Shrnutí na Chalkogeny a halogeny

## Úvod Chalkogeny (16. skupina periodické soustavy) jsou prvky se společnou vnější elektronovou konfigurací $ns^2 np^4$, tedy se šesti valenčními elektrony. Mezi chalkogeny patří kyslík (O), síra (S), selen (Se), tellur (Te) a polonium (Po). Tento materiál se zaměřuje především na obecné vlastnosti chalkogenů a na podrobnosti o kyslíku: jeho vazby, allotropy, výskyt, přípravu a význam ve vodním prostředí. > Definice: Chalkogeny jsou prvky 16. skupiny s konfigurací $ns^2 np^4$ a nejčastějšími oxidačními stavy od $-II$ do $+VI$. ## 1. Základní vlastnosti chalkogenů ### Elektronová struktura a vaznost - Obecná konfigurace: $ns^2 np^4$ → 6 valenčních elektronů. - Stabilní konfigurace lze dosáhnout: - přijetím 2 elektronů → vznik aniontu $X^{2-}$ (např. O$^{2-}$, S$^{2-}$), - tvorbou kovalentních vazeb: dvě jednoduché nebo jedna dvojná. - Oxidační čísla se pohybují od $-II$ (nejnižší) do $+VI$ (nejvyšší). > Definice: Oxidační číslo je hypotetický náboj, který by měl atom v molekule, pokud by byly všechny vazby zcela iontové. ### Vaznost a periodický efekt - Odvození vaznosti: - Obecně: dvouvaznost, čtyřvaznost, šestivaznost. - Výjimka: **kyslík** má jen dvouvaznost (2. perioda, nemá dostupné d-orbitaly). - **Síra** (3. perioda) může využít d-orbitaly a dosáhnout až šestivaznosti při excitaci. Tabulka: srovnání vybraných vlastností chalkogenů | Prvek | Skupenství při STP | Kovový charakter | Elektronegativita | Max. počet vazeb | |---|---:|---:|---:|---:| | O | plyn | nekov | vysoká | 2 | | S | pevná | nekov | vysoká (nižší než O) | 6 (v excitovaném stavu) | | Se | pevná | polokov | nižší | 6 | | Te | pevná | polokov | nižší | 6 | | Po | pevná | kov | nejnižší | 6 | ### Trendy v řadě (s rostoucím protonovým číslem) - Kovový charakter roste. - Atomový poloměr roste. - Elektronová afinita a elektronegativita klesají. - Teplota tání a varu roste s velikostí částic. Věděli jste, že kyslík a síra se liší maximální vazností proto, že kyslík nemá d-orbitaly (2. perioda), zatímco síra je ve 3. periodě a d-orbitaly má k dispozici? ## 2. Kyslík (O) ### Molekulární vazba v O2 - Vazba je dvojná: obsahuje jedno $
\sigma$ (sigma) a jedno $
\pi$ (přesně vzato dvě π složky, z nichž výsledkem je celková dvojná vazba v jednoduchém schematu). (Poznámka: molekulová orbitalová teorie popisuje vazbu detailněji, ale pro tento stupeň studia stačí uvědomit si dvojnou vazbu.) > Definice: Alotropie je existence téhož prvku v různých strukturních formách (např. O2 a O3 pro kyslík). ### Izotopy - Nejvýznamnější izotopy: $^{16}_{8}\mathrm{O}$ (98,8 %), $^{17}_{8}\mathrm{O}$, $^{18}_{8}\mathrm{O}$. ### Alotropické formy - Molekulární kyslík: O$_2$ (stabilní forma v atmosféře). - Ozon: O$_3$ (silně reaktivní, modře zbarvený plyn). Zajímavost: Ozonová vrstva je cca 25 km nad povrchem Země a chrání život před škodlivým UV zářením. ### Výskyt - Volný v atmosféře (O$_2$, malé množství O$_3$), rozpuštěný ve vodách. - Vázaný v anorganických aniontech a sloučeninách: ce{CO3^{2-}}, ce{SiO3^{2-}}, ce{SO4^{2-}}, voda ce{H2O}. - V organických sloučeninách: aminokyseliny, sacharidy a další biomolekuly. ### Příprava a výroba - Laboratorní rozklad oxidačních činidel (dekompozice): - ce{2KClO3 -> 2KCl + 3O2} - ce{2KMnO4 -> K2MnO4 + MnO2 + O2} - Průmyslově: destilací zkapalněného vzduchu, elektrolýzou vody. ### Oxidace a hoření - Oxidace je proces zvyšování oxidačního čísla atomu (často působením kyslíku). - Hoření je rychlá oxidace s uvolněním tepla a světla. ### Příklady určení oxidačních čísel - Uveďte oxidační čísla v těchto sloučeninách: - ce{H2O} : H = $+I$, O = $-II$ - O2 : O = $0$ - ce{H2O2} : H = $+I$, O = $-I$ ### Klasifikace oxidů - Podle kyselosti/zásaditosti: - Zásadotvorné (Z): ce{CaO}, ce{MnO} - Kyselinotvorné (K): ce{CrO3}, ce{Mn2O7}, ce{CO2}, ce{SO3} - Amfoterní (A): ce{ZnO}, ce{Al2O3} - Podle typu vazby: - Iontové (I): ce{Cs2O}, ce{CaO}, ce{Na2O} - Molekulové/kovalentní (M): ce{SO2}, ce{SO3}, ce{CO2} > Definice: