14. skupina

? 14. skupina ?
IUPAC skupina	14
CAS skupina	IV. A
Typicka elektronova konfigurace	ns 2 np 2
Po?et valen?nich elektron?	4

Prvky 14. skupiny (take 4. hlavni skupina, skupina uhliku nebo tetrely ) jsou uhlik (C), k?emik (Si), germanium (Ge), cin (Sn), olovo (Pb) a flerovium (Fl). Tato skupina le?i v bloku p periodicke tabulky a jeji prvky maji ?ty?i valen?ni elektrony . Elektronova konfigurace jejich valen?ni elektronove slupky je ns ²np ². Diky tomu preferuji tvorbu slou?enin v oxida?nim stavu II. a IV.

Prvky teto skupiny maji velmi odli?ne chemicke a fyzikalni vlastnosti, proto?e skupina je rozd?lena na dv? ?asti d?lici ?arou mezi kovy , polokovy a nekovy . Prvni prvek skupiny uhlik je nekov, nasledujici dva k?emik a germanium jsou polokovy a zbyle cin, olovo a flerovium jsou kovy.

Uhlik, cin a olovo byly dob?e zname ji? ve starov?ku spolu se sirou , ?elezem , m?di , rtuti , st?ibrem a zlatem .

Chemie uhliku, p?edev?im slou?eniny jejich? skelet tvo?i ?et?zce C-C, je z velke ?asti p?edm?tem studia organicke chemie . U k?emiku je ochota k ?et?zeni ni??i.

Etymologie [ editovat | editovat zdroj ]

Nazev skupiny tetrely je odvozen z latinske p?edpony tetra (?ty?i) a odkazuje na ?ty?i valen?ni elektrony, ktere v?echny tyto prvky maji ve svych valen?nich slupkach.

Nazev uhliku (latinsky carbonium nebo carboneum) pochazi z latinskeho slova carbo , co? znamena d?ev?ne uhli .
K?emik (latinsky silicium ) pochazi z latinskeho slova silex nebo silicis , co? znamena pazourek .
Germanium pochazi ze slova germania , co? je latinsky vyraz pro N?mecko , kde bylo germanium objeveno.
Cin se latinsky nazyva stannum .
Olovo se latinsky nazyva plumbum .
Flerovium bylo pojmenovano na po?est sveho objevitele ruskeho fyzika Georgije Nikolajevi?e Fljorova .

Historie [ editovat | editovat zdroj ]

Uhlik byl znamy ve form? sazi a d?ev?neho uhli ji? v nejran?j?ich civilizacich. Ve form? d?ev?neho uhli byl vyrab?n ji? za ?imskych ?as? stejnym postupem jako dnes - zah?ivanim d?eva v kupoli pokryte hlinou bez p?istupu vzduchu . Diamanty byly znamy pravd?podobn? ji? v roce 2500 p?. n. l. v ?in? . V roce 1722 Rene Antoine Ferchault de Reaumur demonstroval, ?e ?elezo bylo p?em?n?no na ocel absorpci n?jake latky, nyni zname jako uhlik. V roce 1772 Antoine Lavoisier ukazal, ?e diamanty jsou formou uhliku. V roce 1786 francouz?ti v?dci Claude Louis Berthollet , Gaspard Monge a C. A. Vandermonde ve sve publikaci navrhli nazev carbone (latinsky carbonum ) pro prvek v grafitu . Antoine Lavoisier pak uvedl uhlik jako prvek ve sve u?ebnici z roku 1789.

K?emik ve form? skalniho k?i??alu (bezbarva odr?da k?emene) byl znam ji? starym Egyp?an?m , kte?i ho pou?ivali pro na koralky a male vazy. Vyroba skla obsahujiciho oxid k?emi?ity byla provad?na Egyp?any a Feni?any ji? v roce 1500 p?. n. l. Mnoho p?irozen? se vyskytujicich slou?enin nebo silikatovych (k?emi?itych) mineral? bylo lidmi pou?ivano v r?znych druzich malty pro stavbu obydli ji? od starov?ku . Amorfni elementarni k?emik byl poprve ziskan ?isty v roce 1824 ?vedskym chemikem Jonsem Jacobem Berzeliusem . Krystalicky elementarni k?emik byl ziskan a? v roce 1854 jako produkt elektrolyzy .
Germanium je jednim ze t?i prvk?, jejich? existence byla p?edpov?zena v roce 1869 ruskym chemikem Dmitrijem Ivanovi?em Mend?lejevem . Ji? v roce 1885 objevil hornik ve st?ibrnem dole vzorek noveho mineralu, ktery byl p?edan Clemensi A. Winklerovi . Ten ur?il ze 75 % st?ibro, z 18 % siry a ze 7 % dosud neobjeveny prvek. Po n?kolika m?sicich prvek izoloval a ur?il, ?e se jedna o 32 prvek v periodicke tabulce prvk? - germanium.
Historie cinu uzce souvisi s bronzem , nebo? slitiny m?di a cinu byly pou?ivany prehistorickym ?lov?kem je?t? p?ed izolaci ?isteho kovu. Bronzy byly b??ne v rane Mezopotamii , udoli Indu , Egypt? , na Kret? , v Izraeli a Peru . V?t?ina cinu pou?ivaneho ranymi st?edomo?skymi narody z?ejm? pochazela z ostrov? Scilly a Cornwallu na Britskych ostrovech. Cinove doly existovaly take v inckych i azteckych oblastech Ji?ni a St?edni Ameriky je?t? p?ed objevem ?pan?ly .
Olovo je ?asto zmi?ovano v ranych biblickych zaznamech. Slou?enina znama jako bile olovo byla z?ejm? p?ipravena jako dekorativni p?edm?t ji? v roce 200 p?. n. l. Babylo?ane pou?ivali kov jako desky, na ktere se zaznamenavaly napisy. ?imane pou?ivali olovo na vodni dymky nebo mince. Jako kuchy?ske na?ini zp?sobovalo otravu ji? v dob? Augusta Caesara.
Prvni pokus o objev flerovia, tehdy ozna?ovaneho jako prvek 114, byl proveden v roce 1969 ve Spojenem ustavu jadernych vyzkum? v Dubn? , ale byl neusp??ny. V roce 1977 vyzkumnici teho? ustavu bombardovali atomy plutonia 244 vapnikem 48, ale op?t neusp??n?. A? v roce 1998 byla proveden usp??na jaderna reakce za vzniku flerovia. V roce 2012 byl tento prvek nazvan flerovium na po?est sveho objevitele ruskeho fyzika Georgije Nikolajevi?e Fljorova .

