Prvky IV. hlavní Prvky IV. hlavní skupiny (C, Si, Ge, skupiny (C, Si, Ge,

Sn, Pb)Sn, Pb)

Vlastnosti prvků IV. hlavní skupiny

  X t.t. (°C)

C 2,50 3550

Si 1,74 1420

Ge 2,02 940

Sn 1,72 230

Pb 1,55 330

konfigurace ns2np2

stálost vyššího

oxidačního stavu

se postupně snižuje:

C –IV, (II) a hlavně IV

Si –IV a hlavně IV, Ge jen IV, Sn II a hlavně IV,

Pb hlavně II a méně IV, uhlík nekov, křemík

a germanium polokovy, ostatní kovy

Valenční sféra a energie vazeb

hybridizace sp3

C – C 350 kJ/mol

Si – Si 200 kJ/mol

C – H 416 kJ/mol

Si – H 293 kJ/mol

C – O 340 kJ/mol

Si – O 370 kJ/mol

UhlíkUhlík

Historie

• 1779 Scheele potvrdil shodnost podstaty grafitu a uhlíku

• 1796 Tennant spálil diamant a dokázal, že diamant je modifikací uhlíku

• 1985 Smalley, Curl a Krot objev fullerenů (Nobelova cena 1996)

• 2004 Geim a Novoselov objev grafenu (2010 Nobelova cena)

Grafit a diamant

Fulleren a grafen

Výskyt

V zemské kůře 180 ppm uhlíku (17., mezi S a Cl), 12C (99 %), 13C (1 %) a stopové množství radioaktivního 14C (t1/2 = 5730 let) vznikajícím ve svrchních vrstvách atmosféry kosmickým zářením z dusíku Koncentrace 14C je na úrovni zemského povrchu velmi malá, ale konstantní, proto je obsah 14C používán pro geochronologii

Výskyt

• Grafit (tuha) - stabilní modifikace

• Diamant – metastabilní (vysokotlaká) modifikace

• Saze (aktivní uhlí) – amorfní modifikace (často podíl mikrokrystalického grafitu)

• Uhličitany – kalcit, dolomit, magnesit

• Organické látky (ropa, uhlí, zemní plyn, hmota živých organismů)

• Oxid uhličitý v atmosféře (0,03 hmotn. %)

Grafit

• Přírodní – těžba

• Umělý – zahříváním koksu s křemenem při 2500 °C (vzniká SiC a CO, SiC se následně rozkládá na grafit a Si vytěká)

Využití

metalurgie (tavicí kelímky), elektrody, žárovzdorné výrobky, jaderná energetika, tužky

Diamant

• Přírodní – těžba Afrika (Jižní Afrika, Zaire, Botsvana atd.), Rusko, dříve Indie, Brazilie

• Syntetické – za velmi vysokých teplot a extrémních tlaků

Technické – cena přírodních a syntetických srovnatelná, klenotnické jen z těžby

Použití – broušení, klenotnictví

Interkalátové sloučeniny

Reakce grafitu s různými látkami za vzniku nestechiometrických nebo i stechiometrických sloučenin, grafitové vrstvy zůstávají zachovány, další složky vstupují mezi vrstvy

Síran grafitu C24HSO4 . 2 H2SO4

reakce i s HF, alkalickými kovy, HNO3

Karbidy

Binární sloučeniny uhlíku s jinými prvky

Příprava přímou reakcí uhlíku s prvky nebo reakce oxidů prvků s uhlíkem

• Iontové (nejčastěji acetylidy)

• Přechodné

• Kovalentní (SiC, B4C)

• Intersticiální (s přechodnými kovy)

Karbid vápníkuVe skutečnosti acetylid vápníku CaC2, iontová sloučenina Ca2+ (C=C)2- odvozená od acetylenu

Výroba reakcí koksu s páleným vápnem v obloukových pecích

3 C + CaO → CaC2 + CO

Použití

výroba acetylenu

CaC2 + H2O → Ca(OH)2 + HC≡CH

Přechodné karbidy

Reakce s vodou za vzniku uhlovodíků

Al4C3 + 12 H2O → 3 CH4 + 4 Al(OH)3

Mg2C3 + 4 H2O → HC≡C-CH3 + 2 Mg(OH)2

Karbid křemíku

Výroba z koksu a křemene v obloukové peci

SiO2 + 3 C → SiC + 2 CO

Použití

brusné nářadí (karborundum)

