1 I A 2 IIA B, Al 13 III A 14 IVA 15 VA 16 VIA 17 VII A 18 0 Vodík 1 H 1,00784(7) Hallum 2 He 4,002602(2) Lithium Z Li 6.941(2) Beryllium 4 Be 9,012162(3) Bor 5 B 10,511(7) Uhlík 6 C 12,0107(6) Dusík Ň 14,00674(7) Kyillk 8 O 15,9994(3) Fluor 9 F 18,9984032(5 Neon 10 Ne 20,1797(6) Sodík 11 Na 22,«SS770(2) Hořůík 12 Mg 24,3055(5) 3 III B 4 IVB i 5 VB 6 VI B 7 VII B 8 VIII 9 VIII 10 VIII 11 I B 12 IIB Hliník Křemík 13 14 AI Si !6:981538(2; 2B,0655(3) Fosfor 15 p 30,673761(2) Síra 16 s 32,066(6) Chlor 17 Cl 35/4527(9) Argon 18 Ar 39,946(1) Draslík 19 K 30,0983(1) Vápník 20 Ca 40,076(4) Skandium 21 Sc 44,955910(3) rtui 22 Ti 47,867(1) Varied 23 V 50.8415(1) Chrom 24 Cr 51,9961(6) Mangan 25 Mn 54,836049(9) Želtn 26 Fe 55.845(2) Kobalt 27 Co 56,933200(9) NIM 28 Ni 58,6934(2) 29 Cu 83,546(3) Zinek 30 Zn 85,38(2) Gallium 31 Ga 99,723(1) Germanium 32 Ge 72.61(2) Arsen 33 As 74.92160(2) Selen 34 Se 78,96(3) Brom 35 Br 79,904(1) Krypton 36 Kr 83,30(1) Rubidium 37 Rb 65,467843) Strontium 38 Sr 87,62(1) Yttrium 39 Y 88,90585(2) Zirkonium 40 Zr 91,224(2) Nnb 41 Nb 92,90638(2) Molybdän 42 Mo 96,94(1) Technecium 43 Tc (96,9063) Ruthenium 44 Ru 101,07(2) Rhodium 45 Rh 102,90560(2] Palladium 46 Pd 106.42(1) Stříbro AJ Kadmium 48 Cd 112.411(8) Indium 49 In 114.618(3) Cftl 50 Sn 116.710(7) AjitJrTtori 51 Sb 121.780(1) Tellur 52 Te 127,60(3) Jod 53 1 126.90447(3) Xenon 54 Xe 131.29(2) Culum 55 Cs 132,90545(2) Baryum 56 Ba 137,327(7) 57-70 Lantha-noidy Hafnium 72 Hf 178,49(2) Tantal 73 Ta 180,9479(1) nuiiaUn 74 w 163,84(1) Rhenium 75 Re 186,207(1) Oamlum 76 Os 190,23(3) Iridium 77 lr 192,217(3) Purina 78 Pt 195.076(2) Zlato 79 Au 196,98655(2) Rtuť 80 200,59^1 Thallium 81 TI 204,3633(2) Olovo 82 Pb 207,2(1) Blsmirt 83 Bi 208,96038(2) Polonium 64 Po (206,9824) Astat 85 At (209,9871) Radon 86 Rn (222,0176) Francium 87 Fr (223.0107) Radium 88 Ra (228,0254) 89-102 AMI-noldy RuthtriMdlum 104 Rf (261.110) Dubnlum 105 Db (262,1144) fiaaborglum 106 (263,1TO) Bohrlum 107 Bh (284,12) Hatslum 108 Hs (265,1306) Meitnerium 109 Mt (268) Urin n rt III um 110 Uun (269) Unununlum 111 Uuu (272) Ununblum 112 Uub (277) 13. skupina - 3 valenční elektrony konfigurace nS2npi X ľ [kJ moľ1] /" [kJmoľ1] /m [kJmoľ1] B 801 2427 3660 Al 578 1817 2745 1,8b 2,3b b. y. r m [pm] 3927 90 2519 143 B 9-10-4%; Al 8,3% Obecné informace Bor - chemie nejsložitější po C, jediný nekov ve 13. skupině odlišný od těžších prvků skupiny chemicky se podobá Si (částečně C), vzácný prvek B má 2 stabilní izotopy, AI jeden 10B (20%) má velký účinný průřez pro záchyt neutronů Neutron energy (eV) Bor - amorfní i několik krystalických modifikací, tvrdost 9,5 inertní, v žáru mimořádně stálý základní strukturní motiv boru a jeho sloučenin je ikosaedr B12(dále se spojují, polycenterní elektrondeficitní vazby) název dle zdroje a podobnosti