Výskyt prvků v přírodě a periodická tabulka

Periodická tabulka je základním nástrojem pro každého, kdo studuje chemii. Dobré pochopení periodického zákona a systému periodické tabulky, zejména zákonitostí vyplývajících z umístění jednotlivých chemických prvků v periodické soustavě, je základním předpokladem úspěchu při studiu chemie prvků.

Periodická tabulka prvků na webu www.prvky.com je plně interaktivní. Kliknutím na kterýkoliv prvek v tabulce se zobrazí strana s popisem vybraných chemických a fyzikálních vlastností daného chemického prvku. U technicky významných kovů jsou uvedeny také "nechemické" údaje jako např. elektrická i tepelná vodivost, tvrdost podle Mohse, tvrdost podle Brinella i Vickerse, hodnoty modulu pružnosti ve smyku i v tahu. U většiny prvků jsou také uvedeny základní chemické reakce, významné sloučeniny, výskyt v přírodě, historie objevu, jejich výroba nebo laboratorní příprava a praktické využití. Periodická soustava obsahuje prozatím 118 prvků. Popis, chemické a fyzikální vlastnosti nově objevených prvků nebyly prozatím dostatečně popsány, proto se v tabulce u některých prvků s vyššími protonovými čísly zobrazuje pouze minimum údajů.

Struktura periodické tabulky

Periodická tabulka je členěna do vodorovných řad a svislých sloupců.

• Periody: Vodorovné řady periodické tabulky se nazývají periody. Jednotlivé chemické prvky jsou v periodách tabulky řazeny vzestupně podle hodnoty protonového čísla. Číslo periody udává hlavní kvantové číslo valenčních orbitalů nepřechodných prvků.
• Skupiny: Svislé sloupce periodické tabulky jsou skupiny prvků, sdružující prvky podobných vlastností. Chemické prvky v jedné skupině mají shodný počet valenčních elektronů.

Periodická tabulka grafickou formou vyjadřuje periodický zákon. "Vlastnosti prvků jsou periodickou funkcí jejich atomových hmotností. V této podobě formuloval periodický zákon ruský vědec Dmitrij Ivanovič Mendělejev v roce 1869, již v roce 1875 byla platnost Mendělejevova periodického zákona potvrzena objevem do té doby neznámého prvku - gallia, který měl vlastnosti předpovězené Mendělejevem.

Označování skupin prvků

Označování skupin prvků v této periodické tabulce je provedeno pomocí římských číslic I-VIII podle dnes již zastaralého, ale zaběhnutého a v praxi používaného systému označování hlavních a vedlejších podskupin prvků periodické soustavy CAS. Současně je v tabulce použito i značení 1-18 podle moderního systému číslování skupin prvků IUPAC.

Čtěte také: Přírodní zdroje soli

Základní pojmy a vlastnosti prvků

Chemický prvek je nejzákladnější forma hmoty, kterou nelze rozložit na jednodušší látky prostřednictvím chemických reakcí. Chemický prvek je látka, která se skládá výhradně z jednoho typu atomu, z nichž každý je definován specifickým počtem protonů v jádře, známým jako atomové číslo. Tato vlastnost odlišuje jeden prvek od druhého. Například všechny atomy uhlíku mají šest protonů.

V současné době je identifikováno 118 prvků, od dobře známých látek, jako jsou kyslík a zlato, až po syntetické prvky vytvořené v laboratořích. Periodická tabulka uspořádává všechny známé chemické prvky na základě jejich atomového čísla, elektronové konfigurace a chemických vlastností. Její struktura zdůrazňuje podobnosti a rozdíly mezi prvky a usnadňuje tak snadné vyhledávání a předpovídání vlastností prvků.

• Řádky (periody): Každý řádek představuje jednu periodu s prvky uspořádanými podle rostoucího atomového čísla.
• Bloky: Tabulka je rozdělena do bloků (s, p, d a f) na základě elektronové konfigurace prvků.

Atomové číslo slouží k identifikaci prvku v periodické tabulce. Atomové číslo se od jednoho prvku k dalšímu v tabulce zvyšuje o jedničku, což ukazuje periodický vzorec ve vlastnostech prvků. Tento postup odhaluje trendy, jako je rostoucí elektronegativita nebo velikost atomu, při pohybu napříč periodou nebo po skupině.

Chemické značky slouží jako zkratka pro prvky a představují univerzální jazyk pro vědce na celém světě. První písmeno chemické značky se vždy píše s velkým písmenem, zatímco druhé písmeno, pokud se vyskytuje, se píše s malým písmenem. Toto rozlišení je zásadní, protože změna velikosti písmen může zcela změnit význam - například "Co" označuje kobalt, kov, zatímco "CO" představuje oxid uhelnatý, sloučeninu.

