+ All Categories
Home > Documents > Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

Date post: 15-Mar-2016
Category:
Upload: noah-valencia
View: 196 times
Download: 3 times
Share this document with a friend
Description:
Chalkogeny – prvky VI.A skupiny. charakteristika: nekovy: kyslík, síra, polokovy: selen, telur, kov: polonium p – prvky - valenční elektrony mají v orbitalech s a p a to celkem 6 val. elektronů elektronegativita jejich atomů roste od polonia ke kyslíku - PowerPoint PPT Presentation
72
Chalkogeny – prvky VI.A skupiny charakteristika: nekovy: kyslík, síra, polokovy: selen, telur, kov: polonium p – prvky - valenční elektrony mají v orbitalech s a p a to celkem 6 val. elektronů elektronegativita jejich atomů roste od polonia ke kyslíku v přírodě čisté, ale i v minerálech nebo horninách jejich atomy reaktivní, do oktetu jim chybí pouze 2 elektrony, které získávají od atomu prvku se kterým vstupují do vazby
Transcript
Page 1: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• charakteristika:

• nekovy: kyslík, síra, polokovy: selen, telur, kov: polonium

• p – prvky - valenční elektrony mají v orbitalech s a p a to celkem 6 val. elektronů

• elektronegativita jejich atomů roste od polonia ke kyslíku

• v přírodě čisté, ale i v minerálech nebo horninách• jejich atomy reaktivní, do oktetu jim chybí pouze 2

elektrony, které získávají od atomu prvku se kterým vstupují do vazby

Page 2: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

kyslík (8O)

• výskyt:

• nejrozšířenější prvek na Zemi • volný prvek O2, případně jako ozon O3 • O2 v zemské atmosféře tvoří 20,948 objemových

procent • slané, sladké vody• fotosyntéza u zelených rostlinami začala asi před 2 500 000 000 let • obsah O2 v atmosféře dosáhl před 800 000 000 let asi 2% současného stavu a před 580 000 000 let asi 20% současného

obsahu v atmosféře

• ve sloučeninách ( jako voda a jako složka většiny hornin, minerálů a půd )

• biogenní prvek – v tělech rostlin a živočichů

Page 3: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• laboratorní příprava:

• katalytickým rozkladem peroxidu vodíku pomocí poplatinované niklové folie

2 H2O2 → O2 + 2H2O, Pt / Ni

• tepelným rozkladem některých solí kyslíkatých kyselin2KClO3 → 2KCl + 3O2

• reakce probíhá za teploty 400 - 500 °C

Page 4: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• nejlepší metodou pro získání velmi čistého kyslíku je však tepelný rozklad manganistanu draselného ve vakuu

• reakce probíhá při 215 až 235 °C

• 2KMnO4 → K2MnO4 + MnO2 + O2

• průmyslová výroba:

• frakční destilací zkapalněného vzduchu při teplotách okolo -183 °C

Page 5: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• fyzikální vlastnosti:

• plyn bez barvy, zápachu a chuti, lehčí než vzduch• tuhý a kapalný kyslík mají modrou barvu

• tvoří tři stabilní izotopy z nichž výrazně převládá 16O, který tvoří více než 99,73 hmotnostních %, ostatní, velmi vzácné izotopy jsou 17O a 18O

• dopravuje se podobně jako vodík v ocelových bombách, označených modrým pruhem, stlačený na 15 MPa

• existuje i atomární kyslík, vzniká elektrickým výbojem

Page 7: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• chemické vlastnosti:

• extrémně reaktivní plyn • přímo oxiduje mnoho prvků, buď při normální nebo

při zvýšené teplotě • oxidační čísla v izolovatelných sloučeninách mohou mít hodnoty +1/2,

0, -1/3, -1/2, -1 a -2

Page 8: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

ozón

• nestálý namodralý plyn s ostrým zápachem, podle kterého byl poprvé zjištěn a podle kterého (z řeckého ozein = čichat, páchnout) jej pojmenoval v roce 1840 C. F. Schőnbein

• cítíme jej při koncentraci 0,003 ppm, při koncentraci vyšší než 0,15 ppm způsobuje dýchací obtíže