Halogenidy uhlíku

Na pomezí organické chemie

Fluorid CF4

výjimečně stálý plyn, b.t. -184 °C, stabilní proti většině chemikálií až do 600 °C, připravuje se fluorací různých sloučenin uhlíku

Tetrafluorethylen C2F4

monomer pro výrobu teflonu

Freony

• Fluorchlorderiváty jednoduchých uhlovodíků – CFCl3, CF2Cl2, C2F2Cl4

• Plyny nebo nízkovroucí kapaliny, vynikající chemická stálost, vynikající rozpouštědla, netoxická a nereaktivní, bezbarvé, bez zápachu

• Použití – chladírenství, spreje, mikroelektronika, zdravotnictví

Freony

Ve vrchních vrstvách atmosféry se freony rozkládají působením tvrdého UV záření a uvolňují atomární chlor, který katalyticky rozkládá ozon (jeden atom Cl až 100 000 molekul ozonu)

Výroba freonů je již zakázána

Halogenidy uhlíku

• Chlorid uhličitý CCl4 (tetrachlormethan)

kapalina, velmi dobré rozpouštědlo, ale karcinogenní, použití silně omezeno

• Bromid CBr4 a jodid CI4 jsou pevné látky bez většího významu

Oxidy uhlíkuOxid uhelnatý CO

bezbarvý plyn bez zápachu, vysoce toxický (blokuje hemoglobin)

vzniká přímou reakcí uhlíku a kyslíku bez přebytku kyslíku nebo reakcí uhlíku a oxidu uhličitého

CO2 + C ↔ 2 CO

Oxidy uhlíkuOxid uhelnatý COs vodou přímo nereaguje, s NaOH ve vodě při zvýšené teplotě tvoří mravenčnan sodný CO + NaOH → HCOONamolekula je izoelektronová s molekulou N2, na obou atomech je nevazebný elektronový pár, v molekule je parciální kladný náboj na O a záporný na Ctvorba karbonylů (u jednotlivých prvků)

Oxidy uhlíkuReakce oxidu uhelnatého

S chlorem reaguje za vzniku fosgenu

CO + Cl2 → COCl2

velmi nebezpečný plyn, dichlorderivát kyseliny uhličité, bojový plyn, vzniká i nedokonalým hořením PVC

Oxidy uhlíkuOxid uhličitý CO2

bezbarvý plyn bez zápachu, nehořlavý, dusivý

vzniká přímou reakcí uhlíku a kyslíku při přebytku kyslíku nebo reakcí kyslíku a oxidu uhelnatého

CO + 1/2 O2 → 2 CO2

nebo spalováním organických látek

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Oxidy uhlíkuOxid uhličitý CO2

Dále vzniká reakcí uhličitanů s kyselinami

CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2

Plyn s teplotou varu – 79 °C a teplotou tání -57 °C (při tlaku 0,5 MPa), za normálního tlaku sublimuje (tuhý oxid uhličitý)

Ve velkém se uvolňuje spalováním paliv a dále z vápenek

CaCO3 → CaO + CO2

Kyselina uhličitáCO2 s vodou reaguje na slabou kyselinu uhličitou, dále tvoří soli uhličitany a hydrogenuhličitany

CO2 + H2O ↔ H2CO3

Uhličitany a hydrogenuhličitany budou (nebo již byly) probrány u příslušných kovů

Močovina

diimid kyseliny uhličité OC(NH2)2

Sirouhlík

Sirouhlík CS2

vzniká přímou reakcí uhlí s parami síry za zvýšené teploty

nízkovroucí kapalina, vysoce toxická a silně hořlavá, výborně rozpouští některé nepolární látky (síra, fosfor)

ve vodě se nerozpouští, reaguje s alkalickými roztoky sulfidů za vzniku thiouhličitanů Na2CS3

Kyanovodík

Kyanovodík HCN

bezbarvá, vysoce toxická, lehce těkavá kapalina (b.v. 25 °C)

vodný roztok kyselina kyanovodíková, slabá kyselina tvořící soli kyanidy

Důležitá látka pro organické syntézy a pro výrobu kyanidů (galvanické pokovování)

Kyanovodík

Kyanidy

jednoduché i komplexní soli

silnými kyselinami se rozkládají za vzniku kyanovodíku

NaCN + H2SO4 → HCN + NAHSO4

Kyanidový aniont vystupuje jako ligand v komplexních sloučeninách (později)

