Volně se vyskytující prvky v přírodě v elementárním stavu

Tři čtvrtiny všech prvků v periodické soustavě jsou kovy. Řadí se mezi ně s prvky (až na vodík a helium), d, f a některé p prvky. Kovy se v tabulce nacházejí více vlevo a jejich kovový charakter směrem doleva stoupá.

Některé kovy se v přírodě nacházejí v elementárním stavu - ryzí (např. Au, Ag, Pt, Hg). Většina je vázána ve sloučeninách (jsou to hlavně oxidy, sulfidy, uhličitany, křemičitany, sírany, fosforečnany a chloridy).

Výskyt a dostupnost jednotlivých rud v přírodě a jejich chemické složení určuje způsob výroby a rozsah jejich zpracování. Výrobou kovů se zabývá hutnictví (metalurgie). Hutnické postupy jsou podle druhů rud a vyráběných kovů rozmanité. Kovy se z rud získávají redukcí (redoxním procesem).

K redukci se používají:

• a) uhlík a oxid uhelnatý (výroba Fe, Mn, Sn, Pb, Zn)
• b) kov (Al, Mg, Ca, Na) - výroba Cr
• c) vodík nebo hydridy
• d) elektrolýza vodných roztoků (výroba Cu, Zn) taveniny (výroba Al, alkalických kovů)
• e) speciální postupy - tepelný rozklad, destilace, sublimace apod.

Chemická vazba mezi atomy kovů se nazývá kovová. Její model předpokládá, že krystal kovu se skládá z kationtů rozmístěných v pravidelné prostorové mřížce. Kationty jsou ve svých polohách udržovány nábojem volně pohyblivých valenčních elektronů. Chování valenčních elektronů se do jisté míry podobá chování částic plynu, a proto se někdy valenčním elektronům v kovech říká elektronový plyn.

Čtěte také: Hřiště a životní prostředí

S touto vnitřní strukturou kovů a s kovovou vazbou souvisejí typické vlastnosti kovů. Kovový lesk je způsoben značnou schopností kovů odrážet viditelné světlo. Kovy světlo nepropouštějí, a jsou proto i v tenkých vrstvách neprůhledné.

Kovy se vyznačují kujností, tažností a ohebností. Mohou se z nich vytáhnout i tenké dráty, vytepat mikroskopicky tenké plátky nebo je lze ohnout do požadovaných tvarů. Tuto vlastnost lze vysvětlit tak, že částice tvořící krystalovou mřížku se vlivem vnějších sil po sobě snadno posunují, aniž by došlo ke změně sil mezi nimi a porušila se soudržnost.

Kovy jsou vodiči tepla a elektřiny. To je způsobeno faktem, že ve struktuře kovů jsou přítomny volně pohyblivé elektrony. Vodivost kovů se s rostoucí teplotou snižuje.

Kovy patří mezi elektropozitivní prvky. S rostoucím počtem elektronových vrstev roste velikost atomů a současně s tím klesá schopnost jader poutat valenční elektrony. Čím snáze atomy prvků valenční elektrony uvolňují, tím snáze přechází v kationty. Prvek se přitom oxiduje, a má tedy redukční účinky.

Vlastnosti kovů se značně liší, rozdílnost vyjadřuje elektrochemická řada kovů: K Ca Mg Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb H Cu Ag Hg Pt.

Čtěte také: Prvky přírody v boji proti erozi

Význačnou vlastností kovů je jejich schopnost tvořit slitiny - směsi dvou nebo více kovů, popř. kovů a nekovů. Jsou to většinou homogenní látky, které mají kovové vlastnosti. Vlastnostmi se vesměs liší od výchozích složek, lze je měnit změnou vzájemného poměru složek nebo změnou samotných složek.

Z hlediska technické praxe mají slitiny obvykle lepší fyzikální a chemické vlastnosti než čisté kovy, ze kterých se skládají (větší tvrdost, pevnost, tažnost, odolnost). Vnitřní struktura slitin je rozdílná. Rozhoduje o ní zejména vzájemná velikost atomů prvků.

Jednotlivé kovy se liší svou stálostí vůči vnějším podmínkám. Působením kyslíku, vody, oxidu uhličitého a dalších látek se vytváří na povrchu kovů vrstvička sloučenin, které již nemají vlastnosti kovů. Vyrobené kovové předměty znehodnocují, čímž způsobují značné škody.

Těmto změnám se říká koroze. Proti korozi se kovové předměty chrání různými nátěry, zinkováním, cínováním, chromovými povlaky nebo vrstvičkami stálých nerozpustných sloučenin.

Nejtypičtější kovy z chemického hlediska jsou alkalické kovy (I.A skupina). Mají největší atomové poloměry, takže jejich jediný valenční elektron přitahují síly jádra jen velmi málo. Jsou ze všech kovů nejreaktivnější, jejich reaktivita stoupá s rostoucím protonovým číslem. Jsou elektropozitivní, ve sloučeninách tvoří kationty.

