VLASTNOSTI POLOKOV Ů A NEKOVŮ
Datum (období) tvorby: 25. 10. 2012
Ročník: osmý
Autor: Mgr. Stanislava Bubíková
Vzdělávací oblast: Člověk a příroda / Chemie / Částicové složení látek a chemické prvky
1Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Anotace:Žáci se seznámí dělením prvků na kovy, polokovy a nekovy. V rámci tohoto modulu žáci rozdělí nekovy podle skupenství a podle jejich zařazení do skupin PSP. Popíší vlastnosti nekovů a polokovů, vyjmenují nejznámější z nich a přiřadí k nim jejich použití.
2Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Vlastnosti• nekovy
• plyny, kapaliny, pevné látky
• v PSP umístěny vpravo nahoře– Výjimkou je vodík
• vysoká elektronegativita
• tvoří iontovou vazbu– s elektropozitivními prvky
– a kovalentní vazbu s ostatními prvky
• tvoří kyselinotvorné oxidy
• izolanty– špatně vedou elektrický proud a
teplo
• polokovy
• pevné látky
• v PSP tvoří předěl mezi kovy a nekovy (úhlopříčka)
• tvoří amfoterní oxidy
• malá vodivost– polovodiče (B, Si, Ge)
• křehké, nejsou kujné
• výroba polovodičů
Obr. č. 1: Polovodiče [2] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg
3
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Umístění v PSP
� polokovy – B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, At
� nekovy – H, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, F, Cl, Br, I, O, S, N, P, C
4
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 2: Dělení PSP [3] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.png
34
Se
Nekovy• rozdělení podle skupenství:
• plyny– H, O, N, F, Cl, He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
• kapalina– Br
• pevné látky– C, P, S, I
Obr. č. 4: Vzácné plyny [5] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Glowing_noble_gases.jpg5
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 3: Brom [4] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brom_amp.jpg
• rozdělení podle skupin PSP:
• prvky 1., 14., 15. a 16. skupiny
– H, C, N, P, O, S
• halogeny (17. skupina)– F, Cl, Br, I
• vzácné plyny (18. skupina)– , He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn
Uhlík• přírodní modifikace:
– grafit (tuha)
• šedý, měkký (tvrdost 1-2)
• struktura: vrstvy šestiúhelníků (šesterečná soustava)
• vede elektrický proud
• vysoká teplotní odolnost (tv = 4 027 °C)
• použití: těsnění, mazání, tužky, elektrody
– diamant
• bezbarvý, nejtvrdší přírodní látka (tvrdost 10)
• struktura: krychlová soustava
• nevede elektrický proud
• výborná tepelná vodivost
• použití: řezání, vrtání, šperky
Obr. č. 6: Diamant [7] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamond_Cubic-F_lattice_animation.gif
6
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 5: Grafit [6] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphit_gitter.png
Syntetický uhlík– grafen
• objev v roce 2004 (Nobelova cena 2010)
• struktura: jedna nebo několik vrstev šestiúhelníků
• vede elektrický proud a teplo
• propustný pro světlo, velmi pevný– použití: nanotechnologie, výroba elektroniky,
fotovoltaických panelů
– fulleren
• sférický tvar z vrstvy grafenu – šestiúhelníky (s vloženými pětiúhelníky)
• mimořádně odolný, tvrdší než diamant
• struktura: nejčastěji obsahuje 60 atomů
– uhlíkové nanotrubice
• z vrstvy grafenu (průměr 1 – 100 nm; délka 100 μm)
• použití: nanotechnologie (možná zdravotní rizika)
– amorfní uhlík – aktivní uhlí
• lékařství, náplně filtrů
Obr. č. 8: Fulleren [9] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Buckminsterfullerene_animated.gif
7
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 7: Grafen [8] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphen.jpg
Obr. č. 9: Nanotrubice[10] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Types_of_Carbon_Nanotubes.png
Dusík• tvoří 78 % atmosféry, biogenní prvek
– bezbarvý netoxický inertní plyn
• výroba: rektifikací kapalného vzduchu
• použití: – výroba amoniaku, kyseliny dusičné, hnojiv, výbušnin
– plynný dusík - inertní atmosféra, plnění obalů
– kapalný dusík – kryogenní procesy, chlazení polovodičů, nekrotizace bradavic
Obr. č. 10: Dusík [11] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg
8
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 12: Bradavice [13] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Toe_plantar_wart_0147.JPG
Obr. č. 11: Dusík [12] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitrogen-glow.jpg
Fosfor• pevná látka, biogenní prvek
– tři modifikace (bílý, červený a černý fosfor)
– bílý fosfor• tvořen tetraedry P4
• jedovatý, měkký, na vzduchu samozápalný, světélkuje, uchovává se pod vodou
• použití - pyrotechnika, zápalná munice, jed na krysy, chemická zbraň
– červený fosfor• polymer, na vzduchu stálý, zvýšením teploty
přechází na bílý fosfor, méně reaktivní
• použití - výroba zápalek a roznětek
– černý fosfor• polymer tvořený vrstvami, nejméně reaktivní,
kovové vlastnosti – vede elektrický proud
• použití - výroba polovodičů typu N Obr. č. 13: Modifikace fosforu [14] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhosphComby_2.jpg
9Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Síra
