VLASTNOSTI POLOKOV Ů A NEKOVŮ

Datum (období) tvorby: 25. 10. 2012

Ročník: osmý

Autor: Mgr. Stanislava Bubíková

Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Částicové složení látek a chemické prvky

1Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Anotace:Žáci se seznámí dělením prvků na kovy, polokovy a nekovy. V rámci tohoto modulu žáci rozdělí nekovy podle skupenství a podle jejich zařazení do skupin PSP. Popíší vlastnosti nekovů a polokovů, vyjmenují nejznámější z nich a přiřadí k nim jejich použití.

2Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Vlastnosti• nekovy

• plyny, kapaliny, pevné látky

• v PSP umístěny vpravo nahoře– Výjimkou je vodík

• vysoká elektronegativita

• tvoří iontovou vazbu– s elektropozitivními prvky

– a kovalentní vazbu s ostatními prvky

• tvoří kyselinotvorné oxidy

• izolanty– špatně vedou elektrický proud a

teplo

• polokovy

• pevné látky

• v PSP tvoří předěl mezi kovy a nekovy (úhlopříčka)

• tvoří amfoterní oxidy

• malá vodivost– polovodiče (B, Si, Ge)

• křehké, nejsou kujné

• výroba polovodičů

Obr. č. 1: Polovodiče [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg

3

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Umístění v PSP

� polokovy – B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, At

� nekovy – H, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, O, S, N, P, C

4

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 2: Dělení PSP [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.png

34

Se

Nekovy• rozdělení podle skupenství:

• plyny– H, O, N, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

• kapalina– Br

• pevné látky– C, P, S, I

Obr. č. 4: Vzácné plyny [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glowing_noble_gases.jpg5

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 3: Brom [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brom_amp.jpg

• rozdělení podle skupin PSP:

• prvky 1., 14., 15. a 16. skupiny

– H, C, N, P, O, S

• halogeny (17. skupina)– F, Cl, Br, I

• vzácné plyny (18. skupina)– , He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn

Uhlík• přírodní modifikace:

– grafit (tuha)

• šedý, měkký (tvrdost 1-2)

• struktura: vrstvy šestiúhelníků (šesterečná soustava)

• vede elektrický proud

• vysoká teplotní odolnost (tv = 4 027 °C)

• použití: těsnění, mazání, tužky, elektrody

– diamant

• bezbarvý, nejtvrdší přírodní látka (tvrdost 10)

• struktura: krychlová soustava

• nevede elektrický proud

• výborná tepelná vodivost

• použití: řezání, vrtání, šperky

Obr. č. 6: Diamant [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamond_Cubic-F_lattice_animation.gif

6

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 5: Grafit [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphit_gitter.png

Syntetický uhlík– grafen

• objev v roce 2004 (Nobelova cena 2010)

• struktura: jedna nebo několik vrstev šestiúhelníků

• vede elektrický proud a teplo

• propustný pro světlo, velmi pevný– použití: nanotechnologie, výroba elektroniky,

fotovoltaických panelů

– fulleren

• sférický tvar z vrstvy grafenu – šestiúhelníky (s vloženými pětiúhelníky)

• mimořádně odolný, tvrdší než diamant

• struktura: nejčastěji obsahuje 60 atomů

– uhlíkové nanotrubice

• z vrstvy grafenu (průměr 1 – 100 nm; délka 100 μm)

• použití: nanotechnologie (možná zdravotní rizika)

– amorfní uhlík – aktivní uhlí

• lékařství, náplně filtrů

Obr. č. 8: Fulleren [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Buckminsterfullerene_animated.gif

7

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 7: Grafen [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphen.jpg

Obr. č. 9: Nanotrubice[10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Types_of_Carbon_Nanotubes.png

Dusík• tvoří 78 % atmosféry, biogenní prvek

– bezbarvý netoxický inertní plyn

• výroba: rektifikací kapalného vzduchu

• použití: – výroba amoniaku, kyseliny dusičné, hnojiv, výbušnin

– plynný dusík - inertní atmosféra, plnění obalů

– kapalný dusík – kryogenní procesy, chlazení polovodičů, nekrotizace bradavic

Obr. č. 10: Dusík [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg

8

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 12: Bradavice [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Toe_plantar_wart_0147.JPG

Obr. č. 11: Dusík [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitrogen-glow.jpg

Fosfor• pevná látka, biogenní prvek

– tři modifikace (bílý, červený a černý fosfor)