Další sloučeniny

Dikyan (CN)2

jedovatý plyn, vzniká rozkladem kyanidů

2 AgCN → 2 Ag + (CN)2

Kyselina kyanatá a kyanatany

kyanatany vznikají oxidací kyanidů, v kyselém prostředí uvolňují nestálou kyselinu kyanatou HOCN, která se lehce rozkládá HOCN + H2O → NH3 + CO2

Další sloučeniny

Kyselina thiokyanatá a thiokyanatany

thiokyanatany vznikají reakcí kyanidů se sírou, v kyselém prostředí uvolňují nestálou kyselinu thiokyanatou HSCN, která se lehce rozkládá

Thiokyanatany se také nazývají rhodanidy a tvoří řadu komplexních sloučenin, například typické červené sloučeniny s Fe3+

Další sloučeniny

V koordinačních (komplexních) sloučeninách mohou být částice NCO resp. NCS vázány i přes dusík (izokyanatany –N=C=O, izothiokyanatany –N=C=S), známé jsou i fulmináty (-O-N=C), používané jako výbušniny

KřemíkKřemík

Historie

• sloučeniny (křemen) známy od nepaměti

• 1823 Berzelius připravil křemík redukcí K2[SiF6] roztaveným draslíkem

• 1947 objev transistorového jevu v germaniu a následně v křemíku

Výskyt

• Druhý nejrozšířenější prvek zemské

kůry (27,2 hmotn. %), ve vesmíru až 7.

• Výskyt pouze ve sloučeninách

s kyslíkem, velké množství

horninotvorných minerálů, křemičitanů,

hlinitokřemičitanů a křemene

Křemík

• Křemík krystaluje ve struktuře diamantu

• Kompaktní křemík je mimo vysokých teplot (nad 1000 °C) chemicky značně odolný (na povrchu vzniká vrstva oxidu o tloušťce pouze několika atomových vrstev), při vysokých teplotách přímo reaguje s kyslíkem, sírou, fosforem, dusíkem, halogeny atd.

Křemík

• Kompaktní křemík reaguje z kyselin

pouze se směsí konc. HNO3 + HF,

podstatně lehčeji reaguje s horkými

roztoky alkalických hydroxidů

Si + 2 NaOH + H2O → Na2SiO3 + 2 H2

• Roztavený křemík má silné redukční

účinky na většinu oxidů kovů

Výroba křemíku

• Nečistý pro ocelářství (ferrosilicium)

redukcí křemene uhlíkem v obloukových pecích (většinou se železným šrotem)

SiO2 + 2 C → Si + 2 CO (nadbytek SiO2)

Použití

v metalurgii k deoxidaci oceli, slitiny s křemíkem pro elektrické motory

Výroba křemíku

• Velmi čistý pro polovodičový průmysl nečistý křemík se chlorací převede na chlorid křemičitý SiCl4 a ten se vyčistí opakovanou destilací, následně se zredukuje Mg, Zn nebo vodíkem a vzniklý křemík se přetaví do tyčí a vyčistí opakovanou zónovou krystalizací

• Výsledná čistota 10-9 až 10-12 %

Silicidy

• Binární sloučeniny křemíku s kovy podobají se více boridům než karbidům, mají však podstatně horší vlastnosti a menší odolnost

• S kovy hlavních skupin tvoří silicidy různých složení M6Si až MSi3, s přechodnými kovy tvoří křemík převážně slitiny

Silicidy

• Reakce silicidů

Silicidy alkalických kovů poskytují s vodou vodík

Na2Si + 3 H2O → Na2SiO3 + 3 H2

Silicidy Mg a Ca reagují s kyselinami na silany

Mg2Si + 4 HCl → SiH4 + 2 MgCl2

Silany

Sloučeniny křemíku s vodíkem, obdoba uhlovodíků, ale mnohem nestálejší

Řada sloučenin SinH2n+2, např. SiH4, Si2H6

Silany jsou velmi reaktivní plyny nebo kapaliny, na vzduchu samozápalné, s vodou rychle hydrolyzující

