Prvky IV.A skupiny

Výskyt, vlastnosti a využití

uhlíku, křemíku a germania

Základní charakteristika skupiny

IV.A skupina, tetrely

uhlík (C), křemík (Si), germanium (Ge), cín

(Sn), olovo (Pb)

Co Si, Gertrudo, Snědla? Plombu.

4 valenční elektrony, el.konf. ns2np2

ox.čísla II, IV, -IV

C – nekov, Si a Ge – polokovy, Sn a Pb -

kovy

UHLÍK

znám od pravěku (dřevěné uhlí, saze, později

tuha, diamant)

výskyt: volný (tuha, diamant)

vázaný

uhličitany (CaCO3 – kalcit, MgCO3 –

magnezit)

CO2, uhlí, zemní plyn, ropa

BIOGENNÍ PRVEK – rostliny,

živočichové

Tuha (grafit)

vrstevnatá struktura

ve vrstvě – kovalentní

vazby (hybridizace sp2)

mezi vrstvami van der

Waalsovy síly – slabé

tuhou lze psát

vede el.proud –

elektrody

tavící kelímky a

grafitová mazadla Víte, že …v Českém Krumlově

můžete sfárat do grafitového

dolu? obr.1

Diamant

každý atom uhlíku

kovalentně vázán se

čtyřmi dalšími atomy

(hybridizace sp3)

nejtvrdší nerost

klenotnictví

brusný a řezný materiál

(na sklo a keramiku) VÍTE, ŽE… v ČR nalezeny

všeho všudy jen dva diamanty?

obr.2

Další formy uhlíku - UHLÍ

Jaké druhy uhlí znáte?

Jaké je použití uhlí?

Co je to karbonizace uhlí? A jaké produkty při

karbonizaci získáme?

Jaký je rozdíl mezi svítiplynem,

generátorovým plynem a vodním plynem?

DRUHY UHLÍ

Antracit – 90% uhlíku, vznik: prvohory, černá, lesklá

barva, největší výhřevnost

Černé uhlí – 75-90% uhlíku, vznik: prvohory, využití:

koksování, v ČR: Ostrava, Kladno

Hnědé uhlí – 65-75% uhlíku, vznik: třetihory, využití:

tepelné elektrárny (POZOR – vznik SO2)

Lignit – obsah uhlíku < 65%, nejmladší a nejméně

kvalitní uhlí

Rašelina – zuhelnatělé zbytky odumřelých rostlin, 55-

60% uhlíku

Hořlavé břidlice – 60-75% uhlíku, nevelké využití

KARBONIZACE (zuhelnatění) UHLÍ

tepelný rozklad uhlí za nepřístupu vzduchu

produkty:

plynné – svítiplyn neboli koksárenský plyn

(obs. H2, CH4 a další uhlovodíky, CO) –

využití dříve jako palivo v domácnostech

kapalné – černouhelný dehet – zdroj

aromatických uhlovodíků

pevné – koks – obs. > 90% uhlíku, velká

výhřevnost, redukce železa

Výroba generátorového plynu

generátorový plyn obs. 25% CO a 70% N2 ze

vzduchu

vyrábí se nedokonalým spalováním uhlí ve

spec. pecích – generátorech

využití: hutnictví

Výroba vodního plynu

přes rozžhavené uhlí se vede vodní pára

obs. CO a H2

využití: palivo, v chemickém průmyslu při

různých syntézách

Další formy uhlíku - SAZE

jemně rozptýlený uhlík

využití:

plnivo při výrobě pneumatik, pryže, plastů (např.

gramofonových desek)

pigment pro výrobu tiskařské černě, tuše, barev

v potravinách (E153 – rostlinná čerň, lékořicové

bonbony, pendreky)

obr. 3

Aktivní uhlí (živočišné)

vzniká karbonizací organických zbytků (např.

krve, kokosových skořápek)

vlastnosti: díky velkému povrchu absorbuje

škodlivé látky

využití: lék při průjmu či otravách, filtr v

plynových maskách nebo digestořích

obr.4 obr.5

FULLERENY

nejstabilnější obsahují 60

atomů uhlíku

vyrábí se zahřátím grafitu na

vysokou teplotu

vynikají supravodivostí

za objev a studium vlastností

fullerenů byla v roce 1996

udělena Nobelova cena

obr.6

GRAFEN

tvořen jednou či několika

málo vrstvami rovinné sítě

vzájemně propojených

atomů uhlíku uspořádaných

do tvaru šestiúhelníků

(hybridizace sp2)

jedná se vlastně o strukturní

součást grafitu

využití: elektronické a

optické aplikace

za objev udělena Nobelova

cena za fyziku v r. 2010

obr.7

NANOTRUBICE, NANOVLÁKNA

uměle vyrobené

mikroskopické trubičky

složené z válcově svinuté

vrstvy grafenu o průměru

pouhých několika (1 - 100)

nanometrů

využití od elektroniky po

medicínu

zatím nevíme přesně, jaký

vliv to bude mít na životní

prostředí či naše zdraví

obr.8

Křemík

sloučeniny známy velmi dávno, výroba skla

objev prvku v 19.stol.