Zatímco značky jsou pro prvky v různých jazycích standardizovány, aby se usnadnila mezinárodní vědecká komunikace, názvy prvků se mohou výrazně lišit. Například prvek s atomovým číslem 56 je v angličtině znám jako Barium a nese symbol Ba. V italštině se však nazývá "Bario" a ve francouzštině "Baryum". I přes tyto rozdíly se Mezinárodní unie pro čistou a užitou chemii (IUPAC) snaží názvy a značky standardizovat, aby se záměny minimalizovaly. Místní názvy prvků se však v různých zemích stále používají v každodenním životě, což je důkazem prolínání globální vědy a místních tradic.

Čtěte také: Výskyt rtuti v přírodě

Výskyt prvků v přírodě

Rozložení chemických prvků na Zemi a ve vesmíru se výrazně liší. Na Zemi je nejhojněji zastoupeným prvkem v zemské kůře kyslík, který je nezbytný pro tvorbu hornin a minerálů. Ačkoli je v zemské kůře zastoupen méně, v zemském jádře převládá železo, které je celkově nejrozšířenějším prvkem z hlediska hmotnosti. Naproti tomu vesmír vypráví jiný příběh; vodík, nejjednodušší a nejlehčí prvek, vládne a tvoří přibližně 75 % hmotnosti prvků ve vesmíru. Následuje helium, které tvoří asi 24 %. Prvotní vznik vodíku a helia během velkého třesku vysvětluje jejich kosmické množství.

Syntetické prvky

Syntetické prvky se v přírodě nevyskytují, ale vznikají v laboratořích prostřednictvím jaderných reakcí, včetně bombardování lehčích prvků částicemi. Tyto prvky, mezi něž patří prvky s atomovým číslem vyšším než 92 (např. americium, curium a kalifornium), jsou nedílnou součástí vědeckého pokroku v medicíně, průmyslu a výzkumu. Syntetické prvky se používají například v detektorech kouře, při léčbě rakoviny a jako zdroje energie. Jejich vytvoření také rozšířilo naše chápání atomové teorie a hranic periodické tabulky prvků.

Biogenní prvky

Některé chemické prvky jsou pro život nepostradatelné a hrají klíčovou roli v biologických procesech. Uhlík, vodík, kyslík a dusík tvoří základ organických molekul, včetně DNA, proteinů a sacharidů, které tvoří významnou část všech živých organismů. Fosfor je nezbytný pro tvorbu DNA a ukládání energie v ATP, zatímco vápník je nezbytný pro stavbu kostí a zubů a hraje klíčovou roli v buněčných procesech.

Kovy, nekovy a metaloidy

Kovy, nekovy a metaloidy se liší svými fyzikálními a chemickými vlastnostmi. Kovy, které se nacházejí převážně na levé straně periodické tabulky, jsou obvykle lesklé, kujné, tvárné a dobře vedou teplo a elektřinu, příkladem jsou železo, zlato a sodík. Nekovy na pravé straně tabulky jsou rozmanité; mohou to být plyny jako kyslík a dusík, kapaliny jako brom nebo pevné látky jako síra, které obvykle postrádají kovový lesk a jsou špatnými vodiči tepla a elektřiny. Metaloidy, které se pohybují na hranici mezi kovy a nekovy, vykazují smíšené vlastnosti, takže jsou polovodiči.

Alotropy jsou různé fyzikální formy, v nichž může prvek existovat, vyplývající z variací uspořádání atomů. Například uhlík má několik alotropů, včetně diamantu, kde jsou atomy vázány v trojrozměrné mřížce, díky čemuž je extrémně tvrdý a vynikající tepelný vodič. Grafit, další alotrop uhlíku, se skládá z vrstvených listů atomů, takže je měkký a vynikající elektrický vodič. Mezi alotropy kyslíku patří O2, dvouatomový kyslík, který dýcháme, a ozon (O3), tříatomová molekula se silnými oxidačními vlastnostmi.

Čtěte také: Recyklace kyseliny tereftalové

Izotopy jsou varianty chemického prvku se stejným počtem protonů, ale liší se počtem neutronů v jádře. Tento rozdíl nijak výrazně nemění chemické vlastnosti prvku, protože ty určuje elektronová konfigurace. Například uhlík má tři přirozeně se vyskytující izotopy: Uhlík-12 a uhlík-13 jsou stabilní, zatímco uhlík-14 je radioaktivní a časem se rozpadá.

