Logo Edisco
keyboard_double_arrow_left

Uhlík

keyboard_double_arrow_right

Uhlík je šestý prvek soustavy prvků.

infoZÁKLADNÍ VLASTNOSTI

  • značka: C
  • protonové číslo: 6
  • skupina: IV.A
  • oxidační číslo: IV (méně často také -IV, -II, 0, I, II)
  • typ: nekov
  • skupenství za STP: pevné
  • relativní atomová hmotnost: 12,011
  • elektronová konfigurace: 1s22s22p2

Alotropické modifikace

Volný uhlík má 2 přírodní alotropické modifikace – diamant a grafit:

  • diamant se za vysoké teploty mění na saze (téměř čistý uhlík)
  • diamant má kovalentní vazby, nedělá vrstvy
  • grafit má vrstvy, mezi kterými jsou jen slabé van der Waalsovy síly, proto se dobře píše tužkou – vrstvy se z tuhy postupně odlupují
  • jedna vrstva (tloušťka jednoho atomu) grafitu se nazývá „grafen“, dělají se z něj nanotrubky, protože je pevný
  • grafit je vodivý, má šesterečnou soustavu
  • fulleren C60 je molekula fotbalového míče z uhlíku (útvar složený z 5úhelníků a 6úhelníků)

Výskyt

  • v antracitu (nejvyšší obsah C), černém uhlí, hnědém uhlí, lignitu a rašelině
  • vázaný v anorganických sloučeninách: uhličitany CaCO3 (kalcit, vápenec), MgCO3 (magnezit), CaMg(Co3)2 (dolomit)
  • vázaný v organckých sloučeninách jako základní biogenní prvek

Vlastnosti

  • málo reaktivní (musí přijmout nebo odevzdat 4 elektrony), reaguje až za vyšší teploty
  • grafit hoří za nižší teploty než diamanty (diamanty až při 800°C)

Použití

  • redukční činidlo k výrobě kovů
  • palivo (používá se hlavně hnědé uhlí a koks; antracit a černé uhlí se hodí spíš do reakcí)
  • grafit v tuhách, elektrodách a jako mazadlo
  • diamant k řezání skla, vrtání a ve šperkařství
  • aktivní uhlí má velký povrch, takže se používá k absorpci plynů
  • živočišné uhlí při trávicích potížích
  • saze jako plnivo do pneumatik a plastů

Sloučeniny

UHLOVODÍKY A JEJICH DERIVÁTY

  • organické sloučeniny s vodíkem

SIROUHLÍK CS2

  • těkavá, hořlavá kapalina
  • nervový jed
  • výborné nepolární rozpouštědlo (rozpustí i celulózu)

KYANIDY

  • soli od kyanovodíku HCN
  • skvěle rozpustné
  • kyanid draselný KCN („cyankáli“) – jed, voní po hořkých mandlích (takže není jako jed ideální, protože je cítit)

KARBIDY

  • uhlík má ox.č. -IV, pokud je ve sloučenině s prvkem s nízkou elektronegativitou
  • druhý případ jsou iontové karbidy: CaC2; reakcí s vodou vznikná acetylen CaC2 + 2 H2O → C2H2 + Ca(OH)2
  • SiC = karburundum, brousek – velmi tvrdý kovalentní karbid k výrobě brousků
  • vmezeřené karbidy – stejně jako u hydridů mají nepodílné (nestechiometrické) složení

OXID UHELNATÝ CO

  • lehčí než vzduch
  • toxický
  • váže se na hemoglobin (ten pak nemůže vázat kyslík a člověk se proto v CO dusí)
  • vzniká při spalování čehokoliv organického 2 C + O2 →t→ 2 CO
  • nebo C2 + H2O →t→ CO + H2 → tato směs oxidu a vodíku je „generátorový plyn“ používaný jako palivo

OXID UHLIČITÝ CO2

  • těžší než vzduch
  • nepodporuje hoření
  • není jedovatý
  • s vodou tvoří H2CO3
  • vyrábí se CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
  • používá se k sycení minerálek, výrobě sody
  • pevný CO2 = suchý led – pára na koncertech

