2) Zirkonium 40 Zr 91,224(2) Nkkb 41 Nb 92,90638(2) Molybdän 42 Mo 96,94(1) TMirndum 43 Tc (96,9063) Ruthenium 44 Ru 101,07(2) Rhodium 45 Rh 102,90550(2] Palladium 46 Pd 106.42(1) Stříbro 47 i07.eofef) Kadmium 48 Cd 112.411(8) Indium 49 In 114.816(3) Cín 50 Sn 116.710(7) Antimon 51 Sb 121,700(1) Tellur 52 Te 127,60(3) Jod 53 1 126.90447(3) Xenon 54 Xe 131,29(2) Culum 55 Cs 132,90545(2) Baryum 56 Ba 137,327(7) 57-70 Lantha-noldy HtftikiTi 72 Hf 178,49(2} Tantal 73 Ta 100,9479(1) null r Jám 74 w 18334(1} Rhankan 75 Re 186,207(1) Oamlum 76 Os 190,23(3) Iridium 77 lr 192,217(3) Pudná 78 Pt 195,078(2) Zlato 79 Au 198,96655(2) Rtuť 80 200,59^1 Thallium 81 TI 204,3033(2) Olovo 82 Pb 207,2(1) Blsmut 83 Bi 206,90030(2) Polonium 84 Po (208,9024) Astat 85 At (209,9871) Radon 86 Rn (222,0176) Francium 87 Fr (223.0197) Radium 88 Ra (226,0254) 89-102 Aktl-noldy RumtrfHdlum 104 Rf (261,110) Dubnlum 105 Db (262,1144) ftsaborglum 106 (263,1TO) Bohrium 107 Bh (294,12) Haulum 108 Hs (265,1306) Meitnerium 109 Mt (266) Ununnlllurn 110 Uun (269) Unununlum 111 Uuu (272) Ununblum 112 Uub (277) 14. skupina - 4 valenční elektrony konfigurace nS2np2 Prvek /' [kl moľ1] r) b. t. [°C] b. v. [°C] r [pm] C 2,5 1090 2,2 - 3,5 3820 5100 77 Si 1,7 786 2,3 1690 111 C 2 • IQ"2 %; Si 25,7 % Obecné informace • 98,9 % 12C a 1,1 % 13C, stopy 14C (p-zářič) 14N(n, p)14C, T1/2 = 5715 let (datování - radiouhlíková met., do 50 000 • obsah C02 v ovzduší 400 ppm (0,04 %) • 28Si (92 %), 29Si (5 %), 30Si (3 %) Přírodní zdroje: MgC03 - magnesit, CaC03 - vápenec, CaC03-MgC03 -dolomit, Na,CO,.NaHCO,.2H-,0 - trona let) několik krystalových modifikací nejznámější grafit a diamant, v poslední době i fullereny a grafen 390 Atmospheric Carbon Dioxide Measured at Mauna Loa, Hawaii Annual Cycle Jan Apr Jul Oct Jan 380 370 350 340 320 Q. 360 .2 -l-J 330 o O O o 2 Fe + 3 CO Fe203 + 3 C 3Mn304 + 4 Si ■» 5Mn + 4MnSiO. Uhlík vs. Křemík křemík - dostupné d-orbitaly (6 vazeb) vs. uhlík (4 vazby) řetězení uhlíku - jednoduché i násobné vazby (slabé vazby Si-Si, podobně i vazby Si-H (slabé, reaktivní) vs. C-H (stabilní uhlovodíky)) delokalizace 7i-elektronů pouze u uhlíku velmi stabilní vazby Si-0 (kremičitany Si02), i když pevná je i vazba C-0 kremičitany vs. karboxylové kyseliny (u druhého prvku neexistují) - analogické sloučeniny často silně odlišné, např. C02 a SiO Výroba a použití uhlík se vyrábí z přírodních zdrojů (surový - grafit i diamanty uhlí, ropa, fullereny extrakcí ze sazí, grafen např. exfoliací z grafitu) křemík pak např. redukcí uhlíkem Si02 + 2 C -> Si + 2 CO superčistý Si se připr. redukcí K2[SiF6] a následnou zonální tavbou využití má pak především v elektronice grafit se používá jako tuha, elektrody, mazadla, pigmenty, moderátor v JE, diamanty jako drahokamy a průmyslové jako brusivo, fullereny -hudba budoucnosti (transport léčiv, vlákna) Sloučeniny c Sloučeniny grafitu - interkalátové sloučeniny (např. MC8, MC16, C8Br) - vmezeření atomů (alkalické kovy) nebo molekul (halogenidy, napr. FeCI3, BCI3, a jiné sloučeniny) mezi vrstvy uhlíku - zpravidla zvýšení vodivosti oproti grafitu - fluoridy grafitu (CxFy) - „oxidy grafitu" (CxOy) - působením oxidačních činidel (KCI03, KMn04), nevodivý s vrstevnatou strukturou - reakce s oxidačními činidly (např. horká konc. HN03 - kyselina mellitová) Karbidy - binární sloučeniny uhlíku s elektropozitivnějšími prvky - acetylénová lampa aneb „Kape ti na karbid?" CaC2 + 2 H20 > C2H2 (hoří) + Ca(OH). Iontové - nejčastěji acetylidy (soli acetylénu) C = C 2- CaO + 3 C ■» CaC2 + CO Kovalentní - SiC, struktura diamantu, Be2C, AI4C3, B4C Intersticialníkarbidy - často struktura kovu a uhlík je v mezerách mezi atomy kovu- TiC, MoC, VC, V3C Oxidy a sulfidy CO - bezbarvý, bez zápachu, toxický, výborný ligand (hemoglobin) 9 © :C=0: :c=ó: © e :C-0: 2C + O C + CO. o. o III c !Fe- HCOOH + H2S04 2 CO 2 CO CO + H30+ + HS04 C III O ■c=o - nereaguje s H,0 (velmi málo rozpustný), není anhydridem HCOOH ani jiné CO + NaOH > HCOONa CO, — bezbarvý, štiplavý, snadno se zkapalní, sublimuje (-78,5 °C) C + o2 —> co2 o = c = o CaCO CaC03 + 2 HCI ■> CaO + CO. >2 3 ' —~ wa —> CO, + CaCI, + H,0 (lab.) * nejstálejší oxid uhlíku, rozpustný ve vodě, velmi slabé oxidační činidlo • je anhydridem kyseliny uhličité H2C03 - v rovnováze s C02-xH20 - nelze izolovat, celkově slabá kyselina H2C03 H2C03 H CO " > C02•H20 > H+ + HC03-CO32- + H+ Kx = 4,16 • ÍO-7 K. = 4,84 • ÍO"11 uhličitany tvoří většina kovů v oxid. stavech +1 a +11 uhličitany (kromě uhl. alkalických kovů) se před bodem tání rozkládají uhličitany ve vodě reagují silně alkalicky, hydrogenuhličitany slabě zásaditě - oboje se rozkládají účinkem silnějších kyselin (uvolnění C02) HC03~ - ve vodě většinou rozpustné, méně NaHC03 a Ca(HC03)2 C03~ - jen alkal. kovů dobře rozpustné, mimo Li2C03 (málo), nerozp.CaC03 Další oxidy C302 - suboxid uhlíku („anhydrid" kyseliny malonové - (HOOC - CH2 - COOH) C1209 - anhydrid kyseliny mellitové CS • bezbarvá toxická aromatická kapalina, mísí se s org. rozpouštědly, ale ne s vodou • na vzduchu hoří na C02 a S02 C + 2S-> CS. Sloučeniny s halogeny CF, bezbarvý, inertní a těžký plyn SiC + 4 F > CF4 + SiF, CCI bezbarvá, těžká kapalina s vysokým indexem lomu CS2 + 3 Cl2 > CCI4 + S2CI2 • dále existují i CBr4, Cl4 a i směsné halogenderiváty CHnX4_n (CHCI3 chloroform, CH2CI2 - dichlormethan) také vyšší halogenované uhlovodíky př. C2H4CI2 (symetrický či nesymetrický dichlorethan) C2F4 • polymerací vzniká teflon 2CHCI3 + 4HF-> 2CF2CIH-»C2F4 + 2HCI CFnCI4.n - freony • nejedovaté, nereaktivní, vysoká výparná tepla (chladící médium v ledničkách, hnací plyny), ničí ozon CCI4 + n HF > CFnCI4.n + n HCI COCI • bezbarvý, dusivý, silně jedovatý plyn, vzniká