Čtěte také: Více o prvcích ekologického managementu

Stejně jako alkalické kovy také kovy alkalických zemin ve II.A skupině jsou elektropozitivní a velmi reaktivní prvky.

Mezi ušlechtilé kovy patří kovy platinové, prvky I.B skupiny a rtuť. Ve srovnání s alkalickými kovy jsou málo reaktivní, z kyselin nevytěsňují vodík, mají výrazně větší teploty tání, větší hustoty a menší atomové poloměry.

Prvky I.B. skupiny (Cu, Au, Ag) jsou kujné, tažné a jsou nejlepšími vodiči tepla a elektřiny. Jsou součástí významných slitin (bronz, mosaz, mincovní slitiny), používají se v klenotnictví, elektrotechnice a sloučeniny stříbra při fotografování.

Platinové kovy se používají při výrobě šperků, termočlánků, radarů, chirurgických nástrojů.

Uhlík

Uhlík (chemická značka C, latinsky carbonium nebo carboneum) je chemický prvek, tvořící základní stavební kámen všech organických sloučenin a tím i všech živých organismů na této planetě. Sloučeniny uhlíku jsou jedním ze základů světové energetiky, kde především fosilní paliva jako zemní plyn a uhlí slouží jako energetický zdroj pro výrobu elektřiny a vytápění, produkty zpracování ropy jsou nezbytné pro pohon spalovacích motorů a tak silniční a železniční dopravu.

Výrobky chemického průmyslu na bázi uhlíku jsou součástí našeho každodenního života, ať jde o plastické hmoty, umělá vlákna, nátěrové hmoty, léčiva a mnoho dalších.

Grafit

Grafit (tuha) je nejčastější přírodní modifikace uhlíku, jejíž struktura se skládá z vrstev tzv. grafenu, které jsou tvořeny uhlíky navázanými do šestiúhelníků. Na každý uhlík jsou kovalentně vázány další tři uhlíky (hybridizace sp2). Tvoří se zde rozsáhlý systém delokalizovaných elektronů (π-systém). Jednotlivé vrstvy spolu drží pouze pomocí slabých interakcí, tzv. van der Waalsových sil.

Této vlastnosti se využívá např. při výrobě tužek, kde mletá tuha tvoří základní složku tyčinky určené pro psaní a kreslení. Grafit (starší název tuha) má černošedé zbarvení, je lesklý, neprůsvitný a elektricky vodivý.

Krystaly grafitu jsou tvořeny z vrstev atomů uspořádaných do šestiúhelníků. Mezi vrstvami jsou slabé přitažlivé síly, proto je grafit měkký a dobře vede elektrický proud. Dá se s ním psát, při psaní se stírají vrstvy atomů uhlíku. Grafit reaguje už při laboratorní teplotě s kyselinami a oxidačními činidly.

Grafit je málo odolný chemicky i mechanicky. Grafit se používá jako tuha v psacích potřebách. žáruvzdorné zboží a kluzné plochy ložisek. Technický uhlík (saze) se používá jako plnivo při výrobě kaučuku a pneumatik.

Grafit neboli tuha je nerost neboli minerál, který se vyskytuje v mnoha lokalitách na Zemi. Jedny z největších grafitových dolů se nalézají v USA (Texas a stát New York), Mexiku, Indii a Rusku; významná byla i ložiska v jižních Čechách. Grafit je například zároveň složkou sazí, které vznikají spalováním fosilních paliv.

Grafit se průmyslově využívá především při výrobě tužek. Další významné uplatnění grafitu je v metalurgickém průmyslu. Vzhledem k jeho značné tepelné odolnosti se z něho vyrábějí nádoby, kokily, do kterých se odlévají roztavené kovy a jejich slitiny. Zamezí se tak kontaminaci slitiny kovem, ze kterého by se kokila musela vyrobit.

Z grafitu se dále vyrábějí speciální typy elektrických kontaktů, např. kartáčky elektromotorů.

Diamant

Diamant je tvořen uhlíkem krystalizujícím v soustavě krychlové a je nejtvrdším a velmi cenným přírodním nerostem. Na každý uhlík jsou kovalentně vázány další čtyři uhlíky (hybridizace sp3). Hmotnost diamantů se udává v karátech.

Diamant je průzračný, lesklý, někdy zabarvený příměsemi. Je nevodivý a do teploty 800°C stálý, poté se začíná oxidovat na CO2. Teplota tání diamantu je 3650°C, což je nejvíce ze všech prvků.

Diamant je chemicky i mechanicky extrémně odolný. Prakticky se v ničem nerozpouští a reaguje až za vysokých teplot. Diamant se dá vyrobit z grafitu působením vysokých teplot a tlaků.

