1 I A	2 HA
Vodík 1 ■ ■	
H 1,00794(7)	
Lithium 3 Li 6,941(2)	Bflryllium 4 Be 9,012182(3)
Sodík 11 Na 22,989770(2)	Hořčík 12 MJ 24,3050(8)
Draslík 19 K 39.0983(1)	Vápnic 20 Ca 40,078(4)
Rubidium 37 Rb 85,4678(3)	Stroncium 38 Sr 87,62(1)
CMlum 55 Cs 132,90545(2)	Baryum 56 Ba 137.327(7)
Francium 87 Fr (223.0197)	Radium 88 Ra (226,0254)
3 iiiB	4 IVB	5 VB	6 VI B	7 VII B	8 VIII	9 VIII	10 VIII	11 I B	12 IIB
-r Sc 44.956810(8)	Tttan 22 Ti 47.867(1)	Vanad 23 V 50,9416(1)	Chrom 24 Cr 61.9861(6)	Mangan 25 Mn 54,938049(9)	2*1*20 28 Fe 56.845(2)	Kobalt 27 Co 58,933200(9)	MM 28 Ni 68,6934(2)	29 Cu 63,5460)	Zn 86,39(2)
Yttrium 39 Y 88,90585(2)	Zirkonium 40 Zr 91,224(2)	Niob 41 Nb 92^0638(2)	MoJybdMi 42 Mo 96,94(1)	Tachnadum Tc (98,9063)	Rumanlum 44 Ru 101,07p)	Rhodlun 45 Rh 102,90560(2)	Pabdlum Pd 106,42(1)	Stfbfo 47 107,8682(2)	Kadmium 48 Cd 112,411(8)
57-70 Lantha-noidy	Hafnium 72 Hf 178,49(2)	Tantal 73 Ta 180,9479(1)	WoMrun 74 W 18334(1)	Rhtfaluni 75 Re 18637(1)	Oamlum 76 Os 190.23(3)	iWum 77 lr 192,217(3)	PaWfral 78 Pt 196/178(2)	Oato 79 Au 196,96655(2)	Rtuf 80 200,69^
89-102 Aktl-noldy	104 Rf (261,110)	Dubnlum 105 Db (282,1144)	8wborglum 106 (263,1188)	Bohrium 107 Bh (264,12)	Haaalum 108 Hs (266,1308)	Mtltiwluni 109 Mt (268)	Unurmlllura 110 Uun (269)	Unununkm 111 Uuu (272)	Ununbhan 112 Uub (277)
13 III A	14 IVA	15 VA	16 VIA	17 VII A	18 0
					Hallum 2 He 4,002602(2)
Bor 5 B 10,611(7)	6 C 12,0107(8)	Dusik Ň 14.00674(7)	Kyslfk 8 0 15,9994(3)	Fluor 9 F 18,9964032(5	Neon 10 Ne 20,1797(6)
Hliník 13 Al 26,981538(2)	KJwnfic 14 Si 28,0855(3)	Fosfor 15 P »,973761(2)	Síra 16 S 32,066(6)	Chlor 17 Cl 35,4527(9)	Argon 18 Ar 39,948(1)
Gallium 31 Ga 89,723(1)	Germanium 32 Ge 72,61(2)	Arsen 33 As 74,92160(2)	Selen 34 Se 78,98(3)	Brom 35 Br 79,904(1)	Krypton 36 Kr 83,80(1)
Indium 49 In 114,818(3)	Cln 50 Sn 118.710(7)	Antimon 51 Sb 121,760(1)	Tellur 52 Te 127,60(3)	Jod 53 1 128,90447(3}	Xenon 54 Xe 131,29(2)
Thallium 81 TI 204,3833(2)	Olovo 82 Pb 207,2(1)	Bismut 83 Bi 208,98038(2)	Polonium 84 Po (208.9824)	Astat 85 At (209,9871)	Radon 86 Rn (222,0176)
14. skupina - 4 valenční elektrony
konfigurace ns2np2
Obecné informace