s uhlíkem: boron - borax + carbon) (nikoliv dle N. Bohra viz Bohrium) Pět platónských těles tetraedr krychle oktaedr dodekaedr ikosaedr Bor • ve sloučeninách tvoří kovalentní vazby, v oxidačním stupni +111 (výjimečně +11) • kationty B3+ však neexistují (vysoká ľ" a malý průměr atomu) • častá tvorba polycenterních elektronovědeficitních vazeb (elementární bor, borany, boridy) • typická hybridizace sp2 (příp. s ^-vazbou za pomoci volného 2pz orbitaiu) nebo sp3 Hliník • stříbrobílý, kujný kov s výbornou tepelnou i elektrickou vodivostí (staré vodiče), olumen - hořká sůl KAI(S04)2.12H20 - aluminium • treti nejrozsirenejsi prvek v zemské kure • oxidační číslo + III (výjimečně +1 a +11), kationty Al3+ se však téměř nevyskytují (vysoká I111) • povrch se na vzduchu pasivuje (oxiduje se) • snadno vytváří slitiny se všemi kovy Základní chemické informace B • za laboratorní teploty reaguje pouze s F2 a s 02 (na povrchu) • za vyšší teploty s většinou prvků • nerozpouští se v neoxidujících kyselinách (s H2S04 a HN03jen za horka), ani v taveninách alk. hydroxidů (do 500 °c) • rozpouští se v tavenine hydroxid + uhličitan alkal. kovů AI reaguje s kyselinami i hydroxidy je amfoterní (srov. Be) 2 AI + 6 HCI + 6 H20 -2 AI + 2 NaOH + 6 H20 > 2 [AI(H20)6]CI3 + 3 H2 2 Na[AI(OH)J + 3 H2 • může tvořit až 6 o vazeb, proti B tedy hybridizace sp2 není příliš oblíbená, může použít i prázdné orbitaly 3d (sp3d2) [AIF6]3_ • na vzduchu hoří svítivým plamenem na Al203 Výroba a použití B výroba: • kernit Na20.2B203.4H20, borax Na2[B405(OH)4].8H20 (nepřesně Na2B4O7.10H2O) • převede se na BBr3 a poté se rozkládá na rozžhaveném Ta vlákně, či rozkladem B2H6 • průmyslově redukcí B203 Mg či Na použití: • v letecké a raketové technice • golfové hole, rybářské pruty • chemická vakuová depozice na W vlákně pyrotechnika (amorfní bor) [B405(OH)4]2 AI výroba: • bauxit (AI(OH)3, AIO(OH)), kryolit Na3[AIF6], korund a-AI203(tvrdost 9,0) • Héroult - Hall 1886 (oběma 22 let) elektrolýza Al203 v Na3[AIF6] použití: • fólie; zrcadla (odráží > 90 %); slitiny - letadla, rakety konstrukce; elektronika; pyrotechnika; termit 30- 25- / ro / 2Fe + Al203 (přes 2500 °C) svařování kovů, příprava kovů termitové bomby či granáty ve 2. světové válce nebezpečí: intenzivní světlo včetně UV, hořící po smísení s vodou vybuchuje Sloučeniny B Boridy Struktura složitá (M5B až MB66) - polycenterní elektronově deficitní vazby, boridy bohaté na kov jsou žáruvzdorné, tvrdé, inertní MB. MB 12 Boridy AIB2, AIB12 • AIB2 s kyselinami i vodíkem vznikají toxické plyny • AIB12 velice tvrdý používá se k mletí a broušení AIB2 Výroba/příprava: přímá syntéza z prvků, elektrolytické vylučování z roztavených solí, redukce oxidů B4C, redukce halogenidů Použití: tepelně a chemicky namáhané povrchy (trysky, elektrody, regulační tyče) Borany - sloučeniny boru s vodíkem - složité vazebné poměry - třícenterní elektrondeficitní vazby (můstkové B-H-B, centrální BBB) - plynné, kapalné i pevné molekulární sloučeniny - toxické, reaktivní (stabilita roste s molekul, hmotností a uzavřeností struktury) Výroba: vychází se z diboranu: 2 NaBH4 + 2 H3P04 > B2H6 + 2 NaH2P04 + 2 H2 Průmyslově: 6 NaH + 2 BF3 >2B2H6 + 6NaF Názvosloví boranů nenabité - počet atomů B s předponou + počet H v závorce + koncovka an B5H9 - pentaboran(9) B10H14 - r?/c/o-dekaboran(14) anionty- počet atomů vodíku a počet atomů boru s předponou + koncovka -at B5H8" - oktahydropentaborat(l-) B10H102_ - dekahydro-c/oso-dekaborat(2-) možné upřesnění typu struktury (kurzívou) parametr styx: s - počet vazeb B-H-B t- počet třístředových vazeb BBB y- dvoustředové vazby B-B x- počet skupin BH2 B4HI0 (40 2) Reakce diboranu: B2H6 + 6 H20-> 2 H3B03 + 6 H2 B2H6 + HCI-> B2H5CI + H2 B2H6 + 6 Cl2-> 2 BCI3 + 6 HCI Nejjednodušší nabitá BH částice: [BH4]" 2LiH + B2H6->2Li[BH4] Strukturní typy boranů: c/oso-borany BnHn+2: Existují pouze ve formě aniontů BnHn2~ H 2Cs+ 5 B2H6 + 2 CsBH4-> Cs2B12H12 + 13 H2 n/do-borany BnH Existují i ve formě 1- až 2- aniontů, patří sem formálně i BH4~, připravují se opatrnou pyrolýzou diboranu hypho-borany BnHn+8: N ej otevřenější struktury. conjuncto-b o ra ny: Vznikají spojení dvou nebo více předchozích typů fťí-l > BH • = B Sloučeniny s C Nahrazením alespoň jedné skupiny BH skupinou CH či C - karborany, vznikají pyrolýzou alkinu a boranu, nejčastější c/oso-karborany B4C - karbid tetraboru Velice tvrdá a termicky stabilní látka, vzniká žíháním boru či oxidu boritého s C, brusný materiál, tepelná ochrana, neprůstřelné vesty - vlákna Sloučeniny s N Borazol (borazin), B3N3H6 • je příbuzný benzenu - tzv. anorganický benzen, je však reaktivnější • reaguje s vodou, methanolem, halogenovodíky atd. Přípravo: 3LiBH4 + 3NH4CI > B3H6N3 + 3 LiCI + 9 H: H B H B H H H H B N B H N * ^-N + H B H H BIM, nitrid boritý Bílý, nevodivý, termicky stálý, málo reaktivní, příprava velice náročná, tvrdostí dosahuje či překonává diamant 3 - BN a - BN B203 + 2 NH3 B,0, + CO(NH2) 2/2 2 BN + 3 F » 2 BN + 3 H20 (T = 900 °C) ■» 2 BN + C02 + 2 H20 (T > 1000 °C) > 2 BF3 + N BN + 4HF-»NH„BFJ Sloučeniny s kyslíkem (BO)n- suboxid „oxid hornatý" B203 - oxid boritý - anhydrid kys. borité, s vodou opět k. boritá vzniká B203 + 3 H20-> 2 H3BO3 H3B03/ B(OH)3/ kyselina boritá - slabá kyselina (výhradně adice OH) H3B03 + 2 H20 -> [B(OH)J- + H30+ Příprava: • působením silné kyseliny na borax, zahřáním přechází na HB02, dále až na B203. > 4 H3B03 + 2 NaCI + 5 H20 Na2[B405(OH)4].8H20 + 2 HCI — B(OH)3 + H20-> [B(OH)4]" + H+ H3B03 + 3 CH3OH-> B(OCH3)3 + 3 H20 Boritany - soli k. trihydrogenborité či monohydrogenborité Přípravo: • reakce kyselin s oxidy či hydroxidy alkalických