Významné chemické prvky
Alkalické kovy
Alkalické kovy sú prvky I.A skupiny v periodickej tabuľke chemických prvkov zahŕňajúce lítium (Li), sodík (Na), draslík (K), rubídium (Rb), cézium (Cs) a francium (Fr).
Sú vysoko reaktívne a vo voľnej prírode sa nenachádzajú v základnej forme. Ich pomenovanie pochádza z toho, že s vodou reagujú za vzniku alkálií - zásad.
Vlastnosti alkalických kovov
Atómy alkalických kovov majú vo vonkajšej vrstve svojho obalu jeden elektrón. Jadro atómu púta valenčný elektrón veľmi slabo, preto pri styku s atómami iných prvkov ho atóm ľahko strháva a tvorí tak jednomocný katión: Li+, Na+, K+, Rb+, Cs+. Preto majú najmenšiu elektronegativitu. Ľahko tvoria zlúčeniny s halogénmi.
Alkalické kovy sú mäkké ako vosk a dajú sa krájať nožom. Majú nízku teplotu topenia, ktorá klesá so stúpajúcim protónovým číslom. Sú to najľahšie kovy vôbec. Čím ďalej je valenčný elektrón od jadra, tým slabšie ho jadro púta. Keďže cézium najľahšie stráca valenčný elektrón, je najreaktívnejšie z alkalických kovov a tvorí aj najsilnejšiu zásadu vôbec (hydroxid cézny CsOH).
Pri prerezaní sú alkalické kovy striebrobiele, okrem cézia, ktoré je zlatožlté. Veľmi rýchlo sa pokrývajú vrstvičkou hydroxidu a uhličitanu, reagujú s vodnými parami a s oxidom uhličitým, ktoré sú v ovzduší. Preto sa alkalické kovy uchovávajú pod petrolejom alebo v benzíne alebo v petroleji.
Reakcie alkalických kovov
Zahriatím na vzduchu sa alkalické kovy vznietia a horia. Každý prvok charakteristicky zafarbuje plameň (farby sú ilustrované aj na obrázkoch vyššie):
lítium a jeho zlúčeniny horia karmínovočerveným plameňom
sodík a jeho zlúčeniny horia žltým plameňom
draslík a jeho zlúčeniny fialovým plameňom
Alkalické kovy prudko rozkladajú vodu, pričom vzniká príslušný hydroxid a uniká vodík. So stúpajúcim protónovým číslom sa zväčšuje prudkosť reakcie. Lítium reaguje s vodou pokojne, sodík sa na vode rýchlo pohybuje, draslík sa zapaľuje, rubídium a cézium reagujú výbušne.
Výskyt alkalických kovov
Sodík a draslík sú biogénne prvky. Ich ióny sú prítomné v bunkových tkanivách a telových tekutinách. Zúčastňujú sa na dôležitých chemicko-fyzikálnych procesoch v ľudskom tele.
Alkalické kovy sú veľmi reaktívne, preto sa v prírode vyskytujú len v zlúčeninách s inými prvkami. Najrozšírenejšie a najvýznamnejšie sú sodné a draselné zlúčeniny. V morskej vode a v soľných ložiskách je najmä chlorid sodný(NaCl) a chlorid draselný(KCl).
Železo (Fe)
Železo je chemický prvok VIII.B skupiny periodickej sústavy. Železo bolo známe už v najstarších historických dobách. Latinský názov ferrum používali už Rimania v staroveku.
Výskyt
Železo je najpoužívanejší a najrozšírenejší kov na Zemi. V zemskej kôre sa nachádza takmer vždy v podobe zlúčenín s inými prvkami, zemské jadro však pozostáva zväčša z čistého železa. Výskyt čistého železa je vzácny (niektoré náleziská v Grónsku a Švédsku). Nachádza sa aj v tzv. železných meteoritoch, v podobe zliatin s niklom.
Proces výroby
Príprava technických druhov železa sa rozdeľuje na dve fázy:
- redukcia rudy na kov(surové železo)
- čistenie železa a jeho úprava na zliatinu požadovaných vlastností (kujné železo a oceľ)
Prvý proces – hutnícke spracovanie železa, prebieha vo vysokých peciach. Takto vyrobené surové železo je krehké a nie je kujné.
Druhý proces – skujňovanie, sa robí podľa Siemensovho – Martinovho a konvertorového spôsobu.
