Nejrozšířenější prvky v přírodě s oxidačním číslem 0

Článek se zaměřuje na nejrozšířenější prvky v přírodě, které se vyskytují s oxidačním číslem 0, a popisuje jejich výskyt, vlastnosti a využití.

Kyslík (O₂)

Kyslík (O₂) je jeden z hlavních biogenních prvků vyskytujících se v organismu. Je to nejrozšířenější prvek v zemské kůře (kolem 49%). Vázaný je obsažen ve vodě a v řadě anorganických a organických látek.

Chemický prvek kyslík je za normálních podmínek bezbarvý, dvouatomový plyn. Při teplotě -183 °C kondenzuje na modrou kapalinu. Tvoří molekuly O₂ a tříatomové molekuly O₃ - ozon. Atomární kyslík O je obdobou atomárního vodíku. Kyslík je velmi reaktivní, hlavně za vyšší teploty se slučuje téměř se všemi prvky. Odolávají halogeny, některé ušlechtilé kovy a vzácné plyny.

Slučovací reakce kyslíku jsou zpravidla silně exotermní. Prudká oxidace látek kyslíkem nebo jinými oxidačními činidly za vývoje tepla a světla se nazývá hoření, ke kterému dochází až po zahřátí látky na tzv. Ve sloučeninách vystupuje nejčastěji v oxidačním stavu -II, v peroxidech se vyskytuje s formálním oxidačním číslem -I, ve sloučeninách s fluorem má kyslík kladné oxidační číslo I. Základními sloučeninami kyslíku jsou oxidy.

Oxidy nekovů jsou obvykle plynné látky s kyselinotvorným charakterem. Oxidy polokovů jsou tvrdé krystalické látky s polymerní strukturou a slabě kyselým nebo amfoterním charakterem. Oxidy kovů jsou krystalické látky s vysokou teplotou tání, mají iontovou strukturu a jsou zásadotvorné, výjimku tvoří oxidy kovů s oxidačním číslem větším než V, jsou to obvykle těkavé kapaliny nebo plyny s molekulovou strukturou, bývají vždy kyselinotvorné.

Čtěte také: Více o nejrozšířenějším minerálu

Některé oxidy, např. ZnO nebo Al₂O₃, bývají amfoterní. Zvláštním typem oxidů jsou suboxidy, jedná se o sloučeniny ve kterých má elektopozitivnější prvek oxidační číslo menší než I. Dalšími sloučeninami kyslíku jsou peroxidy, pro které je charakteristická vzájemná kovalentní vazba dvou kyslíkových atomů, kyslík se proto v peroxidech jeví jako elektrochemicky jednomocný.

Nejdůležitějším peroxidem je peroxid vodíku H₂O₂. Peroxid vodíku je velice slabá dvojsytná kyselina (disociační konstanta pKA=11,62), která se samovolně rozkládá na vodu a volný kyslík. Vůči většině látek se peroxid vodíku chová jako silné oxidační činidlo, ale v přítomnosti některých extrémně silných oxidačních látek (např. PbO₂ nebo KMnO₄) vystupuje naopak jako redukční činidlo.

Superoxidy jsou sloučeniny kyslíku s kovy, ve kterých vystupuje kyslík ve formě superoxidového aniontu [O=O]^-. Je známo pouze několik superoxidů alkalických kovů, nejstabilnější je superoxid draselný KO₂, nejméně stabilní je superoxid sodný NaO₂. Superoxidy se dají připravit spalovaním roztaveného kovu v kyslíku.

Mezi další zajímavé sloučeniny kyslíku patří ozonidy, což jsou binární sloučeniny ozonu O₃ s elektropozitivními prvky. Mezi známé ozonidy patří ozonidy alkalických kovů, např. ozonid lithný LiO₃, ozonid sodný NaO₃ a ozonid draselný KO₃. Všechny ozonidy jsou tmavě červené krystalické látky iontové povahy, jsou stabilní pouze za nízkých teplot, při vyšší teplotách podléhají samovolnému rozkladu. Ozonid lithný a sodný se rozkládají explozivně.

