Anorganika 12 Hořčík, vápník, stroncium, baryum, oxidy, hydroxidy, soli a jejich reakce.

Hořčík, vápník, stroncium, baryum, oxidy, hydroxidy, soli a jejich reakce.

kovy alkalických zemin - prvky

beryllium 𝐵𝑒, hořčík 𝑀𝑔, vápník 𝐶𝑎, stroncium 𝑆𝑟, baryum 𝐵𝑎, radon 𝑅𝑎

kovy alkalických zemin - PSP

• mají konfiguraci 𝑛𝑠² :

• odštěpují dva valenční elektrony

• nabývají pouze oxidačního čísla +II

• mají menší atomový poloměr a vyšší ionizační energii

• jsou méně reaktivní než 𝑠¹ prvky

kovy alkalických zemin - vlastnosti

• s rostoucím protonovým číslem roste zásaditost oxidů a síla hydroxidů

• rozpustné sloučeniny 𝐵𝑎, 𝑆𝑟 jsou jedovaté

• stříbrolesklé, neušlechtilé kovy

• tvrdší, méně reaktivní a mají vyšší hustotu než alkalické kovy

• barví plamen charakteristickým způsobem:

  • vápník cihlově červeně

  • stroncium karmínově červeně

  • baryum zeleně

kovy alkalických zemin - barvení plamene

• vápník cihlově červeně

• stroncium karmínově červeně

• baryum zeleně

kovy alkalických zemin - výskyt

• vyskytují se pouze ve formě svých sloučenin

• beryllium: ve formě křemičitanu berylu, zastoupení v minerálech (smaragd, aj.)

• hořčík: minerály magnezit 𝑀𝑔𝐶𝑂₃, dolomit 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ ∙ 𝑀𝑔𝐶𝑂₃

  • je součástí chlorofylu, biogenní prvek

• vápník: vápenec 𝐶𝑎𝐶𝑂₃, sádrovec 𝐶𝑎𝑆𝑂₄·2 H₂O, kazivec 𝐶𝑎𝐹₂

  • biogenní prvek (kosti, zuby)

• stroncium: celestin 𝑆𝑟𝑆𝑂₄

• baryum: baryt 𝐵𝑎𝑆𝑂₄

• radium: nepatrná část smolince

kovy alkalických zemin - výskyt - Mg

• minerály magnezit 𝑀𝑔𝐶𝑂₃, dolomit 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ ∙ 𝑀𝑔𝐶𝑂₃

  • je součástí chlorofylu, biogenní prvek

kovy alkalických zemin - výskyt - Ca

• vápenec 𝐶𝑎𝐶𝑂₃, sádrovec 𝐶𝑎𝑆𝑂₄, kazivec 𝐶𝑎𝐹₂

  • biogenní prvek (kosti, zuby)

kovy alkalických zemin - výskyt - Sr

celestin 𝑆𝑟𝑆𝑂₄

kovy alkalických zemin - výskyt - Ba

baryt 𝐵𝑎𝑆𝑂₄

kovy alkalických zemin - výskyt - Ra

nepatrná část smolince

Hořčík - vlastnosti

• je 8. nejrozšířenějším prvkem v zemské kůře a 3. v moři

• hůře vede elektrický proud a teplo

• na suchém vzduchu je stály, na vlhkém pomalu oxiduje

• za normální teploty s kyslíkem a s vodou

  • při hoření hořčíku na vzduchu vzniká velmi intenzivní bílé světlo

Hořčík - výroba

• elektrolýzou roztavené směsi chloridu draselného KCl a hořečnatého MgCl → vylučuje se u katody

• chlorid hořečnatý MgCl se získává z mořské vody

  • KATODA :            𝑀𝑔𝐶𝑙₂ → 𝑀𝑔²⁺ + 2 𝐶𝑙⁻,       𝑀𝑔²⁺ + 2𝑒⁻ → 𝑀𝑔

  • ANODA:              𝐶𝑙⁻ - e^- → ½ Cl₂

Hořčík - využití

• slitiny: s hliníkem, mědí a manganem (dural)

  • dodává materiálům pevnost a odolnost vůči korozi, výroba částí letadel a automobilů

• pyrotechnika, farmaceutické přípravky (horečnaté mléko proti pálení žáhy a projímadla), redukční činidla

Hořčík - reakce

• reakce s vodou pouze za varu → vznik hydroxidu:     𝑀𝑔 + 𝐻₂𝑂 → 𝑀𝑔(𝑂𝐻)₂ + 𝐻₂

• rozpouštění v kyselinách: 𝑀𝑔 + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑀𝑔𝐶𝑙₂ + 𝐻₂

• při zahřátí se slučuje se sírou, halogeny, fosforem a vodíkem

Hořčík - sloučeniny

chlorid hořečnatý 𝑴𝒈𝑪𝒍_𝟐

• příprava: 𝑀𝑔𝐶𝑂₃ + 𝐻𝐶𝑙 → 𝑀𝑔𝐶𝑙₂ + 𝐻₂𝑂 + 𝐶𝑂₂

• přechodná tvrdost vody: 𝑪𝒂(𝑯𝑪𝑶_𝟑)_𝟐 ∙ 𝑴𝒈(𝑯𝑪𝑶_𝟑)_𝟐

  • odstranění varem, vylučuje se sraženina 𝑀𝑔𝐶𝑂₃

Vápník - vlastnosti

• stříbrobílý, lesklý, měkký kov

• je velmi reaktivní

• na vzduchu se pokrývá vrstvičkou oxidu, resp. hydroxidu

Vápník - reakce

• snadno se slučuje s fluorem, za vyšší teploty se sírou, fosforem, dusíkem, vodíkem

  • 𝐶𝑎 + 𝑆 → 𝐶𝑎𝑆,        𝐶𝑎 + 𝑋₂ → 𝐶𝑎𝑋₂,                           𝐶𝑎 + 𝐻₂ → 𝐶𝑎𝐻₂

• reakce s vodou za vzniku hydroxidu: 𝐶𝑎 + 2 𝐻₂𝑂 → 𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂ + 𝐻₂

Vápník - výroba

• elektrolýzou taveniny chloridu vápenatého CaCl₂

  • 𝐶𝑎𝐶𝑙₂ se získává reakcí kyseliny chlorovodíkové s uhličitanem vápenatým

    • 𝐻𝐶𝑙 + 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ → 𝐶𝑎𝐶𝑙₂ + 𝐶𝑂₂ + 𝐻₂𝑂

  • katoda: 𝐶𝑎²⁺ + 2𝑒⁻ → 𝐶𝑎⁰

Vápník - využití

• jeho sloučeniny podobně hašeného a páleného vápna, které se využívají ve stavebnictví

• metalurgie – ocelářský průmysl

• chemický průmysl – výroba sloučenin vápníku, výroba sody (Solvayův způsob), neutralizační a srážecí prostředek, úprava pitných a odpadních vod

Vápník - reakce - s vodou

za vzniku hydroxidu: 𝐶𝑎 + 2 𝐻₂𝑂 → 𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂ + 𝐻₂

pálené vápno

oxid vápenatý 𝑪𝒂𝑶

hašené vápno

hydroxid vápenatý 𝑪𝒂(𝑶𝑯)_𝟐 

vápenec

𝑪𝒂𝑪𝑶𝟑

sádra

𝑪𝒂𝑺𝑶_𝟒 ∙  ½ 𝑯_𝟐𝑶

Vápník - sloučeniny - oxid vápenatý 𝑪𝒂𝑶

• pálené vápno

• vyrábí se tepelným rozkladem vápence: 𝐶𝑎𝐶𝑂₃  →   𝐶𝑎𝑂 + 𝐶𝑂₂

• reakce s vodou (tzv. hašení vápna): 𝐶𝑎𝑂 + 𝐻₂𝑂 → 𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂

  • silně exotermický proces

• vápno je dobré pojivo, nejprve ale musí reagovat na hašené vápno, které má schopnost reagovat s oxidem uhličitým ve vzduchu

Vápník - sloučeniny - hydroxid vápenatý 𝑪𝒂(𝑶𝑯)_𝟐

• hašené vápno

• vzniká při hašení vápna

• silný hydroxid

• tvrdnutí malty: 𝐶𝑎(𝑂𝐻)₂ + 𝐶𝑂₂ → 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 𝐻₂𝑂

Vápník - sloučeniny - vápenec 𝑪𝒂𝑪𝑶_𝟑

• nejrozšířenější sloučenina vápníku

• je nerozpustný ve vodě

• příprava: 𝐶𝑎𝐶𝑙₂ + 𝑁𝑎₂𝐶𝑂₃ → 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 2 𝑁𝑎𝐶𝑙

• reaguje s kyselinami za uvolňování oxidu uhličitého:

  • 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 2 𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑎𝐶𝑙₂ + 𝐶𝑂₂ + 𝐻₂𝑂

• krasové jevy: vzájemná přeměna mezi uhličitanem vápenatým 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ a hydrogenuhličitanem vápenatým 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂₃)₂

  • vápenec je vodou obohacenou o oxid uhličitý přeměňován na rozpustný hydrogenuhličitan, při opačné reakci vznikají krápníky

    • 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂₃)₂ → 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 𝐶𝑂₂ + 𝐻₂𝑂

• využití: stavební průmysl, výroba cementu, zemědělství, sklářská výroba, …

Vápník - sloučeniny - vápenec 𝑪𝒂𝑪𝑶_𝟑 - příprava

𝐶𝑎𝐶𝑙₂ + 𝑁𝑎₂𝐶𝑂₃ → 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 2 𝑁𝑎𝐶𝑙

Vápník - sloučeniny - vápenec 𝑪𝒂𝑪𝑶_𝟑 - reakce

• reaguje s kyselinami za uvolňování oxidu uhličitého:

  • 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 2 𝐻𝐶𝑙 → 𝐶𝑎𝐶𝑙₂ + 𝐶𝑂₂ + 𝐻₂𝑂

Vápník - sloučeniny - vápenec 𝑪𝒂𝑪𝑶_𝟑 - krasové jevy

• vzájemná přeměna mezi uhličitanem vápenatým 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ a hydrogenuhličitanem vápenatým 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂₃)₂

  • vápenec je vodou obohacenou o oxid uhličitý přeměňován na rozpustný hydrogenuhličitan, při opačné reakci vznikají krápníky

    • 𝐶𝑎(𝐻𝐶𝑂₃)₂ → 𝐶𝑎𝐶𝑂₃ + 𝐶𝑂₂ + 𝐻₂𝑂

Vápník - sloučeniny - vápenec 𝑪𝒂𝑪𝑶_𝟑 - využití

využití: stavební průmysl, výroba cementu, zemědělství, sklářská výroba, …

Vápník - sloučeniny - sádra (pálená) 𝑪𝒂𝑺𝑶_𝟒 ∙ ½ 𝑯_𝟐𝑶

• využití ve stavebnictví a zdravotnictví – otisky, fixace

• je hygroskopická (přijímá vzdušnou vlhkost), značně pórovitá (nebezpečí koroze), malá zvuková pohltivost, vykazuje jen malé objemové změny, nízká tepelná vodivost