Surové železo(liatina) obsahuje okrem uhlíka aj rôzne prímesi, preto nemá vhodné vlastnosti na priame použitie. Jeho úpravou sa vyrábajú rôzne druhy liatin. Liatina je pomerne tvrdá, ale krehká, s malými možnosťami ďalšieho spracovania. Má však veľmi dobré lejacie vlastnosti. Preto sa používa na výrobky, kde nie je požadovaná veľká presnosť opracovania a ktoré je možné vyrobiť odlievaním (napr. poklopy, radiátory). Existujú však aj typy liatin s upravenými vlastnosťami.
Odstraňovaním uhlíka zo surového železa sa získava oceľ, ktorá je neporovnateľne lepšie spracovateľná, je kujná, ohybná. Prísadami iných kovov (mangán, chróm, vanád, volfrám, kobalt a i.) sa upravujú rôzne mechanické vlastnosti ocele (pevnosť, tvrdosť, chemická odolnosť a mnoho ďalších). S oceľou sa stretávame v každodennom živote (doprava, priemysel, stroje, stavebníctvo).
Vodík
Vodík je prvok, ktorý sa nachádza v prvej perióde a v I.A skupine, z čoho vyplýva, že jeho protónové číslo je 1, čiže má 1 elektrón na valenčnej vonkajšej vrstve. Tento prvok má zo všetkých prvkov periodickej sústavy najmenšiu hustotu. Vyskytuje sa v molekule H2. Prepravuje sa v tlakových oceľových fľašiach označených červeným pruhom. Vyrába sa z neho aj peroxid vodíka H2O2. Keby sme ho mali v skúmavke a chceli by sme ho preniesť, tak by sme museli skúmavku otočiť smerom nadol, lebo vodík má najmenšiu hustotu, čiže by unikal smerom hore a takto by nemohol, keby tá otvorená časť bola dole.
Kyslík
Kyslík je prvok, ktorý sa nachádza v druhej perióde a v VI.A skupine, z čoho vyplýva, že na poslednej elektrónovej vrstve má 6 elektrónov. Kyslík je biogénny prvok, čiže bez neho by život na zemi neexistoval. Človek bez kyslíka vydrží maximálne cca 5 minút.
Najčastejšie sa vyskytuje ako dvojatómová molekula(O2). Jeho nestálejšou formou je ozón(O3), ktorý je v prízemnej vrstve škodlivý najmä rastlinám(smrekom). V atmosférickej vrstve je užitočný, lebo zachytáva škodlivé UV žiarenie Slnka.
Kyslík sa prepravuje v tlakových oceľových fľašiach označených modrým pruhom. Produkuje sa pri fotosyntéze. Nielenže je zložkou molekuly vody(H2O), ale je aj rozpustný vo vode(H2O+O2-vodný roztok kyslíka). Preto môžu ryby pomocou žiabier vo vode dýchať. Pľúcami nevieme spracovať kyslík rozpustený vo vode, musíme ho priať v plynnom stave - zo vzduchu. Kyslík je dôležitý v lekárstve, v letectve a v mnohých iných oblastiach.
Halogény
Halogény sú výrazne nekovové prvky, ktoré sa nachádzajú v VII.A skupine. Sú veľmi reaktívne a jedovaté. V prírode sa nachádzajú väčšinou v halogenidoch(dvojprvkových anorganických zlúčeninách, v ktorých sú anióny s oxidačným číslom -I). Halogény sú: fluór, chlór, bróm, jód, astát. Astát sa od ostatných halogénov líši, a preto sa väčšinou uvádza mimo.
Fluór je v bežných podmienkách plynná látka a má zelenožltú farbu. Je to najreaktívnejší prvok vôbec. Je natoľko reaktívny, že i pri izbovej teplote reaguje s väčšinou prvkov, s vodíkom vytvára zlúčeniny dokonca i za najnižších teplôt. Má silno dráždivý zápach a je vysoko jedovatý. V prírode sa vyskytuje iba v zlúčeninách. Je to biogénny prvok obsadený v kostiach a zuboch.
Chlór je žltozelený plyn, ktorý zapácha podobne ako fluór. Takisto je jedovatý a veľmi reaktívny. Je to biogénny prvok. Nachádza sa v kamennej soli, ktorá je základnou surovinou chemického a potravinárskeho priemyslu. Chlór sa nachádza aj v žalúdočnej kyseline.
Bróm je tmavá červenohnedá reaktívna kvapalina. Silno leptá pokožku. Priamo sa zlučuje s väčšinou prvkov.