V přírodě se kyslík nalézá ve vzduchu a v obrovské řadě sloučenin, z nichž nejdůležitější je voda. Mineralogicky popsány byly téměř 4000 nerostů s obsahem kyslíku. V zemské kůře je kyslík zastoupen podílem více než 47 %. Přírodní kyslík je směsí 3 stabilních izotopů (99,76 % ¹⁶O, 0,048 % ¹⁷O, 0,2 % ¹⁸O).

Čtěte také: Prvky v přírodě

Průmyslová výroba kyslíku se provádí frakční destilací kapalného vzduchu podle Lindeho nebo frakčním zkapalňováním vzduchu podle Clauda. V menší míře se kyslík vyrábí také elektrolýzou vody. Přímé uplatnění nalézá kyslík zejména v metalurgii, jako okysličovadlo v raketové technice a jako balicí plyn v potravinářství (E 948). Peroxid vodíku slouží jako dezinfekční, bělící a oxidační činidlo.

Chrom (Cr)

Chrom je stříbrobílý, lesklý, velmi tvrdý ale zároveň křehký kov s vysokou teplotou tání (1 907 °C). Vyskytuje se ve všech oxidačních stavech od -2 do +6, ale pouze stavy 0 (kovový chrom), 2+, 3+ a 6+ jsou běžné. Ve sloučeninách je nejstálejší v oxidačním stavu Cr³⁺, sloučeniny Cr⁶⁺ (chromany) vykazují silné oxidační účinky.

Vzhledem k prokázané toxicitě Cr⁶⁺ se v poslední době projevuje snaha o co největší omezení jeho využívání. EU nařizuje směrnicí RoHS (Restriction of the use of certain hazardous substances in electrical and electronic equipment) od 1. července 2006 povinnost zajistit, aby nová elektrická a elektronická zařízení neobsahovala Cr⁶⁺ a jiné nebezpečné látky (Pb, Cd, Hg, zpomalovače hoření - polybromované bifenyly, polybromovaný difenylether). Omezení se netýká průmyslových, telekomunikačních, zdravotnických, vědeckých zařízení s dlouhou životností, která se vyrábějí v malých množstvích.

Chrom se často používá v metalurgii při výrobě legovaných ocelí, k výrobě speciálních slitin nebo ke galvanickému pokovování. Obsah chromu ve slitině určuje především její tvrdost a mechanickou odolnost. Od obsahu cca 12 % Cr rozpuštěného v tuhém roztoku je ocel korozivzdorná (pasivace povrchu). Cr zlepšuje také její žáruvzdornost a žárupevnost. Tenká vrstva chromu chrání povrch kovových předmětů před korozí a zvyšuje jejich tvrdost.

Oxid chromový je složkou pokovovacích lázní, používá se jako oxidační činidlo a může být výchozí látkou pro přípravu některých organokovových sloučenin a esterů kyseliny chromové. Estery kyseliny chromové se uplatňují v katalytické chemii, zejména v organické syntéze. Soli chromité a chromany slouží k vybarvování tkanin, k moření a leptání kovů a v kožedělném průmyslu při vyčiňování kůží. Chromany se též užívají při výrobě organických barviv.

Čtěte také: Vše o nejrozšířenějším kovu

Některé sloučeniny chromu mají upotřebení jako anorganické pigmenty (Cr₂O₃, PbCrO₄). Sloučeniny chromu jsou obsaženy také v některých přípravcích na konzervaci dřeva a jako inhibitory koroze v chladících vodách elektráren. V chemických laboratořích se sloučeniny Cr⁶⁺ používají jako oxidační činidla a roztok dichromanu draselného v kyselině sírové (chormsírová směs), jako agresivní prostředek k mytí laboratorního nádobí.

