pentely – prvky v.a skupiny

Pentely – prvky V.A skupiny

• charakteristika:

• p – prvky, valenční elektrony mají v orbitalech s a p• elektronegativita atomů klesá ve skupině s rostoucím

protonovým číslem atomů• atomy mají ve valenčních orbitalech 5 elektronů• dusík a fosfor jsou nekovy, arsen je polokov a antimon a

bismut jsou kovy

dusík (7N)

• výskyt:

• dusík tvoří 78,1 objem. procent zemské atmosféry • rostliny a živočichové obsahují dusík ve formě

aminokyselin, které tvoří proteiny • živočichové vylučují dusík ve formě amoniaku, močoviny

či kyseliny močové

minerály: – ledek draselný = salnitr - KNO3 – ledek sodný = chilský ledek - NaNO3

– při převozu sodného ledku lodí vznikaly často požáry, neboť ledek byl hašený vodní párou a horkou vodou

– ohromná ložiska NaNO3 jsou v pustých neobydlených pouštních oblastech severního Chile

těžba ledku v Chile

• průmyslová výroba:

• destilací zkapalněného vzduchu ( t.v. = – 196 C )

• laboratorní příprava:

• tepelný rozklad dichromanu amonného (NH4)2Cr2O7

• (NH4)2Cr2O7 → N2 + Cr2O3 + 4H2O

termický rozklad dichromanu amonného – „ sopka na stole“

• fyzikální vlastnosti:

• bezbarvý plyn bez chuti a zápachu

• lehčí než vzduch

• nehoří a hoření nepodporuje

• za nízkých teplot a za vysokého tlaku se dá zkapalnit

• chemické vlastnosti:

• molekulový dusík je za běžné teploty nereaktivní

vysvětlení:• molekuly jsou tvořeny dvěma atomy dusíku vázanými

velice pevnou trojnou vazbou, štěpí se až za vysokých teplot

• využití:

• inertní atmosféra• huštění pneumatik (plynný dusík)• výroba amoniaku, kyseliny dusičné, dusíkatých hnojiv • ochrana biologických vzorků – krve, spermatu (kapalný

dusík)

• sloučeniny:

• amoniak

– bezbarvý alkalický plyn, zapáchá, jedovatý – zkapalnitelný – snadno se rozpouští ve vodě a reaguje s ní

NH3(aq) + H2O → NH4+(aq) + OH-(aq)

• průmyslová výroba:

• Haberova-Boschova vysokotlaká redukce dusíku vodíkem

• (p = 20 MPa, t = 400°C, katalyzátor Fe):

• N2 + 3H2 → 2NH3

• chemické vlastnosti:

• reaguje s kyselinami za vzniku amonných solí:2NH3 + H2SO4 → (NH4)2SO4

• na vzduchu hoří žlutým plamenem:

• neúplné spalování:4NH3 + 3O2 → 2N2 + 6H2O

• úplné spalování:4NH3 + 5O2 → 4NO + 6H2O (Pt, t = 800°C)2NO + O2 → 2NO2 (Pt, t = 400°C)

• využití:

• výroba kyseliny dusičné • hnojivo – ve formě amonných solí

• chlorid amonný – salmiak

• příprava - reakcí amoniaku s kyselinou chlorovodíkovou:

NH3 + HCl → NH4Cl

• bílá krystalická látka,sublimuje, ve vodě rozpustný • využití – elektrolyt do suchých článků

• sulfid amonný

– ve vodě rozpustný – využití – činidlo v analytické chemii

• síran amonný

– ve vodě rozpustný– využití - dusíkaté hnojivo

• dusičnan amonný • bílá, krystalická látka, rozpustná ve vodě, bezpečnostní

trhavina, hnojivo

• uhličitan amonný • bílá, krystalická látka ve vodě rozpustná, součástí

kypřícího prášku

• oxidy

• oxid dusný • rajský plyn - bezbarvý plyn, nasládlé chuti

• vdechován působí nejprve stavy veselosti (odtud název rajský plyn) nebo hysterie, při vyšších dávkách útlum až anestetický spánek