kovů • struktura je většinou komplikovanější (viz borax Na2[B405(OH)4].8H20 ) • Na2[B2(02)2(OH)4].6H20 - př. reakcí peroxidu sodného s kys. trihydrogenboritou Použití: • výchozí surovina dalších sloučenin boru • boraxové perličky - charakteristicky se I: s různými sloučeninami kovů • smaltované nádoby optika, pájení kovů • peroxoboritan sodný jako bělicí složka _ Sloučeniny s halogeny • Lewisovy kyseliny síla klesá v řadě od BU k BR CsF + BFa-»CsBF, • vazba B-F je nejsilnější známá „jednoduchá" vazba (646 kJ.mol1) • mají snahu dimerovat, tyto dimery jsou ale velice reaktivní • Tvorba DA-komplexů: BF3.NH3, BF3.H20, BF3.2H20, BF3.Et20... BF3 se vodou zpočátku hydratuje, poté vzniká HBF4 4 BF3 + 6 H20-> 2 H30+ + 3 BF4" + H3B03 Ostatní halogenidy ve vodě hydrolyzují BCI3 + 3 H20-> 3 HCI + H3B03 Příprava: BF3 (b. v. -101 °C) B203 + 3 CaF2 + 3 H2S04-> 2 BF3 + 3 CaS04 + 3 H20 BCI? (b. v. 13 °C) B203 + 3 C + 3 Cl2-> 2 BCI3 + 3 CO Použití: • BF3 - katalyzátor v organické syntéze • BCI3 - výroba B a čištění kovů (Zn, AI, Mg, Cu), organická syntéza Průmyslové výroby sloučenin B kernit sassolin colemanit borax Na2B407.HH20 H3BO3 Ca2B60lv5H2:0 Ng2B407-10H20 + H2S0, + CaF, krystalr zace ~ /krystalizace 7 Na2SQk + NaOH, Na2C03 dehydratace Bz03 redukce C B^C + N0H [BHj- + H20z nebo anodická oxidace peroxohydrdty boritanů Sloučeniny AI Alan, AIH3 • bezbarvý, netěkavý Příprava: 3 LiAIH4 + AICI3-> 4 AIH3 + 3 LiCI Li[AlH4] • bílý, krystalický, termicky celkem stálý • všestranné redukční činidlo především v organické syntéze AICI3 + 4 LiH-> 4 Li[AIH4] + 3 LiCI [AIHJ- + 4 H20-> [AI(OH)J- + 4 H2 AI4C3/ AI N, AIP • obtížně tavitelné, tvrdé, reagují s vodou • AI4C3 - s vodou vzniká hydroxid hlinitý a methan • AIN - s vodou vzniká hydroxid hlinitý a amoniak • AIP - s vodou vzniká hydroxid hlinitý a fosfan Al203 • v přírodě jako korund, vzniká hořením AI či žíháním AI(OH)3 • tvrdost 9 použití jako tzv. smirek, dále jako brusivo (i zubní pasty), žáruvzdorné hmoty, keramiky, vláknitý se používá jako filtrační médium, izolace, zpevnění slitin, karoserie MgAI204/ spinel(y), MAI204 • v podstatě smíšené oxidy zajímavých elektrických vlastností • využívají se v elektronice, v článcích apod. MgAI204 - spinel FeAI204 - hercynit ZnAI204 - gahnit CoAI204 - Thenardova modř Na-P-alumina • struktura příbuzná spinelové, stabilizovaná kationty Na+ • tuhý elektrolyt - vysoká elektrická vodivost 2 AI + 3S->AI2S3 AI2S3 + 6 H20-> 2 AI(OH)3 + 3 H2S • příprava extrémně exotermní!!! AIX • AICI chlorid hlinný využívá se při výrobě AI • snadno disproporcionuje na AI a AICI3 2 Al{a||0y} + AICI3{gas} > 3AlCI{gas} AIX3 • vznikají přímou reakcí prvků, vodou se hydrolyzují AICI3 + 6 H20-> AI(OH)3 + 3 HCl 2 Al + 6 HCl + 6 H20 -> 2 [AI(H20)6]CI3 + 3 H2 dehydratace není možná, dochází k hydrolýze snadno tvoří