OXOKYSELINY A SOLI

  • všechny uhličitany (soli H2CO3) jsou rozpustné v kyselinách

infoVLASTNOSTI KONKRÉTNÍCH UHLIČITANŮ

  • Na2CO3 – soda
    • Vlastnosti: Bílý prášek, snadno rozpustný ve vodě. Roztok sody ve vodě je silně zásaditý, protože se vyrábí ze silné zásady a slabé kyseliny.
    • Výroba: viz níže
    • Použití: V domácnostech se používá jako změkčovač vody, protože na sebe váže ionty hořčíku a vápníku za vzniku uhličitanu vápenatého a hořečnatého. V průmyslu se používá při výrobě skla, detergentů a papíru.
  • NaHCO3 – jedlá soda
    • Vlastnosti: Bílý prášek, jehož roztok ve vodě je zásaditý (sůl silné zásady a slabé kyseliny).
    • Použití: Naše tělo vyrábí jedlou sodu k regulaci kyselosti našeho žaludku. V žaludku je součástí hlenu. Vyrábí se Solvayovým procesem (viz níže) získávání sody. Dále se přidává také do hasicích přístrojů a je součástí prášků do pečiva (2 NaHCO3 →t→ Na2CO3 + CO2 (nafoukne těsto) + H2O (odpaří se)).
  • K2CO3 – potaš, E501
    • Vlastnosti: Bílý hydroskopický prášek (pohlcuje vzdušnou vlhkost) Jeho vodný roztok je silně zásaditý.
    • Použití: Má širokou škálu využití, používá se převážně při výrobě skla, mýdel, je součástí pracích prášků. Také se používá v textilním průmyslu při zpracování kůží. V potravinářství se používá ke zpracování kakaových bobů a kakaových náhražek.
  • MgCO2 – magnezit, magnezium, E504
    • Vlastnosti: Bílá látka, která je nerozpustná ve vodě. V přírodě se vyskytuje pod geologickým názvem magnezit, nebo v podvojné soli jako uhličitan hořečnato-vápenatý neboli dolomit.
    • Použití: Ve sportech jako je gymnastika a horolezectví, kde slouží jako protiskluzový materiál. Dále se také přidává do potravin pod označením E504. Používá se především jako stabilizátor nebo jako plnidlo do žvýkaček a cukrovinek aj.
  • Ca(HCO3)2 – přechází na nerozpustný vápenec
    • Vlastnosti: Bílá krystalická látka rozpustná ve vodě. Způsobuje přechodnou tvrdost vody, která se dá odstranit převařením.
    • Použití: Díky hydrogenuhličitanu vápenatému vznikají krápníky. Vápenec CaCO3 je kvůli vodě a oxidu uhličitému rozpuštěn na hydrogenuhličitan vápenatý. Ten se rozpustí ve vodě a následně se zpět rozloží na uhličitan vápenatý CaCO3, vodu a oxid uhličitý.
  • (NH4)2CO3
    • Vlastnosti: Bílý prášek, který smrdí po amoniaku. Na rozdíl od hydrogenuhličitanu amonného je rozpustný v etanolu.
    • Použití: Dříve se uhličitan amonný používal jako čichací sůl (pro křísení lidí, kteří omdleli). Dále se také přidává do kanadského Buckleyho sirupu proti kašli.
  • NH4HCO3 – cukrářské kvasnice, amonium
    • Vlastnosti: Bílý prášek, který se při vysokých teplotách rozkládá na plyn.
    • Použití: Používá se převážně jako kypřící prášek. Byl to předchůdce dnešních kypřících prášků.

experimentVÝROBA SODY

Je možná dvěma způsoby:

  1. Solvayův proces
    • dnes používanější
    • Nejdříve se nechá reagovat nasycený roztok chloridu sodného s plynným amoniakem a plynným oxidem uhličitým:
    • NaCl +CO2 + H2O + NH3 → NaHCO3 + NH4Cl
    • Poté se vzniklý hydrogenuhličitan sodný odfiltruje a zahříváním se přemění na uhličitan sodný:
    • 2 NaHCO3 → Na2CO3 + H2O + CO2
    • Oxid uhličitý se zpátky zavádí do výroby. Přebytečný chlorid amonný se nechá reagovat s hydroxidem vápenatým za vzniku odpadního chloridu vápenatého a amoniaku, který se zavádí zpět do výroby:
    • Ca(OH)2 + 2 NH4Cl → CaCl2 + 2 NH3 + 2 H2O
  2. Leblancův proces
    • Vznikl tak že francouzská akademie věd vypsala odměnu pro toho, kdo dokáže vyrobit nedostatkový uhličitan sodný z všudypřítomné soli.
    • Na chlorid sodný se působí kyselinou sírovou za vzniku síranu sodného a kyseliny chlorovodíkové:
    • 2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
    • Vzniklý síran sodný se smíchá s vápencem a poté se taví v peci s uhlím:
    • Na2SO4 + CaCO3 + 2 C → Na2CO3 + 2 CO2 + CaS

KREVNÍ SOLI

  • hexakyanidoželeznatan tetradraselný K4[Fe(CN)6] – žlutá krevní sůl
  • hexakyanidoželezitan tridraselný K3[Fe(CN)6] – červená krevní sůl