Chrom je v přírodě poměrně hodně zastoupen a vyskytuje se přibližně ve stejném množství jako nikl. Nejvýznamnějšími rudami chromu jsou chromit (FeO.Cr₂O₃) a krokoit (PbCrO₄). Stopové množství chromu je také obsaženo v drahokamech smaragdu a rubínu, kterým propůjčuje jejich typickou barvu. Největší světové zásoby chromu jsou v Jihoafrické republice, která vyrábí přibližně polovinu veškeré světové produkce tohoto kovu.

Sloučeniny chromu jsou výrazně barevné, jak naznačuje název tohoto prvku (chroma = barva). V Anglii za dob královny Viktorie byl dichroman draselný používán dokonce k barvení potravin. V některých částech světa se dichroman dodnes používá i v léčivých přípravcích.

Do ovzduší se chrom dostává ve velkém množství v prachových částicích uvolňovaných při spalování fosilních paliv (ve stavu Cr³⁺). Dalšími zdroji chromu jsou cementárny (cement obsahuje chrom), spalovny komunálních odpadů, výfukové plyny z automobilů s katalyzátorem, emise z klimatizačních chladících věží používajících sloučeniny chromu jako inhibitory koroze a polétavý azbest z opotřebovaných brzdových obložení automobilů (azbest obsahuje chrom). Atmosférickou depozicí se chrom dostává do ostatních složek životního prostředí.

Antropogenním zdrojem chromu ve vodách jsou odpadní vody z barevné metalurgie, povrchové úpravy kovů, kožedělného a textilního průmyslu, kde je součástí některých barvicích lázní. Dalším zdrojem jsou některé inhibitory koroze používané v chladicích okruzích, při rozvodu teplé vody nebo při čištění kotlů. Značné koncentrace lze nalézt ve vodách z hydraulické dopravy popílků.

Chrom může unikat do půdy či podzemní vody i ze špatně zabezpečených skládek. Chrom je v nízké koncentraci přítomen ve všech typech půd a dále v sopečném prachu a plynech. Všechen chrom přírodního původu je ve stavu Cr³⁺. Cr³⁺ se silně váže na záporně nabité půdní částice, proto jen malá část proniká z půdy do podzemních vod. Ve vodě se většina Cr³⁺ váže na částice nečistot a spolu s nimi klesá ke dnu, velká část nenasorbovaného Cr³⁺ tvoří nerozpustné koloidní hydroxidy. Proto je obvykle ve vodě přítomno pouze malé množství rozpuštěného Cr³⁺.

Cr⁶⁺ je velmi toxický pro vodní organismy. Na rozdíl od Cr³⁺ se vyskytuje ve formě záporně nabitých komplexů, proto se nesorbuje na půdní částice a je mnohem mobilnější. Cr⁶⁺ je však velmi silné oxidační činidlo, v přítomnosti jakékoliv organické hmoty se poměrně rychle redukuje na Cr³⁺. Proto nebezpečí vysokých koncentrací Cr⁶⁺ hrozí jen v blízkosti jeho zdroje. Pokud nejsou organické látky přítomné, je Cr⁶⁺ za aerobních podmínek stabilní po dlouhou dobu. V anaerobním prostředí se Cr⁶⁺ redukuje velmi rychle.

Chrom se nehromadí v potravních řetězcích. V ovzduší je chrom navázán na prachové částice. Toxicita dvou oxidačních stavů Cr³⁺ a Cr⁶⁺ je rozdílná. Cr³⁺ patří mezi esenciální stopové prvky zúčastněné v metabolismu savců, zasahuje do metabolismu tuků a cukrů (antidiabetický faktor). Zvyšuje účinnost inzulínu a pomáhá tak udržovat metabolizmus glukózy, cholesterolu a tuků. Nedostatek chromu může vyvolat únavu, stres, úbytek váhy a snížení schopnosti těla odstraňovat glukózu z krve. Dobrým zdrojem chromu je čerstvá strava a pivní kvasinky. Cr³⁺ je zdraví prospěšný jen do určitého množství, při vyšších dávkách je zdraví škodlivý.

