You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
<strong>1A</strong> <strong>skupina</strong>;<strong>alkalijske</strong> <strong>kovine</strong><br />
1. Katera izmed spojin je najbolj topna v vodi? Zakaj? NaCl, KBr, RbBr ali NaF?<br />
Odgovor:<br />
Topnost je odvisna od mrežne entalpije ΔH°mr (energija, potrebna za razgradnjo kristala na<br />
anione in katione). Ta pa je odvisna od naboja kationa in aniona ter od njune velikosti<br />
oziroma od njune medsebojne oddaljenosti ter zgradbe kristala. Premo sorazmerna je<br />
zmnožku obeh nabojev in obratno sorazmerna oddaljenosti med centroma obeh ionov:<br />
z1∙z2/dAK. Ker sta naboja ionov pri vseh štirih spojinah ista, (|z1| = | z2| = 1, je dovolj, če<br />
primerjamo medsebojne oddaljenosti ionov. Najbolj sta pri dotiku oddaljena iona Rb + in Br –<br />
pri spojini RbBr, saj sta oba elementa v periodnem sistemu razvrščena najnižje v <strong>skupina</strong>h<br />
<strong>1A</strong> in 7A. Zato je med vsemi spojinami ΔH°dis pri RbBr najmanjša, topnost pa največja.<br />
2. Kako reagirajo elementi Li, Na in K s kisikom? Napiši reakcije in uredi jih.<br />
Odgovor:<br />
Glede na to, da so vse tri <strong>kovine</strong> v <strong>1A</strong> skupini, bi pričakovali, da bodo formule oksidov M2O<br />
(M = Li, Na, K, Rb in Cs). Vendar pa samo litij reagira s kisikom do Li2O. Natrij se s<br />
kisikom spoji v natrijev peroksid Na2O2, K pa v kalijev superoksid KO2.<br />
Reakcije so: 4 Li(s) + O2(g) 2 Li2O(s)<br />
2 Na(s) + O2(g) Na2O2(s)<br />
K(s) + O2(g) KO2(s).<br />
3. Kateri izmed elementov je najboljši reducent, Na, K ali Rb? Zakaj?<br />
Odgovor:<br />
Reducent reducira neko drugo zvrst, sam pa se pri tem oksidira, torej odda elektrone.<br />
Najboljši reducent bo tista zvrst, ki bo »najlažje« oddala elektrone. Med danimi elementi jih<br />
bo najlažje oddal tisti, ki bo sestavljen iz največjih atomov, to pa je rubidij, saj je v skupini<br />
pod Na in K. Pri večjem atomu je elektron bolj oddaljen od jedra in je zato ionizacijska<br />
energija elementa (atoma) nižja; od tod sklepamo, da bo najboljši reducent.<br />
4. Napiši, kaj nastane, če litijev oksid reagira z vodo. Kateri so produkti, če z vodo reagira<br />
natrijev peroksid? Reakciji uredi.<br />
Odgovor:<br />
Reakcije so: Li2O(s) + H2O(l) 2 LiOH(aq)<br />
2 Na2O2(s) + 2 H2O(l) 4 NaOH(aq) + O2(g).<br />
5. Sestavini smodnika sta tudi žveplo in oglje. Napiši reakcijo, ki poteče med ogljikom in tretjo<br />
sestavino smodnika.<br />
Odgovor:<br />
V smodniku je poleg oglja C in žvepla S tudi oksidant KNO3. Reakcija med ogljikom in<br />
kalijevim nitratom poteče takole:<br />
1
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
4 KNO3(s) + 3 C(s) 2 K2CO3(s) + 3 CO2(g).<br />
6. Litij je eden redkih elementov, ki reagira pri sobni temperaturi z dušikom tako, da nastane<br />
nitrid. Napiši in uredi enačbo reakcije. Zakaj nastane amonijak, če nitrid reagira z vodo?<br />
Kam uvrščamo to reakcijo?<br />
Odgovor:<br />
Pri reakciji litija z magnezijem nastane litijev nitrid:<br />
6 Li(s) + NK(g) → 2 Li3N(s)<br />
Litijev nitrid je ionska spojina, sestavljena iz Li + in N 3– ionov. Ker ima nitridni anion velik<br />
negativni naboj (3–) je zelo močna baza, zato zlahka reagira z molekulo vode tako, da ji<br />
»odvzame« proton:<br />
O<br />
C<br />
O<br />
O<br />
O<br />
C<br />
O<br />
H<br />
N 3– (aq) + H2O(l) NH 2– (aq) + OH – (aq)<br />
Tudi ion NH 2– je še vedno dovolj močna baza, da zlahka reagira z vodo; nastane:<br />
NH 2– (aq) + H2O(l) NH2 – (aq) + OH – (aq).<br />
Celo ion NH2 – je še dovolj bazičen, da odvzame vodi proton:<br />
NH2 – (aq) + H2O(l) NH3(aq) → OH – (aq).<br />
Raztopina amoniaka v vodi je bazična.<br />
7. Kaj nastane, če v raztopino natrijevega hidroksida uvajamo po cevki ogljikov dioksid?<br />
Napiši enačbo reakcije in jo uredi. Kam lahko uvrstiš to reakcijo?<br />
Odgovor:<br />
Natrijev hidroksid je baza, CO2 pa je anhidrid ogljikove kisline, ki jo včasih zapišemo kot<br />
H2CO3, čeprav v taki obliki ogljikova kislina ne obstaja. Reakcijo med NaOH in CO2<br />
uvrščamo med kislinsko-bazne reakcije. Ker nastane pri reakciji CO3 2– ion, ne moremo<br />
govoriti o Brønstedovi pač pa Lewisovi kislinsko-bazni reakciji. Poglejmo, kako nastane<br />
karbonatni ion CO3 2– :<br />
O H<br />
C O H<br />
O<br />
OH – (aq) + CO2(aq) HCO3 – (aq)<br />
karbonatni ion reagira s prebitnimi hidroksidnimi ioni<br />
H<br />
O<br />
O<br />
OH – (aq) + HCO3 – (aq) CO3 2– (aq) + H2O(l)<br />
O<br />
O<br />
C<br />
O<br />
O<br />
H<br />
H<br />
2
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
8. Napiši reakcijo elektrolize CsCl. Napiši reakciji, ki potekata na obeh elektrodah. Kje je<br />
potrebna višja napetost, pri elektrolizi NaCl, KCl ali RbCl? Zakaj?<br />
Odgovor:<br />
elektroliza<br />
2 NaCl(l) 2 Na(l) + Cl2(g)<br />
katoda: 2 Na + (l) + 2 e – 2 Na(l)<br />
anoda: 2 Cl – (l) Cl2(g)<br />
Najvišja napetost je potrebna pri elektrolizi RbCl, zato ker je Rb med vsemi tremi kovinami<br />
(Na, K in Rb) najmočnejši reducent.<br />
9. Naštej (poimensko) in zapiši formule vsaj štirih pomembnih spojine natrija.<br />
Odgovor:<br />
Čilski soliter (natrijev nitrat, NaNO3), soda (natrijev karbonat, Na2CO3), sol (kuhinjska sol,<br />
kamena sol, halit, NaCl), Glauberjeva sol (natrijev sulfat dekahidrat, Na2SO4∙10H2O).<br />
10. Poskušaj napisati produkte, ki nastanejo pri naslednjih kislinsko-baznih reakcijah.<br />
a) NaOH(aq) + H2SO4(aq)<br />
b) KOH(aq) + H3PO4(aq)<br />
Odgovor:<br />
ker je kislina dvo- oziroma trivalentna, nastanejo lahko tudi hidrogen- in dihidrogensoli.<br />
NaOH(aq) + H2SO4(aq) NaHSO4(aq) + H2O(l)<br />
NaOH(aq) + NaHSO4(aq) Na2SO4(aq) + H2O(l)<br />
KOH(aq) + H3PO4(aq) KH2PO4(aq) + H2O(l)<br />
KOH(aq) + KH2PO4(aq) K2HPO4(aq) + H2O(l)<br />
KOH(aq) + K2HPO4(aq) K3PO4(aq) + H2O(l)<br />
11. Na levi strani vsake puščice zapiši primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice<br />
prave produkte. Pri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in<br />
enačbe reakcij uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko<br />
je snov v trdnem stanju.<br />
Na NaH NaOH Na2CO3 CO2 CaCO3<br />
CaCl2<br />
Odgovor: Na NaH<br />
2 Na(s) + H2 (g) 2 NaH(s)<br />
Za reakcijo z natrijem potrebujemo plinasti vodik. Nastane le en produkt, natrijev hidrid.<br />
Natrij je kovina, delci (kovinski kationi) so povezani med seboj s kovinsko vezjo. Vodik je v<br />
trdnem stanju pri temperaturah, ki so nižje od –259 °C. Molekule vodika so povezane med<br />
seboj s šibkimi medmolekulskimi silami, točneje z disperzijskimi silami, saj molekula<br />
vodika nima dipolnega momenta. NaH je sestavljen iz kationov Na + in anionov H – . Kationi<br />
ni anioni so povezani s ionsko vezjo.<br />
3
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Ostale reakcije (uredite jih) so:<br />
NaH(s) + H2O(l) NaOH(aq) + H2(g)<br />
NaOH(aq) + CO2(aq) Na2CO3(aq) + H2O(l)<br />
Na2CO3(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l)<br />
CO2(g) + CaO(s) CaCO3(s)<br />
CaCO3(s) + HCl(aq) CaCl2(aq) + H2O(l) + CO2(g)<br />
Na(s) kovinska vez<br />
H2(g) van der Waalsova (medmolekulska) vez; disperzijske sile<br />
H2O(l) van der Waalsova vez (orientacijske sile) in H-vez<br />
NaOH(aq) hidratirani ioni Na + in OH – v vodni raztop., Na + (aq) in OH – (aq)<br />
(sile ion- dipol)<br />
CO2<br />
Na2CO3(aq)<br />
van der Waalsova vez (disperzijske sile)<br />
ioni Na + (aq) in CO3 2– (aq) v vodni raztopini, (sile ion- dipol)<br />
HCl(g)<br />
CaO(s)<br />
van der Waalsova vez (orientacijske sile); toda le v tekočini in trdnem stanju<br />
ionska vez; Ca 2+ in O 2– CaCO3(s)<br />
ioni<br />
ionska vez; Ca 2+ in CO3 2– HCl(aq)<br />
ioni<br />
hidratirani ioni H3O + in Cl –<br />
12. Nariši Lewisovo strukturo peroksidnega iona. Kakšen je red vezi med kisikovima atomoma?<br />
Katera molekula/ion je izoelektronski s peroksidnim ionom?<br />
Odgovor:<br />
Ion O2 2– ima 2 × 6 + 2 elektr. = 14 elektr. 14/2 = 7 VlEP.<br />
O O<br />
Izoelektronske so tiste zvrsti, ki imajo enako število valenčnih elektronov. Ion O2 2– (2×6 +<br />
2 = 14) in molekula Cl2 (2×7 = 14) sta izoelektronska.<br />
13. Poskusi ugotoviti, kaj bi nastalo, če natrij reagira z etanolom.<br />
Odgovor:<br />
Če primerjamo molekulo etanola (C2H5–OH) z molekulo vode H–O–H), ugotovimo, da je en<br />
vodikov atom zamenjan z etilno (C2H5) skupino. Podobno kot pri vodi, reducira natrij vodik,<br />
ki je v etanolu vezan na kisikov atom:<br />
2 C2H5–OH(l) + 2 Na(s) 2 Na(C2H5O)(s) + H2(g)<br />
14. Napiši protolitsko reakcijo, ki poteče v vodni raztopini natrijevega dekaoksotrifosfata (lahko<br />
tudi dekaoksidotrifosfat).<br />
Odgovor:<br />
P3O10 5– (aq) + H2O(l) HP3O10 4– (aq) + OH – (aq)<br />
15. Zapiši reakcijo elektrolize kalijevega bromida. Zapiši reakciji, ki pri elektrolizi potekata na<br />
obeh elektrodah.<br />
Odgovor:<br />
4
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
2 KBr(aq) + 2 H2O(l) 2 KOH(aq) + H2(g) + Br2(l)<br />
anoda: 2 Br – (aq) Br2(l) + 2 e –<br />
katoda: 2 H2O(l) + 2 e – H2(g) + 2 OH – (aq)<br />
5
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
2A <strong>skupina</strong>;zemeljsko<strong>alkalijske</strong> <strong>kovine</strong><br />
1. V čem se razlikujeta BeO in MgO?<br />
Odgovor:<br />
Elementi 2. periode (od Li do F) se po fizikalnih in kemijskih lastnostih (diagonalne<br />
lastnosti) znatno razlikujejo od elementov, ki so v posameznih <strong>skupina</strong>h pod njimi (od Na do<br />
Cl). BeO oksid je nereaktiven in reagira z vodo šel pri 600 °C. MgO pa z vodo reagira že pri<br />
nekoliko povišani temperaturi. BeO je amfoteren (topen v kislinah in bazah), MgO pa se<br />
topi v kislinah.<br />
2. Na levi strani vsake puščice zapiši primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice<br />
prave produkt.<br />
Pri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in enačbe reakcij<br />
uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko je snov v<br />
trdnem stanju.<br />
MgO Mg(OH)2 MgCO3 CO2 Na2CO3<br />
NaHCO3<br />
Odgovor: MgO Mg(OH)2<br />
MgO(s) + H2O(aq) Mg(OH)2(aq)<br />
pri reakciji MgO z vodo nastane magnezijev oksid Mg(OH)2. V vodi je slabo topen.<br />
za ostale reakcije: CO2(g); segrevanje; NaOH(aq); HCl<br />
3. Dopolni in uredi, tako da bo rešitev smiselna in pravilna.<br />
Be 2+ Be(H2O)4 2+ Be(H2O)3(OH) + (H2O)3 BeOBe(H2O)3 2+<br />
Odgovor: Be 2+ (aq) + 4 H2O(l) Be(H2O)4 2+ (aq)<br />
Be(H2O)4 2+ (aq) + H2O(l) Be(H2O)3(OH) + + H3O(aq) +<br />
2 Be(H2O)3(OH) + (H2O)3Be–O–Be(H2O)3 2+ + H2O(l)<br />
Be(H2O)4 2+ (aq) Be(H2O)3(OH) + (H2O)3Be–O–Be(H2O)3 2+<br />
6
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
4. Molekula berilijevega klorida BeCl2 je elektronsko deficitarna. Kakšna bo struktura BeCl2,<br />
da bodo imeli Be in Cl atomi okoli sebe oktet elektronov?<br />
Cl<br />
Cl<br />
Tetraedri BeCl4 so med seboj povezani preko skupnih robov.<br />
5. Zapiši kemijske reakcije raztapljanja apnenca v deževnici in izločanja kristalov kalcita v<br />
