Anorganická chemie
Nepřechodné prvky
Skupiny
I – alkalické kovy – Li, Na, K, Rb, Cs, Fr
II – kovy alkalických zemin – Ca, Sr, Ba, Ra
III – triely – B. Al, Ga, In, Tl
IV – tetrely – C, Si, Ge, Sn, Pb
V – pentely – N, P, As, Sb, Bi
VI – chalkogeny – O, S, Se, Te, Po
VII – halogeny – F, Cl, Br, I, At
VIII – vzácné plyny – He, Ne, Ar, Kr, Xe
Lanthanoidy
Aktinoidy
Valenční elektrony
Prvky I. skupiny
H - vodík, Li - lithium, Na - sodík, K - draslík, Rb - rubidium, Cs - cesium, Fr - francium
Vodík
Bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu, nejlehčí plyn
Obtížně zkapalnitelný ( b.v. - 252,8 °C) ( b.t. - 259,2 °C)
V přítomnosti kyslíku hoří
Příprava
Rozpouštění obecných kovů v neoxidujících kyselinách
Reakce alkalických kovů s vodou
Reakce alkalických hydroxidů s méně ušlechtilými kovy
Průmyslově
Hydridy
Alkalické kovy
Li - lithium, Na - sodík, K - draslík, Rb - rubidium, Cs - cesium, Fr - francium
v přírodě pouze ve sloučeninách
vyrábějí se alektrolýzou taveniny ze svých solí
jsou měkké, stříbřitě lesklé, nízká hustota, dobře vedou el. proud, barví plamen, mají ze všech prvků nejnižší elektronegativitu
velmi reaktivní, silné redukční schopnosti
bouřlivě reagují s vodou za vzniku hydroxidu a vodíku <m> 2M + 2H_2O → 2MOH + H_2 </m>
reakcí s vodíkem vznikají iontové hydridy <m> 2M + H_2 → 2MH </m>
reakcí se sírou vznikají sulfidy <m> M_2S </m>
raegují s halogeny <m> M + X_2 → 2MX </m>
Sloučeniny alkalických kovů
hydroxid draselný <m> hydroxid draselný </m>
hydroxid sodný <m> NaOH </m>
dusičnan sodný (ledek) <m> NaOH_3 </m>
dusičnan draselný <m> KNO_3 </m>
uhličitan sodný <m> Na_2CO_3 </m>
hydrogen uhličitan sodný <m> Na_2HCO_3 </m>
uhličitan draselný <m> K_2CO_3 </m>
Prvky II. skupiny
Be - beryllium, Mg - hořčík, Ca -vápník, Sr - stroncium, Ba - baryum, Ra - radium
Be - Beryllium
poměrně vzácný, lehký tvrdý kov s vysokým bodem tání,na vzduchu stálý
sloučeniny jsou jedovaté
Výskyt: beryl - křemičitan berylnato hlinitý (drahokamy smaragd a akvamarín)
Výroba: elektrolýza chloridu nebo fluoridu
Mg - Hořčík
značně rozšířený
stříbrolesklý, měkký, kujný kov, nízká hustota
ve sloučeninách oxidacní číslo II
biogenní prvek - vyskytuje se v chlorofylu
Sloučeniny
oxid hořečnatý <m> MgO </m>
hydroxid hořečnatý (brucit) <m> Mg(OH)_2 </m>
halogenidy hořečnaté <m> MgX_2 </m>
uhličitan hořečnatý (magnezit) <m> MgC0_3 </m>
Kovy alkalický zemin
Ca - vápník, Sr - stroncium, Ba - baryum, Ra - radium
střibrobílé, měkké, barví plamen
ve sloučeninách oxidační číslo II
Ca - vápník
5. nejrozšířenější prvek
biogenní prvek
Sloučeniny
vápenec <m> CaCO_3 </m>
oxid vápenatý <m>CaO</m>
sádrovec <m> CaSO_4.2H_2O </m>
fosforečnan vápenatý <m> Ca_3(PO_4)_2 </m>,dusičnan vápenatý <m> Ca(NO_3)_2 </m>, (fosforit, apatit)
hydrogen uhličitan vápenatý <m> Ca(HCO_3)_2 </m>, hydrogen uhličitan hořečnatý <m> Mg(HCO_3)_2 </m>
celesit <m> SrSO_4 </m>
baryt <m> BaSO_4 </m>
Prvky III. skupiny
B - bor, Al - hlinik, Ga - galium, In - indium, Tl - thallium
Al - hliník
Výroba
Sloučeniny
oxid hlinitý <m> Al_2O_3 </m>
hydroxid hlinitý <m> Al(OH)_3 </m>