reakcí CO a Cl2 • vodou se pomalu rozkládá (v tom spočívá jeho toxicita) • používá se v organické syntéze COCI2 + H20-> C02 + HCI Organické látky • s vodíkem tvoří uhlík velké množství sloučenin - organická chemie CO(NH2)2- močovina -H20 C02 + 2 NH3 > NH4C02NH2-> CO(NH2) 2#2 první uměle připravená organická látka (1773) tvoří bezbarvé krystalky (existuje i CS(NH2)2) HCN bezbarvá kapalina (b. v. = 26 °C), silně jedovatá, je výrazně cítit po hořkých mandlích výborné rozpouštědlo (vysoká permitivita) ve vodném roztoku (dobře rozpustný) je to slabá kyselina, polymeruje (nutné stabilizovat): CH4 + NH3 > HCN + 3 H (1300 °C, Pt - katal., Degussa) • používá se v organické syntéze vyrábí se z něj methylmetakrylát (CH2=C(CH3)COOCH3), acetonitril (CH3CN) a NaCN • alkalické kyanidy jsou rozpustné, jiné ne (Hg(CN)2 - výjimka) • v nadbytku CN" ale často vznikají rozpustné komplexy • CN" důležitý ligand,váže se vždy přes uhlík • [Fe(CN)6]3" a [Fe(CN)6]4" • Kyanidová metoda získávání zlata 8 NaCN + 4 Au + 2H20 + 02 --> 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH (CN)2 - dikyan • bezbarvý toxický plyn, termicky stabilní • v kyslíku hoří plamenem o teplotě 4550 °C (2. nejteplejší po dikyanoacetylenu N=C-OC-ON 4990 °C) • využívá se v organické syntéze (a např. jako stabilizátor nitrocelul 2 Cu2+ + 4 CN"-> 2 Cu(CN)2-> (CN)2 + 2 CuCN (CN)2 + 2 OH > CN" + OCN- + H2 HOCN kys. kyanatá HNCO HCNO izokyanatá fulminová fulmináty především s d-prvky jsou nestálé a explozivní SCN" (thiokynanáty, rhodanidy) - ligand (váže se přes síru i dusík) 8CN" + S8 ON" + S2032" > 8 SCN" ■> SCN" + S032 Důkaz Fe3+ reakcí s SCN": anion pentaaqua-(thiokyanato-N)železitanový (červený) S=C=N° -* ^ °S-C=N Pseudohalogenidy - podobné chování jako halogenidy (stabilní anionty, sloučeniny s podobným chováním, tvorba částic X2) - kyanidy, kyanatany, thiokyanatany, azidy... Sloučeniny křemíku - možnost využití d-orbitalů (křemen, kremičitany) - velká afinita ke kyslíku, vysoká pevnost vazby Si-0 Silicidy • podobají se spíše boridům, než karbidům • stechiometrie M6Si až MSi6 vznikají buď přímou reakcí prvků, či reakcí kovu s SiO SiC • karborundum, brusný materiál, tvrdost 9,5 • vyrábí se reakcí C s SiO. Silany-SinH2n+2(n = l-8) • analogy alkanů, termicky méně stabilní, reaktivnější • vodou se snadno hydrolyzují Mg2Si + 2 HCI Si2H6 + 4 H20 > MgCI2 + směs silanu -> 2 Si02 + 7 H2 SiO • pevná, těžkotavitelná látka, prostorová struktura (srovnej co2) • tetraedr Si04 - základní stavební jednotka Si02 i (hlinito)křemičitanů • jednotlivé modifikace se liší způsobem spojení tetraedrů Si04 • nejznámější krystalové modifikace: křemen, tridymit, cristobalit 867 °C 1470 °C p-křemen p-tridymit p-cristobalit 1713 °C kapalina a-křemei a-tridymit a-cristobalit křemen je opticky aktivní, piezoelektrický materiál, nereaktivní (mimo HF) tavením a