kraških jamah (stalagmiti in stalaktiti).<br />
Odgovor:<br />
Be 2-<br />
Cl +<br />
Cl +<br />
CaCO3(s) + CO2(aq) + H2O(l) Ca(HCO3)2(aq)<br />
V deževnih kapljah se raztopi tolikšna (zadostna) količina ogljikovega dioksida CO2, da se<br />
nekaj apnenca v deževnici raztopi. Nastane topen kalcijev hidrogenkarbonat, ki se zaradi<br />
spremembe temperature v notranjosti kraških jam razkroji v karbonat in CO2 (Le Catelierov<br />
princip). Koncentracije Ca(HCO3)2 so zelo nizke, proces izločanja kristalov kalcita pa<br />
poteka izjemno počasi.<br />
6. Naštej vsaj tri minerale, ki vsebujejo kalcij.<br />
Odgovor:<br />
fluorit CaF2, dolomit CaCO3∙MgCO3, kalcit CaCO3.<br />
Be<br />
Cl +<br />
Cl +<br />
7. Napiši reakcijo nastanka kalcijevega dihidrogenfosfata in barijevega hidrogensulfata iz<br />
ustreznih karbonatov.<br />
Odgovor:<br />
kalcijev hidrogenfosfat Ca(H2PO4)2<br />
barijev hidrogensulfat Ba(HSO4)2<br />
Be 2-<br />
CaCO3(s) + 2 H3PO4(aq) Ca(H2PO4)2 + H2O(l) + CO2(g)<br />
BaCO3(s) + 2 H2SO4(aq) Ba(HSO4)2 + H2O(l) + CO2(g)<br />
Cl +<br />
Cl +<br />
Be<br />
Cl +<br />
Cl +<br />
Be 2-<br />
Cl +<br />
Cl +<br />
Be<br />
7
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
8. Napiši reakcijo sežiga dietilmagnezija Mg(C2H5)2.<br />
Odgovor:<br />
Če spojine zgorijo pri visoki temperaturi in v prebitnem kisiku, običajno nastanejo obstojni<br />
(stabilni) oksidi elementov, iz katerih je spojina sestavljena.<br />
Mg(C2H5)2(s) + 7 O2(g) MgO(s) + 4 CO2(g) + 5 H2O(l)<br />
9. Zapiši reakciji nastanka živega in gašenega apna ter reakcijo, zaradi katere začne po vgradnji<br />
malta delovati kot vezivo.<br />
Odgovor:<br />
H 2 O +<br />
CaCO 3<br />
1000 °C<br />
CO 2<br />
10. Napiši reakcijo magnezija z vročo vodo.<br />
CaO CO 2<br />
Odgovor:<br />
Magnezij je manj reaktiven od »soseda na levi«, natrija. Natrij burno reagira z vodo že pri<br />
sobni temperaturi, magnezij pa z vodo reagira šele pri povišanih temperaturah.<br />
Mg(s) + 2 H2O(l) Mg(OH)2(aq) + H2(g)<br />
+<br />
Ca(OH) 2<br />
H 2 O<br />
8
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
3A <strong>skupina</strong><br />
1. Katere elemente druži tim. diagonalna podobnost?<br />
Odgovor:<br />
H<br />
Li Be<br />
K Mg<br />
B C N O<br />
Al Si P S<br />
2. Katere spojine B in Si so si v lastnostih podobne (diagonalna podobnost)?<br />
Odgovor:<br />
a) oksidi: B2O3 in SiO2 – oba sta »kisla«, se raztapljata (reagirata) z bazami<br />
b) oba elementa tvorita hidride<br />
c) podobnost med B in Si najdemo tudi pri oks(id)oboratih in oks(id)osilikatih<br />
d) BCl3 in SiCl4 burno reagirata z vodo.<br />
3. Kako pridobivajo nečist in kako čist bor?<br />
Odgovor:<br />
a) nečist bor pridobijo z reakcijo borovega oksida z magnezijem<br />
B2O3(s) + 3 Mg(s) 2 B(s) + 3 MgO(s)<br />
b) čist oksid pa z razkrojem borovega bromida BBr3 ali jodida BI3 na žareči volframovi<br />
žički<br />
2 BBr3(g) 2 B(s) + 3 Br2(g)<br />
4. Iz kakšnih strukturnih enot je zgrajen element bor?<br />
Odgovor:<br />
Znanih je veliko alotropskih modifikacij bora,<br />
vsem pa je skupno, da se na različne načine<br />
med seboj povezujejo ikozaedri B12.<br />
9
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
5. Zapiši urejene reakcije nastanka borove kisline z reakcijo med boraksom in klorovodikovo<br />
kislino ter boraksom in fosforjevo kislino (privzemi, da nastane hidrogenfosfat).<br />
Odgovor:<br />
Pri reakcijah boraksa s kislinami nastanejo vedno natrijeve soli kislin.<br />
a) Na2B4O7∙10H2O(aq) + 2 HCl(aq) 4 H3BO3(aq) + 2 NaCl(aq) + 5 H2O(l)<br />
b) Na2B4O7∙10H2O(aq) + H3PO4(aq) 4 H3BO3(aq) + Na2HPO4(aq) + 5 H2O(l)<br />
6. Skiciraj strukturo aniona B4O4(O)(OH)4 2– v boraksu.<br />
Odgovor:<br />
7. Zapiši reakcijo protolize borove kisline. Kako bi v tem primeru opredelil vlogo borove<br />
kisline in kako vlogo vode?<br />
Odgovor:<br />
B(OH)3(aq) + 2 H2O(l) B(OH)4 + + H3O + (aq)<br />
B atom v B(OH)3 ima nezasedeno (prosto) orbitalo pravokotno na ravnino molekule<br />
(denimo smer z). Molekula vode se pri reakciji razcepi na OH – in H + ion. OH – ion donira<br />
10
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
enega izmed svojih treh prostih elektronskih parov (PEP ali NEP) na O atomu v prosto z<br />
orbitalo na B atomu, H + pa se veže na sosednjo molekulo vode.<br />
8. V čem se razlikujeta BF3 in AlF3?<br />
Odgovor:<br />
BF3 je hlapna molekulska spojina. V trdnem BF3 so molekule med seboj povezane izključno<br />
z van der Waalsovimi silami. AlF3 ima ionsko zgradbo. Atomi F tvorijo kubično najgostejši<br />
sklad (zlog). Na sliki levo: atomi F so na sredinah robov kocke, atomi Al pa v ogliščih<br />
kocke; na sliki desno: oktaedri AlF6 so med seboj paroma povezani preko nasprotnih oglišč).<br />
Atomi Al so obdani s 6 atomi F (v ogliščih oktaedra), atomi F pa z dvema atomoma Al (na<br />
robovih kocke).<br />
9. Kako lahko pripraviš AlBr3?<br />
oktaedri AlF 6<br />
Odgovor:<br />
AlBr3 je nestabilen, zato »dimerizira«; dve molekuli se povežeta v Al2Br6. Pripravimo ga<br />
lahko na več načinov<br />
a) 2 Al(s) + 3 Br2(l) 2 Al2Br6(s)<br />
b) 2 Al(s) + 6 HBr(g) Al2Br6(s) + 3 H2(g)<br />
c) Al2O3(s) + 3 C(s) + 3 Br2(g) Al2Br6(s) + 3 CO(g).<br />
10. Poskusi zapisati produkte in enačbe reakcij uredi.<br />
a) AlH3(s) + O2(l) …………<br />
b) NaBH4(s) + O2(g) …………<br />
c) Al(CH3)3(s) + O2(g) …………<br />
d) Al2S3(s) + O2(g) …………<br />
Odgovor:<br />
a) AlH3(s) + O2(l) Al2O3(s) + H2O(l)<br />
11
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
b) NaBH4(s) + O2(g) NaOH(s) + B2O3(s) + H2O(l)<br />
c) Al(CH3)3(s) + O2(g) Al2O3(s) + CO2(g) + H2O(l)<br />
d) Al2S3(s) + O2(g) Al2O3(s) + SO2(g)<br />
4 9 → 4 6 b) 2 4→ 2 1 3 c) 2 1→ 1 6 9 d) 2 9 → 2 6<br />
11. Napiši reakcije pridobivanja glinice (Al2O3) iz boksita po Bayerjevem postopku.<br />
Odgovor:<br />
Boksit je zmes AlO(OH), železovih oksidov in silicijevega dioksida. Rudo najprej obdelajo<br />
z raztopino NaOH pri povišanem tlaku in temperaturi:<br />
AlO(OH)(s) + 3 NaOH(aq) + H2O(l) Na3Al(OH)6(aq)<br />
SiO2(s) + NaOH(aq) Na4SiO4(aq) + H2O(l)<br />
Fe2O3(s) ostanejo neraztopljeni ali pa v obliki Fe2O3·xH2O<br />
Fe2O3 odstranijo v usedalnikih, v očiščeno raztopino pa uvajajo plinasti CO2:<br />
2 Na3Al(OH)6(aq) + 6 CO2(g) Al2O3(s) + 6 NaHCO3(aq) + 3 H2O(l)<br />
Al2O3 se izloči, Na4SiO4 pa ostane raztopljen. Al2O3 dodajo kriolit Na3AlF6 zato, da znižajo<br />
tališče taline. Pri elektrolizi taline se na grafitni anodi izloča kisik, ki z grafitom reagira v<br />
CO2.<br />
12. Navedi nekaj primerov uporabe aluminija.<br />
Odgovor:<br />
Aluminij se uporablja v letalski industriji (duraluminij: zlitina Zn, Mg, Mn, Si in Al), v<br />
avtomobilski industriji, v gradbeništvu.<br />
13. Na levi strani vsake izmed puščic zapiši poleg izhodiščnega reaktanta dodatne primerne<br />
reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice zapiši produkt. Pri vseh reaktantih in<br />
produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in enačbe reakcij uredi. Za vse produkte<br />
in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko je snov v trdnem stanju. reaktantov in<br />
produktov je lahko več.<br />
Na2B4O7∙10H2O B(OH)3 B2O3 B BBr3<br />
HBr<br />
Odgovor:<br />
v vodi: Na2B4O7∙10H2O(aq) + HCl(aq) B(OH)3(aq) + NaCl(aq) +<br />
H2O(l)<br />
segrevanje: 2 B(OH)3(aq) B2O3(s) + 3 H2O(l)<br />
redukcija: B2O3(s) + 3 Mg(s) 2 B(s) + 3 MgO(s)<br />
bromiranje: 2 B(s) + 3 Br2(l) 2 BBr3(l)<br />
12
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
redukcija: 2 BBr3(l) + 3 H2(g) 2 B(s) + 6 HBr(g)<br />
14. Kako bi lahko pojasnil strukturo najenostavnejšega v skupini spojin bora in vodika (borani)<br />
in diborana B2H6?<br />
Odgovor:<br />
V molekuli B2H6 je skupo 2×3 + 6×1 = 12 valenčnih elektronov oziroma 6 valenčnih<br />
elektronskih parov (VlEP) – premalo, da bi lahko med seboj povezali vseh 8 atomov. Zato si<br />
atomi B in H »pomagajo« tako, da se elektronski par razprostre preko 3 atomov in ne preko<br />
2, kot je to običajno pri kemijski vezi.<br />
13
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
4A <strong>skupina</strong><br />
1. Katere alotropske modifikacije ogljika poznaš? Kakšne so njihove strukture? V čem se<br />
razlikujejo?<br />
Odgovor:<br />
Znani sta dve naravni obliki ogljika: grafit in diamant. Tretja pomembna oblika,<br />
pripravljena v laboratoriju, je fuleren C60.<br />
a) grafit<br />
zgradba gafita osnovna celica grafita<br />
grafit je zgrajen iz vzporednih, druga proti drugi nekoliko zamaknjenih plasti. V posamezni<br />
plasti so atomi ogljika povezani s σ vezmi. Pravokotno na plasti so usmerjene atomske 2pz<br />
orbitale, ki se med seboj povezane v molekulske orbitale (MO); te se razprostirajo preko<br />
celotne plasti. MO v plasti predstavljajo delno zaseden valenčni pas. Energijske rzlike med<br />
posameznimi MO so neznatne, zato je grafit prevoden. Plasti grafita so povezane z van der<br />
Waalsovimi silami.<br />
b) diamant<br />
zgradba diamanta osnovna celica diamanta<br />
14
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
notranjost kristala diamanta je sestavljena iz tetraedrov, ki so med seboj povezani preko<br />
oglišč. V ogliščih in središču tetraedra so ogljikovi atomi, ki so med seboj povezani z<br />
enojnimi σ vezmi. Koti C–C–C so natanko 109°28″. Diamant je električni izolator, pač pa<br />
odlično prevaja toploto.<br />
c) fuleren<br />
molekula fulerena C60 osnovna celica fulerena C60<br />
fuleren ima molekulsko zgradbo, sestavljeno iz molekul C60, ki imajo obliko nogometne<br />
žoge (sestavljena iz 12 peterokotnikov in 20 šesterokotnikov). V kristalu fulerena so<br />
molekule C60 pakirane tako, da tvorijo kubično najgostejši sklad. V molekuli fulerena je red<br />
vezi med ena in dva, molekule fulerena pa do povezane z medmolekulskimi (van der<br />
Waalsovimi) silami.<br />
2. Naštej vsaj pet spojin v neživi naravi, ki vsebujejo ogljik.<br />
Odgovor:<br />
kalcit (CaCO3), aragonit (CaCO3), magnezit (MgCO3), dolomit (CaCO3·MgCO3), ogljikov<br />
dioksid (CO2)<br />
3. Kakšni pogoji so potrebni, da nastane iz grafita diamant?<br />
Odgovor:<br />
diamant ima kar 57% višjo gostoto od grafita (3,52 g/cm 3 oziroma 2,26 g/cm 3 ). To pomeni,<br />
da ista količina diamanta zavzame 36% manjšo prostornino. Zato utegne biti na mestu<br />
razmislek, da bi pretvorba lahko potekla pri močno povišanem tlaku. Pri sobni temperaturi<br />
in povišanem tlaku poteka pretvorba prepočasi, zato je treba grafit segreti nad 1500 °C in<br />
uporabiti tlak, višji od 50.000 bar.<br />
4. Napiši reakcije pridobivanja nečistega in čistega silicija.<br />
Odgovor:<br />
a) SiO2(s) + 2 C(s) Si(s) + 2 CO(g)<br />
b) Si(s) + 2 Cl2(g) SiCl4(l)<br />
SiCl4(l) + 2 Mg(s) Si(s) + 2 MgCl2(s)<br />
Po reakciji z magnezijem nečist silicij pomešajo z vročo vodo. Magnezij z vodo reagira in<br />
nastane Mg(OH)2. MgCl2 se v vodi raztopi. Ob dodatku kisline se raztopi tudi Mg(OH)2.<br />
Prestane čisti silicij.<br />
15
