1., 2. a 13. skupina

Jaké jsou izotopy vodíku a jejich výskyt?

Protium (99,98%), Deuterium (0,02%), Tritium (radioaktivní).

Jakými metodami se vyrábí vodík?

Krakování uhlovodíků, oxidace uhlovodíků vodní parou, konverze syntézního plynu.

Krakování uhlovodíků

• Proces rozkladu uhlovodíků na menší molekuly, který generuje vodík.

  • C12H26 C5H10 + C4H8 + C3H6 + H2

Oxidace uhlovodíků vodní parou

CH4 + H2O CO + 3H2

Konverze syntézního plynu:

CO + H2O → CO2 + H2;

Jak se připravuje vodík?

Rozpouštění neušlechtilých kovů v neoxidující kyselině, elektrolýzou

Rozpouštění neušlechtilých kovů v neoxidující kyselině

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Elektrolýza vody:

• Větší vodivost pomocí NaOH

• Katodová reakce: 4H3O+ + 4e− 4H2O + 2H2

• anodová reakce: 4OH− → 2H2O + O2 + 4e−

Jaký je potenciál vodíku jako redukčního činidla?

Vodík může redukovat kovy s vyšším E0, jako Ag+ a WO3.

- Stříbro: Ag+ / Ag + 0,80 V ; 2Ag+ + H2 → 2Ag + 2H+

- Wolfram: WO3 + 3H2 → W + 3H2O

Co jsou syntézní plyny?

Směsi H2 a N2 nebo H2 a CO, které se používají pro výrobu NH3 nebo CH3OH.

Kovalentní hydridy

Vznikají většinou s p-prvky, molekulové, příklady zahrnují NH3, SnH4 (polymerní struktury jako BeH2).

Iontové hydridy

Vznikají převážně se s-prvky a obsahují anion H-.

Kovové hydridy

Obvykle jde o nestechiometrické sloučeniny s d-prvky, často

Jaké jsou příčiny tvrdosti vody?

Přítomnost iontů Ca2+ a Mg2+.

přechodná tvrdost vody

působena anionty HCO3 −, lze odstranit varem.

• O2(g) + H2O(l) → H2CO3(aq)

• CaCO3(s) + H2CO3(aq) → Ca2+(aq) + 2HCO3−(aq)

• Ca2+(aq) + 2HCO3−(aq) → CaCO3(s) + CO2(g) + H2O(l)

Krasové jevy

- Primární (korozní)

- Ca(HCO3)2 → CaCO3 +CO2 + H2O

- Sekundární (srážení)

- CaCO3 + CO2 + H2O → Ca(HCO3)2

Jaké jsou metody změkčování trvalé tvrdosti?

• Změkčování vody pomocí srážedel jako NaOH, Na2CO3, Na3PO4.

  • 3Ca2+(aq) + 2Na3PO4(aq) → Ca3(PO4)2(s) + 6Na+(aq)

  • Mg2+(aq) + 2NaOH(aq) → Mg(OH)2(s) + 2Na+(aq)

Vytěsňování kyselin

• působením silnější kyseliny na sůl slabší kyseliny je možno připravit slabší kyselinu

  • Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 → 3CaSO4 + 2H3PO4

  • NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + HCl

  • CaCO3 + 2HCl → CaCl2 + H2O + CO2

Diagonální podobnost Li / Mg

• podobná koordinační čísla v krystalových mřížkách (podobné velikosti iontů Li+ a Mg2+)

• podobný stupeň iontovosti/kovalence ve sloučeninách

• při hoření vytvářejí oxidy

• fluoridy, uhličitany a fosforečnany ve vodě nerozpustné

Co je reakcí alkalických kovů s kyslíkem?

- Li → Li2O (oxid)

- Na → Na2O2 + Na2O (peroxid)

- K, Rb, Cs → MO2 (hyperoxid)

Jak se chovají neušlechtilé kovy v kyselinách?

Rozpouštějí se za vývoje vodíku: Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2

Jaký je rozdíl mezi obecnou reaktivitou neušlechtilých a ušlechtilých kovů?

Ušlechtilé kovy reagují pouze se silnými kyselinami s oxidačními účinky: 3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Jak alkalické kovy reagují s vodou?

redukují ji,

2H2O + 2e− H2 + 2OH E = −0,42 V

Na Na+ + e− E0 = +2,71 V

2Na + 2H2O 2NaOH + H2

Výroba NaOH

• Brine Chlorine: Elektrolýza solanky, která produkuje NaOH.