Sloučeniny Cr⁶⁺ jsou zodpovědné za toxicitu (oxidační účinek), přičemž rozpustné sloučeniny jsou mutagenní a karcinogenní (NPK pro CrO₃ je 0,005 mg/m³). Krátkodobá vysoká expozice má nepříznivé účinky v místě kontaktu mají leptavé účinky - např. mohou vznikat vředy na kůži při dotyku, podráždění nosní sliznice a perforace nosní přepážky při inhalaci, podráždění trávicího ústrojí po orální expozici. Může také nepříznivě působit na játra a ledviny (a způsobit chronické selhávání ledvin - výskyt bílkovin, krve a cukru v moči). Inhalace prachů sloučenin Cr⁶⁺ vyvolává astmatické potíže.

Dlouhodobé působení se projevuje tvorbou vředů a nádorů nosní dutiny, plic a zažívacího traktu. Kontakt kapalin a pevných látek s obsahem Cr⁶⁺ může vést ke tvorbě kožních vředů, u alergických jedinců také k zarudnutí kůže a svědění. Chrom je klasifikován jako lidský karcinogen (zvláště dichromany jsou silně karcinogenní), způsobující rakovinu plic (převážně u provozních dělníků v metalurgickém průmyslu).

Závažné případy kontaminace pitné vody chromem Cr⁶⁺ byly zaznamenány. Zatímco karcinogenita Cr⁶⁺ při inhalační expozici byla u lidí jednoznačně prokázána, v případě vstupu ústy působí zpočátku leptavě na gastrointestinální trakt, následuje šok až smrt. Oxidačním působením Cr⁶⁺ a Cr⁵⁺ jsou generovány kyslíkaté volné radikály, které poškozují DNA. Genotoxické působení chromu je zprostředkováno také chromitými ionty, které se mohou přímo vázat na DNA.

Chrom s oxidačním číslem 6+ je nejtoxičtější formou chromu, ať už se jedná o oxid chromový, kyselinu chromovou či chromany nebo dichromany. Většina z těchto sloučenin jsou vysoce toxické a karcinogenní. V přítomnosti organických látek se však rychle transformuje na Cr³⁺. Cr³⁺ se poměrně silně váže na částice půdy, proto se ve vodě rozpouští pouze malé množství Cr³⁺.

Emise chromu do prostředí, kde se může akumulovat například v zeminách či sedimentech, jsou proto velmi nežádoucí, protože z takových rezervoárů může být chrom například změnou vnějších podmínek i za mnoho let uvolněn a způsobit závažné škody a zdravotní rizika.

Pro stanovení Cr ve vodných roztocích lze obecně použít techniku atomové absorpční spektrometrie (AAS), nejlépe s hydridovou atomizací. K atomizaci dochází plamenem nebo elektrotermicky. Dále lze použít techniku ICP-OES (emisní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem) nebo ICP-MS (hmotnostní spektrometrie s indukčně vázaným plazmatem). Pro stanovení chromu ve specifických matricích je k dispozici řada normovaných postupů:

* Evropská norma EN 14385:2004 má status české technické normy.

Pevné vzorky (půda, prašný aerosol) je nutné před vlastním stanovením zmineralizovat (např. kyselinou dusičnou). Ohlašovací práh do vod 50 kg za rok si lze například představit jako objem vypuštěné vody 5 000 m³ o koncentraci chromu 10 mg.l^-1.