• při -111, 9°C kondenzuje na tmavomodrou kapalinu, při -192, 5°C černofialová pevná látka

Page 9: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• připravuje se ze stlačeného a zchlazeného vzduchu nebo z kyslíku elektrickým výbojem

• užívá se ke sterilizaci potravin a k desinfekci vody, k odstraňování pachů, k bělení papíru

• silné oxidační vlastnosti

• absorbuje UV záření - chrání povrch Země před intenzivním UV zářením Slunce

Page 11: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

atomární kyslík

• příprava - působením elektrického výboje na O2 za sníženého tlaku

• reaktivnější než O2

Page 12: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• využití dikyslíku:

• autogenní sváření a řezání kovů • dýchací přístroje a kyslíkové stany • inhalace při otravách • tavení železných a neželezných kovů • v kapalném stavu pro pohon raket a kosmických lodí

Page 13: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 14: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 15: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• sloučeniny:

• voda • ve třech skupenstvích,v krystalech ledu a v kapalné

vodě jsou molekuly vody vázány vodíkovými můstky, mezi molekulami vodní páry vodík. můstky nejsou

• obsažená v hydrátech solí (např. FeSO4·7 H2O, CuSO4·5H2O)

Page 16: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• polární rozpouštědlo, rozpouští polární látky• bod varu vyšší, než odpovídá molární hmotnosti (způsobeno

vodíkovými můstky mezi molekulami vody)

Page 17: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• voda se podle přítomnosti minerálních látek dělí na:a) měkkou – s minimálním obsahem rozpuštěných solí b) tvrdou • rozlišujeme:a) dočasnou tvrdost, která je způsobena

hydrogenuhličitanovými anionty, např. hydrogenuhličitanem vápenatým, který se ve vodě rozpouští a dá se odstranit varem, vznikne z něj nerozpustný uhličitan vápenatý – tzv. kotelní kámen

• 2(HCO3)- → (CO3)2- + H2O + CO2

Page 18: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• trvalá tvrdost je způsobena sírany hořečnatými a vápenatými, které se ve vodě nerozpouští

• dá se odstranit sodou (Na2CO3) nebo pomocí iontoměničů:

• Ca 2+ + Na2CO3 → CaCO3↓ + 2Na+

Page 19: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• peroxid vodíku

• poprvé připraven v roce 1818 J. L. Thenardem reakcí kyseliny sírové s peroxidem barnatým a odpařením nadbytečné vody za sníženého tlaku:BaO2 + H2SO4 → BaSO4↓ + H2O2(aq)

• průmyslově se vyrábí autooxidací 2-ethylantrachinolu (30%)

• bezbarvá kapalina • méně těkavá než voda • má větší hustotu a viskozitu než voda

Page 20: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

peroxid vodíku – 3%, 12%, 30 %

Page 21: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• rozkládá se:2H2O2(l) → 2H2O(l) + O2(g)

inhibitor: močovina, kys. fosforečnákatalyzátor: oxid manganičitý, stříbro, platina

• využití:• oxidační i redukční činidlo, dezinfekce

Page 22: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• oxidy • s výjimkou vzácných plynů jsou známé oxidy všech prvků periodické

tabulky • vlastnosti oxidů se mění v širokém rozmezí - od nesnadno

kondenzovatelných plynů, jako je např.: oxid uhelnatý (teplota varu -191,5 °C) až po netěkavé, těžkotavitelné oxidy, např.: oxid zirkoničitý (teplota varu 4850 °C)

• z chemického hlediska dělíme oxidy na několik podskupin:

Page 23: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kyselé: většinou oxidy nekovů (CO2, SO2, NO2), pokud jsou ve vodě rozpustné, tak s ní reagují za vzniku kyselin

• bazické: oxidy elektropozitivních prvků (Na2O, CaO)

• amfoterní: oxidy méně elektropozitivních prvků (BeO, ZnO, Al2O3)

• neutrální: oxidy, které nereagují s vodou ani s vodnými roztoky kyselin nebo hydroxidů (CO, N2O)

Page 24: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• z hlediska vodivosti:

• výborné isolanty (např. MgO) • polovodiče (např. NiO) • dobré vodiče (např.ReO3)