následným ztuhnutím vzniká vysoce odolné sklo (malá teplotní roztažnost a chemická netečnost) v přírodě se nachází mírně znečištěný (písek), čirý jako křišťál, či různě zbarvený (záhněda, ametyst, citrín), částečně hydratovaný (opál, chalcedon, achát...) tridymit cristobalit křemen SiS • vodou se rozkládá na Si02 a sulfan • vzniká přímou reakcí prvků • strukturo: hranou spojené tetraedry SiS4 Halogenidy formálně deriváty silanů (buď se silany zcela halogenují či jen částečně) SiF • vyrábí se s Si02 fluorací HF v přítomnosti H2S04 (odstraňuje vznikající vodu) • s vodou pak dává kyselinu hexafluorokřemičitou 3 SiF4 + 2 H20-> 2 [SiF6]2" + 4 H+ + Si02 s hydroxidy vznikají soli této kyseliny zahříváním vzniká SiF4 a MF SiCI4 SiO, + 2 C+ 2 Cl > 2 SiCL + 2 CO SiCI, + 4 H,0-> Si(OH), + 4 HCI využívá se pro přípravu polovodičově čistého Si H4Si04 vzniká hydrolýzou halogenidů či okyselením kremičitanu v roztoku rychle polymeruje - hydrogel, vysušením - aerogel silikagel - velmi porézní amorfní forma Si02 - adsorpční vlastnosti, sušení (lze i z rozpustných kremičitanu) Kremičitany - rozmanité struktury - řetězovité - azbesty (pyroxeny - řetězce a amfiboly - dvojité řetězce), vrstevnaté (jíly), ostrůvkovité... • jsou přítomny v přírodě (nerozpustné), všechny reagují s HF (s jinými jen některé) • rozrušovány roztoky alkal. hydroxidů (i v tavenine včetně uhličitanů) • připravit se dají například tavením Si02 s oxidem alkalického kovu (uhličitanem) -vzniká rozpustné vodní sklo • tavením Si02 s uhličitany alkalických kovů (kovů alkal. zemin) vzniká běžné nerozpustné sklo (molární poměr 6 Si02 + 1 Na2C03 + 1 CaC03) Hlinitokřemičitany - část atomů křemíku je nahrazena hliníkem (max. 50 %) vrstevnatá nebo trojrozměrná struktura živce - neobsahují vodu, odolné, vulkanické horniny (2/3 jsou živce) zeolity - obsahují reverzibilně vázanou vodu - spojené kulovité jednotky, obsahují dutiny spojené kanálky - využití- iontoměniče, molekulová síta (syntetické) ultramaríny-strukturně podobné zeolitům, zbarvené, neobsahují vodu, obsahují katióny i anionty Na12(Al12Si12048).27 H20 (zeolit) Organokřemičité sloučeniny nejznámější jsou siloxany pokud nahradíme můstkové O v siloxanech za NH dostaneme silazany připravují se reakcí R2SiCI2(lineární), RSiCI3 (větvení) a R3SiCI (terminace) s vodou R R R R — Si- - 0 — Si - -0 —Si —R R R R hexamethyldisiloxan (Ch^^Si-O-SKCh^^ hexamethyldisilazan (C^Si-NÍHj-SKCh^ existuje velké množství sloučeniny typu Si(alkyl či aryl)4 které jsou poměrně vysoce stabilní a nereaktivní Toxicita • grafitový nebo uhelný prach může při vdechování způsobit pneumokoniosu - dechové problémy, doprovázené bolestmi hlavy a kašlem nemoc z povolání horníků v uhelných dolech CO vzniká nedokonalým spalováním (výfukové plyny, cigarety, špatné topidla) • na hemoglobin se váže 220x silněji než 02 • otrava se