2. nejrozšířenější prvek zemské kůry

výskyt pouze vázaný ve sloučeninách

(křemičitany, hlinitokřemičitany, křemen)

obr.9, 10

Křemík - využití

výroba polovodičových součástek, solárních

panelů, počítačových čipů

obsažen ve slitinách (ferrosilicium)

sloučeniny křemíku se používají na výrobu

skla, ale i jako přídatné látky v potravinách

(E551- jemný SiO2 – protispékavá látka v

čokoládě, koření, instantní kávě, čaji,

abraziva – obrušující látky v zubní pastě)

silikony – tmely, vazelíny, kaučuky

Germanium

objeveno Němcem Clemensem Winklerem r.1886, ale jeho existenci předpověděl D.I. Mendělejev již o 15 let dříve (ekasilicium)

minerály jsou vzácné, př. germanit (Cu26Ge4Fe4S32)

využití recyklace

obr.11

Germanium - využití

polovodičové součástky

optické systémy (širokoúhlé objektivy

fotoaparátorů a kamer, termovizní kamery –

nepotřebují osvětlení, noktovizory – pracují

se zbytkovým světlem, např. hvězdy, měsíc)

obr. 12

Zdroje

Anorganická chemie. Liberec, 1999. Učební text. Podještědské gymnázium

BÁRTA, Milan. Chemické prvky kolem nás: [pro úspěšný start studia chemie]. 1. vyd. Ilustrace Tomáš Profant. Brno: Edika, 2012, 112 s. ISBN 978-802-6600-978

BRÁNECKÁ, MGR, Jana. Http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/uhlik0.html. [online]. 27. listopadu 2010 [cit. 2013-01-03]. Dostupné z: http://www.zschemie.euweb.cz/index.html

Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Uhlík [online]. c2013 [citováno 3. 01. 2013]. Dostupný z WWW: http://cs.wikipedia.org/w/index.php?title=Uhl%C3%ADk&oldid=9511716

obr.1:Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Graphit_gitter.png. [online]. [cit. 2013-01-03]. Dostupné z http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/5/50/Graphit_gitter.png

Zdroje

obr.2:Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Diamond_Cubic-

F_lattice_animation.gif. [online]. [cit. 2013-01-03]. Dostupné z:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/22/Diamond_Cubic-

F_lattice_animation.gif

obr.3:Http://www.facebook.com/pages/Pendreky-v-cukru-a-

L%C3%A9korky/56045044210. [online]. [cit. 2013-01-03]. Dostupné z:

http://sphotos-b.ak.fbcdn.net/hphotos-ak-

ash4/2575_56045089210_6559847_n.jpg

obr.4:Http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/uhlik3.html. [online]. [cit.

2013-01-03]. Dostupné z:

http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/maska.jpg

obr.5:Http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/uhlik3.html. [online]. [cit.

2013-01-03]. Dostupné z:

http://www.zschemie.euweb.cz/uhlik/carbofit.jpg

Zdroje:

obr.6:Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Buckminsterfullerene_animate

d.gif. [online]. [cit. 2013-01-03]. Dostupné z:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/3/3b/Buckminsterfullere

ne_animated.gif

obr.7:Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Graphene_xyz.jpg. [online].

[cit. 2013-01-03]. Dostupné z:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/2/26/Graphene_xyz.jpg

obr.8:Http://cs.wikipedia.org/wiki/Soubor:Kohlenstoffnanoroehre_Anima

tion.gif. [online]. [cit. 2013-01-03]. Dostupné z:

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/76/Kohlenstoffnanoro

ehre_Animation.gif

obr.9:Http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/nerudy/k%C5%99i%C5%A1

%C5%A5%C3%A1l%2001_resize.JPG. [online]. 24.1.2011 [cit. 2013-

01-06]. Dostupné z:

http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/nerudy/k%C5%99emen.html

Zdroje:

obr.10:Http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/nerudy/ametyst%2001_res

ize.JPG. [online]. 24.1.2011 [cit. 2013-01-06]. Dostupné z:

http://geologie.vsb.cz/loziska/loziska/nerudy/k%C5%99emen.html

obr.11:Http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Germanite.

jpg. [online]. 6.1.2013 [cit. 2013-01-06]. Dostupné z:

http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Germanite.jpg&filetimest

amp=20091231071721

obr.12:Http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/33/Nac

htsichtgeraet.jpg/220px-Nachtsichtgeraet.jpg. [online]. 4.12.2012 [cit.

2013-01-06]. Dostupné z: http://cs.wikipedia.org/wiki/Noktovizor

jméno autora Daniela Horáková

název projektu Informatika a digitální technika

číslo projektu CZ.1.07/1.5.00/34.0158

číslo šablony III/2 Inovace výuky pomocí ICT

předmět chemie / sexta

pořadové číslo

DUM 13

datum 8.1.2013

název DUM Výskyt, vlastnosti a využití uhlíku, křemíku a germania

metodická

poznámka k

využití

Výuková prezentace Výskyt, vlastnosti a využití uhlíku, křemíku a

germania je určena pro frontální výuku s celou třídou. Doplněno

obrázky. Vhodné pro vyšší gymnázium.