– bílý fosfor• tvořen tetraedry P4

• jedovatý, měkký, na vzduchu samozápalný, světélkuje, uchovává se pod vodou

• použití - pyrotechnika, zápalná munice, jed na krysy, chemická zbraň

– červený fosfor• polymer, na vzduchu stálý, zvýšením teploty

přechází na bílý fosfor, méně reaktivní

• použití - výroba zápalek a roznětek

– černý fosfor• polymer tvořený vrstvami, nejméně reaktivní,

kovové vlastnosti – vede elektrický proud

• použití - výroba polovodičů typu N Obr. č. 13: Modifikace fosforu [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhosphComby_2.jpg

9Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Síra

Obr. č. 14: Síra na svahu sopky, Itálie [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fumaroles-vulcano.JPG

10Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

• žlutá pevná látka, biogenní prvek

• vznik:– sopečnou činností

– sedimentací síry vzniklé činností sirných bakterií

• naleziště: Sicílie, Japonsko, Polsko

• použití: – spalování síry –

dezinfekce (sudy, včelí rámky)

– vulkanizace kaučuku

– výroba H2SO4

– výroba zápalek, mastí

Obr. č. 15: Ruční těžba síry, Jáva [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg

Allotropické modifikace

Obr. č. 16: Hořící síra (ve dne / v noci) [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Burning-sulfur.png

11Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

• kosočtverečná síra (do 95 °C)

– nejstabilnější modifikace

– tvoří ji molekuly S8

• jednoklonná síra (95 - 119 °C)

– nestálá, tvoří ji molekuly S8

• kapalná síra (nad 119 °C)

– hustá viskózní kapalina

• plastická síra– vzniká ochlazením kapalné síry

– hnědá barva

– tvoří ji dlouhé řetězce atomů

• sirný květ– vzniká sublimací sirných par

Halogeny

12

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 18: Sublimace kapalného bromu [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bromine_sphere.jpg

Obr. č. 17: Plynný chlor [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlor.jpg

• jedovaté barevné prvky – fluor – nažloutlý plyn

– chlor – žlutozelený plyn

– brom – hnědočervená kapalina

– jód – fialovočerná krystalická látka

• v přírodě se vyskytují pouze v halogenidech - oxidační číslo (-I)

• výroba: elektrolýza sloučenin

• použití: – chlor – dezinfekce pitné vody,

bělení surovin v papírenském průmyslu

– jód – dezinfekce okolí ran (lihový roztok jodu – jodová tinktura)

Obr. č. 19: Krystaly jódu [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg

Vzácné plyny

13

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 20: Vzducholoď [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin_NT_im_Flug.jpg

Obr. č. 21: Použití vzácných plynů [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_1.jpg

• tvoří necelé 1 % atmosféry– bezbarvé netoxické inertní plyny, vedou elektrický proud

– radon je radioaktivní

• výroba: – rektifikací kapalného vzduchu

• použití: – inertní atmosféra (Ar, Kr)

– plnění balonů (He), plnění žárovek a reklamních trubic (Ar, Kr, Xe, Ne)

– Rn: lokální ozařování (léčba) a balneoterapie (lázně Jáchymov)

Polokovy

• B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, At

• vlastnosti:– křehké, kujné

– malá elektrická vodivost

– tvoří amfoterní oxidy

– používají se jako polovodiče

Obr. č. 22: Polovodičové součástky [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductors_dspositives.png 14

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 23: Krystal germania [24] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polycrystalline-germanium.jpg

Bor

• výskyt ve sloučeninách– borax (tinkal)

• naleziště: USA, Peru, Tibet, Turecko

• důležitý biogenní prvek rostlin (klíčení)

• oxidační číslo: +III (-itý)

• použití: – výroba skla (tepelná odolnost)

– glazury v keramice

– řídící tyče v jaderných reaktorech

– sloučeniny barví plamen zeleně (pyrotechnika)

Obr. č. 24: Krystaly boraxu [25] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg 15

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 25: Sloučeniny boru barví plamen[26] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boratflamme.jpg

Sloučeniny boru• borany

– sloučeniny boru s vodíkem

– nejznámější: diboran B2H6

• bezbarvý plyn

• se vzduchem tvoří výbušnou směs

• použití: raketové palivo, katalyzátor polymerací

• kyselina trihydrogenboritá H3BO3

– pevná bílá látka, slabá jednosytná kyselina

– použití: ošetření očí: 2 – 3 % kyselina (borová voda), odpuzuje hmyz (součást insekticidů)

• borax Na2[B4O5(OH)4]·8H2O– pevná bílá látka, jednoklonné krystaly

– použití: metalurgie (ochrana proti oxidaci), výroba skla, konzervant v potravinářství, hnojivo