projeví pokud množství karboxyhemoglobinu v krvi překročí 10% • otrava se projeví zejména na srdci a na mozku • lehčí otravy se projevují bolestmi hlavy, bušením krve v hlavě, tlakem na prsou, závratěmi • dostavuje se celková nevolnost, zvracení • často se dostavuje jistý druh opilosti, v tomto stavu se může zvyšovat agresivita a postižený se může dopustit trestného činu • barva kůže se mění na třešňově červenou, což je způsobeno přítomností krve s karboxyhemoglobinem v kapilárách • pokud je dotyčný přenesen na čerstvý vzduch, dojde k rychlému zotavení CO, toxické účinky oxidu uhličitého se objevují již při obsahu 2% ve vzduchu, při obsahu nad 5% tělo nestačí oxid uhličitý ventilovat ven a dochází tedy k jeho hromadění v těle tlumí centrální nervovou soustavu a dýchací centrum, objevují se bolesti hlavy při vdechování vzduchu o koncentracích větších než 20 % nastává smrt zástavou dechu v průběhu několika sekund (Psí jeskyně, burčák) COCI2 • kašel, bolesti břicha, pocit žízně, modrání koncových částí těla (cyanosa), vědomí však zůstává neporušené • vážnější otravy vedou k edému plic a k smrti CS působí narkotický a poškozuje nervovou soustavu poškozuje paměť a vyvolává známky schizofrenie, melancholie a parkinsonismu oslabuje sexuální potenci, vyvolává chudokrevnost a poruchy srdečního svalu HCN toxický je i CN~ - uvolňování ze sloučenin (z komplexních méně) • po průniku do buňky velmi rychle reaguje s trojmocným železem cytochromoxidasy dýchacího řetězce v mitochondriích • je tak zablokován přenos elektronu na molekulární kyslík, který tak nemůže být využit pro oxidační pochody • vzhledem k tomu, že tkáně nemohou zpracovávat kyslík, obsahuje i žilní krev mnoho oxyhemoglobinu a je tudíž světle červená • po inhalaci par HCN nastává smrt za několik sekund • LD50(HCN) = 50 mg; LD50(NaCN) = 200 mg • příznaky při otravě kyanidy jsou únava, bolesti hlavy, hučení v uších a nevolnost, barva kůže je růžová smrt nastává jako důsledek nedostatku kyslíku v životně důležitých centrech v prodloužené míše jako protijed se podává - amylnitrit (vazodilatátor) a thiosíran sodný (přeměna kyanidů na thiokyanáty), případně je nutno dodat dostatečné množství železitých iontů, aby se zrušila vazba kyanidů na cytochromoxidasu, či jiné způsoby oxidace Fe2+ na Fe3+ přímo v těle Si Si02 vytrvalé vdechování prachu oxidu křemičitého, případně křemičitanů, vede k onemocnění plic, zvanému silikosa jde o vazivovou přestavbu plic, jejíž důsledkem je méně efektivní dýchání jde o chorobu z povolání u horníků v dolech a kamenolomech, dělníků v sklářství, stavebnictví atp. Azbest vláknitými kremičitany, především vápenatými • vdechování jeho drobných vláken vede k onemocnění plic, zvanému azbestosa (horší než silikosa) • může vyvolávat nádory na plicích, ale též rakovinu jiných orgánů používání azbestu se proto dnes omezuje.