Si3H8 + 6 H2O → 3 SiO2 + 10 H2

Silany

Příprava

reakcí některých silicidů s kyselinami nebo halogenidů křemičitých s hydridy

SiCl4 + 4 NaH → SiH4 + 4 NaCl

Použití

Rozkladem vzniká velmi čistý křemík, silany používány pro speciální syntézy

Halogenidy křemíku

Fluorid křemičitý SiF4

reaktivní plyn vznikající reakcí

2 CaF2 + 2 H2SO4 + SiO2 → 2 CaSO4 + SiF4 + 2 H2O

S HF tvoří kyselinu hexafluorokřemičitou H2[SiF6], silnou kyselinu známou pouze v roztoku nebo jako soli (např. K2[SiF6])

Aniont [SiF6]2- má tvar oktaedru (sp3d2)

Halogenidy křemíku

SiCl4 důležitá průmyslová sloučenina

výroba přímou chlorací křemíku nebo SiC

těkavá kapalina, lehce hydrolyzující vodou

SiCl4 + 2 H2O → SiO2 + 4 HCl

s alkoholy tvoří alkoxidy

SiCl4 + 4 CH3CH2OH → Si(OCH2CH3)4 + 4 HCl

tetraethoxysilan (tetraethylsilikát)

Halogenidy křemíku

SiBr4 a SiI4 malý význam

Halogen v halogenidech křemíku lze substituovat organickými skupinami, vznikají sloučeniny RxSiCl4-x s vazbou C – Si, která nepodléhá hydrolýze, reakcí s alkoholy potom vznikají alkylalkoxysilany

Silikony, siloxany

Hydrolýzou RxSiCl4-x vznikají RxSi(OH)4-x,

které polykondenzují a tvoří sítě

R2SiCl2 + 2 H2O → R2Si(OH)2 + 2 HCl

2 R2Si(OH)2 → R2(OH)Si-O-Si(OH)R2 + H2O

Použití

silikonové oleje,

maziva, kaučuk

Si O Si O OSi

RR

R O

Si

R

R

R

Alkylalkoxysilany

dva typy vazeb mezi uhlíkem a křemíkem

vazby C – O – Si hydrolyzovatelné

vazby C – Si nehydrolyzovatelné

dimethyldimethoxysilan a) b) CH3 O – CH2 – CH3

| | CH3 – O – Si – O – CH3 CH3 – CH2 – O – Si – CH = CH2 | | CH3 O – CH2 – CH3

Metoda sol-gel

Využívá vlastností alkylalkoxysilanů a alkoxidů křemíku (i jiných prvků) tvořit hydrolýzou a polykondenzací polymerní strukturyVyužitípříprava anorganických a hybridních materiálů pro speciální účely ve formě nanovrstev, nanovláken, nanočástic a kompozitů (více na magisterském stupni)

Oxid křemičitý

SiO2 znám ve více než 10 modifikacích

křemen (β ↔ α při 573 °C)

↓ 870 °C

tridymit (β ↔ α při 140 °C)

↓ 1470 °C

cristobalit (β ↔ α při 250 °C)

↓ 1710 °C

tavenina

Oxid křemičitý

• Dostatečně rychlým ochlazením taveniny vzniká křemenné sklo (amorfní)

• Vysokotlaké modifikace

coesit a keatit (syntetické i v kráterech)

• Stishovit (1300 °C, 17 GPa)

koordinační číslo 6 (sp3d2)

Kyseliny křemičité

Základní kyselina tetrahydrogenkřemičitá H4SiO4 vzniká hydrolýzou SiCl4 nebo okyselením roztoků alkalických křemičitanů, v roztoku je nestálá a polykondenzuje na kyselinu dikřemičitou a dále až na kyseliny polykřemičité

SiCl4 + 4 H2O → H4SiO4 + 4 HCl

2 H4SiO4 → (OH)3Si-O-Si(OH)3 + H2O

konečným produktem je hydratovaný SiO2

Křemičitany

V silně alkalickém prostředí bez přítomnosti jiných než alkalických kationtů (Na+, K+) jsou anionty křemičitanové relativně stálé, i tady však postupně polykondenzují

Vodní sklo – koloidní roztok alkalických polykřemičitanů, používá se jako lepidlo a pro zpevňování pískových forem pro odlévání kovů

Křemičitany

Struktury jsou velmi rozdílné od

izolovaných tetraedrů SiO4 přes skupiny

tetraedrů k 1D, 2D až po 3D struktury

vytvořené křemičitanovými sítěmi. Ve

všech známých minerálech (mimo

stishovitu) má křemík koordinační číslo 4

a tetraedrické uspořádání vazeb ke

kyslíku.