• 98,9 % 12C a 1,1 % 13C, stopy 14C (p-zářič) 14N(n, p)14C, T1/2 = 5715 let (datování- radiouhlíková met., do 50 000 let)
• obsah C02 v ovzduší 400 ppm (0,04%)
• 28Si (92 %), 29Si (5 %), 30Si (3 %)
Přírodní zdroje: MgC03 - magnesit, CaC03 - vápenec, CaC03MgC03 -dolomit, Na2C03.NaHC03.2H20 - trona
I
několik krystalových modifikací
nejznámější grafit a diamant v poslední době i fullereny a
Atmospheric Carbon Dioxide
Measured at Mauna Loa, Hawaii
310
O
1960
1970
1980
1990
2000
2010
(a- ABA a p- ABC)
L(C-C)intra = 1,415 Á L(C-C)inter = 3,354 Á
'diamant
> C
grafit
dobrý vodič tepla a elektřiny
anizotropie fyzikálních vlastností reaktivnější, měkký (0,5-1)
i delokalizované 7i-vazby
L(C-C) = 1,545 Ä
1Ä = 1010 m = 0,1 nm = 100 pm
H° = -2,9 kJ
elektrický izolant, výborný vodič tepla vysoký index lomu tvrdý (Mohs 10)
pouze jednoduché vazby
Fullereny
kulovité útvary složené z pěti- a šestičlenných cyklů uhlíku spíše izolované dvojné 7i-vazby (nedelokalizované)
^60" C70, C76, C78, C80, C84
extrahovány z grafitických sazí - elektrický oblouk mezi grafitovými elektrodami v heliové atmosféře (extrakce C60 a C70 hexanem nebo benzenem - barevné roztoky)
Fullereny
- hydrogenační reakce (vznik HC60+ nebo C60H32)
- halogenační reakce - produkty záleží na podmínkách (vznik např. C60CI6, C60i 60, C60Br8 apod.), často dochází k deformaci výchozího tvaru fullerenu
- reakce dvojné vazby - cykloadiční reakce, adice 02 nebo 03
- elektrochemická redukce- vznik fulleridových aniontů např. C60n(n = 1-6), některé mají supravodivé vlastnosti
Grafen
nanomateriál - jednotlivá vrstva (tloušťka jednoho atomu) separovaná z grafitu fyzikální vlastnosti - odlišné od grafitu - průhledný, polovodič s nulovým zakázaným pásem, elektrony se při průchodu vrstvami chovají jako nehmotné částice
- elektrické a mechanické vlastnosti záleží na způsobu zakončení okraje
- chemie ještě v počátcích (hydrogenace, oxidace)
Si - polokov, polovodič, tvrdost 7 vcelku nereaktivní, s vodou reaguje až za žáru (jako C)
C+ H20
■» C02 + H2; Si + H20
* Si02+H2
Si + OH+H20
* Si032" + 2 H2
C - nekov, redukční činidlo jako Si ale lepší
—> 2 Fe + 3 CO
Fe203 + 3 C 3 Mn304 + 4 Si
■» 5Mn + 4MnSiO.
Uhlík vs. Křemík
křemík - dostupné d-orbitaly (6 vazeb) vs. uhlík (4 vazby) řetězení uhlíku - jednoduché i násobné vazby (slabé vazby Si-Si, podobně i vazby Si-H (slabé, reaktivní) vs. C-H (stabilní uhlovodíky)) delokalizace 7i-elektronů pouze u uhlíku
velmi stabilní vazby Si-0 (kremičitany, Si02), i když pevná je i vazba C-0 kremičitany vs. karboxylové kyseliny (u druhého prvku neexistují)
analogické sloučeniny často silně odlišné, např. C02 a Si02
Výroba a použití
uhlík se vyrábí z přírodních zdrojů (surový - grafit i diamanty, uhlí, ropa, fullereny extrakcí ze sazí, grafen např. exfoliací z grafitu) křemík pak např. redukcí uhlíkem
Si02 + 2 C -> Si + 2 CO
superčistý Si se připr. redukcí K2[SiF6] a následnou zonální tavbou využití má pak především v elektronice
grafit se používá jako tuha, elektrody, mazadla, pigmenty, moderátor v JE, diamanty jako drahokamy a průmyslové jako brusivo, fullereny -hudba budoucnosti (transport léčiv, vlákna)
Sloučeniny
Sloučeniny grafitu
- interkalátové sloučeniny (např. MC8, MC16, C8Br) - vmezeření atomů (alkalické kovy) nebo molekul (halogenidy, např. FeCI3, BCI3, a jiné sloučeniny) mezi vrstvy uhlíku - zpravidla zvýšení vodivosti oproti grafitu
- fluoridy grafitu (CxFy)
- „oxidy grafitu" (CxOy) - působením oxidačních činidel (KCI03, KMn04), nevodivý s vrstevnatou strukturou
- reakce s oxidačními činidly (např. horká konc. HN03 - kyselina mellitová)
Karbidy
- binární sloučeniny uhlíku s elektropozitivnějšími prvky
- acetylénová lampa aneb „Kape ti na karbid?"
O
O O
o
o
Iontové - nejčastěji acetylidy (soli acetylénu
CaO + 3 C —
C = C
> CaC2 + CO
2-
Kovalentní - SiC, struktura diamantu, Be2C, AI4C3, B4C Intersticialníkarbidy - často struktura kovu a uhlík je v mezerách mezi atomy kovu- TiC, MoC, VC, V3C
Oxidy a sulfidy
CO - bezbarvý, bez zápachu, toxický, výborný ligand (hemoglobin)
-—- :C=ó; -*
e ©
:C=0:
© 0
:C-Č):
2C + O. C + CO-
> 2 CO
o.
O'
> 2 CO
HCOOH + H2S04
■> CO + H30+ + HS04
■c=o
- nereaguje s H,0 (velmi málo rozpustný), není anhydridem HCOOH ani jiné
CO + NaOH
> HCOONa
C02 - bezbarvý, štiplavý, snadno se zkapalní, sublimuje (-78,5 °C)
o = c = o
c + o.
CaCO
* CO.
■> CaO + CO.
CaC03 + 2 HCI
3 r    —w ~w2
-> CO, + CaCL + HLO (lab.)
nejstálejší oxid uhlíku, rozpustný ve vodě, velmi slabé oxidační činidlo je anhydridem kyseliny uhličité
H2C03 - v rovnováze s C02-xH20 - nelze izolovat, celkově slabá kyselina
H2C03 H2C03 HCO,"
■» C02 • H20 > H+ + HCO
■» C032- + H+
K1 = 4,16 • 10-7 K2 = 4,84 • 10"11
• uhličitany tvoří většina kovů v oxid. stavech +1 a +11 uhličitany (kromě uhl. alkalických kovů) se před bodem tání rozkládají uhličitany ve vodě reagují silně alkalicky, hydrogenuhličitany slabě zásaditě - oboje se rozkládají účinkem silnějších kyselin (uvolnění C02)
HC03" - ve vodě většinou rozpustné, méně NaHC03 a Ca(HC03)2 CO3-   -jen alkal. kovů dobře rozpustné, mimo Li2C03 (málo), nerozp.CaC03
Další oxidy
C302 - suboxid uhlíku („anhydrid" kyseliny malonové - (HOOC - CH2 -COOH)
C1209 - anhydrid kyseliny mellitové
CS
bezbarvá toxická aromatická kapalina, mísí se s org. rozpouštědly, ale ne s vodou
na vzduchu hoří na C02 a S02
Sloučeniny s halogeny CF„
bezbarvý, inertní a těžký plyn
SiC + 4 F.
> CF4 + SiF4
CCI
bezbarvá, těžká kapalina s vysokým indexem lomu
CS2 + 3 Cl2
■> CCI4 + S2CI2
dále existují i CBr4, Cl4 a i směsné halogenderiváty CHnX4.n (CHCI3 -chloroform, CH2CI2 - dichlormethan) také vyšší halogenované uhlovodíky př. C2H4CI2 (symetrický či nesymetrický dichlorethan)
C2F4
polymerací vzniká teflon
2CHCI3 + 4HF-> 2CF2CIH-> C2F4 + 2 HCI
CFnCI4.n - freony
• nejedovaté, nereaktivní, vysoká výparná tepla (chladící médium v ledničkách, hnací plyny), ničí ozon
CCI4 + n HF-► CFnCI4.n + n HCI
COCI
• bezbarvý, dusivý, silně jedovatý plyn, vzniká reakcí CO a Cl2
• vodou se pomalu rozkládá (v tom spočívá jeho toxicita)
• používá se v organické syntéze
COCI2 + H20-> C02 + HCI
Organické látky
• s vodíkem tvoří uhlík velké množství sloučenin - organická chemie
CO(NH2)2- močovina
■H20
C02 + 2NH3
> NH4C02NH2
>CO(NH2)
2#2
první uměle připravená organická látka (1773) • tvoří bezbarvé krystalky (existuje i CS(NH2)2)
HCN
• bezbarvá kapalina (b. v. = 26 °C), silně jedovatá, je výrazně cítit po hořkých mandlích
• výborné rozpouštědlo (vysoká permitivita)
• ve vodném roztoku (dobře rozpustný) je to slabá kyselina, polymeruje (nutné stabilizovat):
CH4 + NH3
> HCN + 3 H
(1300 °C, Pt- katal., Degussa)
• používá se v organické syntéze vyrábí se z něj methylmetakrylát (CH2=C(CH3)COOCH3), acetonitril (CH3CN) a NaCN
alkalické kyanidy jsou rozpustné, jiné ne (Hg(CN)2-výjimka) v nadbytku CN" ale často vznikají rozpustné komplexy CN" důležitý ligand,váže se vždy přes uhlík [Fe(CN)6]3" a [Fe(CN)6]4"
Kyanidová metoda získávání zlata
8 NaCN + 4 Au + 2H20 + 02 -> 4 Na[Au(CN)2] + 4 NaOH
(CN)2 - dikyan
bezbarvý toxický plyn, termicky stabilní • v kyslíku hoří plamenem o teplotě 4550 °C (2. nejteplejší po dikyanoacetylenu N=C-C=C-C=N 4990 °C)
využívá se v organické syntéze (a např. jako stabilizátor nitrocelulosy) 2 Cu2+ + 4 CN"-> 2 Cu(CN)2-> (CN)2 + 2 CuCN
(CN)2 + 2 OH"-> CN" + OCN- + H
SCN" (thiokyanatany, rhodanidy) - ligand (váže se přes síru i dusík)
8 CN- + S ČIM" + S2032L
Důkaz Fe3+ reakcí s SCN":
kation pentaaqua-(thiokyanato-N)železitý (červený)
Pseudohalogenidy
- podobné chování jako halogenidy (stabilní anionty, sloučeniny s podobným chováním, tvorba částic X2)
- kyanidy, kyanatany, thiokyanatany, azidy...