Atomová hmotnost představuje průměrnou hmotnost atomů prvku, která se měří v jednotkách atomové hmotnosti (AMU). Odpovídá relativnímu zastoupení jednotlivých izotopů prvků v přírodě. Například atomová hmotnost chloru je přibližně 35,5 amu, což odráží přirozený výskyt jeho dvou stabilních izotopů, chloru-35 a chloru-37. Atomová hmotnost je významná, protože ovlivňuje chování atomů v reakcích a sloučeninách.

Příklady vybraných prvků a jejich vlastnosti

Vodík (H2)

• Je prvním a nejlehčím prvkem v periodické tabulce.
• Je to hořlavý plyn bez zápachu.
• Na Zemi se vyskytuje pouze ve sloučeninách.
• Je vyráběn ze zemního plynu a vodní páry za vysokých teplot nebo reakcí vodního plynu a vodní páry za přítomnosti katalyzátoru.
• Je redukčním činidlem, na vzduchu hoří světle modrým plamenem, při vyšší teplotě reaguje s řadou látek, např. se sodíkem poskytuje hydrid sodný.
• Používá se například při ztužování tuků, výrobě amoniaku, jako raketové palivo.

Alkalické kovy (např. Li, Na, K)

• Lithium (Li): výskyt v přírodě je vzácný, na vzduchu hoří narůžovělým plamenem.
• Sodík (Na): jeho nejdůležitějším nerostem je sůl kamenná, na vzduchu hoří oranžovým plamenem, používá se jako chladící médium v jaderných elektrárnách.
• Draslík (K): prudce reaguje např. s chlorem nebo vodou, jako kov se využívá málo, ale řada jeho sloučenin má velký význam.

Kovy alkalických zemin (např. Be, Mg, Ca)

• Hořčík (Mg): v přírodě se nachází pouze ve svých sloučeninách (dolomit,...), na vzduchu hoří ostrým bílým plamenem, používá se k výrobě slitin, např. pro letectví, je nezbytný pro fotosyntézu (je součástí chlorofylu - rostlinného barviva).
• Vápník (Ca): v přírodě se nachází vázaný v různých sloučeninách, je obsažen v mléce a kostech, v kyslíku hoří červeným plamenem, používá se při výrobě vysoce kvalitní oceli a při výrobě uranu.

Přechodné prvky (např. Fe, Cu, Zn)

Jsou to kovové prvky, pro něž je typická tvrdost, houževnatost, lesk, kujnost a tažnost, jsou vodiči tepla a elektřiny, mají vysoké teploty tání, varu a velkou hustotu.

• Železo (Fe): poměrně měkký bílý a magnetický kov, na vlhkém vzduchu se tvoří na povrchu železa rez, možno chránit galvanizací (pokovením vrstvou zinku), výroba oceli ze surového železa, ocel se používá na řadu výrobků, jako auta, sporáky, chladničky, aj., železo se využívá k výrobě řetězů, poklopů na kanalizaci, aj., železo je také důležitým prvkem v lidské výživě.
• Měď (Cu): načervenalý, měkký, ale houževnatý kov, je to málo reaktivní kov, na vzduchu se zvolna potahuje vrstvičkou zeleného síranu měďnatého, nereaguje s vodou, ani s ředěnými kyselinami nebo zásadami, reaguje s kyselinou sírovou a dusičnou, používá se na slitiny, k výrobě drátů (měď má dobrou vodivost).
• Zinek (Zn): je stříbřitý, ale na vzduchu rychle ztrácí lesk, reaguje s kyslíkem a kyselinou, rozžhavený s vodní párou, používá se k pokovování železa a oceli, aby se zabránilo korozi.