Jód je najmenej reaktívny halogén. Je to biogénny prvok, potrebujeme ho na správnu funkciu štítnej žľazy. Spolu s ostatnými halogénmi sa nachádza v morskej vode, v morských rastlinách, v niektorých minerálnych vodách a v uhlí.
Vzácne plyny
Vzácne plyny sú nekovové prvky VIII.A skupiny. Sú to: hélium(He), neón(Ne), argón(Ar), kryptón(Kr), xenón(Xe) a radón(Rn). Vzhľadom na to, že majú valenčnú vrstvu(poslednú elektrónovú vrstvu) maximálne zaplnenú(2e--hélium, 8e--ostatné vzácne plyny), sú veľmi nereaktívne. V súčasnosti nepoznáme žiadnu zlúčeninu hélia, neónu, argónu a len veľmi málo zlúčenín kryptónu, xenónu a radónu. Atómy vzácnych plynov sa nezlučujú ani medzi sebou - tvoria jednoatómové molekuly.
Výskyt, výroba a použitie
Vzácne plyny sa vyskytujú v malom množstve v atmosfére. Hélium sa v malom množstve vyskytuje aj v zemnom plyne, odkiaľ sa aj získava. Keďže sa vzácne plyny nachádzajú v atmosfére možno ich získať z kvapalného vzduchu destiláciou. Hélium, keďže je ľahšie ako vzduch sa používa ako náplň do balónov. Iné vzácne plyny sa používajú ako náplň do žiaroviek. Radón, keďže je rádioaktívny, sa používa pri liečbe rakoviny.
Niečo navyše(dusík, fosfor a síra)
Dusík je nekovový prvok V.A skupiny. Za bežných podmienok je to bezfarebný plyn bez chuti a zápachu. Dusík tvorí dvojatómovú molekulu, ktorá má medzi atómami až trojitú väzbu, a preto je veľmi stály-nereaktívny. Ale niektoré zlúčeniny, ktoré ho obsahujú sú dokonca výbušné. Dusík je hlavnou zložkou vzduchu(78%).
Fosfor je nekovový prvok V.A skupiny. Za bežných podmienok je to pevná látka. Fosfor má tri formy: biely(veľmi reaktívny, jedovatý a samozápalný), červený(menej reaktívny, nie je jedovatý ani samozápalný) a čierny.
Síra je nekovový prvok VI.A skupiny. Za bežných podmienok je to pevná látka žltej farby. Pri zahrievaní sa mení na červenú kvapalinu. Je horľavá, produktom jej horenia je oxid siričitý.
Niečo navyše(uhlík)
Uhlík je nekovový prvok IV.A skupiny a 2.periódy. Má protónové číslo 6. Vyskytuje sa v troch rôznych formách: grafit, diamant a fulerén.
Diamant je najtvrdší prírodný nerast. Je drahý. Používa sa na rezanie a vŕtanie. Významné je jeho použitie v šperkárstve. Vybrúsený diamant sa nazýva briliant.
Grafit(tuha) patrí medzi najmäkšie nerasty. Ako jediný z nekovov vedie elektrický prúd. Používa sa pri výrobe ceruziek(lebo sa ľahko otiera), vyrábajú sa z neho žiaruvzdorné materiály, ale aj tyče do reaktorov atómových elektrární(zachytávajú neutróny pri jadrovej reakcii).
Fulerény tvoria molekuly guľovitého tvaru, ktoré pripomínajú futbalovú loptu. Najznámejší je fulerén C60, ktorý vzhľadom pripomína sadze. Fulerény sú mimoriadne odolné voči fyzikálnym vplyvom. Vyrábajú sa z nich nanorúrky, ktoré slúžia na výrobu elektrotechnických súčiastok(tranzistorov) a veľmi ľahkých a pevných materálov(tkaniny, časti lietadiel).
Organická chémia
Väčšina zlúčenín uhlíka má iné vlastnosti, ako zlúčeniny, ktoré uhlík neobsahujú. Zlúčenín uhlíka je veľmi veľa(cca 20 miliónov). Pretože sa vo veľkom množstve nachádzajú v živých organizmoch, nazývajú sa organické zlúčeniny. Charakteristickou vlastnosťou organických látok je horľavoť. Ostatné zlúčeniny sa nazývajú anorganické. Organické zlúčeniny sú všetky zlúčeniny s obsahom uhlíka okrem oxidov uhlíka, karbidov, kinadidov, kianatanov, kyseliny uhličitej a jej solí(uhličitanov a hydrogenuhličitanov). Oblasť chémie, ktorá skúma organické zlúčeniny sa nazýva organická chémia.