KřemičitanyKřemičitany jsou nejrozšířenějšími minerály zemské kůry, spolu s křemenem a hlinitokřemičitany tvoří 95 % minerálů a naprostou většinu horninotvorných minerálů

Křemičitany vznikají různými způsoby od vylučování z taveniny, přes reakci mezi oxidem křemičitým a oxidy kovů až po hydrothermální vznik minerálů

Hlinitokřemičitany

Část atomů křemíku (maximálně

polovina) je nahrazena atomy hliníku,

struktura propojených tetraedrů je

zachována

Hlinitokřemičitany jsou nejdůležitější

horninotvorné minerály (živce, slídy)

Křemičitany

• Ortokřemičitany

Izolované tetraedry SiO4 v M2IISiO4

olivín (Mg,Fe)2SiO4

zirkon ZrSiO4

granáty M3IIM2

III(SiO4)3

MII = Ca, Mg, Fe

MIII = Al, Fe, Cr

Křemičitany

• Malé skupiny tetraedrů

• Dikřemičitany Si2O7

thortveitit Sc2Si2O7

• Cyklokřemičitany Si6O18

beryl Be3Al2Si6O18

Křemičitany

Metakřemičitany

Řetězce tetraedrů (SiO3)n, (Si4O11)n

pyroxeny

amfiboly

azbesty

Křemičitany

• Vrstevnaté křemičitany

Vrstvy tetraedrů (Si4O10)n, často již hlinitokřemičitany

slídy

jílové minerály

Křemičitany

Křemičitany s trojrozměrnou strukturou

všechny jsou hlinitokřemičitany,

prostorové propojení tetraedrů SiO4 a AlO4

živce

NaAlSi3O8 - KAlSi3O8 – CaAl2Si2O8

albit ortoklas anortit

zeolity

Zeolity

přírodní i umělé hlinitokřemičitany (alumosilikáty) s velmi specifickou krystalovou strukturou

Chemické složení

MxDy[Alx+2ySin–(x+2y)O2n] · m H2O

M = Na+, K+, Li+

D = Ca2+, Sr2+, Ba2+, Mg2+

Chemické složení zeolitů

• Skolecit Ca(Al2Si3O10). 3 H2O

• Natrolit Na2(Al2Si3O10) . 2 H2O

• Chabazit Ca2(Al4Si8O24) . 13 H2O

• Harmotom

(0,5 Ba,K)(0,5 Ca, Na)(Al5Si11O32) . 15 H2O

• Klinoptilolit

(NaK)6(Al6Si30O72) . 20 H2O

Ve struktuře dutiny a kanály o průměru 0,3 až 0,8 nm, v nichž jsou iontovou vazbou vázány kationty M+ a D2+ a dále van der Waalsovými silami molekuly vody.

Mohou se vyměňovat kationty M+ a D2+ (výměnné reakce) a teplem (250 až 400 °C) odstraňovat voda (při nízkých teplotách opět dochází k adsorpci vody do dutin)

Zeolity

Struktura zeolitů

Struktura zeolitů

Přírodní zeolity

Skolecit Chabazit

Využití zeolitů

• kationtová výměna (prací prášky, iontoměniče)

• molekulová síta (výroba kyslíku a dusíku ze vzduchu)

• nosič katalyzátorů • dehydratace (vysoušení kapalin

a přístrojů)• adsorbent (pachy, škodliviny)• geopolymery

Sklo a skelný stav

Charakteristika skelného stavu

Sklo je amorfní pevná látka, která vzniká

obvykle ztuhnutím taveniny bez

krystalizace, je rentgenograficky amorfní

Struktura

Látky tvořící skla

• prvky - S, Se• oxidy - B2O3, SiO2, GeO2

• boritany a křemičitany - Na2B4O7, Na2O-CaO-SiO2

• fluoridy - BeF2, BaF2-AlF3-LaF3-ZrF4

• sulfidy a selenidy - As2S3, As-Se-Ge• organické polymery - polystyren, PMMA• jiné látky - glycerin, některé kovy