• výchozí surovinou je sádrovec 𝐶𝑎𝑆𝑂₄ ∙ 2 𝐻₂𝑂, který se těží

• způsobuje trvalou tvrdost vody

Stroncium - vlastnosti

• v přírodě je ho pouze málo

• je měkké, lehké a reaktivní, na vzduchu stálé

• vede elektrický proud a teplo

Stroncium - využití

• dříve jako součást skleněných čelních panelů, obrazovek televizorů

• nyní využití v pyrotechnice, keramické ferritové magnety, slitiny a pigmenty

Stroncium - reakce

• s kyslíkem poskytuje oxid: 2 𝑆𝑟 + 𝑂₂ → 2 𝑆𝑟𝑂

• reakce s kyselinami za uvolnění vodíku: 𝑆𝑟 + 2 𝐻𝐶𝑙 → 𝐻₂ + 𝑆𝑟𝐶𝑙₂

• reakce s dusíkem na nitridy: 3 𝑆𝑟 + 𝑁₂ → 𝑆𝑟₃𝑁₂

• reakce s halogeny: 𝑆𝑟 + 𝑋₂ → 𝑆𝑟𝑋₂

Stroncium - sloučeniny

• oxidy jsou vyráběny tepelným rozkladem uhličitanu 𝑆𝑟𝐶𝑂₃ → 𝑆𝑟𝑂 + 𝐶𝑂₂

• hydroxid strontnatý 𝑺𝒓(𝑶𝑯)_𝟐

  • vzniká reakcí oxidu strontnatého s vodou: 𝑆𝑟𝑂 + 𝐻₂𝑂 → 𝑆𝑟(𝑂𝐻)₂

• dusičnan strontnatý 𝑺𝒓(𝑵𝑶_𝟑)_𝟐

  • příprava: 𝑆𝑟𝑂 + 𝐻𝑁𝑂₃ → 𝑆𝑟(𝑁𝑂₃)₂ + 𝐻₂𝑂

Stroncium - výroba

𝑆𝑟𝑂 + 𝐴𝑙 → 𝑆𝑟 + 𝐴𝑙₂𝑂₃

Stroncium - reakce - s kyslíkem

poskytuje oxid

2 𝑆𝑟 + 𝑂₂ → 2 𝑆𝑟𝑂

Stroncium - reakce - s kyselinami

za uvolnění vodíku: 𝑆𝑟 + 2 𝐻𝐶𝑙 → 𝐻₂ + 𝑆𝑟𝐶𝑙₂

Stroncium - reakce - s dusíkem

na nitridy

3 𝑆𝑟 + 𝑁₂ → 𝑆𝑟₃𝑁₂

Stroncium - reakce - s halogeny

𝑆𝑟 + 𝑋₂ → 𝑆𝑟𝑋₂

Stroncium - sloučeniny - hydroxid strontnatý 𝑺𝒓(𝑶𝑯)_𝟐

vzniká reakcí oxidu strontnatého s vodou: 𝑆𝑟𝑂 + 𝐻₂𝑂 → 𝑆𝑟(𝑂𝐻)₂

Stroncium - sloučeniny - dusičnan strontnatý 𝑺𝒓(𝑵𝑶_𝟑)_𝟐

příprava: 𝑆𝑟𝑂 + 𝐻𝑁𝑂₃ → 𝑆𝑟(𝑁𝑂₃)₂ + 𝐻₂𝑂

Baryum - vlastnosti

• stříbrobílé, lesklé, poměrně měkké

• soli barya barví plamen zeleně

Baryum - reakce

𝐵𝑎 + 𝑆 → 𝐵𝑎𝑆       

𝐵𝑎 + 𝑋₂ → 𝐵𝑎𝑋₂                       

𝐵𝑎 + 𝐻₂ → 𝐵𝑎𝐻₂

Baryum - zisk

redukcí svých oxidů hliníkem nebo elektrolýzou 𝐵𝑎𝐶𝑙₂

𝐵𝑎𝑆𝑂₄ + 𝐶 → 𝐵𝑎𝑆 + 𝐶𝑂₂

𝐵𝑎𝑆 + 𝐻₂𝑂 + 𝐶𝑂₂ → 𝐵𝑎𝐶𝑂₃ + 𝐻₂𝑆

𝐵𝑎𝐶𝑂₃ → 𝐵𝑎𝑂 + 𝐶𝑂₂

𝐵𝑎𝑂 + 2 𝐴𝑙 → 𝐴𝑙₂𝑂₃ + 3 𝐵𝑎

Baryum - využití

většina produkce využívána pro úpravu vlastností vrtných suspenzí při těžbě ropy

menší množství slouží v radiologii, kde pohlcuje rentgenové záření

Baryum - sloučeniny

• chlorid barnatý 𝑩𝒂𝑪𝒍_𝟐

  • je toxický, vykazuje hygroskopické vlastnosti

• oxid barnatý 𝑩𝒂𝑶

  • používá se jako chemický generátor kyslíku (např. v dopravních letadlech, poskytuje kyslík v nouzových situacích)

• síran barnatý 𝑩𝒂𝑺𝑶_𝟒

  • bílá krystalická látka, nerozpustný ve vodě

  • použití: nosič katalyzátorů, radio-kontrastní látka

Baryum - sloučeniny - chlorid barnatý 𝑩𝒂𝑪𝒍_𝟐

je toxický, vykazuje hygroskopické vlastnosti

Baryum - sloučeniny - oxid barnatý 𝑩𝒂𝑶

používá se jako chemický generátor kyslíku (např. v dopravních letadlech, poskytuje kyslík v nouzových situacích)

Baryum - sloučeniny - síran barnatý 𝑩𝒂𝑺𝑶_𝟒

bílá krystalická látka, nerozpustný ve vodě

použití: nosič katalyzátorů, radio-kontrastní látka

kovy alkalických zemin - reakce

• s H:

  • Ca + H₂ → CaH₂

• s O₂:

  • 2 Ca + O₂ → 2 CaO

• s N₂, S, X za ↑t:

  • 3 Ca + N₂ → Ca₃N₂

  • Ca + S → CaS

  • Ca + Cl₂ → CaCl₂

• s H₂O:

  • Be, Mg jen za ↑ t

  • ostatní za běžné t:

    • Ca + 2 HCl → CaCl₂ + H₂

Vápník - sloučeniny - acetylid CaC₂

• výroba v el. pecích ze směsi CaO a C

• slouží k výrobě acetylenu

• za ↑ t reaguje s N: CaC₂ + N₂ → CaCN₂ + C

  • CaCN₂ … kyanid vápenatý