Obr. č. 27: Borax [28] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg

16Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 26: Struktura diboranu [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DiboraneSchema.png

Křemík• výskyt ve sloučeninách

– až 28 % zemské kůry• horniny: pískovec, jíl, žula

• minerál: křemen

– biogenní prvek• živočichové: kosti a zuby

• rostliny: přesličky, kopřivy, schránky rozsivek

• oxidační číslo: +IV (-ičitý)

• výroba: • 1. redukce taveniny SiO2 , vzniklý 99,9 % křemík se taví zonálním

tavením na čistotu 99,99999 % (pro výrobu polovodičů)

• 2. z těkavých sloučenin (SiCl4) při vysoké teplotě (1 100 °C)

• křemíková tavenina se vylučuje na zárodečném krystalu křemíku

• vzniklý ingot (monokrystal) má průměr 40 cm a délku 2 m; řeže se na tenké vrstvy (0,5 mm) – výroba počítačových procesorů

• použití: – výroba polovodičů; sloučeniny - sklo, porcelán, cement 17

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 28: Monokrystal křemíku [29] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg

22 COSiCSiO +→+

Sloučeniny křemíku• silany (obdoba uhlovodíků)

– sloučeniny křemíku s vodíkem

– nejznámější: silan SiH4

• bezbarvý plyn

• na vzduchu samovznícení

• použití: výroba slunečních kolektorů, polovodičů

• oxid křemičitý (křemen) SiO2

– inertní pevná látka (reaguje pouze s HF a hydroxidy), součást hornin (žula, pískovec)

– polodrahokamové odrůdy (např. křišťál)

– použití: stavebnictví, výroba skla a optických kabelů, sušení (silikagel)

• křemičitany (silikáty) – vodní sklo Na2SiO3 – uchovávání vajec, lepidlo, s

ethanolem tvoří silikony

– součásti hornin: olivín, granát, zirkon, beryl (smaragd, akvamarín), kaolinit, mastek, slída, živec

Obr. č. 31: Silikagel (sušidlo v botách) [32] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicagel1.JPG 18

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 30: Ametyst [31] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg

Obr. č. 29: Struktura silanu [30] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiH4.jpg

Polovodiče

• pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách – nejčastěji: Si, Ge, Se

Obr. č. 33: Polovodič typu N [34] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N_type_semiconductor.png

19

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

Obr. č. 32: Polovodič typu P [33] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_type_semiconductor.png

• polovodič typu P• křemík je dotován prvkem s

třemi valenčními elektrony

• B, Al, Ga, In (13. skupina)• obsahuje díry

• polovodič typu N• křemík je dotován prvkem s pěti

valenčními elektrony

• P, As, Sb (15. skupina)• obsahuje volný elektron

Zdroje

20

Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky

1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. 3. vyd. Praha: Fortuna, 2000, 143 s. ISBN 80-716-8720-0 .

2. Semiconductor-1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg3. Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.pngSemiconductor-1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg

4. Brom_amp.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brom_amp.jpg5. Glowing_noble_gases.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SGlowing_noble_gases.jpg6. Graphit_gitter.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphit_gitter.png7. Diamond_Cubic-F_lattice_animation.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamond_Cubic-

F_lattice_animation.gif8. Graphen.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphen.jpg9. Buckminsterfullerene_animated.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Buckminsterfullerene_animated.gif10. Types_of_Carbon_Nanotubes.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Types_of_Carbon_Nanotubes.png11. Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg12. Nitrogen-glow.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitrogen-glow.jpg13. Toe_plantar_wart_0147.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Toe_plantar_wart_0147.JPG14. PhosphComby_2.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhosphComby_2.jpg15. Fumaroles-vulcano.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fumaroles-vulcano.JPG16. Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg17. Burning-sulfur.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Burning-sulfur.png18. Chlor.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlor.jpg19. Bromine_sphere.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bromine_sphere.jpg20. Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg21. Zeppelin_NT_im_Flug.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin_NT_im_Flug.jpg22. Edelgase_1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_1.jpg23. Semiconductors_dspositives.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductors_dspositives.png24. Polycrystalline-germanium.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polycrystalline-germanium.jpg25. Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg26. Boratflamme.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boratflamme.jpg27. DiboraneSchema.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DiboraneSchema.png28. Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg29. Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg30. SiH4.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiH4.jpg31. GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg32. Silicagel1.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicagel1.JPG33. P_type_semiconductor.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_type_semiconductor.png34. N_type_semiconductor.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N_type_semiconductor.png