chlorid hlinitý <m> AlCl_3 </m>
síran hlinitý <m> Al_2(SO_4)_3 </m>
Galium, indium, thallium
Prvky IV. skupiny
C - uhlík, Ge - germanium, Sn - cín, Pb - olovo
Uhlík
volně ve formě grafitu a diamantu
pro grafit je charakteristická vrstevnatá struktura (je vázán pouze s atomy v rovině)
v diamantu je každý atom poután se čtyřmi sousedními atomy
hlavní stavební látkou veškeré živé hmoty
Sloučeniny
s kyslíkem
oxid uhelnatý <m> CO </m>
vzniká při spalování uhlíku za nedostatečného přístupu kyslíku
<m> C + O_2 → CO_2 </m>
<m> C + CO_2 → 2CO </m>
jedovatý, váže se na hemoglobin, neuvolňuje se z něj
oxid uhličitý <m> CO_2 </m>
kyselina uhličitá <m> H_2CO_3 </m>
močovina <m> CO(NH_2)_2 </m>
fosgen <m> COCl_2 </m>
s vodíkem
s halogeny
Karbidy
Kyanovodík
Křemík
po kyslíku nejrozšířenější prvek v zemské kůře
modrošedá, lesklá, velmi tvrdá krystalická látka, struktura podobná diamantu
elementární křemík se vyrábí redukcí křemene
<m> SiO_2 + 2C → SI 2CO </m>
nejčastěji v oxidačním čísle IV a -IV
Sloučeniny
Silany
Halogenidy křemičité
Germanium, cín, olovo
Germanium
Cín
Olovo
Těžký měkký kov, šedý, na řezu lesklý, Špatný vodič tepla i elektřiny, špatně rozpustný, stálý vůči korozi
nejvýznamější ruda: galenit <m> PbS </m>
Sloučeniny
oxid olovnatý (massikot) <m> PbO </m>
černá sraženina <m> PbS </m>
oxid olovčitý <m> PbO_2 </m>
chroman olovnatý (chromová žluť) <m> PbCrO_4 </m>
zlatolesklé šupinky – „zlatý déšť“ <m> PbI_2 </m>
Prvky V. skupiny
N - dusík, P - fosfor, As - arsen, SB - antimon, Bi - bismut
Dusík
vzduch obsahuje 78% tohoto plynu
bezbarvý plyn, bez chuti a zápachu
významný biogenní prvek
průmyslová výroba frakční destilací
laboratorně, termickým rozkladem dusitanu amonného:
oxidační čísla od –3 do 5
surovina pro výrobu amoniaku, kyseliny dusičné, hnojiva
Sloučeniny
s vodíkem
s kyslíkem
oxid dusný <m> N_2O </m>
oxid dusnatý <m> NO </m>
oxid dusičitý <m> NO_2 </m>
kyselina dusitá <m> HNO_2 </m>
kyselina dusičná <m> HNO_3 </m>
patří mezi nejvýznamější anorganické kyseliny
oxidační činidlo
rozpouští většinu kovů
výroba dříve: <m> 2NaNO_3 + H_2SO_4 right Na_2SO_4 + 2HNO_3 </m>
nyní, katalyckou oxidací amoniaku:
<m> 4NH_3 + 5O_2 right 4NO + 6H_2O </m>
<m> 2NO + O_2 right 2NO_2 </m>
<m> 3NO_2 + H_2O right 2HNO_3 + NO </m>
Fosfor
v přírodě pouze ve sloučeninách
výroba z fosforitu, apatitu
oxidační čísla –II, -II, 0, I, III, V
Biogenní prvek: stavební materiál kostí a zubů (jako fosforečnan vápenatý),součást šedé kůry mozkové, nervů, buněčných jader
bílý fofor
červený fosfor
černý fosfor
Sloučeniny
Fosfidy - sloučeniny fosforu s kovy
Sloučeniny fosforu s halogeny
fosforité <m> PX_3 </m>
fosforečné <m> PX_5 </m>
Sloučeniny fosforu s kyslíkem
oxid fosforitý <m> P_40_6 </m>
oxid fosforečný <m> P_40_10 </m>
vzniká spalováním fosforu <m> P_4 + O_2 right P_4O_10 </m>
kyselina fosforná <m> H_3PO_2 </m>
kyselina fosforitá <m> H_3PO_3 </m>
kyselina hydrogenfosforečná <m> (HPO_3)_n </m>
kyselina trihydrogenfosforečná <m> H_3PO_4 </m>
fosforečnan vápenatý <m> Ca_3(PO_4)_2 </m>
ve vodeě nerozpustný
základ kostí
fosforečnan sodný <m> Na_5P-3O_10 </m>
Arsen, antimon, bismut
Sloučeniny arsenu, antimonu, bismutu
Prvky VI. skupiny
O - kyslík, S - síra, Se - selen, Te -tellur, Po - polonium
Kyslík
nejrozšířenější prvek na zemi
vzduch obsahuje 21 % kysliku
oxidační čísla –2, -1, 0
významný biogenní prvek, součást všech živých organismu
modifikace
dikyslík <m> O_2 </m>
ozon <m> O_3 </m>
vyšší vrstvy atmosféry
velmi reaktivní
Výroba
tepelným rozkladem kyslíkatých solí
rozpouštění oxidů některých těžkých kovů v kyselinách
katalický rozklad peroxidu vodíku
elektolýzou
průmyslová výroba je založena na frakční destilaci zkapalněného vzduchu
Sloučeniny
Síra
elementární (citronově žlutá)
sloučeniny – sulfidy, sírany
vyskytuje se ve dvou formách
3 roviny souměrnosti, navzájem kolmé
jednoklonná soustava: jedna rovina souměrnosti, stálá do 119 °C, modifikace S8
síra plastická: Vzniká nalitím roztavené síry do vody
plasticita je přechodná, přechod na kosočtverečnou soustavu
ochlazením sirných par vzniká sirný květ: poměrně reaktivní, tvorba sulfidů s kovy, s nekovy reaguje po zahřátí
Sloučeniny
Sulfidy
Sírany
připravují se reakcí kyseliny sírové s kovy, jejich oxidy, nebo uhličitany
baryt <m> BaSO_4 </m>
sádrovec <m> CaSO4.2H2O </m>
Sloučeniny síry s kyslíkem
oxid siřičitý <m> SO_2 </m>
bezbarvý plyn, šiplavého zápachu
<m> S + O_2 right SO_2 </m>
laboratorně: <m> Cu + H_2SO_4 right CuSO_4 + SO_2 + 2 H_2O </m>
kyselina siřičitá <m> H_2SO_3 </m>
vzniká reakcí oxidu siřičitého s vodou
oxid sýrový <m> SO_3 </m>
3 modifikace: α,β - polymerní,γ - pevná
<m> 2 SO_2 + O_2 right 2 SO_3 </m>
kyselina sýrová <m> H_2SO_4 </m>
bezbarvá, olejová kapalina
vzniká reakcí oxidu sírového s vodou
zředěná rozpouští obecné kovy, koncentrovaná ušlechtilé kovy
<m> Cu + 2H_2SO_4 right CuSO_4 + 2H_2O + SO_2 </m>
Sloučeniny síry s vodíkem
Sloučeniny síry s halogeny
obecný vzorec <m> S_2X_2 , S_nX_2, SX_2, SX_4 </m>
fluorid sírový <m> SF_6 </m>
Selen,tellur, polonium
selen a tellur se v přírodě vyskytují ve sloučeninách
selen a tellur se získávají ze svých rud, reakcéí s kyselinou sírovou
polonium vzniká radioaktivním rozpadem nuklidu Bi
sellen a tellur jsou polovodiče, polonium je kov
Sloučeniny selenu, teluru a polonia
s většinou prvků se slučují přímo
reagují s vodíkem, obecný vzorec <m> H_2X </m>
reagují s halogenidy
oxid seleničitý <m> SeO_2 </m>
oxid teluričitý<m> TeO_2 </m>
kyselina selenová <m> H_2SeO_4 </m>
Prvky VII. skupiny
F - fluor, Cl - chlor, Br - brom, I -jod, At astat
halogeny
mají 7 valenčních elektronů
tvoří dvouatomové molekuly
velmi reaktivní, reaktivnost klesá F I
F a Cl: plyny, žlutozelené
Br: kapalina, červenohnědá
I: pevný, krystalický, černošedý
páry všech halogenů silně leptají sliznice
Fluor
žlutozelený plyn
nejreaktivnější prvek 7. skupiny
výroba: elektrolýza taveniny KF . nHF n= 1…3
s většinou prvků se slučuje přímo
s vodíkem reaguje explozivně
výskyt: kosti, zubní sklovina živočichů (i člověka)
Sloučeniny
Kazivec (fluorit) <m> CaF_2 </m>
Kryolit <m> Na_3AlF_6 </m>
Apatit (fluorapatit) <m> Ca_5F(PO_4)_3 </m>
Chlor
zelenožlutý plyn, charakteristický zápach
průmyslově důležitý, nejrozšířenější helogen
velmi reaktivní
výroba
v přírodě nejčastěji ve formě solí kyseliny chlorovodíkové ( <m> NaCl , KCl , MgCl_2 </m> )
Sloučeniny
chlorovodík <m> HCl </m>
chloridy
oxidy
oxid chlorný <m> Cl_2O </m>
oxid chloričitý <m> ClO_2 </m>
oxid chlorový <m> Cl_2O_6 </m>
oxid chloristý <m> Cl_2O_7 </m>
kyseliny
kyselina chlorná <m> HClO </m>
kyselina chloritá
kyselina chlorečná <m> HClO_3 </m>
kyselina chloristá <m> HClO_4 </m>
Brom a jod
brom
v přírodě – bromkarnalit <m> KBr.MgBr_2.6 H_2O </m>
červenohnědá kapalina, má leptavé účinky
výroba: z matečných louhů po zpracování chloridů, z mořské vody
jod
dobře rozpustný v organických rozpouštědlech
s ethanolem - jodová tinktura (desinfekce)
kovově lesklé šupinky, téměř nerozpustné ve vodě
výskyt: v mořské vodě, součást mořských rostlin (řasy, chaluhy, houby, koráli)
biogenní prvek: nutný pro činnost štítné žlázy
výroba: z matečných louhů po zpracování chilského ledku (NaNO3)
Sloučeniny
bezkyslíkaté
kyslíkaté
kyseliny bromná a bromnany (obdoba kyseliny chlorné a chlornanů)
kyselina bromičná a bromičnany
kyseliny jodičná <m> HIO_3 </m>
kyselina hydrogenjodistá <m> HIO_4 </m>
kyselina pentahydrogenjodistá <m> H_5IO_6 </m>
Prvky VIII. skupiny
He - helium, Ne - neon, Ar - argon, Kr - krypton, Xe - xenon, Rn - radon
Přechodné kovy a kovy 12. skupiny
přibližně 4/5 známých prvků patří mezi kovy
většina kovů patří mezi prvky přechodné
neúplně obsazené d-orbitaly
Výskyt a zpracování
ryzí: zlato, stříbro, platina, měď
ve sloučeninách: oxidy, sulfidy, halogenidy
Výroba
Tepelný rozklad
Redukční pochody
obvykle z oxidů, nebo halogenidů
redukční činidlo většinou uhlík, vodík, případně hliník, hořčík
redukce oxidu wolframového vodíkem
redukce kovem
Elektrolýza
elektrolýza tavenin
elektrolýza roztoků
Kovy 12. skupiny (II.B skupina)
Zn - zinek, Cd - kadmium, Hg - rtuť
Zinek
v přírodě pouze ve sloučeninách
modrobílý měkký kov, chemicky značně reaktivní
sfalerit – blejno zinkové <m> ZnS </m>
smithsonit <m> ZnCO_3 </m>
biogenní prvek -součástí řady enzymů
výroba pražením ZnS, redukce C, nebo elektrolyticky z <m> ZnSO_4 </m>
užití: pozinkování, slitiny, lékařství – opary, bělení kůže apod
bílá skalice <m> ZnSO_4 . 7 H_2O </m>
Kadmium
měkký kov, na vzduchu stálý
zinkové rudy s CdS
výroba – oddestilování v přítomnosti C
sloučeniny velmi toxické
<m> CdS </m> – žlutý prášek, pigment kadmiová žluť
<m> CdO </m> – nerozpustný hnědý prášek
<m> Cd(OH)_2 </m> – bílá sraženina
Rtuť
stříbrolesklá kapalina, velmi stálá
nejvýznamnější rudou - rumělka, cinabarit (HgS), trochu elementární v přírodě
výroba pražením HgS v proudu vzduchu a následná kondenzace
užití – teploměry, příprava amalgámů
slitiny s kovy – amalgámy
oxid rtuťnatý <m> HgO </m>
chlorid rtuťnatý <m> HgCl_2 </m>
Prvky IV.B skupiny
Ti - titan, Zr - zirkonium, Hf - hafnium
Titan
TiO2 – rutil, brookit, anatas; FeTiO3 – ilmenit
bílý lesklý kov podobný oceli, stálý, tvrdý kujný (kosmické lodi, reaktory)
sloučeniny – fialové, redukční vlastnosti
oxid titaničitý <m> TiO_2 </m> - titanová běloba
chlorid titaničitý <m> TiCl_4 </m>
Prvky V.B skupiny
V - vanad, Nb - niob, Ta - tantal
Vanad
ocelově šedý, tvrdý kov, vysoká teplota tání (1890°C)
odolný vůči působení vody a kyselin
příměs do ocelí- zlepšuje mechanické vlastnosti, především odolnost proti opotřebení za vysokých teplot
V2O5 – katalyzátor výroby H2SO4
Prvky VI.B skupiny
Cr - chrom, Mo - molybden, W - wolfram
Chrom
vysoká teplota tání (3380°C)
tvrdý, stříbřitě lesklý kov , na vzduchu stálý : vrstva oxidu
Rozpustný v <m>HCl</m> a <m>H_2SO_4</m>
výroba redukcí <m> Cr_2O_3 </m>
slitiny, chromování
Sloučeniny
Molybden
bílý lesklý kov, těžko tavitelný
molybdenit <m> MoS_2 </m>
výroba pražením, z <m> MoO_3 </m> redukce uhlíkem
legování ocelí (změna vlastností ocele)
Wolfram
Prvky VII.B skupiny
Mn - mangan, Tc - technecium, Re - rhenium
Mangan
stříbrolesklý kov, tvrdý, křehký
pyrolusit (burel) <m> MnO_2 </m>
výroba redukcí <m> Mn_3O_4 </m> a aluminotermicky
tvorba ferromanganu a zrcadloviny ve vysoké peci
Sloučeniny
Prvky VIII.B skupiny
Fe - železo, Ru -ruthenium, Os - osmium, Co - kobalt, Rh - rhodium, Ir -iridium, Ni -nikl, Pd - palladium, Pt - platina
Železo
měkký, kujný ferromagnetický kov,
na vzduchu koroduje – <m> Fe_2O_3 </m>
železné rudy
Magnetovec <m> Fe_3O_4 </m>
Krevel, hematit <m> Fe_2O_3 </m>
Hnědel, limonit <m> Fe_2O_3 . x H_20 </m>
Ocelek, siderit <m> FeCO_3 </m>
sulfidické rudy
Sloučeniny
oxid železnatý <m> FeO </m>
oxid železitý <m> Fe_2O_3 </m>
chlorid železitý <m> FeCl_3 </m>
síran železnatý <m> FeSO_4 </m>
uhličitan železnatý <m> FeCO_3 </m>
ruthenium, osmium
Kobalt
Rhodium, Iridium
poměrně vzácné
iridium - chemickty odolnější než platina, součástí velmi tvrdých slitin
rhodium - katalyzátor (součástí katalyzátoru u aut)
Nikl
v přírodě ryzí i ve sloučeninách (7. nejrozšířenější prvek)
výroba přes NiO, redukce na Ni ( C), rafinace
stříbrolesklý, kujný a tažný stálý kov
přísada do ocelí, slitiny (alpaka, konstantan)
oxid nikelný <m> NiO </m> , zelený prášek. Barví sklo a keramiku
Palladium, platina
Měď
v přírodě především ve sloučeninách
měkký, houževnatý kov načervenalé barvy
biogenní prvek
dobře vede el. proud
slitiny: mosaz - slitina mědi a zinku, bronzy
měděnka - uhličitan měďnatý
výroba
pražení sulfidické rudy
laboratorně
Sloučeniny
Chalkopyrit <m> CuFeS_2 </m>
Chalkosin <m> Cu_2S </m>
Covellin <m> CuS </m>
Kuprit <m> Cu_2O </m>
Malachit <m> CuCO_3 . Cu(OH)_2 </m> zelený
Azurit <m> 2 CuCO3 . Cu(OH)2 </m> modrý
oxid měďný <m> Cu_2O </m>
Stříbro
v přírodě ve sloučeninách
bílý, lesklý kov, tažný, kujný, dobře vede teplo a el. proud
stříbrné soli – rozpustné <m> AgNO_3, AgF a AgClO_4 </m>
bromid stříbrný <m> AgBr </m> - významný pro černobílou fotografii
Zlato
vyskytuje se především ryzí
měkký, žlutý kov, málo reaktivní
isolace
bílé zlato: obsahuje palladium nebo nikl
Vnitřně přechodné kovy
kovové prvky, které mají ve valenční elektronové slupce obsazené orbitaly f
F-prvky
Lanthanoidy (Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu) 58 -71
Aktinoidy (Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fe, Md, No, Lw..) od 90
Uran – smolinec, <m> U_3O_8 </m>