a slitiny

Tvarování skloviny

Hlavní roli hraje viskozita a rychlost krystalizace

Křemičitá skla

Suroviny

Vsázka - směs sklářského kmene a

vratných skleněných střepů, která je

nakládána do sklářské pece

Hlavní suroviny - písek, soda, potaš,

vápenec

Tavicí pece

a) Kontinuální tavicí pece různé konstrukce s výkonem 3 až 1000 tun skla za den

Otop: plyn, elektrická energie

Tavicí teploty: 1350 až přes 1600 ºC

Tavicí pece

Ploché sklo Float

Speciální pece

b) Pánvové pece

Pánve ze šamotu o obsahu 50 až 1000 kg skloviny

Použití: maloobjemové výroby - ruční tvarování, umělecká výroba, bižuterie, barevná a zakalená skla

c) Speciální pece - indukční, odporové, silitové

Tavení malých množství speciálních skel pro optiku a elektrotechniku v kelímcích z keramiky nebo slitin platiny

Skleněná vlákna

Skelně krystalické hmoty

Vyrábí se řízenou krystalizací speciálních skel nebo hornin různých chemických složení, typická velmi jemnozrnná krystalizace

Význačné vlastnosti

Řada speciálních vlastností u skel nedosažitelných (pevnost, teplotní odolnost, elektrické vlastnosti, oděruvzdornost)

Skelně krystalické hmoty

Použití

varné nádobí, vařidlové desky, výměníky tepla, teleskopická zrcadla, hlavice raket, tavený čedič a petrositaly pro potrubí, dlažby a obkladové materiály ve stavebnictví

Keramika

Charakteristika keramiky

Keramika je anorganický nekovový

materiál s heterogenní strukturou,

tvořenou krystalickými a někdy

i skelnými látkami o různém složení

a uspořádání. Obsahuje obvykle i póry.

Výroba keramiky• mletí - většinou nutné velmi jemné

• tvarování - lití, lisování

• sušení - pomalé, velmi důležité

• tepelné zpracování - při 1000 až 1400 ºC

v komorových nebo tunelových pecích,

oxidová keramika až 1700 ºC, probíhají

chemické a fyzikální reakce (slinování)

Slinování

Na vlastnosti produktu mají prvořadý vliv chemické a mineralogické složení surovin, velikost částic a kvalita jejich povrchu.

Oxidová keramikaTéměř čisté žárovzdorné oxidy (Al2O3,

BeO, MgO, ZrO2, ThO2), speciální postupy výroby

Vlastnosti

extrémně vysoké mechanické pevnosti, žárovzdornost (max. teplota použití ThO2 2700 ºC),

vysoká tvrdost, chemická odolnost

Oxidová keramika

Použití

nejběžnější slinutý korund,

konstrukční materiály pro vysoké

teploty, plátky pro obrábění kovů,

izolátory zapalovacích svíček

Žárovzdorná keramika pro průmyslové pece

Typická hrubozrnná struktura,

kombinace žárovzdorných oxidů

z přírodních surovin

Žárovzdorná keramika pro průmyslové pece

Hlavní typy:

Dinas - téměř čistý SiO2 z křemenců

Šamot - hlavně mullit (3 Al2O3 . 2 SiO2) z jílů

Sillimanit - mullit ze sillimanitu

"Magnezit" - MgO z přírodního magnezitu

Chrommagnezit - MgO, Cr2O3, Al2O3 z

chromitu a magnezitu

Zirkonsilikát - tavené materiály se ZrO2, SiO2,

(Al2O3)

1 - šamot, 2 - sillimanit, 3 - chrommagnezit, 4,5 - dinas, 6 - magnezit

Germanium, cín Germanium, cín a olovoa olovo

Historie• Cín a olovo patří k nejstarším známým

kovům, olovo používáno v Egyptě kolem roku 7000 př.n.l., cín od roku 3500 př.n.l.

• Obrovské množství olova používáno ve starém Římě (až 60 000 tun ročně) pro rozvody pitné vody

• Germanium předpovězeno 1864 Newlandsem, vlastnosti specifikovány 1871 Mendělejevem a podle nich objeveno 1886 Winklerem

Výskyt

• Germanium – obsah 1,5 ppm (53.), blíží

se cínu, ale minerály mimořádně

vzácné, je silně rozptýlené

• Cín – obsah 2,1 ppm (48.), hlavní

minerál kassiterit (cínovec) SnO2

• Olovo – 13 ppm, nejrozšířenější těžký

prvek, hlavní minerál galenit PbS

Výroba

• Germanium – z popílků elektráren a při

zpracování zinkových rud přes GeCl4

• Cín – redukcí kassiteritu uhlíkem za

středně vysokých teplot

• Olovo – galenit se nejdříve praží k

odstranění síry jako SO2 a potom se

vzniklý PbO redukuje uhlíkem

Použití kovů

• Germanium výroba tranzistorů, speciální optiky a speciálních slitin

• Cín pocínování ocelových plechů (konzervy), slitiny (bronzy) a elektrotechnické pájky, sklářství