Vlastnosti [ editovat | editovat zdroj ]

V?echny prvky 14. skupiny maji ?ty?i elektrony ve valen?ni vrstv?. Elektronova konfigurace jejich valen?ni elektronove slupky je ns ² np ². Diky tomu preferuji tvorbu slou?enin s oxida?nim ?islem II. a IV.
Prvky v teto skupin? maji velmi odli?ne chemicke a fyzikalni vlastnosti. Prvni prvek skupiny uhlik je nekov, nasledujici dva k?emik a germanium jsou polokovy, cin, olovo a flerovium jsou kovy.
S rostoucim atomovym ?islem se zvy?uje atomova hmotnost , atomovy polom?r a iontovy polom?r .
Hustota grafitu (C) a k?emiku je cca 2,3 kg/dm ³, olovo ma 11,34 kg/dm ³.
Pro tyto prvky existuje ?iroka ?kala Mohsovy stupnice tvrdosti , od maximalni 10 pro diamant a? po minimalni 1,5 pro cin.
Cin ma nejvy??i elektrickou vodivost 9,17 MS/m, zatimco k?emik ma nejni??i 25,2 MS/m.
1. ioniza?ni energie klesa s rostoucim atomovym ?islem z 11,26 eV pro uhlik na 7,34 eV pro cin. Olovo ma op?t mirn? zvy?enou hodnotu 7,42 eV.
Elektronegativita ma tendenci klesat s rostoucim atomovym ?islem z 2,5 (C), 1,7 (Si) na 1,6 (Pb).

Element	Atomova hmotnost	Bod tani (K)	Bod varu (K)	Hustota (kg /m ³)	Mohsova tvrdost	Elektricka vodivost (S/m)	Elektronegativita
Uhlik	12,011	3823	5100	2250 a? 3510	0,5 a? 10,0	10 ^?4... 10 ^+6,5	2,5
K?emik	28,086	1683	2628	2330	6,5	2,52 · 10 ^?4	1,7
Germanium	72,59	1211	3093	5323		1,45	2,0
Cin	118,71	505	2875	7310	1,5	9,17 · 10 ⁶	1,96
Olovo	207,20	601	2022	11340	1,5	4,81 · 10 ⁶	1,6

Chemicke reakce [ editovat | editovat zdroj ]

Zakladni reakce [ editovat | editovat zdroj ]

Vzhledem k velkym rozdil?m v ramci skupiny je obti?ne specifikovat obecne chovani t?chto prvk? p?i chemickych reakcich. V nasledujicich zakladnich chemickych rovnicich p?edstavuje E prvek ze skupiny uhliku.

Reakce s kyslikem :

E + O ₂ → EO ₂

Nejd?le?it?j?i reakci je tvorba p?islu?neho oxidu uhli?iteho z uhliku. Krom? ?ty?mocnych oxid? jsou znamy take dvojmocne oxidy. Stabilita dvojmocnych oxid? se zvy?uje s rostoucim atomovym ?islem, zatimco stabilita ?ty?mocnych oxid? mirn? klesa.

Reakce s vodikem (bez tvorby ?et?zc?, neni spontanni):

E + 2 H ₂ → EH ₄

Reakce s vodou . ?adny ze skupinovych prvk? nereaguje s vodou.
Reakce s halogeny , jako p?iklad s pou?itim chloru :

E + 2 Cl ₂ → ECl ₄

E + Cl ₂ → ECl ₂

Uhlik, k?emik a germanium reaguji pouze za vzniku tetrachlorid? (uhlik vytva?i tetrachlormethan) . S cinem jsou mo?ne chloridy SnCl ₄ a SnCl ₂. Olovo tvo?i pouze dichlorid PbCl ₂.