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
5. V čem se bron razlikuje od medenine?<br />
Odgovor:<br />
Bron je zlitina bakra in kositra, medenina pa bakra in cinka.<br />
6. Naštej nekaj primerov uporabe grafita, diamanta, silicija, germanija, kositra in svinca.<br />
a) grafit: različne elektrode (baterije in elektroliza)<br />
b) diamant: nakit,brusilna in rezalna orodja<br />
c) silicij: polprevodniška industrija, tranzistorji, vezja, čipi<br />
d) germanij: polprevodniška industrija<br />
e) kositer: tanke prevleke notranjosti pločevink<br />
f) svinec: elektrode v svinčevih akumulatorjih<br />
7. Poskusi zapisati produkte in enačbe uredi.<br />
a) SiC(s) + O2(g) ……………<br />
b) Si(CH3)4(s) + O2(g) ……………<br />
c) CaC2(s) + H2O(l) ……………<br />
d) Al3C4(s) + H2O(l) ……………<br />
Odgovor:<br />
Kadarkoli reagira snov s kisikom (sežig, gorenje), nastanejo stabilnejši oksidi elementov iz<br />
katerih je spojina, ki v kisiku gori, sestavljena<br />
a) SiC(s) + 2 O2(g) SiO2(s) + CO2(g)<br />
Si(CH3)4(s) + 8 O2(g) SiO2(s) + 4 CO2(g) + 6 H2O(g)<br />
Pri reakciji karbidov z vodo nastanejo ogljikovodiki.<br />
b) CaC2(s) + 2 H2O(l) Ca(OH)2 + C2H2(g) ali<br />
C2 2– + 2 H2O 2 OH – + C2H2<br />
c) Al3C4(s) + 12 H2O(l) 4 Al(OH)3(g) + 3 CH4(g) ali<br />
C 4– + 4 H2O 4 OH – + CH4.<br />
8. Kako lahko strukturno opredeliš otočaste silikate?<br />
Odgovor:<br />
Otočastim silikatom je skupno to, da so sestavljeni iz različnih, končno velikih anionov.<br />
Delimo jih v ortosilikate (so strukturno najenostavnejši), disiliakte, trisilikate in<br />
heksasilikate:<br />
ortosilikati disilikati trisilikati heksasilikati<br />
SiO4 4– Si2O7 6– Si3O9 6– Si6O18 12–<br />
16
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
9. Nek otočast trisilikat je zgrajen iz anionov (glej sliko) ter K + in Ca 2+ kationov. Zapiši vsaj<br />
dve enostavni formuli tega silikata.<br />
Odgovor:<br />
Formula otočastega trisilikata je Si3O9, naboj aniona pa je 3∙(+4) + 9∙(–2) = –6, torej<br />
Si3O9 6– . Števili K + (x) in število Ca 2+ ionov (y) morata biti takšni, da bo skupni naboj<br />
kationov enak +6. Torej, x(+1) + y(+2) = +6. Rešitve morajo biti celoštevilčna (naravna)<br />
števila, zato je število rešitev omejeno (diofantske enačbe):<br />
x K + y Ca 2+ ∑<br />
1 1 +3<br />
2 1 +4<br />
3 1 +5<br />
4 1 +6<br />
1 2 +5<br />
2 2 +6<br />
Možni sta samo dve sestavi (formuli): K4Ca(Si3O9) in K2Ca2(Si3O9).<br />
10. Kakšen je strukturni motiv pri verižnih silikatih?<br />
Odgovor:<br />
Med verižnimi silikati sta najbolj razširjeni pirokseni (enojne »cik-cak« in poravnane<br />
verige) ter amfiboli (dvojne »cik-cak« in poravnane verige).<br />
pirokseni<br />
amfiboli<br />
17
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
11. Dopolni formule (alumo)silikatov tako, da bo njihova sestava smiselna (pomagaj si s<br />
periodnim sistemom)<br />
e) BaTi(SixO9)<br />
f) K(AlSi3Ox)<br />
g) Ca2Mgx(Si4O11)(OH)2<br />
h) Mgx(Si2O5)2(OH)2<br />
Odgovor:<br />
a) 3; b) 8; c) 2; d) 3<br />
12. Na levi strani vsake puščice zapiši primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice<br />
prave produkte. Pri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in<br />
enačbe reakcij uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko<br />
je snov v trdnem stanju.<br />
Si SiC SiO2 Si SiCl4 Si<br />
SiF4<br />
Odgovor:<br />
Si(s) + C(s) SiC(s) silicijev karbid (karborund)<br />
SiC(s) + 2 O2(g) SiO2(s) + CO2(g)<br />
SiO2(s) + 2 C(s) Si(s) + 2 CO(g)<br />
Si(s) + 2 Cl2(g) SiCl4(l)<br />
SiCl4(l) + 2 Mg(s) Si(s) + 2 MgCl2(s)<br />
Si(s) kovalentna vez<br />
C(s)/grafit kovalentna + kovinska + van der Waalsova vez (ali medmolekulska vez)<br />
SiC(s) kovalentna (podobno kot v diamantu, siliciju in germaniju)<br />
O2(g) van der Waalsova vez (disperzijske sile)<br />
CO2(g) van der Waalsova vez (disperzijske sile)<br />
SiO2(s) kovalentna vez –Si –O–Si–O–<br />
SiCl4(l) van der Waalsova vez (disperzijske sile)<br />
Mg(s) kovinske<br />
MgCl2(s) ionske<br />
13. Kakšne spojine nastanejo, če reagira etan s prebitnim klorom?<br />
Odgovor:<br />
Pri reakciji etana s prebitnim klorom se lahko zamenjajo vsi vodikovi atomi. Nastanejo<br />
spojine s splošno formulo C2H6–xClx, torej 6 različnih kloridov. Pri di, tri in tetrakloridih<br />
pa še izomere: pri dikloroetanu 1,1- ali 1,2-dikloroetan, pri trikloroetanu 1,1,1- ali 1,1,2trikloroetan,<br />
pri tetra… 1,1,1,2- in 1,1,2,2-trikloro…, skupno torej 10 različnih spojin.<br />
14.Kako pridobimo zelo čist nikelj?<br />
Odgovor:<br />
Nečisti nikelj reagirajo z ogljikovim oksidom CO. Nastane plinasti nikljev tetrakarbonil<br />
Ni(CO)4, ki se pri višjih temperaturah (∼ 200 °C) razkroji nazaj na Ni in CO.<br />
Ni(s/nečist) + 4 CO(g) Ni(CO)4(g) → Ni(s/čist) + 4 CO(g)<br />
18
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
15. Kako pridobivajo kalcijev karbid in kalcijev cianamid? Za kaj se uporabljata?<br />
Odgovor:<br />
CaC2 nastane pri visoki temperaturi pri reakciji karbonata in ogljika:<br />
CaCO3(s) + 3 C(s) CaC2(s) + CO(g)<br />
Pri učinkovanju vode na karbid nastane acetilen<br />
CaC2(s) + 2 H2O(l) C2H2(g) + Ca(OH)2(s)<br />
CaCN2 pa pridobijo z reakcijo karbida z dušikom pri temperaturah, višjih od 1000 °C:<br />
CaC2(s) + N2(g) CaCN2(s) + C(s)<br />
Pri reakciji cianamida z vodo nastane sečnina:<br />
CaCN2(s) + 3 H2O(l) Ca(OH)2(s) + H2N–CO–NH2(s)<br />
16. Ali poznaš kakšne zvrsti, ki so cianamidnemu ionu sorodni?<br />
Odgovor:<br />
CN2 2– anion ima 1×4 + 2×5 + 2 = 16 elektronov. Cianamidi ion sodi v skupino<br />
izoelektronskih zvrsti, ki so ioni NCO – , N3 – in NO2 + ter molekuli CO2 in N2.<br />
+<br />
N C N O C N O N O<br />
N<br />
+ +<br />
N N O C O N N O<br />
19
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
5A <strong>skupina</strong><br />
1. Katere alotropske modifikacije (pojavne oblike) fosforja poznaš in kakšna je njihova<br />
zgradba?<br />
Odgovor:<br />
Znane so naslednje oblike fosforja: beli, rdeči, vijolični in črni.<br />
Vsem strukturam je skupno, da je vsak atom fosforja povezan s tremi sosedi z enojno vezjo<br />
in da ima vsak atom en nevezni elektronski par.<br />
a) beli fosfor<br />
b) rdeči fosfor<br />
a) črni fosfor<br />
H<br />
H<br />
H<br />
H<br />
P P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
P<br />
H<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
H<br />
P<br />
P P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
H<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
H<br />
P<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
H<br />
P<br />
P<br />
P<br />
H<br />
P<br />
H<br />
H<br />
20<br />
H
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
2. Sta dve kovini, ki na vlažnem zraku reagirata pri sobni temperaturi z dušikom. Kateri sta<br />
ti dve kovini in kakšni spojini pri reakciji nastaneta?<br />
Odgovor:<br />
Kovini sta litij in magnezij; pri reakciji nastaneta nitrida:<br />
6 Li(s) + N2(g) 2 Li3N(s)<br />
3 Mg(s) + N2(g) Mg3N2(s)<br />
3. Primerjaj molekuli amonijaka NH3 in fosfana PH3. Nariši njuni Lewisovi strukturi in<br />
napovej njuni obliki (zgradbi oziroma strukturi).<br />
Odgovor:<br />
1 N 1×5 = 5<br />
3 H 3×1 = 3 skupno 8 elektronov 4 lep<br />
Ker je N atom obdan s 3 veznimi in enim naveznim<br />
elektronskim parom, torej skupno 4 strukturnimi pari, bodo<br />
ti v prostoru porazdeljeni pod tetraedrskimi koti 109,5°.<br />
Enako velja za molekulo PH3. Zaradi odboja med prostim in<br />
neveznimi elektronskimi pari, se koti H–N–H in H–P–H zmanjšajo<br />
na 108° oziroma na 94°. Ker je atom P večji od atoma N, je razdalja<br />
P–H (1,42 Å) daljša od razdalje N–H (1,02 Å).<br />
4. Napiši reakcije pridobivanja amonijaka in fosfana. Zakaj sta pri pridobivanju amonijaka<br />
potrebna visoka temperatura in visok tlak?<br />
Odgovor:<br />
Amonijak pridobivajo z reakcijo dušika z vodikom<br />
N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g)<br />
Pri višji temperaturi poteka reakcija resda hitreje, toda ravnotežje je pomaknjeno v smeri<br />
nastanka reaktantov, zato je delež amonijaka bistveno nižji kot pri sobni temperaturi.<br />
LeChatelierov princip pravi, da se pri povišanem tlaku ravnotežje pomakne na tisto stran,<br />
kjer nastane manjša množina plinastih produktov – torej v smeri nastanka NH3 (t = 400° C,<br />
P = 200 bar). Da bi reakcija potekala še hitreje, uporabljajo katalizator (zmes Fe2O3, Al2O3,<br />
KOH).<br />
H<br />
N<br />
H<br />
21<br />
H
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
5. Kako nastane fosfan PH3?<br />
Odgovor:<br />
Fosfan nastaja pri raztapljanju belega fosforja v vodnih raztopinah močnih baz (NaOH,<br />
Ba(OH)2 itd.). Pri reakciji (odvisno od pogojev) nastane zmes fosfinata (H2PO2 – ) in<br />
fosfonata (HPO3 2– )<br />
3 NaOH(aq) + P4(s) + 3 H2O(l) 3 NaH2PO2(aq) + PH3(g)<br />
4 NaOH(aq) + P4(s) + 2 H2O(l) 2 Na2HPO3(aq) + 2 PH3(g)<br />
6. Zapiši in uredi reakcije pridobivanja fosforja iz Ca5(PO4)3(OH) (hidroksiapatita) ter iz<br />
Ca5(PO4)3Cl (kloroapatita).<br />
Odgovor:<br />
4 Ca5(PO4)3(OH)(s) + 20 SiO2(s) + 30 C(s)<br />
20 CaSiO3(s) + 3 P4(s) + 2 H2O(g) + 30 CO(g)<br />
4 Ca5(PO4)3Cl(s) + 18 SiO2(s) + 30 C(s)<br />
18 CaSiO3(s) + 2 CaCl2(s) + 3 P4(s) + 30 CO(g)<br />
7. Za kaj vse se uporablja fosfatno rudo?<br />
Odgovor:<br />
– za pridobivanje fosforja<br />
– za pridobivanje nečiste in čiste fosforjeve kisline<br />
– za pridobivanje gnojil.<br />
8. Hidrazin N2H4 pridobivajo z oksidacijo amonijaka v vodnih raztopinah. Za oksidacijo<br />
uporabljajo natrijev hipoklorit NaClO. Kako bi potekla reakcija oksidacije s kloritom?<br />
Odgovor:<br />
Reakcija z NaClO:<br />
2 NH3(aq) + NaClO(aq) N2H4(aq) + NaCl(aq) + H2O(l)<br />
Poleg hidrazina nastanejo stabilni produkti NaCl in H2O. Podobno bi potekla reakcija tudi s<br />
kloritom NaClO2:<br />
4 NH3(aq) + NaClO2(aq) 2 N2H4(aq) + NaCl(aq) + 2 H2O(l)<br />
9. Nariši Lewisove strukture (medsebojne lege atomov in lego veznih in neveznih<br />
elektronskih parih) treh pomembnih spojin dušika in vodika, njihove geometrijske<br />
strukture (prostorsko razporeditev atomov). Zapiši tudi njihova imena.<br />
Odgovor:<br />
Spojine dušika in vodika so:<br />
– amonijak NH3 (glej vprašanje 3.)<br />
– hidrazin N2H4<br />
– vodikov azid HN3<br />
N2H4<br />
[2×5 + 4×1]/2 = 7 VlEP<br />
22
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
HN3<br />
[1×1 + 3×5]/2 = 8 VlEP<br />
10. Nariši Lewisove strukture dušikovih oksidov in njihove geometrijske strukture. Zapiši<br />
tudi njihova imena.<br />
Odgovor:<br />
pomembnejših spojin dušika in kisika (dušikovih oksidov) je 6:<br />
– didušikov oksid ali dušikov(I) oksid N2O<br />
– dušikov oksid ali dušikov(II) oksid NO<br />
– didušikov trioksid ali didušikov(III) oksid N2O3<br />
– dušikov dioksid ali dušikov(IV) oksid NO2<br />
– didušikov tetraoksid ali didušikov(IV) oksid N2O<br />
– didušikov pentaoksid ali didušikov(V) oksid N2O5<br />
N2O [2×5 + 1×6]/2 = 8 VlEP<br />
NO [1×5 + 1×6]/2 = 5,5 VlEP 5 VlEP + 1 samski elektron<br />
