Výpisky z chemie

Uhlík je šestý prvek soustavy prvků.

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

VLASTNOSTI 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.

VÝROBA SODY
Je možná dvěma způsoby:

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

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

Jirka automatické formátování

UHLÍK ﻿