Bezpečnostní pokyny pro zacházení s chromem

• Číslo CAS 7440-47-3
• Indexové číslo 024-001-00-0*

Standardní věty o nebezpečnosti

• H301 Toxický při požití
• H311 Toxický při styku s kůží
• H314 Způsobuje těžké poleptání kůže a poškození očí
• H317 Může vyvolat alergickou kožní reakci
• H330 Při vdechování může způsobit smrt
• H334 Při vdechování může vyvolat příznaky alergie nebo astmatu nebo dýchací potíže
• H340 Může vyvolat genetické poškození
• H350 Může vyvolat rakovinu
• H361 Podezření na poškození reprodukční schopnosti nebo plodu v těle matky
• H372 Způsobuje poškození orgánů při prodloužené nebo opakované expozici
• H400 Vysoce toxický pro vodní organismy
• H410 Vysoce toxický pro vodní organismy, s dlouhodobými účinky

Pokyny pro bezpečné zacházení

• P201 Před použitím si obstarejte speciální instrukce.
• P202 Nepoužívejte, dokud jste si nepřečetli všechny bezpečnostní pokyny a neporozuměli jim.
• P210 Chraňte před teplem, horkými povrchy, jiskrami, otevřeným ohněm a jinými zdroji zapálení. Zákaz kouření.
• P220 Uchovávejte/skladujte odděleně od oděvů/…/hořlavých materiálů.
• P221 Proveďte preventivní opatření proti smíchání s hořlavými materiály
• P260 Nevdechujte prach/dým/plyn/mlhu/páry/aerosoly.
• P261 Zamezte vdechování prachu/dýmu/plynu/mlhy/par/aerosolů.
• P270 Při používání tohoto výrobku nejezte, nepijte ani nekuřte.
• P271 Používejte pouze venku nebo v dobře větraných prostorách.
• P272 Kontaminovaný pracovní oděv neodnášejte z pracoviště.
• P273 Zabraňte uvolnění do životního prostředí.
• P280 Používejte ochranné rukavice/ochranný oděv/ochranné brýle/obličejový štít.
• P284 V případě nedostatečného větrání používejte vybavení pro ochranu dýchacích cest.
• P301+P310 Při požití: Okamžitě volejte Toxikologické informační středisko/lékaře/…
• P301+P330+P331 Při požití: Vypláchněte ústa. Nevyvolávejte zvracení.
• P302+P352 Při styku s kůží: Omyjte velkým množstvím vody/…
• P304+P340 Při vdechnutí: Přeneste osobu na čerstvý vzduch a ponechte ji v poloze usnadňující dýchání
• P305+P351+P338 Při zasažení očí: Několik minut opatrně vyplachujte vodou. Vyjměte kontaktní čočky, jsou-li nasazeny, a pokud je lze vyjmout snadno. Pokračujte ve vyplachování.
• P308+P313 Při expozici nebo podezření na ni: Vyhledejte lékařskou pomoc/ošetření.
• P310 Okamžitě volejte Toxikologické informační středisko/lékaře/…
• P312 Necítíte-li se dobře, volejte Toxikologické informační středisko/lékaře/…
• P314 Necítíte-li se dobře, vyhledejte lékařskou pomoc/ošetření.
• P330 Vypláchněte ústa.
• P333+P313 Při podráždění kůže nebo vyrážce: Vyhledejte lékařskou pomoc/ošetření.
• P342+P311 Při dýchacích potížích: Volejte Toxikologické informační středisko/lékaře/…
• P353 Opláchněte kůži vodou/osprchujte.
• P361+P364 Veškeré kontaminované části oděvu okamžitě svlékněte a před opětovným použitím vyperte.
• P362+P364 Kontaminovaný oděv svlékněte a před opětovným použitím vyperte.
• P363 Kontaminovaný oděv před opětovným použitím vyperte.
• P370+P378 V případě požáru: Vykliďte prostor.
• P391 Uniklý produkt seberte.
• P403+P233 Skladujte na dobře větraném místě. Uchovávejte obal těsně uzavřený.

tags: #nejrozšířenější #prvky #v #přírodě #s #oxidačním

Oblíbené příspěvky:

• Legislativa odpadového hospodářství
• Čištění ucpaného odpadu pružinou: Návod
• Vliv solárních panelů na životní prostředí
• Dopady Klimatických Změn v ČR
• Jak správně zlikvidovat auto