(zaradi samskega elektrona je spojina paramagnetna)<br />
N2O3 [2×5 + 3×6]/2 = 14 VlEP<br />
H<br />
N<br />
N O<br />
O<br />
N<br />
N<br />
+<br />
N O<br />
+<br />
N<br />
O<br />
O<br />
H<br />
H<br />
+<br />
N N<br />
N N<br />
23<br />
H<br />
H
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
NO2 [1×5 + 2×6]/2 = 8,5 VlEP 8 VlEP + 1 samski elektron<br />
(zaradi samskega elektrona je spojina paramagnetna)<br />
N2O4 [2×5 + 4×6]/2 = 17 VlEP<br />
N2O5 [2×5 + 5×6]/2 = 20 VlEP<br />
11. Napiši vsaj po eno enačbo pridobivanja vseh dušikovih oksidov.<br />
Odgovor:<br />
N2O NH4NO3(aq) N2O(g) + 2 H2O(l)<br />
NO 4 NH3(g) + 5 O2(g) 4 NO(g) + 6 H2O(g) [kat. Pt/1200 °C]<br />
N2O3 NO(g) + NO2(g) N2O3(l)<br />
NO2 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)<br />
N2O4 2 NO2(g) N2O4(g)<br />
N2O5 12 HNO3(l) + P4O10(s) 6 N2O5(g) + 4 H3PO4(l)<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
N<br />
+<br />
N<br />
O<br />
+ O<br />
N<br />
+<br />
N<br />
+<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
24
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
12. Kateri izmed dušikovih oksidov so obarvani in kateri niso strupeni?<br />
Odgovor:<br />
NO2 in N2O4 sta rjave barve, N2O3 pa modre. Strupen ni edinole N2O (smejalni plin; v<br />
zmesi s kisikom ga v bolnišnicah uporabljajo za anestezijo).<br />
13. Zapiši enačbe pridobivanja dušikove(V) kisline po postopku »katalitičnega sežiga po<br />
Ostwaldu«.<br />
Odgovor:<br />
katalitični sežig amonijaka pri 1200 °C (glej reakcijo 2/naloga 10)<br />
oksidacija NO s kisikom do NO2 (glej reakcijo 3/naloga 10)<br />
reakcija NO2 z vodo<br />
3 NO2(g) + H2O(l) 2 HNO3(aq) + NO(g)<br />
Nastali NO se s kisikom ponovno oksidira do NO2 in proces se ponovi.<br />
14. Nariši Lewisovo strukturo dušikovE kisline in njeno (geometrijsko) strukturo.<br />
Odgovor:<br />
[1×1 + 1×5 + 3×6]/2 = 12 VlEP<br />
15. Napiši reakcijo nastanka dušikaste kisline.<br />
Odgovor:<br />
N2O3(l) + H2O(l) 2 HNO2(aq)<br />
16. Nariši Lewisovo strukturo dušikove kisline in njeno strukturo.<br />
Odgovor:<br />
[1×1 + 1×5 + 2×6]/2 = 9 VlEP<br />
H<br />
H<br />
O<br />
O<br />
+<br />
N<br />
N<br />
O<br />
O<br />
O<br />
25
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
17. Nitriti in nitrati so močni oksidanti. Napiši reakcije razkroja amonijevega nitrata in<br />
amonijevega nitrita v vodni raztopini in reakcijo nastanka produktov pri eksploziji<br />
amonijevega nitrata.<br />
Odgovor:<br />
Pri segrevanju raztopin amonijevega nitrata NH4NO3 in amonijevega nitrita NH4NO2<br />
nastaneta stabilni snovi N2O in N2:<br />
NH4NO3(aq) (glej reakcijo 1/naloga 10.)<br />
NH4NO2(aq) N2(g) + 2 H2O(l)<br />
Pri eksploziji NH4NO3 pa nastane (preostane) tudi kisik:<br />
2 NH4NO3(aq) 2 N2(g) + O2(g) + 4 H2O(g)<br />
18. Dušikova kislina (več kot 50%) je močan oksidant, zato raztaplja tudi <strong>kovine</strong>, ki se v<br />
kislinah sicer ne topijo. Pri reakciji pa ne nastaja vodik, pač pa, odvisno od pogojev<br />
raztapljanja (temperatura in koncentracija HNO3), dušikova oksida NO in NO2. Napiši<br />
reakciji raztapljanja bakra in srebra v HNO3. Pri raztapljanju srebra nastane NO, pri bakru<br />
pa NO2.<br />
Odgovor:<br />
Ag(s) + 4 HNO3(aq) 3 AgNO3(aq) + NO(g) + 2 H2O(l)<br />
Cu(s) + 4 HNO3(aq) Cu(NO3)2(aq) + 2 NO2(g) + 2 H2O(l)<br />
19. Napiši reakciji nastanka obeh fosforjevih oksidov iz fosforja.<br />
Odgovor:<br />
če kisika ni dovolj, nastane pri gorenju fosforja tetrafosforjev heksaoksid<br />
P4(s) + 3 O2(g) P4O6(s)<br />
v prebitnem kisiku pa terafosforjev dekaoksid<br />
P4(s) + 5 O2(g) P4O10(s)<br />
20. Nariši Lewisove strukture in strukture (obliko) fosforjevih oksidov<br />
Odgovor:<br />
P4O6<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
P<br />
P<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P<br />
P<br />
O<br />
P<br />
P<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P<br />
26
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
P4O10<br />
21. Zapiši in uredi enačbe reakcij nastanka fosfonaste in fosforjeve kisline iz njunih anhidridov.<br />
Odgovor:<br />
kisli anhidridi so oksidi, ki pri reakciji z vodo reagirajo v kisline. Anhidrida fosforjeve(III)<br />
in fosforjeve(V) kisline sta P4O6 in P4O10.<br />
H3PO3<br />
H3PO4<br />
P4O6(s) + 6 H2O(g) 4 H3PO3(aq)<br />
P4O10(s) + 6 H2O(g) 4 H3PO4(aq)<br />
22. Nariši Lewisove strukture fosfinske, fosfonske in fosforjeve kisline. Nariši tudi njihove<br />
strukture.<br />
Odgovor:<br />
Za vse tri kisline je značilno, da imajo<br />
– tetraedrsko strukturo (P je v sredini tetraedra)<br />
– 1 O atom je z dvojno vezjo vezan na P atom<br />
– disociirajo (odcepijo se) lahko le tisti H atomi, ki so vezani na kisik. Če so vezani<br />
neposredno na P atom, nimajo »kislih lastnosti«<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
O P O<br />
P<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
P<br />
O<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
27<br />
O
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Lewisove strukture<br />
O<br />
H O P O H H P O H H P<br />
O<br />
H<br />
Struktura (zgradba, oblika) molekul<br />
H3PO4 H3PO3 H3PO2<br />
fosforjeva kislina fosfonska kislina fosforjeva(I) kisl.<br />
23. Kako fosforjeve kisline disociirajo in kakšne vrste soli lahko tvorijo?<br />
Odgovor:<br />
H3PO4<br />
H3PO4(aq) + H2O(l) H3O + (aq) + H2PO4 – (aq)<br />
H2PO4 – (aq) + H2O(l) H3O + (aq) + HPO4 2– (aq)<br />
HPO4 2– (aq) + H2O(l) H3O + (aq) + PO4 3– (aq)<br />
Soli fosforjeve kisline so dihidrogenfosfati, hidrogenfosfati in fosfati.<br />
H3PO3<br />
H3PO3(aq) + H2O(l) H3O + (aq) + H2PO3 – (aq)<br />
H2PO3 – (aq) + H2O(l) H3O + (aq) + HPO3 2– (aq)<br />
Soli fosfonske kisline so hidrogenfosfonati, fosfonati<br />
H3PO2<br />
H3PO2(aq) + H2O(l) H3O + (aq) + H2PO2 – (aq)<br />
Soli fosfinske kisline so fosfinati.<br />
O<br />
O<br />
H<br />
O<br />
H<br />
O H<br />
28
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
24. Naštej nekaj primerov polifosforjevih kislin. Napiši njihove Lewisove strukture in nariši<br />
njihovo zgradbo. Kakšna je splošna formula za verižne fosfate in kakšna za obročaste<br />
(ciklične)?<br />
Odgovor:<br />
molekule fosforjeve kisline ali njene ionizirane oblike se lahko vežejo v obroče ali verige.<br />
Pri reakciji (kondenzaciji) nastanejo verižni, katena-polifosfati in voda. Tudi za polifosfate<br />
velja:<br />
– da je na P atom vedno vezan 1 O atom z dvojno vezjo<br />
– tetraedri PO4 so v obroče ali verige povezani preko skupnih oglišč (»kisikovih mostov«)<br />
Verižni polifosfati (nastanek H4P2O7 in H5P3O10)<br />
H4P2O7<br />
H5P3O10<br />
O<br />
HO P OH<br />
OH<br />
O<br />
HO P OH<br />
OH<br />
O<br />
HO P OH<br />
OH<br />
O<br />
HO P OH<br />
OH<br />
O<br />
HO P OH<br />
OH<br />
O<br />
HO P O<br />
OH<br />
O<br />
HO P O<br />
OH<br />
O<br />
P<br />
OH<br />
O<br />
P<br />
OH<br />
OH + H 2 O<br />
O<br />
O P<br />
OH<br />
OH + 2 H 2 O<br />
29
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Obročasti, ciklo-polifosfati (nastanek H3P3O9)<br />
H3P3O9<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
HO<br />
HO<br />
P<br />
P<br />
OHHO<br />
OH<br />
OH<br />
OH<br />
P<br />
O<br />
OH<br />
O<br />
HO<br />
O<br />
P<br />
O OH<br />
P<br />
O<br />
O<br />
P<br />
O<br />
OH<br />
+ 3 H 2 O<br />
Splošno formulo verižnih in obročastih polifosfatov določimo takole:<br />
– verižni; vsakemu atomu znotraj verige pripada en kisik z dvojno vezjo, en »mostovni«<br />
kisik ter ena OH <strong>skupina</strong>. P atomoma na koncih verige pa skupno še en H in ena OH<br />
<strong>skupina</strong>; če je število atomov n, potem velja [PO2(OH)]n(OH)H oziroma [PO3H)]nOH2<br />
ali Hn+2PnO3n+1.<br />
– obročasti; vsakemu P atomu pripadata po dva atoma O in ena OH <strong>skupina</strong>; formula je<br />
(PO2(OH))n ali (HPO3)n oziroma HnPnO3n.<br />
25. Naštej nekaj uporabnih fosfatov.<br />
Odgovor:<br />
Uporabni fosfati so:<br />
– Na3PO4 v čistilnih praških<br />
– Na2HPO4 v prehrambeni industriji (pasterizacija)<br />
– Na(H2PO4)2∙H2O v pecilnih praških<br />
– CaHPO4 v zobnih pastah<br />
– zmes CaSO4 in Ca(H2PO4)2 gnojilo superfosfat<br />
26. Kakšne značilne okside As, Sb in Bi poznaš?<br />
Odgovor:<br />
Strukturno so oksidi podobni oksidom fosforja(V), le pri bizmutu je stabilen stabilnejši<br />
bizmutov(III) oksid.<br />
– As As4O6 in As4O10<br />
– Sb Sb4O6 in Sb4O10<br />
– Bi Bi2O3<br />
30
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
27. Za kaj se uporablja Marshov test? Kako Marshov test »deluje«?<br />
Odgovor:<br />
Za dokaz sledov arzena v vzorcih (tkivih).<br />
Zn se raztaplja v HCl. Pri raztapljanju nastane tudi atomni (nascentni) vodik, ki reducira<br />
arzenove soli do AsH3. Ta potuje po cevki skupaj z nosilnim plinom vodikom in se na<br />
vročem delu cevke, ki jo grejemo s plamenom gorilnika, razkroji na vodik in arzen. Izločeni<br />
arzen na hladnejših delih cevke opazimo zaradi temne barve.<br />
31
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
6A <strong>skupina</strong><br />
1. Katere alotropske modifikacije kisika poznaš? Napiši Lewisovi strukturi obeh modifikacij in<br />
njuno geometrijo.<br />
Odgovor:<br />
Alotropski modifikaciji kisika sta dve: kisik (tudi dikisik) O2, in ozon O3.<br />
Kisik O2: 2×6/2 = 6 VlEP. Ozon O3: 3×6/2 = 9 VlEP.<br />
O<br />
O<br />
2. Kje v naravi naletimo na elementarni kisik in kod vse je kisik vezan v spojinah? Od kod<br />
kisik v zraku?<br />
Odgovor:<br />
Kisika je v zemeljski atmosferi 21%, ozon pa je porazdeljen visoko v stratosferi na višinah<br />
med 15 do 50 km. Če bi ves ozon lahko strnili v lupino, ki bi obdajala Zemljo, bi bila pri<br />
tlaku 1 bar ta debela le 1 do 2 mm). V spojinah je kisik vezan v oksido-spojinah (po novem<br />
tudi oksido-spojinah; karbonatih, sulfatih, oksidih, nitratih, največ pa v silikatih in<br />
alumosilikatih). Ogromno kisika je vezanega v vodi (∼ 1,5·10 18 t).<br />
Delež kisika v zraku je v nekaj zadnjih sto milijonih let narasel na skoraj 1/5. Nastajal je in<br />
še vedno nastaja pri fotosintezi v zelenih delih rastlin:<br />
n CO2(g) + m H2O(g) Cn(H2O)m(s) + n O2(g)<br />
3. Kako pridobivajo kisik industrijsko in kako laboratorijsko?<br />
Odgovor:<br />
Ogromne količine kisika pridobivajo izključno s frakcionirno destilacijo utekočinjenega<br />
zraka.<br />
V laboratoriju se običajno uporablja kisik, ki je shranjen v jeklenkah pri tlakih do 200 bar.<br />
Nastane pa tudi pri različnih reakcijah:<br />
a) segrevanje KClO3:<br />
2 KClO3(s) → 2 KCl(s) + 3 O2(g)<br />
b) pri reakciji med KMnO4 in H2O2:<br />
2 KMnO4(aq) + 5 H2O2(aq) + 3 H2SO4(aq) K2SO4(aq) +<br />
2 MnSO4(aq) + 3 H2O(l) + 5 O2(g)<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
32
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
c) pri razpadu vodikovega peroksida H2O2:<br />
2 H2O2(aq) 2 H2O(l) + O2(g)<br />
d) pri reakciji s kalijevim superoksidom:<br />
4 KO2(s) + 4 CO2(g) + 2 H2O(g) 4 KHCO3(s) + 3 O2(g)<br />