Sloučeniny křemíku
- možnost využití d-orbitalů (křemen, kremičitany)
- velká afinita ke kyslíku, vysoká pevnost vazby Si-0
Silicidy
• podobají se spíše boridům, než karbidům
• stechiometrie M6Si až MSi6
• vznikají buď přímou reakcí prvků, či reakcí kovu s Si02
SiC
• karborundum, brusný materiál, tvrdost 9,5
• vyrábí se reakcí C s Si02
Silany - SinH2n+2 (n = 1-8)
•  analogy alkanů, termicky méně stabilní, reaktivnější vodou se snadno hydrolyzují
Si2H6 + 4 H20
Mg2Si + 2 HCI-> MgCI2 + směs silanu
* 2 Si02 + 7 H2
pevná, těžkotavitelná látka, prostorová struktura (srovnej co2) tetraedr Si04 - základní stavební jednotka Si02 i (hlinito)křemičitanů jednotlivé modifikace se liší způsobem spojení tetraedrů Si04 nejznámější krystalové modifikace: křemen, tridymit, cristobalit
867 °C 1470 °C 1713 °C
(3-křemen <r^> (3-tridymit        (3-cristobalit kapalina
n        n n
a-křemen a-tridymit a-cristobalit
křemen je opticky aktivní, piezoelektrický materiál, nereaktivní (mimo HF) tavením a následným ztuhnutím vzniká vysoce odolné sklo (malá teplotní roztažnost a chemická netečnost)
v přírodě se nachází mírně znečištěný (písek), čirý jako křišťál, či různě zbarvený (záhněda, ametyst, citrín), částečně hydratovaný (opál, chalcedon, achát...)
• vodou se rozkládá na Si02 a sulfan
• vzniká přímou reakcí prvků
• struktura: hranou spojené tetraedry SiS4
Halogenidy
• formálně deriváty silanů (buď se silany zcela halogenují či jen částečně)
• vyrábí se s Si02 fluorací HF v přítomnosti H2S04 (odstraňuje vznikající vodu) s vodou pak dává kyselinu hexafluorokřemičitou
3 SiF4 + 2 H20
* 2 [SiF6]2" + 4 H+ + SiO
s hydroxidy vznikají soli této kyseliny zahříváním vzniká SiF4 a MF
SiCI
Si02 + 2 C+ 2 Cl2-> 2 SiCI4 + 2 CO
SiCL + 4 H20-> Si(OH)4 + 4 HCI
využívá se pro přípravu polovodičově čistého Si
H4Si04
vzniká hydrolýzou halogenidů či okyselením kremičitanu v roztoku rychle polymeruje - hydrogel, vysušením - aerogel silikagel - velmi porézní amorfní forma Si02 - adsorpční vlastnosti,
SUŠení (lze i z rozpustných kremičitanu)
Kremičitany
- rozmanité struktury - řetězovité - azbesty (pyroxeny - řetězce a amfiboly - dvojité řetězce), vrstevnaté (jíly), ostrůvkovité...
• jsou přítomny v přírodě (nerozpustné), všechny reagují s HF (s jinými jen některé)
• rozrušovány roztoky alkal. hydroxidů (i v tavenine včetně uhličitanů)
• rozpustné se dají připravit tavením Si02 s hydroxidem alkal. kovu (uhličitanem)
• rozpustné vodní sklo vzniká tavením Si02 s oxidem alkal. kovu (poměr 3 - 5 : i)
• tavením Si02 s uhličitany alkalických kovů (kovů alkal. zemin) vzniká běžné nerozpustné sklo (molární poměr 6 Si02 + 1 Na2C03 + 1 CaC03)
Hlinitokřemičitany - část atomů křemíku je nahrazena hliníkem (max. 50 %)
• vrstevnatá nebo trojrozměrná struktura
• živce - neobsahují vodu, odolné, vulkanické horniny (2/3 jsou živce)
• zeolity - obsahují reverzibilně vázanou vodu
- spojené kulovité jednotky, obsahují dutiny spojené kanálky
- využití- iontoměniče, molekulová síta (syntetické) ultramaríny - strukturně podobné zeolitům, zbarvené, neobsahují vodu,
obsahují katióny i anionty
I
Organokřemičité sloučeniny
• nejznámější jsou siloxany
• pokud nahradíme můstkové O v siloxanech za NH dostaneme silazany
• připravují se reakcí R2SiCI2(lineární), RSiCI3 (větvení) a R3SiCI (terminace) s vodou