tetraedrické komplexy, Lewisova kyselina, používá se v organické syntéze solid state crystal structure dimer (liquid and gas phases) C ) monomer (high temperature gas phase) AIF3 2 AI + 6 HF-> 2 AIF3 + 3 H2 • netěkavý, málo reaktivní, ani s vodou nereaguje • používá se při výrobě AI, snižuje 1.1, a zvyšuje vodivost • s fluoridy kovů tvoří fluorohlinitany M[AIF4], M2[AIF5] a M3[AIF6] • nejznámější je kryolit Na3[AIF6] • výroba mléčného skla, smaltů a hlavně AI AIO(OH), AI(OH)3 • oba jsou to minerály, které se nacházejí v přírodě • AI(OH)3 vzniká vysrážením z teplých roztoků AI solí zalkalizováním • nebo reakcí amalgamu AI s vodou • působením amoniaku na roztoky hlinitých solí vzniká AIO(OH) • nejprve ve formě hydrogelu (obsahuje velké množství vody) AI(OH)3 + 2 H20 O [AI(OH)4]" + H30+ AI(OH)3 + 6H20o [AI(H20)6]3+ + 3 OH" • se silnými kyselinami tvoří stabilní soli (reagují kysele) Kamence MIMIII(S04)2.12H20 -„alumen" KAI(S04)2.12H20 Dihlinitan vápenatý Ca3AI206- složka portlandského cementu Hydrolýza hlinitých solí - snadno hydrolyzují za vzniku hydratovaného AI(OH)3 (soli slabých kyselin snadno, u solí silných kyselin není kvantitativní) - roztoky [AI(H20)6]3+ reagují kysele: [AI(H20)6]3+ -> H+ + [AI(OH)(H20)5]2+ -> H+ + [AI(OH)2(H20)4]1+ -> H+ + [AI(OH)3(H20)3] - využití - čištění vody (vychytání pevných částic) - snadný průběh hydrolýzy také znemožňuje přípravu bezvodých hlinitých solí dehydratací: 2 [AI(H20)6]CI3 -> Al203 + 6 HCI + 9H20 Organ o kovy 6 CH3MgCI + AICI3 O AI2(CH3)6 + 3 MgCI • struktura stejná jako AI2CI6 • využívají se v katalýze při přípravě organických sloučenin Komplexy • z komplexů jsou známy především cheláty • preferuje koordinační číslo 6 Toxicita B borany jsou velmi toxické diboran dráždí plíce podobně jako fosgén pentaboran je ještě desetkrát toxičtější než diboran oba se mohou vstřebávat též kůží borany poškozují ledviny, játra a hromadí se v centrální nervové soustavě LD50(H3BO3) = 15 g (pro děti 2 g), účinný teratogen, tedy že může způsobovat poškození plodu přitom nemá ani karcinogenní ani mutagenní účinky, což při prokázané teratogenitě nebývá obvyklé vyvíjející se plod používá při diferenciaci buněk na jednotlivé tkáně a soustavy zejména dotykového mechanismu, kde se uplatňuje receptorový rozpoznávací systém na bázi sacharidů, kyselina boritá dosti selektivně váže tyto sacharidy, čímž znemožňuje plodu diferenciovat se sloučeniny jsou špatně rozpustné a tedy i málo toxické toxický pro ryby (v důsledku kyselých dešťů) hliníkové nádobí také netoxické bezvodý chlorid hlinitý může mít dráždivé účinky na pokožku, sliznice a oči vdechování jemných prachů hlinitých sloučenin, zejména oxidu hlinitého, může vyvolat onemocnění plic, zvané aluminosa dochází k vazivové přestavbě plic, což zmenší styčnou plochu mezi vdechovaným vzduchem a krví