4. Kakšne oblike žvepla poznaš? V čem se ortorombsko žveplo razlikuje od monoklinskega?<br />
Nariši Lewisovo strukturo molekule žvepla in skiciraj njeno obliko?<br />
Odgovor:<br />
V naravi se trdno žveplo nahaja v okolici (aktivnih) vulkanov ter v pod površino v plasteh<br />
(največ v ZDA). Obe kristalni modifikaciji žvepla se razlikujeta le po medsebojni<br />
razporeditvi obročev S8 v kristalni strukturi. Kemijske lastnosti obeh modifikacij so, drugače<br />
kot pri kisiku (O2 in O3), popolnoma enake. Precej ga je vezanega tudi v H2S (lahko tudi do<br />
80% , primešan je tudi nafti).<br />
S<br />
S<br />
S<br />
108°<br />
S<br />
S<br />
5. Naštej nekaj mineralov, v katerih je vezano tudi žveplo.<br />
S<br />
S<br />
Odgovor:<br />
a) sulfidi: pirit FeS2, halkopirit CuFeS2, pirotin FeS, cinkova svetlica ZnS, vurcit ZnS,<br />
cinabarit HgS, galenit PbS<br />
b) oksidosoli (sulfati): sadra CaSO4∙2H2O, barit (težec) BaSO4<br />
8. Kako pridobivajo ozon in za kaj se uporablja?<br />
Odgovor:<br />
Ozon pridobivajo z razelektritvijo v ozonizatorjih. Uporabljajo ga pretežno za sterilizacijo<br />
vode in zraka.<br />
9. Kako pridobivajo žveplo?<br />
Odgovor:<br />
Največ žvepla pridobijo z oksidacijo vodikovega sulfida H2S (v zemeljskem plinu in nafti):<br />
8 H2S(g) + 8 O2(g) S8(s) + 8 H2O(l)<br />
Precej elementarnega žvepla se nabere tudi v okolici vulkanov (Islandija, Etna). Včasih so to<br />
žveplo uporabljali za pripravo smodnika.<br />
33
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Elementarno žveplo, ki se nahaja v<br />
plasteh pod zemeljsko površino, spravijo<br />
na površje s Frashovim postopkom.<br />
Sistem treh cevi zavrtajo v ležišče<br />
žvepla. Po zunanji cevi vodijo pregreto<br />
vodo (170 °C), ki žveplo raztali. Skozi<br />
notranjo cev vodijo pri povišanem tlaku<br />
vroč zrak, ki raztaljeno žveplo potiska na<br />
površino skozi notranjo cev.<br />
10. Kje se nahaja selen in kako ga pridobijo?<br />
Odgovor:<br />
vezan s srebrom se nahaja, v bakrovih in<br />
arzenovih rudah. Najprej srebrov selenid<br />
Ag2Se pri povišani temperaturi obdelajo<br />
na zraku s sodo, nato pa izločen<br />
selenat(IV) reducirajo z žveplovim<br />
dioksidom:<br />
Ag2Se(s) + Na2CO3(s) + O2(g)<br />
Na2SeO3(s) + 2 Ag(s) +<br />
CO2(g)<br />
Na2SeO3(s) + 2 SO2(g) + H2O(l) Se(s) + Na2SO4(aq) + H2SO4(aq)<br />
11. Kako lahko razvrstiš okside? V vsaki skupini naštej vsaj dva.<br />
Odgovor:<br />
razvrstimo jih lahko na:<br />
a) kisle (nekovinski); B2O3, CO2, N2O5, SO3, …<br />
b) bazične (kovinski); Na2O, CaO, BaO,…<br />
c) amfoterne; ZnO, BeO,Al2O3,<br />
d) nevtralne; NO, N2O,CO, …<br />
12. Nariši Lewisovo strukturo in strukturo (geometrijo) vodikovega peroksida.<br />
Odgovor:<br />
(2×1 + 2×6)/2 = 7 VlEP.<br />
H H<br />
O<br />
O<br />
13. Naštej vsaj dva postopka pridobivanja vodikovega peroksida.<br />
34
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Odgovor:<br />
a) H2O2 so včasih pridobivali z učinkovanje žveplove kisline na barijev peroksid BaO2.<br />
Z destilacijo razredčen raztopine so priparvili bolj kocentrirano raztopino peroksida.<br />
BaO2(s) + H2SO4(aq) BaSO4(s) + H2O2(aq)<br />
b) »izopropanolni« postopek:<br />
C<br />
H 3<br />
C<br />
H 3<br />
c) »antrakinonski« postopek<br />
OH<br />
CH<br />
OH<br />
O 2 (g)<br />
H 2 (g)<br />
H O 2 (g)<br />
OH<br />
H 2 (g)<br />
14. Katere spojine žvepla z vodikom poznaš? Kako jih pridobijo?<br />
Odgovor:<br />
a) vodikov sulfid H2S.<br />
nastane lahko direktno iz elementov; 8 H2(g) + S8(s) → 8 H2S(g)<br />
pri učinkovanju kislin na sulfide. Reakcijo lahko splošno zapišemo takole<br />
S 2– + 2 H3O + (aq) H2S(g) + 2 H2O(l)<br />
če pa reagira denimo železov sulfid s klorovodikovo kislino, velja<br />
FeS(s) + 2 HCl(aq) H2S(g) + FeCl2(aq)<br />
b) polisulfani, H2Sn.<br />
Najprej poteče reakcija med natrijevim sulfidom Na2S in žveplom<br />
8 Na2S(aq) + (n-1) S8(s) 8 Na2Sn(s)<br />
Nato Na2Sn reagira s koncentrirano HCl<br />
C<br />
H 3<br />
C<br />
H 3<br />
Na2Sn(s) + 2 HCl(aq) H2Sn(l) + 2 NaCl(aq)<br />
15. Napiši reakciji protolize, ki poteče v vodni raztopini vodikovega sulfida.<br />
1. stopnja<br />
H2S(aq) + H2O(l) H3O + (aq) + HS – (aq)<br />
2. stopnja<br />
HS – (aq) + H2O(l) H3O + (aq) + S 2– (aq)<br />
H<br />
C<br />
O + H 2 O 2<br />
O<br />
O<br />
+ H 2 O 2<br />
35
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
16. Kateri oksidi žvepla so najpomembnejši? Nariši njihove Lewisove strukture in njihovo<br />
geometrijo.<br />
Odgovor:<br />
Pomembna sta dva oksida žvepla, žveplov dioksid SO2 in žveplov trioksid SO3.<br />
a) SO2: (1×6 + 2×6)/2 = 9 VlEP. Strukture so enake kot pri ozonu (naloga 1/tudi tam 9<br />
VlEP).<br />
b)<br />
O<br />
S<br />
O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
S<br />
Ker pa za S velja razširjeno oktetno pravilo, lahko Lewisovo strukturo zapišemo tudi<br />
O<br />
S<br />
i. plinasti SO3: (1×6 + 3×6)/2 = 12 VlEP.<br />
O<br />
O S O<br />
ii. trdni SO3<br />
α in β obliki imata verižno zgradbo<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
HO S O S O S O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
36
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
– γ je cikličin trimer (SO3)3<br />
O<br />
O<br />
O<br />
S<br />
– Napiši vsaj dve reakciji nastanka žveplovega dioksida SO2.<br />
– Odgovor:<br />
– pri reakciji gorenja (oksidacije) žvepla<br />
– S8(s) + 8 O2(g) 8 SO2(g)<br />
– pri reakciji sulfidov (npr. sulfidnih rud) s kisikom (praženje rud)<br />
– 2 HgS(s) + 3 O2(g) 2 HgO(s) + 2 SO2(g)<br />
– 4 FeS2(s) + 11 O2(g) 2 Fe2O3(s) + 8 SO2(g)<br />
– SO2 je reducent. Zapiši in uredi reakcijo, ki poteka s kalijevim permanganatom v vodni<br />
raztopini.<br />
– Odgovor:<br />
S<br />
O<br />
O<br />
– 2 KMnO4(aq) + 5 SO2(aq) + 2 H2O(l) K2SO4(aq) + 2 MnSO4(aq) + 2<br />
H2SO4(l)<br />
– Naštej tiste žveplove oksidokisline/oksokisline, ki so znane v čisti obliki.<br />
– Odgovor:<br />
– H2SO4 žveplova kislina<br />
– H2S2O7 dižveplova kislina<br />
– H2SO5 peroksidožveplova kislina<br />
– H2S2O8 peroksidodižveplova kislina<br />
– Napiši Lewisovi strukturi žveplove in peroksidožveplove kisline<br />
– Odgovor:<br />
– H2SO4 (2×1 + 1×6 + 4×6)/2 = 16 VlEP<br />
O<br />
O O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
H<br />
S<br />
O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
37
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
c) H2SO5 (2×1 + 1×6 + 5×6)/2 = 19 VlEP<br />
O<br />
17. Napiši Lewisovi strukturi dižveplove in peroksidodižveplove kisline<br />
Odgovor:<br />
a) H2S2O7 (2×1 + 2×6 + 7×6)/2 = 28 VlEP<br />
O<br />
S<br />
O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
H<br />
O<br />
O H<br />
b) H2S2O8 (2×1 + 2×6 + 8×6)/2 = 31 VlEP<br />
O<br />
O<br />
H<br />
O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
O<br />
H<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
H<br />
O<br />
38
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
18. Kako industrijsko pridobivajo žveplovo kislino?<br />
Odgovor:<br />
a) kontaktni postopek; SO2 ob prisotnosti katalizatorja (V2O5) s kisikom oksidirajo do<br />
SO3.<br />
O<br />
H<br />
H<br />
2 SO2(g) + O2(g) 2 SO3(g)<br />
SO3 z vodo reagira zelo počasi, zato bi bilo pridobivanje H2SO4 na ta način<br />
prepočasno. SO3 raztopijo v H2SO4, dižveplovo kislino, ki pri tem nastane, pa reagira z<br />
vodo.<br />
SO3(g) + H2SO4(l) H2S2O7(l)<br />
H2S2O7(l) + H2O(l) V2O5 2 H2SO4(l)<br />
b) stolpni postopek (ni več v uporabi). Kot neke vrste katalizator pri tem postopku¸<br />
uporabljajo nitrozne pline (zmes dušikove in žveplove kisline), ki oksidira SO2 do SO3.<br />
19. V čem se razlikuje struktura žveplove kisline H2SO4 od tiožveplove kisline H2S2O3?<br />
Odgovor:<br />
Razlika je v tem, da je pri H2S2O3 en kisikov atom nadomeščen z žveplovim. H2S2O3 v čisti<br />
obliki ni znana. Poznane pa so njene soli, na primer natrijev tiosulfat Na2S2O3.<br />
O<br />
H<br />
H<br />
O<br />
S<br />
O<br />
O<br />
S<br />
O<br />
O<br />
SH 4<br />
39
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
20. Kako iz tiosulfatnega iona S2O3 2– nastane tetrationatni S4O6 2– ?<br />
Odgovor:<br />
Dva tiosulfatna iona se povežeta preko dveh terminalnih (obrobnih) atomov žvepla. Nastane<br />
veriga iz 4 atomov S. Tetrationat nastane pri reakciji tiosulfata z jodom:<br />
O<br />
F<br />
S S<br />
F<br />
O<br />
S<br />
O<br />
2 Na2S2O3(aq) + I2(aq) Na2S4O6(aq) + 2 NaI(aq)<br />
H<br />
S<br />
+<br />
H S<br />
21. Kakšni sta lahko obliki molekul dižveplovega difluorida? Nariši tudi njuni Lewisovi<br />
strukturi.<br />
Odgovor:<br />
atoma F sta lahko vezana na en sam atom S ali pa vsak na en atom S.<br />
(2×7 + 2×6)/2 = 13 VlEP<br />
F S S F<br />
22. Napiši reakciji nastanka žveplovega dikloridaoksida in žveplovega dikloridadioksida.<br />
Odgovor:<br />
SOCl2 nastane z reakcijo SO2 in Cl2:<br />
S<br />
H<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
O<br />
H H S<br />
S<br />
O<br />
S<br />
S<br />
O<br />
O<br />
O H<br />
40
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
SO2(g) + PCl5(s) SOCl2(l) + POCl3(l)<br />
SO2Cl2 pa pri reakciji SO2 s klorom:<br />
SO2(g) + Cl2(g) SO2Cl2(l)<br />
23. Kaj meniš, kaj nastane pri reakciji SOCl2 in SO2Cl2 z vodo?<br />
Odgovor:<br />
Pri reakciji SOCl2 z vodo nastane HCl in SO2:<br />
SOCl2(l) + H2O(l) SO2(aq) + 2 HCl(aq)<br />
če pa z vodo reagira SO2Cl2, dobimo žveplovo kislino:<br />
SO2Cl2(l) + 2 H2O(l) H2SO4(aq) + 2 HCl(aq)<br />
24. Obkroži pravilne trditve:<br />
a) H2SO3 ni možno pridobiti v čisti obliki<br />
b) spojina SCl3 ne obstaja<br />
c) znana je samo ena alotropska modifikacija žvepla<br />
d) v plastičnem žveplu so S atomi povezani v verige<br />
e) H2SO4 in H2S2O7 sta kislini, ki jo lahko pripravimo v čisti obliki<br />
f) struktura SO3 2– je piramidalna<br />
Odgovor:<br />
a) da<br />
b) da<br />
c) ne<br />
d) da<br />
e) da<br />
f) da<br />
25. Kako so nekoč pridobivali žveplovo kislino s stolpnim postopkom (neobvezno)?<br />
Odgovor:<br />
Za oksidacijo žveplovega dioksida so uporabljali nitrozo (zmes nitrozil hidrogensulfata<br />
(NO)HSO4 in dušikove kisline HNO3. Postopek pridobivanja poteka v treh zaporednih<br />
fazah.<br />
a) Gloverjev stolp: vroč SO2 reagira z nitrozo; nastane H2SO4 in NO2<br />
2 (NO)HSO4 + SO2 + 2 H2O 3 H2SO4 + 2 NO<br />
4 HNO3 4 NO2 + O2 + 2 H2O<br />
2 NO + O2 2 NO2<br />
b) stolpi brez plina (svinčene komore)<br />
2 NO2 + SO2 + H2O (NO)HSO4 + HNO2<br />
(NO)HSO4 + H2O H2SO4 + HNO2<br />
2 HNO2 NO2 + NO + H2O<br />
2 NO + O2 2 NO2<br />
c) Gay Lussacov stolp (nastane nitroza (NO)HSO4 + HNO3)<br />
41
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
2 NO2 + H2SO4 → (NO)HSO4 + HNO3<br />
42
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
7A <strong>skupina</strong><br />
1. Katera oksidacijska števila so značilna za halogene elemente?<br />
Odgovor:<br />
Za enoatomni ion X – je značilno oksidacijsko število –1, v oksidih in oksidospojinah pa so<br />