?et?zeni [ editovat | editovat zdroj ]

Charakteristickym rysem prvk? 14. skupiny je jejich schopnost tvo?it vodikove slou?eniny s dlouhym linearnim ?et?zcem se vzorcem:

XH ₃-(XH ₂) _n-X H ₃

Kruhove formace jsou take mo?ne a maji vzorec:

( X H ₂) n

V?echny atomy vodiku jsou v t?chto slou?eninach kovalentn? vazany . Jejich stabilita klesa s rostoucim atomovym ?islem prvku. Slou?eniny s ?et?zci uhliku a k?emiku s vodikem jsou d?le?ite a maji sve nazvy, ostatni prvky skupiny tvo?i nestabilni slou?eniny:

Uhlovodiky - skupina uhlovodik? je nejrozsahlej?i, proto?e neexistuji tem?? ?adne limity pro po?et vazeb uhliku C-C, a tim i pro delku jejich ?et?zce. Dal?i specifickou vlastnosti uhliku je jeho schopnost vytva?et stabilni dvojne a trojne vazby . Uhlovodiky a jejich derivaty se zabyva organicka chemie .
Silany - v p?ipad? k?emiku je schopnost vytva?et ?et?zce omezena na maximaln? 15 vazeb Si-Si. Dvojne nebo dokonce trojne vazby jsou nestabilni, a ani silany s jednoduchou vazbou nepat?i mezi nejstabiln?j?i slou?eniny.
Germanium je schopno vytvo?it maximaln? dev?t vazeb Ge-Ge. To samoz?ejm? vyrazn? omezuje mo?nosti slou?enin.
Cin je schopen pouze jedne vazby Sn-Sn. Proto existuji pouze dv? slou?eniny teto t?idy SnH ₄ a SnH ₃-SnH ₃.
Olovo nema schopnost vytva?et ?et?zce. Je znama pouze slou?enina PbH ₄, ale je nestabilni.

Vyskyt v p?irod? [ editovat | editovat zdroj ]

Zemska k?ra se sklada z 27,7% prvk? uhlikove skupiny. Z toho 99,8% je k?emik, druhy nejhojn?j?i prvek v zemske k??e (po kysliku).

Zbyvajicich 0,2 % se d?li takto:

99,1 % uhliku
0,94% olovo
0,02% cin
0,01% germanium

Jednotlive prvky [ editovat | editovat zdroj ]

Uhlik je nekov a vyskytuje se v organickych i anorganickych slou?eninach . Diky sve unikatni vlastnosti ?et?zeni se stal zakladnim stavebnim kamenem prakticky v?ech organickych slou?enin a tim i v?ech ?ivych organism? na teto planet?. V sou?asne dob? bylo popsano p?ibli?n? 10 milion? organickych slou?enin. V anorganicke chemii maji jeho slou?eniny nezastupitelnou ulohu v energetice . Fosilni paliva jako zemni plyn a uhli slou?i jako energeticky zdroj pro vyrobu elekt?iny a vytap?ni. Ropa je nezbytna pro vyrobu mnoha chemickych latek a p?edev?im pro spalovaci motory automobil?.
Cin
K?emik je polokovovy prvek, hojn? se vyskytujici v zemske k??e . Slou?i jako zakladni material pro vyrobu polovodi?ovych sou?astek, ale i jako zakladni surovina pro vyrobu skla a vyznamna sou?ast keramickych a stavebnich material?.
Germanium je vzacny ?edobily polokovovy prvek. V pevnem skupenstvi se germanium chova jako polovodi? , a to jak v krystalicke , tak v amorfni fazi . Naproti tomu v kapalnem skupenstvi je germanium kovem, podobn? jako nap?iklad rtu? . Nejv?t?i uplatn?ni ma v polovodi?ovem pr?myslu .
Cin pat?i mezi kovy , ktere jsou znamy lidstvu ji? od prav?ku p?edev?im jako sou?ast slitiny zvane bronz . Ma velmi nizky bod tani a je dob?e kujny a odolny v??i korozi. Nachazi vyu?iti p?i vyrob? slitin (bronz, pajky, lo?iskovy kov), v potravina?stvi p?i dlouhodobem uchovavani potravin (pocinovani konzerv, cinove folie ) a p?i vyrob? um?leckych p?edm?t?.
Olovo je t??ky toxicky kov , ktery je znam lidstvu ji? od starov?ku . Ma velmi nizkou teplotu tani a je dob?e kujny i p?i pokojove teplot? a odolny v??i korozi . Jeho slitiny s cinem , antimonem nebo st?ibrem vykazuji vyborne vlastnosti p?i tavnem spojovani kovovych p?edm?t? pajenim a jako pajky jsou doposud ?iroce pou?ivany.
Flerovium je radioaktivni transuran s protonovym ?islem 114. V p?irod? se v?bec nevyskytuje, existuje pouze v urychlova?ich ?astic pouze v mno?stvi n?kolika ?astic.