Page 25: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

síra (16S)

• historie:

• Síru znali již staří Řekové a Římané, od legendárního zničení Sodomy a Gomory sirným deštěm, až k nedávnému objevu, že síra spolu s kyselinou sírovou je hlavní složkou atmosféry planety Venuše. Egypťané znali síru již od 16. století před naším letopočtem a o použití hořící síry k desinfekci se lze dočíst i v Homérově Odysseji. V roce 1245 objevil Friar Bacon střelný prach, který se skládal z ledku, práškovitého dřevěného uhlí a síry. Poprvé byl použit v bitvě u Kresčaku. V roce 1746 zavedl John Roebuck výrobu kyseliny sírové v Anglii.

Page 26: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• výskyt:

• čistá síra v sirných dolech (USA, Mexiko) • sulfan v ropě, zemním plynu • sulfidické minerály např.: pyrit, galenit, sfalerit,

rumělka, sádrovec

Page 27: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

krystaly kosočtverečné síry

Page 28: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

nosiči síry - Indonésie

Page 29: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

síra - Vesuv

Page 30: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• průmyslová výroba:

• v první polovině 20. století – metodou vyvinutou H. Fraschem – vháněním přehřáté vodní páry do ložisek síry a vytlačováním zkapalněné síry horkým vzduchem na povrch

• ze zemního plynu, který obsahuje 15 - 20% sulfanu a z ropy

Page 31: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• fyzikální vlastnosti:

• síra má 4 stabilní izotopy 32S, 33S, 34S a 36S • žlutá látka nerozpustná ve vodě • dobře rozpustná např. v ethanolu• dobrý tepelný a elektrický izolant • vyskytuje se v několika formách:

Page 32: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kosočtverečná síra, která je stálá při laboratorní teplotě

• jednoklonná síra, která vzniká z kosočtverečné síry při teplotě 95 C • obě tyto formy mají v krystalech cyklické osmiatomové molekuly

• zahříváním jednoklonné síry nad 119°C připravíme tzv. kapalnou síru (hustá, viskózní kapalina), jejímž dalším zahříváním vznikají hnědé páry síry

• prudkým ochlazením těchto par vzniká sirný květ, který má podobu žlutého prášku

• při prudkém ochlazení kapalné síry dostaneme síru plastickou, která však není stálá a postupně přechází na modifikaci kosočtverečnou

• molekuly plastické síry vytvářejí dlouhé polymerní řetězce, které jsou také příčinnou její plastičnosti

Page 33: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• chemické vlastnosti:

• síra hoří na vzduchu modrým plamenem za vzniku oxidu siřičitého a v malém množství i oxidu sírového

• reaguje s kyselinami, které mají oxidační vlastnosti:S + 2HNO3 → H2SO4 + 2NO

• reakcí s hydroxidy vzniká thiosíran a sulfid:4S + 6KOH → K2S2O3 + 2K2S + 3H2O

Page 34: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• využití:

• vulkanizace kaučuku • výroba oxidu siřičitého • výroba kyseliny sírové • insekticidy, fungicidy, léčiva např. na kožní

onemocnění

Page 35: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• sloučeniny:

• sulfan

– bezbarvý, nepříjemně páchnoucí plyn, velmi jedovatý,v sopečných plynech, v minerálních vodách, při rozkladu bílkovin

– příprava - působením kyselin na sulfidy:FeS + 2HCl → FeCl2 + H2S

Page 36: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• plynný H2S na vzduch hoří namodralým plamenem za vzniku oxidu siřičitého a vody:H2S + 3/2O2 → SO2 + H2O

• sulfan reaguje s vodou za vzniku kyseliny sulfanové • dvojsytná kyselina, která existuje pouze ve vodném

roztoku– tvoří dva druhy solí: sulfidy a hydrogensulfidy

Page 37: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• sulfidy alkalických kovů a kovů alkalických zemin jsou rozpustné ve vodě, sulfidy těžkých kovů jsou nerozpustné a většinou barevné