oksidacijska števila +1, +3, +5 in +7.<br />
2. Kako pridobivajo halogene elemente?<br />
Odgovor:<br />
a) HF pridobivajo z elektrolizo zmesi KF in HF.<br />
b) klor pridobivajo z elektrolizo taline NaCl(l) ali vodne raztopine NaCl(aq). Včasih so ga<br />
pridobivali z oksidacijo HCl s kisikom pri povišani temperaturi<br />
4 HCl(g) + O2(g) 2 Cl2(g) + 2 H2O(g)<br />
c) brom pridobivajo iz morske vode tako, da bromidni ioin Br – oksidirajo s klorom Cl2<br />
2 Br(aq) – + Cl2(aq) Br2(l) + 2 Cl(aq) –<br />
d) jod pridobijo ko stranski produkt pri pri pridobivanju nitratov (v manjšem obsegu ga še<br />
vedno pridobivajo iz morskih alg)<br />
3. Kakšna je vez med halogenom in elementom v naslednjih spojinah?<br />
a) KBr<br />
b) HCl<br />
c) SiCl4<br />
d) AlF3<br />
e) Al2Cl6<br />
f) TiCl4<br />
g) SOBr2<br />
Odgovor:<br />
KBr: kovina-nekovina ionska vez (ni molekul, so ioni)<br />
HCl: nekovina-nekovina kovalentna vez (so molekule)<br />
SiCl4 polkovina-nekovina kovalentna vez (so molekule)<br />
AlF3: kovina-fluor ionska vez (ni molekul, so ioni)<br />
Al2Cl6: kovina-halogen če halogen ni fluor, je vez kovalentna (so molekule)<br />
TiCl4: kovina-halogen titan je kovina, toda ker je v tej spojini oksidacijsko<br />
število Ti maksimalno, to je +4 (Ti je v 4B skupini), so<br />
vezi v molekuli kovalentne (so molekule). TiCl4 je pri<br />
sobni temperaturi tekočina.<br />
SOBr2 oba sta nekovini; vez je torej kovalentna<br />
43
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
4. Katere izmed kislin HF(aq), HCl(aq), HBr(aq) in HI(aq) so šibke, katere so močne?<br />
Odgovor:<br />
Vsi štirje plinasti vodikovi halogenidi (skupno jih označimo s formulo HX) se odlično topijo<br />
v vodi, HF se zaradi možnosti tvorbe vodikove vezi z vodo meša v vseh razmerjih. Ko jih<br />
raztopimo v vodi, imajo halogenovodikove kisline (fluorovodikovo, klorovodikovo itd.). Z<br />
molekulami vode pride do protolitske reakcije (Brønstedova teorija):<br />
HX(g) + H2O(l) H3O + (aq) + X(aq) –<br />
HF(aq) je šibka kislina, ostale tri so močne kisline (stopnja disociacija α = 100%).<br />
5. Zakaj je fluor veliko bolj reaktiven kot so ostali halogeni elementi?<br />
Odgovor:<br />
Ker je radij atoma F med vsemi halogeni najmanjši, bi sklepali, da bo energija vezi največja.<br />
Toda zaradi relativno majhne razdalje med obema atomoma F v molekuli F2 pride do<br />
precejšnjega odboja med neveznimi elektronski pari na obeh atomih, kar vez slabi. Energija<br />
vezi v molekuli F2 je 160 kJ/mol, pri kloru pa »že« 245 kJ/mol, kljub temu, da sta atoma Cl<br />
bolj oddaljena. Pri Br2 in I2 sta vrednosti 192 in 151 kJ/mol.<br />
6. Za kaj se uporabljajo halogeni elementi?<br />
Odgovor:<br />
a) fluor F2; največ za pridobivanje različnih spojin (UF6 za pridobivanje obogatenega<br />
urana; SF6 sredstvo za zvočno izolacijo v termopan steklih, teflon –(CF2–CF2)n–) itd.<br />
b) klor Cl2; največ za sintezo polivinilklorida, za dezinfekcijo vode)<br />
c) brom Br2; (malo uporaben)<br />
d) jod I2; (jodova tinktura za dezinfekcijo ran; zaradi potrebe po jodu v žlezi ščitnici<br />
dodajajo jod v obliki KI)<br />
7. Kako pridobijo vodikove halogenide?<br />
Odgovor:<br />
a) HF z reakcijo med elementi ali pa z učinkovanjem žveplove kisline na fluorit<br />
H2(g) + F2(g) 2 HF(g) (reakcija poteče eksplozivno na svetlobi)<br />
CaF2(s) + H2SO4(l) 2 HF(g) + CaSO4(s)<br />
b) HCl z reakcijo klora z vodikom ali pa z učinkovanjem žveplove kisline na natrijev<br />
klorid<br />
H2(g) + Cl2(g) 2 HCl(g)<br />
NaCl(s) + H2SO4(l) HCl(g) + NaHSO4(s)<br />
c) HBr z reakcijo elementov (glej zgornji reakciji)<br />
d) HI z reakcijo med elementi v prisotnosti katalizatorja.<br />
44
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
8. Ali lahko našteješ nekaj mineralov, ki v svoji sestavi vsebujejo enega izmed halogenov?<br />
O<br />
Odgovor:<br />
NaCl (kamena sol, sol, kuhinjska sol, halit), CaF2 (jedavec ali fluorit), kriolit (Na3AlF6),<br />
KCl (silvin), karnalit (KMgCl3∙6 H2O).<br />
9. Napiši produkte raztapljanja silikata MgSi2O5 v vodni raztopini HF.<br />
Odgovor:<br />
Pri raztapljanju silikatov v HF nastanejo kovinski fluoridi, silicijev fluorid in voda:<br />
MgSi2O5(s) + 10 HF(aq) MgF2(s) + 2 SiF4(aq) + 5 H2O(l)<br />
10. Za vsakega izmed halogenov naštej in zapiši nekaj oksidov.<br />
Odgovor*:<br />
a) F: OF2, O2F2<br />
b) Cl: Cl2O, ClO2, Cl2O4, Cl2O6, Cl2O7<br />
c) Br: Br2O, Br2O5<br />
d) I: I2O4, I4O9, I2O5<br />
*po novejši nomenklaturi je priporočljivo pisanje formul oksidov Cl, Br in I tako, da je<br />
oznaka za kisik na prvem mestu; torej OF2, O2F2, O5Br2 itd.<br />
11. Poskusi narisati Lewisove strukture F2O, F2O2 in I2O5. Kakšne so geometrijske podobe<br />
molekul?<br />
Odgovor:<br />
F2O (2×7 + 1×6)/2 = 10 VlEP. F2O2 (2×7 + 2×6)/2 = 13 VlEP<br />
F O F F O O F<br />
I2O5 (2×7 + 5×6)/2 = 22 VlEP.<br />
I<br />
O<br />
O O<br />
I<br />
O<br />
45
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
12. Napiši reakcije nastanka Cl2O, ClO2 in Cl2O7.<br />
Odgovor:<br />
Cl2O; nastane pri učinkovanju klorovice in živosrebrovega oksida:<br />
Cl2(aq) + 2 HgO(s) Cl2O(g) + HgO∙HgCl2(s)<br />
ClO2; pri redukciji kalijevega klorata KClO3 z oksalno kislino H2C2O4 ali žveplovim<br />
dioksidom SO2. Obe reakciji potekata v prisotnosti žveplove kisline<br />
2 KClO3(s) + H2C2O4(s) + H2SO4(l) 2 ClO2(g) + K2SO4(s) + 2 H2O(l) + 2 CO2(g)<br />
2 KClO3(s) + SO2(g) + H2SO4(l) 2 ClO2(g) + K2SO4(s) + H2O(l)<br />
Cl2O7; P4O10 je zelo higroskopna snov, zato dehidrira (»odvzame vodo«) klorovo(VII)<br />
kislino:<br />
12 HClO4(l) + P4O10(s) 6 Cl2O7(l) + 4 H3PO4(l)<br />
13. Kako pridobijo kisikov difluorov oksid in kaj nastane, če ta reagira z vodo?<br />
Odgovor:<br />
OF2 nastane pri uvajanju fluora v raztopino natrijevega hidroksida.<br />
2 F2(g) + 2 NaOH(aq) OF2(g) + 2 NaF(aq) + H2O(l)<br />
OF2 reagira s prebitnim NaOH tako, da nastane kisik:<br />
OF2(g) + 2 NaOH(aq) 2 NaF(aq) + O2(g) + H2O(l)<br />
14. Zakaj pri fluoru niso znane oksidokisline?<br />
Odgovor:<br />
zato, ker je fluor bolj elektronegativen od kisika; edino oksidacijsko število za F je –1.<br />
Elektronegativnost kisika in klora sta primerljivi, elektronegativnosti broma in joda pa sta<br />
manjši od kisika. Spojina HOF je znana, toda na F je vezan samo en O atom (H–O–F), zato<br />
mu tudi v tem primeru pripišemo oksidacijsko število +1.<br />
46
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
15. Katere pomembne zvrsti so prisotne v vodni raztopini vodikovega fluorida HF(aq)?<br />
Odgovor:<br />
HF je šibka Brønstedova kislina, zato odda proton vodi:<br />
HF(aq) + H2O(l) H3O + (aq) + F – (aq)<br />
F – ion se z vodikovo vezjo veža na molekulo HF:<br />
16. Za kaj se uporablja I2O5?<br />
F – (aq) + HF(aq) HF2 – (aq)<br />
Odgovor:<br />
Dijodov pentaoksid (tudi pentakisikov dijodid) se uporablja za določanje deleža CO<br />
plinskih zmeseh:<br />
I2O5(s) + 5 CO(g) I2(s) + 5 CO2(g)<br />
Izločeni jod se kvantitativno titrira z raztopino natrijevega tiosulfata in iz porabe se<br />
izračuna količino I2 in od tod količino CO (reakcija titracije z I2: glej nalogo 22/6A<br />
<strong>skupina</strong>).<br />
17. Kakšno splošno formulo imajo oksidokisline halogenov? Je med njimi kakšna izjema?<br />
Odgovor:<br />
a) HXO X = F, Cl, Br, I tetraeder<br />
b) HXO2 X = Cl, Br, I tetraeder<br />
c) HXO3 X = Cl, Br, I tetraeder<br />
d) HXO4 X = Cl, Br, I oktaeder<br />
tetraederska struktura: število NEP + število O atomov = 4<br />
oktaedrska struktura: število O atomov in število OH skupin = 6.<br />
Atom I je v primerjavi z atomoma Cl in Br tako velik, da se lahko obda s šestimi O atomi.<br />
Nekatere kisline niso znane (npr. HIO2), v vseh primerih pa so obstojne njihove soli.<br />
47
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
18. Zapiši vsaj dve reakciji nastanka NaClO3.<br />
Odgovor:<br />
a) uvajanje Cl2 v vročo vodno raztopino NaOH (disproporcionacija klora):<br />
3 Cl2(g) + 6 NaOH(aq) NaClO3(aq) + 5 NaCl(aq) + 3 H2O(l)<br />
b) oksidacija ClO2 s H2O2:<br />
2 ClO2(g) + H2O2(aq) + 2 NaOH(aq) 2 NaClO3(aq) + 2 H2O(l)<br />
19. Zapiši nastanek Ba(BrO3)2, ki nastane potem, ko vroči vodni raztopin Ba(OH)2 dodmo<br />
brom (podobna reakcija kot pri nal. 19)<br />
Odgovor:<br />
podobno kot pri Cl2 nastaneta bromat in bromid:<br />
6 Br2(g) + 6 Ba(OH)2(aq) Ba(ClO3)2(aq) + 5 BaCl2(aq) + 6 H2O(l)<br />
20. Kaj nastane, če v vodno raztopino Ca(OH)2 uvajamo klorov dioksid?<br />
Odgovor:<br />
ClO2 v bazični vodni raztopini disproporcionira v klorat in klorit:<br />
4 ClO2(g) + 2 Ca(OH)2(aq) Ca(ClO2)2(aq) + Ca(ClO3)2(aq) + 2 H2O(l)<br />
21. Halogeni tvorijo množico spojin med seboj in s kisikom (mehalogenske spojine ter<br />
oksidohalogeni). Poskusi narisati Lewisove strukture ClFO2, BrFO3, IF3O in BrF4O – .<br />
Kakšne so oblike (strukture) molekul?<br />
Odgovor:<br />
Atomi F in O so skoraj vedno na obrobju molekule (so terminalni). V središču molekule<br />
bodo potemtakem manj elektronegativni atomi Cl, Br in I. Kisikovi atomi so na centralni<br />
atom halogena vezani z dvojno vezjo, atomi F pa vedno samo z enojno vezjo.<br />
O<br />
F Br O<br />
O<br />
48
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
22. Poskušaj narisati vse možne oblike spojine F3IO.<br />
Odgovor:<br />
5 strukturnih elektronskih parov (SEP) narekuje trigonalno (trikotno) bipiramidalno<br />
razporeditev. Možnih kar nekaj medsebojno (položajno) različnih razporeditev treh atomov<br />
F, enega atoma O in enega NEP. Kadarkoli rišemo strukture, namestimo okrog centralnega<br />
atoma (atom I) na določena izhodiščna mesta (oglišča bipiramide) najprej tiste atome ali<br />
NEP, ki jih je najmanj; torej O atom in NEP. Začnimo z NEP:<br />
a) NEP lahko namestimo na vrh tbp (trigonalne bipiramide). Kisikov atom je potem lahko<br />
v nasprotnem vrhu (1)<br />
b) ali v enem (vseeno katerem) oglišču trikotne osnovne ploskve (2).<br />
To sta prvi dve možnosti.<br />
c) NEP lahko namestimo v eno (vseeno katero) izmed oglišč trikotne osnovne ploskve.<br />
Kisikov atom je potem lahko v enem izmed preostalih oglišč trikotnika (3)<br />
d) ali na enem izmed vrhov tbp (4).<br />
To sta tudi dve možnosti.<br />
Možne so torej štiri različne medsebojne razporeditve atomov F in O okoli atoma Br.<br />
Eksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je prava struktura (3) (tudi slika zgoraj).<br />
49
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
8A <strong>skupina</strong><br />
1. V katerem obdobju so izolirali žlahtne pline? Kako jih pridobivajo?<br />
Odgovor:<br />
na prehodu iz 19. v 20. stoletje (do leta 1910) je Anglež William Ramsay izoliral vse žlahtne<br />
pline, tudi helij He, čigar prisotnost na Soncu so dokazali z analizo spektra sončne svetlobe<br />
že leta 1868.<br />
Helij pridobijo iz zemeljskega plina (ponekod ga je v plinu tudi do 7%) in nafte (do 0,4%).<br />
Vse ostale žlahtne pline pa s frakcionirno destilacijo utekočinjenega zraka (Ne: – 246 °C;<br />