Další vybrané prvky

• Hliník (Al): je nejrozšířenější kov na Zemi, je tvrdý, tažný, kujný a dobrý vodič tepla a elektřiny, reaguje se vzdušným kyslíkem a vytváří na povrchu vrstvičku Al2O3, jenž zabraňuje další korozi, používá se na výrobu fólií k balení potravin, dále slouží k vedení vysokého napětí.
• Křemík (Si): tvrdý, lesklý nekov šedé barvy a s vysokou teplotou tání, nachází se v píscích a horninách jako oxid křemičitý a křemičitany, křemík je polovodič proto se používá se k výrobě mikročipů.
• Olovo (Pb): je to měkký a kujný kov, který se získává z galenitu (PbS), na vzduchu ztrácí lesk, zvolna reaguje s měkkou vodou, pomalu s Cl a s HNO3, používá se v olověných bateriích pro auta, v nemocnicích k odstínění škodlivého rentgenového záření.
• Uhlík (C): je to nekov, který se vyskytuje ve dvou formách - diamant a grafit, tkáně živých organismů jsou tvořeny uhlíkatými sloučeninami a živočichové dokážou tyto sloučeniny štěpit, aby získali energii, uhlík se vyskytuje např. v koksu, v dřevěném uhlí, v oxidu uhelnatém, v uhličitanech, aj. látkách.
• Dusík (N2): je to dvouatomový plyn bez zápachu a barvy tvořící 78% atmosféry, nachází se v buňkách, např. v bílkovinách, kapalný dusík se používá k mražení potravin neboť jeho teplota je -196oC, v podobě oxidu dusného se používá k narkóze.
• Fosfor (P): v přírodě se nachází pouze vázaný ve sloučeninách (hlavním nerostem je apatit), nejčastěji se vyskytuje ve dvou formách: Bílý fosfor - jedovatá bílá látka, na vzduchu se sama vzněcuje; Červený fosfor - tmavě červený prášek, není vznětlivý ani jedovatý.
• Kyslík (O2): plyn bez barvy a zápachu tvořící 21% atmosféry, nezbytný pro život, podporuje hoření, silné oxidační činidlo, rostliny produkují kyslík při fotosyntéze, používá se v nemocnicích a při čištění odpadních vod.
• Síra (S): je to žlutý nekov, nerozpustný ve vodě, v přírodě se nachází volná v podzemních ložiskách, hoří modrým plamenem za vzniku oxidu siřičitého, používá se k vulkanizaci kaučuku, na výrobu H2SO4, léků a fungicidů.

Halogeny (např. F, Cl, Br, I)

• Fluor (F): vyrábí se z kazivce a kryolitu, reaguje téměř se všemi prvky, přidává se do past na zuby jako fluorid.
• Chlor (Cl): je to jedovatý, dusivý plyn, je velmi reaktivní, proto se v přírodě vyskytuje pouze ve sloučeninách, používá se k dezinfikaci vody v bazénech, používá se k výrobě prostředků dezinfekčních, řada prvků reaguje s chlórem za tvorby chloridů.
• Brom (Br2): je to těkavá kapalina uvolňující jedovaté a dusivé páry, v přírodě se nachází ve sloučeninách, které se nachází v mořských organismech, minerálech a mořské vodě, sloučenina bromu nachází uplatnění v lékařství, fotochemii a jako desinfekční prostředky.
• Jod (I): reaktivní krystalická látka, je velmi málo rozpustný v čisté vodě, ale dobře se rozpouští v roztoku jodidu draselného, je důležitou složkou v lidské potravě, neboť nedostatek jodu ve stravě způsobuje nedostatečnou produkci hormonů štítnou žlázou, jod se vyskytuje v mořských chaluhách a rybách.

Vzácné plyny (např. He, Ne, Ar, Kr, Xe)

• Helium (He): je to bezbarvý plyn bez zápachu, nachází se v atmosféře a je nehořlavý, je zcela nereaktivní, neexistuje žádná jeho sloučenina, helium se používá k plnění vzducholodí.
• Neon (Ne): je to plyn bez chuti, zápachu a nachází se v atmosféře, je zcela nereaktivní a nejsou známi žádné jeho sloučeniny, používá se v reklamních výbojkách.
• Argon (Ar): je to plyn bez barvy a zápachu, používá se k plnění žárovek a fluorescenčních trubic.
• Krypton (Kr): je jednoatomový plyn bez barvy a zápachu, je nereaktivní, jedinou známou sloučeninou je fluorid kryptonu, používá se do laserů a fluorescenčních trubic.
• Xenon (Xe): je to plyn bez barvy a zápachu, je reaktivní, známo je jen několik sloučenin např. tetrafluorid xenonu, aj.

Pozice uhlíku v koloběhu uhlíku

To, že uhlík je označen červeně, modře i šedě, vyjadřuje jeho pozici v koloběhu uhlíku.

Hrozba nedostatku některých prvků

Hrozba nedostatku je výrazným argumentem pro oběhové hospodářství a recyklaci. Jako příklad uveďme indium (In), fosfor (P) a lithium (Li). Indium je vedlejší produkt zpracování zinkových rud, jejichž ekonomická ložiska se zhruba za 20 let vyčerpají a pak cena india značně vzroste. Fosfor je základním prvkem všech organismů. Je nezbytný v intenzivním zemědělství jako hnojivo. Většina fosfátů končí ve splachu z polí nebo v odpadních vodách.

tags: #výskyt #prvků #v #přírodě #tabulka

Oblíbené příspěvky:

• Tipy pro jarní focení
• Nejkrásnější divy přírody
• Stavební odpad v ČR
• Recepty na domácí sirupy
• Aktivity Lesů ČR v environmentálním vzdělávání