• oxidy • 13 oxidů síry

Page 38: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

oxid siřičitý

• vyrábí se spalováním síry nebo sulfanu:S + O2 → SO2H2S + 3/2 O2 → SO2 + H2O

• vzniká při spalování uhlí obsahující síru (znečišťování ovzduší)

• bezbarvý jedovatý plyn, dusivého zápachu• dobře rozpustný ve vodě, reakcí s vodou vzniká

vodný roztok „kyseliny siřičité“ • oxiduje se na oxid sírový:

SO2 + 1/2O2 → SO3 (katalyzátor Pt nebo V2O5)

Page 39: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• využití: – výroba kyseliny sírové – bělící činidlo – např. recyklovaného papíru (výroba

novin )– dezinfekční činidlo (vinařství) – konzervační činidlo v potravinářském průmyslu

(výroba marmelád, sušeného ovoce, nealko nápojů)

Page 40: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• oxid sírový

• připravuje se oxidací oxidu siřičitého:2SO2 + O2 → 2SO3 ( katalyzátor Pt nebo V2O5 )

• meziprodukt při výrobě kyseliny sírové• s vodou reaguje za vzniku kyseliny sírové, s

organickými látkami dochází k extrakci vody a k zuhelnatění organického materiálu

Page 41: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kyselina siřičitá

– příprava - zaváděním oxidu siřičitého do vody:SO2 + H2O → H2SO3

– pouze jako vodný roztok– silné redukční činidlo – tvoří dvě řady solí: siřičitany a hydrogensiřičitany

Page 42: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kyselina sírová • bezbarvá olejovitá kapalina, neomezeně se mísí s

vodou, je oxidačním činidlem, má dehydratační účinky – odebírá látkám vodu, zuhelnaťuje organické látky

• má vysokou elektrickou vodivost – způsobenou autoprotolýzou:

2H2SO4 → (HSO4)- + (H3SO4)+

Page 43: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• zředěná kyselina oxiduje a rozpouští neušlechtilé kovy za vývoje vodíku:

H2SO4 + Zn → ZnSO4 + H2

• horká koncentrovaná kyselina oxiduje a rozpouští některé ušlechtilé kovy:

Cu + 2H2SO4 → CuSO4 + SO2 + 2H2O • zlato,platina,olovo účinkům konc. H2SO4 odolává

Page 44: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• využití:

– výroba hnojiv – elektrolyt do akumulátorů

Page 45: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• tvoří dvě řady solí – sírany – hydrogensírany

Page 46: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• výroba:

– kontaktní způsob

– spalování síry:• S + O2 → SO2

– směs oxidu siřičitého a vzduchu prochází přes oxid vanadičný – žlutočerná pevná látka, která je katalyzátorem, reakce probíhá za teploty cca 450 C:

– oxid vanadičný se vratně rozkládá na oxid vanidičitý a na kyslík, který reaguje s oxidem siřičitým:

• 2SO2 + O2 → 2SO3

– oxid sírový je rozpouštěn v konc. kyselině sírové, vzniká oleum – hustá,dýmavá kapalina, která se ředí vodou na požadovanou koncentraci kyseliny sírové:

• SO3 + konc. H2SO4 → H2S2O7

Page 47: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

kyselina sírová používaná do akumulátorů v automobilech

Page 49: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 50: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 51: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 52: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

likvidace úniku kyseliny sírové

Page 53: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• sírany

– příprava • rozpouštěním kovu ve vodném roztoku kyseliny:

Fe + H2SO4 → FeSO4 + H2

• reakcí kyseliny s oxidy nebo hydroxidy kovů:2NaOH + H2SO4 → Na2SO4 + 2H2OZnO + H2SO4 → ZnSO4 + H2O

– většina síranů je ve vodě dobře rozpustná, jsou to krystalické látky

Page 54: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kyselina peroxodisírová

– bezbarvá pevná látka – soli: peroxodisírany - oxidační a bělící činidla

Page 55: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kyselina thiosírová • nestálá látka• soli: thiosírany

– silnější oxidační činidla oxidují thiosíran až na hydrogensíran:(S2O3)2- + 4Cl2 + 5H2O → 2(HSO4)- + 8HCl

– tato reakce se využívá při odstraňování přebytku chlóru z vlákna při průmyslovém bělení