Ar: – 186 °C; Kr: – 153 °C; Xe: – 108 °C).<br />
2. Za kaj uporabljajo žlahtne pline?<br />
Odgovor:<br />
helij He: za hlajenje magnetov pri mnogih pomembnih aparaturah (slikanje z magnetno<br />
resonanco v medicinske namene; nuklearna magnetna resonanca, NMR). Polnjenje balonov<br />
(vremenske in atmosferske meritve). Nosilni plin v kemiji.<br />
Argon Ar: zaščitni plin pred oksidacijo (varjenje izdelkov iz aluminija ali nerjavnega jekla)<br />
Neon Ne, argon Ar, kripton Kr: reklamne razsvetljave.<br />
3. Kateri žlahtni plini so reaktivni?<br />
Odgovor:<br />
Reaktivna sta le ksenon in radon. Reagirata pa le z najbolj reaktivnim elementom, fluorom.<br />
Argon, neon in helij so popolnoma inertni in pri sobni temperaturi spojine teh elementov<br />
niso znane.<br />
4. Katere spojine nastanejo pri reakciji med ksenonom in fluorom?<br />
Odgovor:<br />
odvisno od pogojev (temperature, tlaka in množinskega razmerja med reaktanti) nastanejo<br />
– ksenonov difluorid XeF2 (pri sobni temperaturi, če zmes Xe in F2 obsevamo s sončno<br />
svetlobo)<br />
– ksenonov tetrafluorid XeF4<br />
– in ksenonov heksafluorid XeF6<br />
Xe(g) + F2(g) XeF2(s)<br />
Xe(g) + 2 F2(g) XeF4(s)<br />
Xe(g) + 3 F2(g) XeF6(s)<br />
50
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
5. Kakšne so Lewisove strukture in kakšne oblike molekul vseh treh ksenonovih fluoridov?<br />
Odgovor:<br />
XeF2: (1×8 + 2×7)/2 = 11 VlEP<br />
XeF4 (1×8 + 4×7)/2 = 18 VlEP<br />
XeF6 (1×8 + 6×7)/2 = 25 VlEP; zaradi enega NEP je oktaeder F atomov popačen<br />
51
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Prehodne <strong>kovine</strong><br />
1. Zakaj je v 4., 5. in 6. periodi natanko po 10 kovin prehoda?<br />
Odgovor:<br />
Pri kovinah prehoda se polnijo d orbitale. Ker jih je 5, in sta v vsaki lahko največ po 2<br />
elektrona, je v 5 d orbitalah skupno 2×5 = 10 elektronov.<br />
2. Ali lahko našteješ nekaj značilnih primerov uporabe kovin prehoda?<br />
Odgovor:<br />
izdelava vseh vrst uporabnih predmetov in izdelkov iz čistih kovin, večinoma pa iz zlitin<br />
(orodje, polizdelki, nakit, gradbeni material, transportna sredstva itd.)<br />
3. Naštej nekaj prehodnih kovin in navedi njihovo uporabnost.<br />
Odgovor:<br />
železo: količinsko proizvodnja železa je približno 100-krat večja kot vseh ostalih kovin<br />
prehoda skupaj – 1,5∙10 9 ton (1.500.000.000 ton) letno<br />
baker: kabli za električno napeljavo, bakrene cevi, žlebovi (500.000 ton/leto)<br />
volfram: žarilne nitke pri žarnicah (60.000 ton/leto)<br />
molibden: različne zlitine (180.000 ton/leto)<br />
krom: zlitine in kromiranje površin kovinskih in plastičnih izdelkov (50.000 ton/leto)<br />
titan: letalska industrija, izdelovanje avtomobilskih delov, uporaba v medicini (30.000<br />
ton/leto)<br />
vanadij: različne zlitine (50.000 ton/leto)<br />
paladij: avtomobilski katalizatorji (200 ton/leto)<br />
zlato: zlatenje površin, električnih kontaktov, nakit (2.500 ton/leto)<br />
4. Zakaj imajo prehodne <strong>kovine</strong> tako različna oksidacijska števila?<br />
Odgovor:<br />
Elektronska konfiguracija prehodnih kovin je nd x (n+1)s y (0 < x < 11; 0 < y < 3). Ker lahko<br />
atom <strong>kovine</strong>, odvisno od okoliščin, odda različno število s in potem še d elektronov, je<br />
možna cela kopica oksidacijskih števil. Maksimalno oksidacijsko število med vsemi<br />
elementi prehoda srečamo pri osmiju (+8), od osmija proti desni pa vrednosti oksidacijskih<br />
števil zopet padajo.<br />
Oksidacijska števila mangana v manganovih spojinah so lahko 0, +1, +2,…, +7 in celo –1.<br />
5. Zakaj se gostote 5d-kovin prehoda znatno višje od gostot kovin 4d in 3d?<br />
Odgovor:<br />
Ko se polni elektronska lupina ali pa podlupina, se z vsakim dodatnim elektronom (naslednji<br />
elementu v periodi) velikost atoma običajno nekoliko zmanjša. Ko je podlupina d zapolnjena<br />
s polovico (5) elektroni, se trend zmanjševanja radija nekoliko upočasni, saj pride pri<br />
elektronskih konfiguracijah d 6 do d 10 do vse večjega odboja med elektroni zato, ker sta v<br />
orbitali po dva elektrona. Pri Cu, Ag in Au nd 10 ns 1 začne velikost atoma že naraščati.<br />
52
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Presenetljivo je dejstvo, da so radiji atomov 4d in 5d elementov skoraj enaki. Zakaj? Preden<br />
se začnejo polniti 5d orbitale, se za 5p in 6s elektroni razvrsti še 14 elektronov v 4f orbitale,<br />
torej v nižjo lupino. Pri polnjenju 4f orbital se velikost atomov lantanoidov od leve proti<br />
desni ves čas zmanjšuje. Zmanjševanje velikosti pri polnjenju elektronov v f orbitale<br />
(lantanidna kontrakcija) je tolikšno, da so v isti skupini velikosti atomov 5d-elementov<br />
skoraj enaki velikostim atomov 4d-elementov. Toda atomi elementov 5d so sedaj bistveno<br />
težji od atomov 4d – prav zato pa gostota teh kovin drastično naraste.<br />
6. Poimenuj naslednje spojine oziroma zvrsti.<br />
a) K3[CrCl6]<br />
b) Ca[CuCl3(H2O)]2<br />
c) [PtBr2(NH3)2]<br />
d) [CrCl2(H2O)4]2SO4<br />
e) pyH[WBr4py2] pyH = prididinijev(1+) ion; py = piridin<br />
f) Na[Ag(CN)2]<br />
g) [Fe(CN)6]3[Fe(CN)6]4<br />
h) Rb2[MoOCl5]<br />
i) [Cr(NH3)6][CrBr6]<br />
53
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
j) [Ag(S2O3)2] 3+<br />
k) [CoF4(NH3)2] –<br />
Odgovor:<br />
a) kalijev heksakloridokromat(III)<br />
b) kalcijev akvatrikloridokuprat(II)<br />
c) diamidibromidoplatina(II)<br />
d) tetraakvadikloridokromov(III) sulfat(VI)<br />
e) piridinijev tetrabromidodipiridinvolframat(III)<br />
f) natrijev dicianidoargentat(I)<br />
g) heksacianidoželezov(II) heksacianidoferat(III)<br />
h) rubidijev pentakloridooksidomolibdat(V)<br />
i) heksaaminokromov(III) heksabromidokromat(III)<br />
j) ditiosulfatosrebrov(1+) ion<br />
k) diaminotetrafluoridokobaltov(1–) ion<br />
7. Napiši formule koordinacijskih spojin<br />
a) amonijev akvatrikloridoplatinat(II)<br />
b) diaminsrebrov(I) bromid<br />
c) rubidijev akvatrikloridodioksidomolibdat(V)<br />
d) litijev akvatrihidroksidokuprat(I)<br />
e) diamindiakvadibromidokromov(III) klorid<br />
f) triakvakloroplatinov(II) sulfat(VI)<br />
g) diamintetracianidoželozov(III) tetraklorokuprat(II)<br />
Odgovor:<br />
a) NH4[PtCl3(H2O)]<br />
b) [Ag(NH3)2]Br<br />
c) Rb[MoCl2O2(H2O)]<br />
d) Li[Cu(OH)3(H2O)]<br />
e) [CrCl2(H2O)2(NH3)2]Cl<br />
f) [PtCl(H2O)3]2(SO4)<br />
g) [Fe(CN)4(NH3)2]2[CuCl4]<br />
8. Kakšna je energija d orbital, ko je kovinski atom obdan s 6 elektronskimi pari v ogliščih<br />
oktaedra?<br />
Odgovor:<br />
d orbitale centralnega atoma (dxy, dxz in dyz) »ležijo« med osmi xy, xz in yz. Preostali 2<br />
orbitali pa sta nameščeni vzdolž osi (dx 2 –y 2 in dz 2 ).<br />
54
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Energije vseh petih orbital so enake (1). Predpostavimo, da 12 elektronov kroži okrog<br />
centralnega atoma na enaki oddaljenosti po krogelni ploskvi. Zaradi odboja med 12 elektroni<br />
in valenčnimi elektroni centralnega atoma pride do povečanja energije vseh petih orbital (2).<br />
Sedaj »razvrstimo« elektrone po parih in jih namestimo vzdolž koordinatnih osi tako, da je<br />
2 2 2<br />
vseh 6 parov na isti oddaljenosti od centra atoma (3). Ker ležita orbitali dx –y in dz na oseh,<br />
je elektrostatični odboj med temi pari in elektroni v teh dveh orbitalah večji kot pa odboj<br />
med pari in orbitalami dxy, dxz in dyz. Te tri orbitale ležijo med osmi in je zato povprečna<br />
oddaljenost med elektronskimi pari in elektroni v teh orbitalah manjša.<br />
Zaradi enake skupne oddaljenosti mora biti skupna energija enaka kot pri (2). To pa je<br />
možno le, če se energija orbital dxy, dxz in dyz zmanjša ravno za toliko, za kolikor se poveča<br />
2 2 2<br />
energija orbital dx –y in dz .<br />
Vsota zmanjšanja in povečanja mora potemtakem biti enaka 0. Če je energijska razlika med<br />
spodnjimi in zgornjimi orbitalami enaka Δ, mora veljati:<br />
3×E– = 2×E+ in E– + E+ = Δ<br />
Iz teh dveh enačb sledi, da je E+ = (3/5)Δ in E– = (2/5)Δ.<br />
55
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Če sedaj povežemo 6 točk, ki so na enakih oddaljenostih od centra atoma in ležijo na oseh x,<br />
y in z, dobimo oktaeder.<br />
9. Kako so d orbitale centralnega atoma zasedene z elektroni, če je centralni atom obdan s<br />
šestimi enakimi ligandi, ki okoli njega opišejo oktaeder.<br />
Odgovor:<br />
Kako se bodo elektroni razvrstili v oktaedrskem polju ligandov, bo odvisno od velikosti<br />
energija cepitve Δ = 10 Dq.<br />
Prvi trije elektroni (glej na sliki d 1 , d 2 in d 3 ) se – v skladu s Hundovim načelom –<br />
posamično razvrstijo v »spodnje« tri orbitale, dxy, dxz in dyz. Četrti elektron ima dve<br />
možnosti: »lahko gre« v eno izmed »gornjih« dveh orbital; za to je potrebna energija Δ.<br />
Lahko se pridruži kateremukoli elektronu v eni izmed »spodnjih« treh orbital; nastane<br />
elektronski par. Oba elektrona se sedaj gibljeta v istem prostoru (v isti orbitali). Zaradi tega<br />
je med njima večja odbojna sila, kot če sta v dveh različnih orbitalah. Za premagovanje<br />
odbojne sile pa je prav tako potrebna energija Es. Torej:<br />
a) če bo energija Δ večja od Es (Δ > Es), se 4., 5., in 6. elektron (glej slike d 4 , d 5 in d 6 ) – v<br />
skladu s Paulijevim izključitvenim principom – pridruži elektronom v spodnjih<br />
orbitalalah.<br />
56
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
b) če bo ta energija manjša (Δ < Es), »gresta« 4. in 5. elektron raje v zgornji dve orbitali<br />
(glej sliki d 4 , d 5 ). Ostali elektroni (d 6 , d 7 , d 8 , d 9 , d 10 ) se razvrščajo v skladu s Paulijevim<br />
izključitvenim principom.<br />
10. Kaj je magnetni moment in kako lahko iz magnetnega momenta ugotovimo ali je<br />
koordinacijska zvrst nizko- ali visokospinska.<br />
Odgovor:<br />
Magnetni moment imajo paramagnetne snovi, izračunamo pa se ga lahko iz sile, s katero<br />
magnetno polje privlači snov. Čim večje je število nesparjenih elektronov, tem višji je<br />
magnetni moment. Če primerjamo sliki v nalogi 7, ugotovimo, da je razporeditev elektronov<br />
v obeh primerih enaka za d 1 , d 2 , d 3 , d 8 , d 9 d 10 . To pa ne velja za preostale štiri elektronske<br />
konfiguracije: d 4 , d 5 d 6 , d 7 . V tabeli je podano število samskih (enako usmerjenih)<br />
elektronov pod a) Δ > Es in b) Δ < Es.<br />
Število samskih elektronov:<br />
Elekt. konfig. d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 10<br />
Nizkospinski 1 2 3 2 1 0 1 2 1 0<br />
Visokospinski 1 1 3 4 5 4 3 2 1 0<br />
11. Nariši oktaedrsko zvrst MAE5 (M = kovina, A in E so ligandi). Okoli katere osi moramo<br />
zasukati posamezno sliko in za koliko °, da dobimo naslednjo sliko v vrsti? Ali smo jo<br />
zasukali v smeri urinega kazalca (SUK) ali v nasprotni smeri urinega kazalca (NSUK). Pri<br />
SUK se mora vijak gibati (pogrezati) v smeri od glave proti konici.<br />
Odgovor:<br />
x<br />
SUK<br />
z<br />
y<br />
E<br />
A<br />
E<br />
M<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
M<br />
E<br />
A<br />
E E<br />
a b c d e<br />
E<br />
E<br />
M<br />
E<br />
E<br />
A<br />
E<br />
E<br />
E<br />
M<br />
A<br />
E<br />
E<br />
57
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Vse narisane slike od a do e predstavljajo isto oktaedrsko zvrst, le prikazane so iz različnih<br />
perspektiv. Če to velja, lahko katerokoli izmed slik dobimo z ustrezno »preslikavo« ostalih<br />
slik.<br />
a → b: zasuk okoli osi x v NSUK<br />
b → c: zasuk okoli osi y v NSUK<br />
a → b: zasuk okoli osi x v NSUK<br />
a → b: zasuk okoli osi x v NSUK<br />
12. Na sliki so upodobljene različno orientirane cis in trans oktaedrske zvrsti MA2E4 (M =<br />
kovina, A in E so ligandi)<br />
x<br />
z SUK<br />
y<br />
E<br />
y<br />
A<br />
E<br />
M<br />
E<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
a b c d e<br />
Obkroži pravilne trditve:<br />
cis so: a b c d e<br />
trans so: a b c d e.<br />
Kako moramo zasukati c, da dobimo b in e?<br />
Odgovor:<br />
cis so: b, c in e (vse tri zvrsti so ekvivalentne)<br />
trans so: a in d. (obe zvrsti sta ekvivalentni)<br />
c → b: zasuk okoli osi z v SUK<br />
c → e: zasuk okoli osi y v NSUK<br />
13. Oglej si sliko k nalogi 5 in ugotovi, kako moraš zasukati sliko b, da dobiš sliki c in e. Kaj<br />
moraš storiti s sliko a, da postane b?<br />
Odgovor:<br />
da preslikaš izomer b v c, ga moraš okrog osi z zasukati za 180° v SUK ali pa v NSUK.<br />
x<br />
z SUK<br />
y<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
E<br />
E<br />
Da preslikaš b v e, moraš b najprej zasukati za 180° okoli osi z, nato pa še za 90° okoli osi y<br />
v SUK.<br />
x<br />
z SUK<br />
y<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
E<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
A<br />
E<br />
E<br />
E<br />
E<br />
M<br />
E<br />
A<br />
E<br />
E<br />
A<br />
E<br />
M<br />
E<br />
58<br />
E<br />
A
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Enako sliko dobiš, če b zasukaš najprej za 90° okoli osi z v SUK, nato pa še za 90° okoli osi<br />
x v NSUK.<br />
14. Koliko različnih geometrijskih izomer je možnih, če ima oktaedrska zvrst formulo MA3E3?<br />
Kako jih označimo (ločimo)? Katere izmed spodnjih slik so identične? Kako jih s sukanjem<br />
med seboj uskladimo? Ali je kateri izmed obeh izomerov optično aktiven?<br />
x<br />
z SUK<br />
y<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
A<br />
A<br />
G<br />
G<br />
A<br />
M<br />
E<br />
G<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E E<br />
G<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
a b c d e<br />
Odgovor:<br />
ligandi A in E lahko zasedejo »polkrog« (a in d) ali pa so razvrščeni na ogliščih dveh<br />
nasprotnih ploskev (b, c in e).<br />
izomera a in d sta identična: označimo ju z trans ali mer<br />
izomeri b, c in e so identični: označimo jih s cis ali AC<br />
Noben izomer ni optično aktiven.<br />
a → d: zasuk okoli osi x za 180°<br />
b → c: zasuk okoli osi z za 90° v NSUK<br />
b → e: najprej zasuk okoli osi x za 180°, nato zasuk okoli osi z za 180° (lahko tudi v<br />
nasprotnem vrstnem redu).<br />
Noben izmed izomerov ni optično aktiven.<br />
Trans izomer ima ravnino simetrije v ravnini yz, pri cis izomeru pa najprej z zrcaljenjem in<br />
nato z zasukom dokažemo, da se zrcalna slika ujema z originalom.<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
E<br />
A<br />
A<br />
E<br />
trans<br />
A<br />
M<br />
E cis<br />
A<br />
A<br />
15. Ali sta upodobljeni oktaedrski zvrsti MA2E2G2 geometrijska ali optična izomera?<br />
A<br />
M<br />
E<br />
A<br />
E<br />
E<br />
E<br />
Z<br />
E<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
A<br />
E<br />
A<br />
A<br />
E<br />
A<br />
E<br />
M<br />
A<br />
A<br />
E<br />
E<br />
A<br />
E<br />
M<br />
A<br />
A<br />
59<br />
E
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
Odgovor:<br />
geometrijska izomera ne moreta biti, saj so lege v <strong>skupina</strong>h A, E in G v obeh primerih<br />
sosednje, torej »na nek način« identične. Ali sta optični izomeri?<br />
Poskušajmo prvo sliko zasukati tako, da se bo »prekrivalo« čim več atomov. Če zasukamo a<br />
v SUK okrog osi z za 90°, dobimo b. Primerjava kaže, da se par E in G ne prekrivata, zato<br />
sta izomera optično aktivna.<br />
E<br />
E<br />
x<br />
A<br />
G<br />
A<br />
M<br />
G<br />
A<br />
M<br />
E<br />
G<br />
G<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
G G<br />
a b c<br />
y<br />
G<br />
G<br />
G<br />
G<br />
M<br />
cis trans<br />
A<br />
E<br />
G<br />
G<br />
E<br />
z SUK<br />
16. Kako je z oktaedrska zvrstjo s formulo MAEG4? Kako jih razlikujemo in kako označimo<br />
(ločimo)? Katere izmed spodnjih slik so identične? Ali je kateri izmed izomer optično<br />
aktiven?<br />
A<br />
A<br />
G<br />
G<br />
G<br />
E<br />
G<br />
M<br />
G<br />
G<br />
G<br />
G<br />
G<br />
M<br />
E<br />
G<br />
G<br />
a b c<br />
d e<br />
Odgovor:<br />
liganda A in E sta lahko soseda (cis) ali pa ležita na nasprotnih straneh centralnega atoma –<br />
(trans). Drugih možnosti ni.<br />
Identične slike so a, c in d (cis izomer) ter b in e (trans izomer).<br />
a → c: zasuk okoli osi y za 90° v NSUK in nato zasuk okoli osi x za 90° v SUK<br />
a → d: zasuk okoli osi x za 90° v NSUK in nato zasuk okoli osi z za 180°<br />
b → e: zasuk okoli osi y za 90° NSUK<br />
Oba izomera sta optično neaktivna, saj imata oba ravnino simetrije; cis izomer v ravnini xz,<br />
trans izomer pa v ravnini xy.<br />
E<br />
A<br />
A<br />
M<br />
E<br />
G<br />
A<br />
G<br />
G<br />
A<br />
M<br />
E<br />
G<br />
G<br />
G<br />
E<br />
E<br />
G<br />
M<br />
G<br />
A<br />
M<br />
G<br />
A<br />
G<br />
A<br />
E<br />
G<br />
G<br />
M<br />
G<br />
E<br />
A<br />
E<br />
G<br />
M<br />
G<br />
A<br />
60<br />
G
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
17. Kako je z oktaedrsko zvrstjo MAE2G3? Kako razlikujemo (ločimo) izomere med seboj?<br />
Katere izmed spodnjih slik so identične? Ali je kateri izmed izomerov optično aktiven?<br />
x<br />
z SUK<br />
y<br />
E<br />
G<br />
A<br />
M<br />
E<br />
G<br />
G<br />
E<br />
G<br />
A<br />
M<br />
G<br />
G<br />
E<br />
E<br />
G<br />
A<br />
M<br />
G<br />
a b c d e<br />
Odgovor:<br />
tu se je treba rešitve lotiti bolj sistematično. Najprej začnemo s tistimi ligandi, ki jih je<br />
najmanj, torej ligandom A.<br />
b) postavimo ga na »vidno« mesto, denimo v zgornje oglišče oktaedra. Nato pozicioniramo<br />
naslednja dva ligande z oznako E. Prvega postavimo nasproti A, v spodnje oglišče. Drugi<br />
ligand E lahko postavimo le še v katerokoli oglišče, ki leži v ravnini xy, ki je pravokotna<br />
na os A–M–E. Tako dobimo sliko a<br />
c) A obdržimo na vrhu. E, ki je nasproten A-ju postavimo v osnovno ploskev in ga<br />
zamenjamo z G. To lahko naredimo na dva načina. Liganda E v ravnini xy sta lahko<br />
soseda, dobimo b<br />
d) ali pa sta si nasprotna; dobimo c.<br />
Možnosti so s tem izčrpane. Taka vrsta spojine ima potemtakem lahko le tri izomere.<br />
Identična sta izomera na slikah a in d ter b in e.<br />
Izomer a ni optično aktiven, saj ima ravnino simetrije v ravnini xz. Izomer b ima ravnino<br />
simetrije v ravnini premic x = y in osi z, izomer c pa, tako kot a, v ravnini xz.<br />
E<br />
G<br />
A<br />
M<br />
E<br />
G<br />
G<br />
E<br />
G<br />
A<br />
M<br />
G<br />
a b<br />
18. Kaj pa oktaedri MA2E2G2? Kako narišemo pravo število izomer, ne da bi jih med seboj<br />
pomešali? Ali je kateri izmed geometrijskih izomerov optično aktiven?<br />
Odgovor:<br />
x<br />
z SUK<br />
y<br />
G<br />
E<br />
A<br />
M<br />
A<br />
G<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
M<br />
A<br />
G<br />
G<br />
G<br />
A<br />
G<br />
E<br />
A<br />
M<br />
E<br />
a b c<br />
d e<br />
G<br />
E<br />
E<br />
E<br />
G<br />
G<br />
E<br />
A<br />
A<br />
G<br />
A<br />
M<br />
G<br />
c<br />
A<br />
M<br />
G<br />
G<br />
M<br />
G<br />
G<br />
E<br />
E<br />
E<br />
G<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
A<br />
A<br />
M<br />
G<br />
G<br />
M<br />
E<br />
G<br />
61<br />
G<br />
E<br />
G
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
b) izhodišče bosta liganda A. Najprej ju postavimo v nasprotni oglišči. Liganda E in liganda<br />
G morata biti nameščena v »osnovi« ploskvi, to je v ravnini xy. V tem primeru sta lahko<br />
njuni legi<br />
i. nasprotni; izomer a<br />
ii. sosednji; izomer b<br />
c) liganda A naj bosta soseda. Z ligandoma E in G sistematsko postopamo takole:<br />
iii. oba liganda E naj bosta nasprotna ligandoma A; izomer c<br />
iv. oba liganda G naj bosta nasprotna ligandoma A; izomer d<br />
c) vsi trije istovrstni ligandi naj bodo na sosednjih legah (ogliščih)<br />
v. imamo izomer d.<br />
Izomerov je potemtakem 5.<br />
Prvi štirje izomeri, a, b, c in d, niso optično aktivni, saj imajo vsi štirje vsaj po eno ravnino<br />
simetrije:<br />
– izomer a jo ima v ravnini xy<br />
– izomer b prav tako v ravnini yx<br />
– izomer c jo ima v ravnini yz<br />
– prav tako tudi izomer d<br />
Izomer e je optično aktiven.<br />
x<br />
SUK<br />
z<br />
y<br />
G<br />
E<br />
A<br />
M<br />
A<br />
G<br />
E<br />
E<br />
E<br />
A<br />
M<br />
A<br />
G<br />
G<br />
a b c<br />
d<br />
19. Nariši vse izomere oktaedrske zvrsti s formulo MAEGH3? Ali je kateri izmed izomer tudi<br />
optično aktiven?<br />
Odgovor:<br />
x<br />
SUK<br />
z<br />
y<br />
G<br />
H<br />
A<br />
M<br />
E<br />
H<br />
H<br />
E<br />
H<br />
A<br />
M<br />
G<br />
H<br />
H<br />
a b c<br />
d<br />
izhodiščni položaj (vrh bipiramide) lahko zavzame katerikoli izmed enakovrednih ligandov<br />
A, E ali G; vzemimo A.<br />
b) nasproti ligandu A mora biti vsaj enkrat ligand E (izomer a) in<br />
c) G (izomer b). V spodnji vrh bipiramide namestimo še H. Toda v tem primeru sta za<br />
ligande E, G in dva H v ravnini xy dve možni razporeditvi:<br />
d) oba H (torej nujno tudi G in E) sta na nasprotnih ogliščih v ravnini xy (izomer c)<br />
e) ali pa sta soseda v (isti) ravnini xy (izomer d).<br />
E<br />
H<br />
G<br />
A<br />
M<br />
H<br />
A<br />
G<br />
A<br />
M<br />
H<br />
E<br />
E<br />
G<br />
G<br />
E<br />
A<br />
M<br />
H<br />
E<br />
A<br />
H<br />
H<br />
A<br />
M<br />
G<br />
E<br />
G<br />
62
Kemija elementov glavnih skupin; naloge Boris Čeh<br />
G<br />
H<br />
Prvi trije izomeri niso optično aktivni, ker imajo vsak vsaj po eno ravnino simetrije<br />
A<br />
M<br />
E<br />
H<br />
H<br />
E<br />
H<br />
A<br />
M<br />
G<br />
a b c<br />
Ali je izomer d optično aktiven? Preverimo!<br />
Ko zrcalno sliko zasukamo okoli osi z za 90° v SUK, se<br />
ta ne prekrije z originalom; E in G sta na nasprotni strani.<br />
Izomer d je torej optično aktiven.<br />
H<br />
H<br />
E<br />
H<br />
A<br />
M<br />
H<br />
G<br />
H<br />
E<br />
H<br />
H<br />
A<br />
M<br />
H<br />
A<br />
G<br />
E<br />
H<br />
M<br />
G H<br />
H<br />
Z<br />
G<br />
A<br />
H<br />
M<br />
H E<br />
H<br />
63