Obr. č. 14: Síra na svahu sopky, Itálie [15] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fumaroles-vulcano.JPG
10Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
• žlutá pevná látka, biogenní prvek
• vznik:– sopečnou činností
– sedimentací síry vzniklé činností sirných bakterií
• naleziště: Sicílie, Japonsko, Polsko
• použití: – spalování síry –
dezinfekce (sudy, včelí rámky)
– vulkanizace kaučuku
– výroba H2SO4
– výroba zápalek, mastí
Obr. č. 15: Ruční těžba síry, Jáva [16] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg
Allotropické modifikace
Obr. č. 16: Hořící síra (ve dne / v noci) [17] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Burning-sulfur.png
11Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
• kosočtverečná síra (do 95 °C)
– nejstabilnější modifikace
– tvoří ji molekuly S8
• jednoklonná síra (95 - 119 °C)
– nestálá, tvoří ji molekuly S8
• kapalná síra (nad 119 °C)
– hustá viskózní kapalina
• plastická síra– vzniká ochlazením kapalné síry
– hnědá barva
– tvoří ji dlouhé řetězce atomů
• sirný květ– vzniká sublimací sirných par
Halogeny
12
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 18: Sublimace kapalného bromu [19] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bromine_sphere.jpg
Obr. č. 17: Plynný chlor [18] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlor.jpg
• jedovaté barevné prvky – fluor – nažloutlý plyn
– chlor – žlutozelený plyn
– brom – hnědočervená kapalina
– jód – fialovočerná krystalická látka
• v přírodě se vyskytují pouze v halogenidech - oxidační číslo (-I)
• výroba: elektrolýza sloučenin
• použití: – chlor – dezinfekce pitné vody,
bělení surovin v papírenském průmyslu
– jód – dezinfekce okolí ran (lihový roztok jodu – jodová tinktura)
Obr. č. 19: Krystaly jódu [20] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg
Vzácné plyny
13
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 20: Vzducholoď [21] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin_NT_im_Flug.jpg
Obr. č. 21: Použití vzácných plynů [22] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_1.jpg
• tvoří necelé 1 % atmosféry– bezbarvé netoxické inertní plyny, vedou elektrický proud
– radon je radioaktivní
• výroba: – rektifikací kapalného vzduchu
• použití: – inertní atmosféra (Ar, Kr)
– plnění balonů (He), plnění žárovek a reklamních trubic (Ar, Kr, Xe, Ne)
– Rn: lokální ozařování (léčba) a balneoterapie (lázně Jáchymov)
Polokovy
• B, Si, Ge, As, Se, Sb, Te, At
• vlastnosti:– křehké, kujné
– malá elektrická vodivost
– tvoří amfoterní oxidy
– používají se jako polovodiče
Obr. č. 22: Polovodičové součástky [23] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductors_dspositives.png 14
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 23: Krystal germania [24] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polycrystalline-germanium.jpg
Bor
• výskyt ve sloučeninách– borax (tinkal)
• naleziště: USA, Peru, Tibet, Turecko
• důležitý biogenní prvek rostlin (klíčení)
• oxidační číslo: +III (-itý)
• použití: – výroba skla (tepelná odolnost)
– glazury v keramice
– řídící tyče v jaderných reaktorech
– sloučeniny barví plamen zeleně (pyrotechnika)
Obr. č. 24: Krystaly boraxu [25] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg 15
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 25: Sloučeniny boru barví plamen[26] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boratflamme.jpg
Sloučeniny boru• borany
– sloučeniny boru s vodíkem
– nejznámější: diboran B2H6
• bezbarvý plyn
• se vzduchem tvoří výbušnou směs
• použití: raketové palivo, katalyzátor polymerací
• kyselina trihydrogenboritá H3BO3
– pevná bílá látka, slabá jednosytná kyselina
– použití: ošetření očí: 2 – 3 % kyselina (borová voda), odpuzuje hmyz (součást insekticidů)
• borax Na2[B4O5(OH)4]·8H2O– pevná bílá látka, jednoklonné krystaly
– použití: metalurgie (ochrana proti oxidaci), výroba skla, konzervant v potravinářství, hnojivo
Obr. č. 27: Borax [28] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg
16Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 26: Struktura diboranu [27] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DiboraneSchema.png
Křemík• výskyt ve sloučeninách
– až 28 % zemské kůry• horniny: pískovec, jíl, žula
• minerál: křemen
– biogenní prvek• živočichové: kosti a zuby
• rostliny: přesličky, kopřivy, schránky rozsivek
• oxidační číslo: +IV (-ičitý)
• výroba: • 1. redukce taveniny SiO2 , vzniklý 99,9 % křemík se taví zonálním
tavením na čistotu 99,99999 % (pro výrobu polovodičů)
• 2. z těkavých sloučenin (SiCl4) při vysoké teplotě (1 100 °C)
• křemíková tavenina se vylučuje na zárodečném krystalu křemíku
• vzniklý ingot (monokrystal) má průměr 40 cm a délku 2 m; řeže se na tenké vrstvy (0,5 mm) – výroba počítačových procesorů
• použití: – výroba polovodičů; sloučeniny - sklo, porcelán, cement 17
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 28: Monokrystal křemíku [29] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg
22 COSiCSiO +→+
Sloučeniny křemíku• silany (obdoba uhlovodíků)
– sloučeniny křemíku s vodíkem
– nejznámější: silan SiH4
• bezbarvý plyn
• na vzduchu samovznícení
• použití: výroba slunečních kolektorů, polovodičů