• hydratovaný thiosíran sodný (Na2S2O3 · 10H2O) – bílá krystalická látka – snadno rozpustná ve vodě

Page 56: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• kyselina peroxosírová (Carova)

– silná jednosytná kyselina – bezbarvá krystalická látka

Page 57: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

selen (34 Se)

• výskyt:

• ve formě minerálů, tyto minerály se vyskytují v přírodě společně s minerály obsahujícími síru

Page 58: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• fyzikální vlastnosti: • polokov,pevná krystalická látka,v různých formách,

např. šedý, černý nebo červený selen, nerozpustný ve vodě – 3 červené monoklinické polymorfní formy červený selen (alfa, beta,

gama), z kruhů Se8– šedá „kovová“ - hexagonální krystalická forma – červený amorfní - spirálové poněkud deformované řetězce – sklovitý černý selen - nejdostupnější modifikace, má strukturu

složenou z kruhů, které obsahují až tisíc atomů v jednom kruhu

Page 59: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• v roce 1957 zjištěno, že selen má v organizmu lidí a zvířat esenciální význam pro tvorbu enzymu glutathionperoxidázy

• tento enzym katalyzuje reakce, ve kterých jsou likvidovány volné radikály různých látek v organismu

• volný radikál je atom nebo molekula látky, které obsahují jeden nebo více nespárovaných elektronů

• volné radikály látek působí destruktivně např. na membrány buněk v těle apod.

• nejvíce selenu obsahují mořské ryby a para ořechy

Page 60: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 61: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• využití:

• výroba fotočlánků – ve fotočlánku jsou atomy selenu schopny uvolňovat elektrony po ozáření viditelným světlem, fotočlánek se tak stává zdrojem el. energie

• fotočlánky se využívají v solárních panelech, v kopírkách

• selen se také využívá pro výrobu světlocitlivého válce v laserových tiskárnách

Page 62: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

Od roku 1998 obíhá na oběžné dráze ve výšce

kolem 400 km mezinárodní vědecká stanice ISS.

Page 63: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny
Page 64: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

elektrárna využívající solární panely (Bavorsko)

Page 65: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

laserová tiskárna

Page 66: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

polonium (84 Po)

• historie:

• Marie Curie-Sklodowská v roce 1898 izolovala dva prvky ze smolince, jeden prvek pojmenovala podle své vlasti polonium, druhý podle vlastnosti (radioaktivity) radium

• za tento objev získala v roce 1911 Nobelovu cenu za chemii

• výskyt:

• polonium se vzhledem ke svému krátkému poločasu rozpadu v přírodě téměř nevyskytuje

• v přírodě v uranových rudách se vyskytuje pouze izotop 210Po• 210Po je těkavé, má krátký poločas rozpadu, takže uranové rudy jej obsahují pouze 0,1 mg

v 1 t rudy

Page 67: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

smolinec – obsahuje oxid uraničitý

Page 68: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• průmyslová výroba:

• prakticky veškeré znalosti o fyzikálních a chemických vlastnostech tohoto prvku byly získány studiem izotopu 210Po, který se nejsnadněji připraví v jaderném reaktoru bombardováním 209Bi neutrony:

• 209Bi(n; γ) → 210Bi →(β) 210Po →(α) 206Pb

Page 69: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• fyzikální vlastnosti:

• kovový prvek • tvoří stříbřité bílé krystaly • větší elektrická vodivost než u telluru • nemá žádný stabilní izotop

Page 70: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

vzorek polonia

Page 71: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• chemické vlastnosti:

• všechny sloučeniny polonia by měly být považovány za potencionálně toxické

• usazuje se v ledvinách, slezině a játrech a již v nepatrných koncentracích

způsobují bolesti hlavy, nevolnosti, zvracení a podráždění sliznic; maximálně povolená dávka nejběžnějšího izotopu 210Po pro lidské tělo je 7.10-12 g

• koncentrace sloučenin polonia ve vzduchu musí být nižší než 4·10 -11 mg·m-3

Page 72: Chalkogeny – prvky VI.A skupiny

• využití:• je to téměř čistý zářič α


Recommended