• Olovo akumulátory, lehce tavitelné slitiny, munice, závaží, sloučeniny pigmenty, sklářství (olovnatý křišťál)

Vlastnosti prvků

• Germanium struktura jako křemík, další vlastnosti velmi podobné

• Cín ve dvou krystalických formách, nad 13 °C kovová, pod 13 °C zvolna přechází na nekovovou s diamantovou strukturou (cínový mor)

Sn + 2 HCl → SnCl2 + H2 (za tepla)

3 Sn + 4 HNO3 → 3 SnO2 + 4 NO + 2 H2O

kov reaguje s řadou prvků (Cl2, Br2, S ..)

Vlastnosti prvků• Olovo měkký těžký kujný kov

Pb + 2 HCl → PbCl2 + H2 (za tepla)

3 Pb + 8 HNO3 → 3 Pb(NO3)2+ 2 NO + 4 H2O

Na povrchu kovu se tvoří tenká oxidická vrstva, která brání další oxidaci (až do 600 °C), ve styku s konc. H2SO4 je olovo také stálé (tvorba povrchové vrstvy nerozpustného PbSO4), využití pro skladování konc. H2SO4

Sloučeniny

• Nejstálejší jsou sloučeniny GeIV, SnIV a PbII, sloučeniny GeII a SnII působí silně redukčně, naopak sloučeniny PbIV silně oxidačně

• Hydridy

GenHn+2 germany (obdoba silanů, méně stálé), SnH4 stannan nevýznamné

Sloučeniny• Halogenidy

GeX2 nestálé pevné látky

GeX4 kapaliny (GeI4 pevná látka), stabilní

SnX2 pevné látky, silně redukční vlastnosti, významný SnCl2

SnX4 pevné látky nebo kapaliny (SnCl4), lehce hydrolyzující vodou

PbX2 málo rozpustné krystalické látky

PbF4 stálý, PbCl4 a PbBr4 nestálé

Sloučeniny

GeO nevýznamný, GeO2 obdobný SiO2, tvoří germaničitany (obdoba křemičitanů)

SnO pevná látka s amfoterními vlastnostmi, rozpouští se jak v kyselinách (např. HCl), tak v hydroxidech za tvorby cínatanů (hydroxokomplexů [Sn(OH)3]- )

Sloučeniny

SnO2 krystalický kassiterit chemicky

velmi odolný, lze ho v žáru redukovat uhlíkem nebo tavením s alkalickými hydroxidy převést na cíničitany (např. K2SnO3)

Sloučeniny

SnIV netvoří hydroxid, při hydrolýze solí cíničitých i cíničitanů se vylučuje hydratovaný oxid SnO2 . n H2O, který

má amfoterní vlastnosti, rozpouští se jak v kyselinách (tvorba Sn(SO4)2), tak

v hydroxidech za tvorby cíničitanů (hydroxokomplexů [Sn(OH)6]2- )

Sloučeniny• PbO amfoterní žlutý prášek, reaguje s

kyselinami i hydroxidy

síran, uhličitan a fosforečnan olovnaté jsou ve vodě nerozpustné

PbO + 2 NaOH + H2O → Na2[Pb(OH)4]

• PbO2 je pevná látka se silnými oxidačními vlastnostmi, také soli PbIV

octan a síran mají podobné vlastnosti

Sloučeniny

• Pb3O4 oxid olovnatoolovičitý,

suřík nebo minium, červený prášek, technicky velmi významný, antikorozní pigment v barvách na železo, surovina pro sklářství

Všechny sloučeniny olova jsou velmi jedovaté

Olověný akumulátordvě olověné elektrody a elektrolyt H2SO4, při nabíjení se na anodě vylučuje vrstva PbO2, na katodě se vylučuje čisté Pb, při vybíjení probíhají reakce:

PbO2 + 4 H+ + SO42- + 2 e- PbSO4

+ 2 H2O

Pb Pb2+ + 2 e-

a následně

Pb2+ + SO42- PbSO4