• oxid křemičitý (křemen) SiO2
– inertní pevná látka (reaguje pouze s HF a hydroxidy), součást hornin (žula, pískovec)
– polodrahokamové odrůdy (např. křišťál)
– použití: stavebnictví, výroba skla a optických kabelů, sušení (silikagel)
• křemičitany (silikáty) – vodní sklo Na2SiO3 – uchovávání vajec, lepidlo, s
ethanolem tvoří silikony
– součásti hornin: olivín, granát, zirkon, beryl (smaragd, akvamarín), kaolinit, mastek, slída, živec
Obr. č. 31: Silikagel (sušidlo v botách) [32] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicagel1.JPG 18
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 30: Ametyst [31] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg
Obr. č. 29: Struktura silanu [30] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiH4.jpg
Polovodiče
• pevná látka, jejíž elektrická vodivost závisí na vnějších nebo vnitřních podmínkách – nejčastěji: Si, Ge, Se
Obr. č. 33: Polovodič typu N [34] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N_type_semiconductor.png
19
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
Obr. č. 32: Polovodič typu P [33] dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_type_semiconductor.png
• polovodič typu P• křemík je dotován prvkem s
třemi valenčními elektrony
• B, Al, Ga, In (13. skupina)• obsahuje díry
• polovodič typu N• křemík je dotován prvkem s pěti
valenčními elektrony
• P, As, Sb (15. skupina)• obsahuje volný elektron
Zdroje
20
Tento projekt je spolufinancován Evropským sociálním fondem a státním rozpočtem České republiky
1. BENEŠ, Pavel, Václav PUMPR a Jiří BANÝR. Základy chemie pro 2. stupeň základní školy, nižší ročníky víceletých gymnázií a střední školy. 3. vyd. Praha: Fortuna, 2000, 143 s. ISBN 80-716-8720-0 .
2. Semiconductor-1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg3. Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Eight_category_periodic_table_%28Mk2%29.pngSemiconductor-1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductor-1.jpg
4. Brom_amp.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Brom_amp.jpg5. Glowing_noble_gases.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SGlowing_noble_gases.jpg6. Graphit_gitter.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphit_gitter.png7. Diamond_Cubic-F_lattice_animation.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Diamond_Cubic-
F_lattice_animation.gif8. Graphen.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Graphen.jpg9. Buckminsterfullerene_animated.gif. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Buckminsterfullerene_animated.gif10. Types_of_Carbon_Nanotubes.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Types_of_Carbon_Nanotubes.png11. Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Liquid_nitrogen_dsc04496.jpg12. Nitrogen-glow.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Nitrogen-glow.jpg13. Toe_plantar_wart_0147.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Toe_plantar_wart_0147.JPG14. PhosphComby_2.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:PhosphComby_2.jpg15. Fumaroles-vulcano.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Fumaroles-vulcano.JPG16. Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Kawah_Ijen,_carrying_sulphur_down_the_mountain_%286972462003%29.jpg17. Burning-sulfur.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Burning-sulfur.png18. Chlor.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Chlor.jpg19. Bromine_sphere.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Bromine_sphere.jpg20. Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Iodine_crystals_grown_from_the_gas_phase_of_iodine.jpg21. Zeppelin_NT_im_Flug.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Zeppelin_NT_im_Flug.jpg22. Edelgase_1.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edelgase_1.jpg23. Semiconductors_dspositives.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Semiconductors_dspositives.png24. Polycrystalline-germanium.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Polycrystalline-germanium.jpg25. Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax1_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg26. Boratflamme.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Boratflamme.jpg27. DiboraneSchema.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:DiboraneSchema.png28. Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Borax2_-_Kramer_Borate_deposit,_Boron,_Kern_Co,_California,_USA.jpg29. Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z:
http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Monokristalines_Silizium_f%C3%BCr_die_Waferherstellung.jpg30. SiH4.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:SiH4.jpg31. GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:GuerreroAm%C3%A9thyste.jpg32. Silicagel1.JPG. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Silicagel1.JPG33. P_type_semiconductor.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:P_type_semiconductor.png34. N_type_semiconductor.png. Wikimedia Commons [online]. 2004 [cit. 2012-10-25]. Dostupné z: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:N_type_semiconductor.png