R	R	R
R —Si	— 0 —Si	— 0 —Si —R
R	R	R
hexamethyldisiloxan (CH3)3Si-0-Si(CH3)3 hexamethyldisilazan (C^Si-NÍHj-SHCh^
existuje velké množství sloučeniny typu Si(alkyl či aryl)4 které jsou poměrně vysoce stabilní a nereaktivní
Toxicita
grafitový nebo uhelný prach může při vdechování způsobit pneumokoniosu - dechové problémy, doprovázené bolestmi hlavy a kašlem
nemoc z povolání horníků v uhelných dolech
CO
vzniká nedokonalým spalováním (výfukové plyny, cigarety, špatné topidla)
na hemoglobin se váže 220x silněji než 02
otrava se projeví pokud množství karboxyhemoglobinu v krvi
překročí 10%
otrava se projeví zejména na srdci a na mozku lehčí otravy se projevují bolestmi hlavy, bušením krve v hlavě, tlakem na prsou, závratěmi
• dostavuje se celková nevolnost, zvracení
• často se dostavuje jistý druh opilosti, v tomto stavu se může zvyšovat agresivita a postižený se může dopustit trestného činu
• barva kůže se mění na třešňově červenou, což je způsobeno přítomností krve s karboxyhemoglobinem v kapilárách
• pokud je dotyčný přenesen na čerstvý vzduch, dojde k rychlému zotavení
C02
• toxické účinky oxidu uhličitého se objevují již při obsahu 2% ve vzduchu, při obsahu nad 5% tělo nestačí oxid uhličitý ventilovat ven a dochází tedy k jeho hromadění v těle tlumí centrální nervovou soustavu a dýchací centrum, objevují se bolesti hlavy
při vdechování vzduchu o koncentracích větších než 20 % nastává smrt zástavou dechu v průběhu několika sekund (Psí jeskyně, burčák
c
kašel, bolesti břicha, pocit žízně, modrání koncových částí těla (cyanosa), vědomí však zůstává neporušené vážnější otravy vedou k edému plic a k smrti
působí narkotický a poškozuje nervovou soustavu poškozuje paměť a vyvolává známky schizofrenie, melancholie a parkinsonismu
oslabuje sexuální potenci, vyvolává chudokrevnost a poruchy srdečního svalu
HCN
toxický je i CN" - uvolňování ze sloučenin (z komplexních méně)
po průniku do buňky velmi rychle reaguje s trojmocným železem cytochromoxidasy dýchacího řetězce v mitochondriích je tak zablokován přenos elektronu na molekulární kyslík, který tak nemůže být využit pro oxidační pochody
vzhledem k tomu, že tkáně nemohou zpracovávat kyslík, obsahuje i
žilní krev mnoho oxyhemoglobinu a je tudíž světle červená
po inhalaci par HCN nastává smrt za několik sekund
LD50(HCN) = 50 mg; LD50(NaCN) = 200 mg
příznaky při otravě kyanidy jsou únava, bolesti hlavy, hučení v
uších a nevolnost, barva kůže je růžová
smrt nastává jako důsledek nedostatku kyslíku v životně důležitých centrech v prodloužené míše
jako protijed se podává - amylnitrit (vazodilatátor) a thiosíran sodný (přeměna kyanidů na thiokyanáty), případně je nutno dodat dostatečné množství železitých iontů, aby se zrušila vazba kyanidů na cytochromoxidasu, či jiné způsoby oxidace Fe2+ na Fe3+ přímo v těle
kremičitanu, vede k onemocnění plic, zvanému silikosa jde o vazivovou přestavbu plic, jejíž důsledkem je méně efektivní dýchání
jde o chorobu z povolání u horníků v dolech a kamenolomech, dělníků v sklářství, stavebnictví atp.
Azbest
vláknitými kremičitany, především vápenatými vdechování jeho drobných vláken vede k onemocnění plic, zvanému azbestosa (horší než silikosa)
může vyvolávat nádory na plicích, ale též rakovinu jiných orgánů používání azbestu se proto dnes omezuje.