Ve struktuře diamantu jsou atomy vázány pevnými kovalentními vazbami do plošně centrované kubické mřížky. Proto je diamant nejtvrdší přírodní látkou.

Diamanty se používají pro svou tvrdost a výbornou tepelnou vodivost (až 2300 W·m−1·K−1 při pokojové teplotě a normálním izotopickém složení) v nejrůznějších řezných a vrtných nástrojích.

Další formy uhlíku

• Diafit: nově používané označení pro modifikaci uhlíku v přechodových nanostrukturách mezi mřížkou diamantu (případně lonsdaleitu) a vhodně orientovanými vrstvami grafitu.
• Lonsdaleit: též zvaný „šesterečný diamant“, je velmi řídce se vyskytující přírodní alotropní modifikací uhlíku.
• Fcc-uhlík: s plošně centrovanými elementárními buňkami, někdy považovaný za variantu diamantu, jindy za novou základní alotropní modifikaci uhlíku.
• Superdiamant: přesněji uhlík fáze BC8, je předpovězená kubická fáze s prostorově centrovanými elementárními buňkami, která je podobná diamantu, ale má ještě o 30 % vyšší tuhost.
• Chaoit: též zvaný „bílý uhlík“, je velmi řídce se vyskytující přírodní alotropní modifikace uhlíku, objevená r. 1968.
• Grafen: je forma uhlíku, kterou tvoří jedna či několik málo vrstev rovinné sítě vzájemně propojených atomů uhlíku uspořádaných do tvaru šestiúhelníků (hybridizace sp2).
• Grafyn: je společné označení pro formy uhlíku, kterou tvoří jako u grafenu jedna či několik málo vrstev rovinné sítě vzájemně propojených atomů uhlíku, které však již vzhledem k vloženým lineárním úsekům −C≡C− (hybridizace sp) nejsou uspořádány do tvaru pravidelných šestiúhelníků.
• Fullereny: označují sférické (též elipsoidální či podobného tvaru) molekuly z jedné prostorově uzavřené vrstvy grafenu, tedy sítě uhlíkových atomů uspořádaných do šestiúhelníků, doplněných kvůli prostorovému uzavření dvanácti pětiúhelníky.
• Fullerit: se nazývá krystalová struktura tvořená fullereny C60.
• Uhlíkové nanotrubice: jsou uměle vyrobené mikroskopické trubičky složené z válcově svinuté vrstvy grafenu o průměru pouhých několika (1-100) nanometrů.
• Uhlíková nanopěna: je řídká prostorová síť tvořená plošnými klastry uhlíkových atomů o velikosti několika nanometrů, které jsou podobné grafenu.
• Uhlík M (též M-uhlík): je umělá supertvrdá alotropní modifikace uhlíku vyskytující se při vysokých tlacích (nad 13,4 GPa při standardní teplotě).
• Uhlík Q (též Q-uhlík): je umělá alotropní modifikace tvořená krystalickou nanovrstvou kovalentně vázaných atomů uhlíku s hybridizací sp3 (20%-50%) a sp2, která obsahuje monokrystalické nanočástice diamantu.
• Karbyn: (někdy karbin podle ruského originálu, též „LAC“ z anglického linear acetylenic carbon) se označuje forma tvořená lineárními molekulami polymerního uhlíku, zapsatelnými vzorcem −(C≡C)n−.
• Amorfní uhlík: je forma uhlíku bez pravidelné krystalové struktury.

Kyslík

Kyslík je plynný chemický prvek, je to nejrozšířenější prvek na zemi, vyskytuje se jak ve volné formě, tak i vázaný. Tvoří tři stabilní izotopy, z nichž pouze jeden je NMR aktivní. V atmosféře ho nacházíme ve formě dikyslíku O2 a ozonu O3.

Kyslík má tři stabilní izotopy, nejběžnější je 16O. Molekula dikyslíku obsahuje dva nepárové elektrony v protivazebných orbitalech a proto je paramagnetická. Druhým běžným alotropem kyslíku je ozon, O3, v čistém stavu modrý plyn s charakteristickým zápachem. Jeho molekula má lomený tvar. Koncentrovaná kapalina je silně explozivní, v plynném stavu jde o silné oxidační činidlo.

Kyslík (O2) se vyrábí frakční destilací zkapalněného vzduchu, uchovává se a převáží v kapalném stavu. Kyslík je bezbarvý plyn, ale v kapalném stavu je bledě modrý. Kyslík je velmi reaktivní, má silné oxidační účinky. Oxidace pomocí kyslíku se nazývá hoření a je často výrazně exotermní.

tags: #prvky #volne #v #prirode #v #elementarnim

Oblíbené příspěvky:

• Udržitelné bankovky
• Stupeň ohrožení delfínů
• Jak vybrat boty na trailový běh?
• Tipy pro výběr mikiny na kempování a turistiku
• Skládka Vysoká: Informace