• dlouhodobé nebo intenzivní vdechování však může vést k zástavě dýchání, nebo přílišnému útlumu srdeční činnosti, případně až k zástavě srdce, v obou případech s následkem smrti

• proto je velmi nebezpečné jeho případné zneužití čicháním jako drogy

– využití - anestetikum, hnací plyn do bombiček na přípravu šlehačky

• oxid dusnatý – bezbarvý, jedovatý plyn, dusivého zápachu

– příprava - reakcí mědi se zředěnou kyselinou

dusičnou:3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

– vzdušným kyslíkem se oxiduje na oxid dusičitý2NO + O2 → 2NO2

• oxid dusičitý

– příprava - reakcí mědi s koncentrovanou kyselinou dusičnou:

Cu + 4HNO3 → Cu(NO3)2 + 2NO2 + 2H2O

nebo termickým rozkladem dusičnanu olovnatého:

2Pb(NO3)2 → 2PbO + 4NO2 + O2

– hnědočervený, silně jedovatý, zapáchající plyn – ochlazením pod t = -11 °C tuhne na ledový dimér N2O4:

2NO2 → N2O4

• oxidy NO a NO2 hrají spolu s oxidy síry hlavní roli při tvorbě kyselého deště

- v Evropě způsobují asi 1/3 okyselení dešťových srážek- oxid dusičitý navíc způsobuje snižování odolnosti vůči virovým

onemocněním, bronchitidě a zápalu plic

• kyselina dusitá

– slabá kyselina, stálá jen ve zředěných roztocích – využití – příprava / výroba diazoniových solí

• soli: dusitany - rozpustné ve vodě, některé hygroskopické (NaNO2, KNO2)

– oxidují se manganistanem draselným (KMnO4 na dusičnany )

• dusitan sodný

• příprava/výroba diazoniových solí

• kyselina dusičná

– výroba 50 – 60% kyseliny se uskutečňuje katalytickou (Pt) oxidací amoniaku:

2NH3 + 5/2O2 → 2NO + 3H2O2NO + O2 → 2NO22NO2 + H2O +O2→ HNO2 + HNO3

– bezvodá se získá destilací koncentrovaného roztoku kyseliny v přítomnosti oxidu fosforečného nebo bezvodé kyseliny sírové za sníženého tlaku

– bezbarvá kapalina, silná kyselina, oxidační vlastnosti, maximální konc. 68%

– uchovává se v tmavých lahvích, poněvadž se působením světla rozkládá:

4HNO3 → 4NO2 + 2H2O + O2

– koncentrovaná pasivuje některé kovy (vytváří filmy oxidů, které brání další reakci kovu s kyselinami, např. pasivuje Al, Cu, Fe)

• lučavka královská – směs HNO3 a HCl (v poměru 1:3) rozpouští i Au a platinové kovy

• využití: • výroba hnojiv,výbušnin, plastů, léčiv, barviv

• soli – dusičnany

• rozpustné ve vodě • dusičnany alkalických kovů se zahřátím rozkládají na dusitan a kyslík:

2KNO3 → 2KNO2 + O2 • dusičnan sodný – konzervant masných výrobků – E 251

fosfor (15 P)

• historie:

• Poprvé izolován alchymistou H. Brandtem v roce 1669 - nechal několik dní rozkládat moč, pak ji varem silně zahustil a nakonec destiloval při vysokých teplotách za nepřístupu vzduchu. Z par po kondenzaci pod vodou získal fosfor jako voskovitou látku, která na vzduchu ve tmě světélkovala.

• název phosphorus (řecky phos = světlo, phoros = nesoucí )• český název kostík se neujal, jako chemický prvek byl označen až

Lavoisierem

bílý fosfor

za laboratorní teploty se bílý fosfor vznítí, je samozápalný

červený fosfor

• výskyt:

• apatit – těžba poloostrov Kola ( výroba fosforu ) • fluoroapatit • vyskytuje se v živých organismech - kosti, zuby - apatit

karbonátový 3Ca3(PO4)2·CaCO3 ·H2O • DNA, RNA, lipidy

• průmyslová výroba:

• redukcí fosforečnanů křemenným pískem a koksem v elektrické peci:2Ca3(PO4)2 + 6SiO2 → 6CaSiO3 + P4O10P4O10 + 10C → P4 + 10CO (t = 1500°C)

• fosfor vzniká ve formě par, které jsou chlazeny pod vodou, vzniká tak fosfor v pevném skupenství

apatit – využití ve šperkařství

– bílý fosfor

• žlutobílá látka• měkký jako vosk, lze jej krájet nožem • nerozpouští se ve vodě • rozpouští se v benzenu, etheru • molekula je tetraatomická, krystalizuje v kubické

soustavě

• velmi reaktivní,samozápalný, na vlhkém vzduchu světélkuje (fosforescence) – páry fosforu reagují s kyslíkem za vzniku oxidu fosforečného a světla

• velmi silný jed – 0,05g je pro člověka smrtelná dávka • páry vdechované v malých množstvích po delší dobu způsobují

odumření čelistních a nosních kostí – fosforová nekróza

– červený fosfor

• získává se zahřátím bílého fosforu za nepřístupu vzduchu při teplotě

270°C

• má vrstevnatou strukturu, nefosforeskuje,není jedovatý

• méně reaktivní • nerozpustný ve všech rozpouštědlech

– černý fosfor

• vzniká zahříváním bílého fosforu na 220°C za tlaku 1,2 GPa

• černá látka s kovovým leskem • má polymerní strukturu • nejméně reaktivní • tepelně i elektricky vodivý • není jedovatý

• využití:

• červený - výroba zápalek, pyrotechniky • bílý - jed na krysy, bomby – Korejská válka, válka ve

Vietnamu,Čěčenský konflikt, Američané použili fosforové bomby v Iráku proti povstalcům – byly použity fosforové granáty pro osvětlení bojového prostoru

• bílý fosfor způsobuje rozsáhlé popáleniny, které se špatně hojí,oděv zůstává nepoškozený, nebezpečný je i oxid fosforečný, který vzniká v plynném skupenství při výbuchu fosforové bomby

havárie vagónu převážející bílý fosfor (Ukrajina ), mrak oxidu fosforečného zamořil 14 obcí

• oxidy • oxid fosforečný

• příprava - spalováním fosforu v nadbytku suchého vzduchu a

ochlazením par:P4 + 5O2 → P4O10

• existuje v různých formách (krystalické, amorfní, kapalné) • po osvětlení silně zeleně fosforeskuje, hygroskopický

• využití - v laboratoři při sušení plynů a kapalin (dehydratační činidlo)

• kyselina trihydrogenfosforečná (ortofosforečná)

– výroba - spalováním rozprášeného roztaveného fosforu ve směsi

vzduchu a páry v nerezové nádobě:P4 + 5O2 + 6H2O → 4H3PO4nebo reakcí přírodního fosfátu s kyselinou sírovou:Ca5(PO4)3F + 5H2SO4 + 10H2O → 3H3PO4 + 5CaSO4·2H2O + HFsíran se odfiltruje, HF se odstraní v podobě nerozpustného Na2SiF6

– tvoří bezbarvé krystaly – dobře rozpustná ve vodě – běžně 75 - 85% – trojsytná, středně silná kyselina

• využití:

– přípravky proti korozi– okyselení nápojů sycených oxidem uhličitým (např.

Coca cola) – výroba hnojiv

• soli: dihydrogenfosforečnany, hydrogenfosforečnany, fosforečnany

• příprava - reakcí kyseliny s hydroxidy nebo uhličitany

H3PO4 + 3NaOH → Na3PO4 + 3H2O H3PO4 + Na2CO3 → Na2HPO4 + CO2 + H2OH3PO4 + Na2HPO4 → 2NaH2PO4

• fosforečnan trisodný - součást prášků na praní

• fosforečná hnojiva • výroba superfosfátu: • (skládá se z dihydrogenfosforečnanu vápenatého a síranu vápenatého )

• Ca3(PO4)2(nerozp.) + 2H2SO4 → Ca(H2PO4)2(rozp.) + 2CaSO4

• hydrogenfosforečnan diamonný a dihydrogenfosforečnan amonný jsou také obsaženy ve fosforečných hnojivech