  • Anodová reakce: 2H2O → O2 + 4H+ + 4e−

  • Katodová reakce: 2H+ + 2e → H2

využití vápence

Pálené vápno (CaO) a hašené vápno (Ca(OH)2) jsou široce používány ve stavebnictví a hutnictví.

pálení vápna

CaCO3(s) → CaO(s) + CO2(g) za ΔT

hašení vápna

CaO(s) + H2O(l) → Ca(OH)2(s)

biologický význam Na+, K+

- kontrola vodní rovnováhy prostřednictvím změn osmotického tlaku

- sodíko-draslíková pumpa

- účastní se přenosu nervového impulsu a svalové kontrakce (vč. srdečního svalu)

:

biologický význam Mg2+

Důležitý prvek nacházející se v chlorofylu.

biologický význam Ca2+

• V lidském těle přibližně 1 kg Ca, většinou v podobě Ca3(PO4)2,

• v zubní sklovině (hydroxyapatit) - kazí se

kažení zubů

• Ca5(PO4)3OH + 4H3O+ → 5Ca2+ + 3HPO4 2− + 5H2O

• rezistnější fluoroapatit

  • Ca5(PO4)3OH + F− → Ca5(PO4)3F + OH−

organokovové sloučeniny

- Sloučeniny s vazbou kov-uhlík,

- organohořečnaté (Grignardova činidla)

- R—Cl + Mg → R—Mg—Cl (katalýza Et2O)

- použití – alkylační (arylační činidla)

- PhMgCl + GeCl4 → Ph4Ge + MgCl2

Typy boranových klastrů

1. closo-klastry (veškeré vrcholy)

2. nido-klastry (chybí jeden vrchol)

3. arachno-klastry (chybí dva vrcholy)

borax

Na2B4O7 + H2 SO4 + 5H2O → Na2SO4 + 4B(OH)3

kys. boritá jako jednosytná kyselina

• (OH)3B + |OH2 → (OH)3B—OH2

• HB(OH)4 + H2O → H3O+ + B(OH)4−

oxid boritý anhydridem kyseliny borité

2B(OH)3 → B2O3 + 3H2O

Význam boru a jeho sloučenin

radioterapie a jaderná energetika, sklářský průmysl (nízká roztažnost, Pyrex, Simax, skelná vata), biologické vlastnosti (stopový prvek rostlin, insekticidní a antiseptické účinky)

Jaké jsou vlastnosti amfoterního hliníku?

Hliník reaguje jak s kyselinami, tak s hydroxidy.

• Al(s) + H2O(l) → pasivace

• Al(s) + 6H+(aq) → 2Al3+(aq) + 3H2(g)

• 2Al(s) + 2OH−(aq) + 6H2O(l) → 2Al(OH)4(aq) + 3H2(g)

amfotermní vlastnosti Al2O3 a Al(OH)3

• Al2O3(s) + 2OH−(aq) + 3H2O (l) → 2Al(OH)4−(aq)

• Al2O3(s) + 6H3O+(aq) + 3H2O (l) → 2Al(H2O)6 3+ (aq)

• Al(OH)3(s) + OH−(aq) → 2Al(OH)4−(aq)

• Al(OH)3(s) + 3H3O+(aq) → Al(H2O)6 3+ (aq)

čištění vody hliníkem

Al3+ (aq) + 3Al(OH)4−(aq) → 4Al(OH)3(s)

Jak se hliník vyrábí?

Vyrobeno z bauxitu (Al2O3· xH2O) pomocí Hallova procesu.

využití hliníku

• stavebnictví a strojírenství

• svařování

• Fe2O3(s) + 2 Al (s) → 2 Fe (l) + Al2O3(s) (ΔH0 = −852 kJ)

Jaké jsou vlastnosti Lewisových kyselin a zásad?

Kyselina je akceptor elektronového páru, zásada je donor elektronového páru.

Jak se projevuje diagonální podobnost v periodické tabulce?

Podobná koordinační čísla a oxidační stavy v diagonálních prvcích.

Jak reagují hliníkové sloučeniny s vodou?

Produkují hydroxidy a vodík.

Jaký je proces pasivace hliníku?

Hliník formuje Al3+ v přítomnosti kyselin a pasivních látek.