🌋 Kyslík a síra

Kolem nás

O čem to je

Bez kyslíku nevydržíš ani pár minut. Vysoko v atmosféře nás jeho zvláštní podoba – ozon – chrání před spálením UV zářením. Síra zase páchne ze sopek a zkažených vajec, a přitom se z ní vyrábí nejdůležitější průmyslová chemikálie: kyselina sírová.

Nové pojmy

ChalkogenyPrvky 16. skupiny: kyslík O, síra S, selen Se, tellur Te. Mají 6 valenčních elektronů (ns² np⁴).
AlotropieJeden prvek ve více podobách s různým uspořádáním atomů.kyslík O₂ a ozon O₃
OxidSloučenina prvku s kyslíkem (kyslík má −II).CO₂, CaO, SO₂
KatalyzátorLátka, která urychlí reakci a sama se nespotřebuje.

Kyslík

Kyslík tvoří 21 % vzduchu a je to nejrozšířenější prvek zemské kůry. V laboratoři se snadno připraví z peroxidu vodíku, když se přidá burel MnO₂ jako katalyzátor: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂.

Ozon O₃Molekula ze tří atomů kyslíku. Má štiplavý zápach a je silně oxidující.
  • Ve stratosféře (asi 15–35 km) tvoří ozonovou vrstvu, která pohlcuje škodlivé UV záření.
  • U země vzniká v létě ze zplodin aut a slunečního světla (smog). Dráždí plíce.

Kyselé a zásadité oxidy

  • Oxidy nekovů jsou kyselé – s vodou dávají kyselinu: SO₂ + H₂O → H₂SO₃.
  • Oxidy kovů jsou zásadité – s vodou dávají hydroxid: CaO + H₂O → Ca(OH)₂.

Roztřiď oxidy. Rozhoduje, jestli je druhý prvek kov, nebo nekov.

Síra

Síra je žlutá pevná látka. Běžná kosočtverečná síra má molekuly S₈ – osm atomů v kroužku.

  • H₂S sulfan – jedovatý plyn, páchne po zkažených vejcích.
  • SO₂ oxid siřičitý – vzniká spalováním uhlí se sírou; způsobuje kyselé deště; v malém množství konzervuje víno (siření).
  • H₂SO₄ kyselina sírová – síra má oxidační číslo VI; v autobateriích, na výrobu hnojiv.

Jak se vyrábí kyselina sírová

Spálí se síra: S + O₂ → SO₂.
SO₂ se oxiduje na SO₃ na katalyzátoru V₂O₅: 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃.
SO₃ se pohltí v koncentrované H₂SO₄ – vznikne oleum.
Oleum se zředí vodou na kyselinu sírovou.
Proč koncentrovaná kyselina sírová zčerná cukr?
Je silně dehydratační – odebírá z látek vodu. Cukr C₁₂H₂₂O₁₁ obsahuje vodík a kyslík v poměru jako voda. Kyselina mu je „vytrhne“ a zbude černý uhlík.
Jak správně ředit koncentrovanou kyselinu sírovou?
Vždy lít kyselinu do vody, pomalu a za míchání. Při ředění se uvolňuje velké teplo. Kdybys lil vodu do kyseliny, voda by se na povrchu prudce vařila a kyselina by vystříkla.
✗CaO je kyselý oxid, protože obsahuje kyslík.
✓CaO je zásaditý oxid – s vodou dává hydroxid Ca(OH)₂.

Kyslík je ve všech oxidech. O kyselosti rozhoduje druhý prvek: kov → zásaditý, nekov → kyselý.

16. skupina, 6 valenčních elektronů. O₂ a O₃ (ozonová vrstva). Oxidy nekovů kyselé, kovů zásadité. Síra S₈, H₂S páchne, SO₂ kyselé deště, H₂SO₄ (SVI) kontaktním způsobem s V₂O₅.

Rovnicemi

O čem to je

Kyslík a síra mají stejnou stavbu valenční vrstvy, a proto podobné sloučeniny: H₂O a H₂S, oxidy a sulfidy. Tady je projdeme pomocí rovnic – co vzniká, jak a proč.

Nové pojmy

Valenční elektronyElektrony v nejvyšší vrstvě. O a S jich mají 6 (ns² np⁴); chybí jim 2 do zaplnění, proto často tvoří anionty O²⁻, S²⁻.
Oxidační číslo (OČ)Formální náboj atomu. Kyslík má skoro vždy −II (v peroxidech −I). Síra od −II (H₂S) do VI (H₂SO₄).
DehydrataceOdebrání vody z látky.
OleumRoztok SO₃ v koncentrované kyselině sírové (obsahuje H₂S₂O₇).

Kyslík – rovnice

  • Laboratorní příprava: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ (katalyzátor MnO₂)
  • Průmysl: frakční destilace zkapalněného vzduchu
  • Hoření: C + O₂ → CO₂; S + O₂ → SO₂
  • Ozon: 3 O₂ → 2 O₃ (UV záření nebo elektrický výboj)

Oxidy a voda

OxidTypReakce s vodou
SO₂kyselýSO₂ + H₂O → H₂SO₃
SO₃kyselýSO₃ + H₂O → H₂SO₄
CO₂kyselýCO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃
CaOzásaditýCaO + H₂O → Ca(OH)₂
Na₂OzásaditýNa₂O + H₂O → 2 NaOH
Jak vznikají kyselé deště ze spalování uhlí?
Uhlí obsahuje síru: S + O₂ → SO₂. Ve vzduchu se SO₂ dál oxiduje a s vodou tvoří kyseliny: SO₂ + H₂O → H₂SO₃, SO₃ + H₂O → H₂SO₄. Kyseliny spadnou s deštěm.

Síra – oxidační čísla

Otoč karty – zkus oxidační číslo síry spočítat nejdřív sám.

  • H₂S sulfan – S−II, páchne po zkažených vejcích
  • S₈ síra – S⁰, kosočtverečná
  • SO₂ – SIV, siření vína, kyselé deště
  • H₂SO₄ – SVI, akumulátory, hnojiva

Kontaktní výroba H₂SO₄

S + O₂ → SO₂
2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃ (katalyzátor V₂O₅, asi 450 °C)
SO₃ + H₂SO₄ → H₂S₂O₇ (oleum) – SO₃ se nepohlcuje přímo do vody, tvořila by se mlha kyseliny
H₂S₂O₇ + H₂O → 2 H₂SO₄
Urči oxidační číslo síry v H₂SO₄.
H: 2 · (+1) = +2. O: 4 · (−2) = −8. 2 + S − 8 = 0 → S = VI.

Vlastnosti koncentrované H₂SO₄

  • dehydratační – zuhelnatí cukr, papír, dřevo: C₁₂H₂₂O₁₁ → 12 C + 11 H₂O
  • oxidační (za horka) – rozpouští i měď
  • při ředění se uvolňuje mnoho tepla → kyselinu lít do vody
✗SO₃ se při výrobě kyseliny sírové pohlcuje přímo ve vodě.
✓SO₃ se pohlcuje v koncentrované H₂SO₄ (vzniká oleum) a to se ředí vodou.

S vodou reaguje SO₃ tak prudce, že vzniká mlha drobných kapiček kyseliny, která se špatně zachycuje.

O: −II, příprava z H₂O₂ (MnO₂), ozon O₃. Oxidy nekovů + voda → kyseliny, oxidy kovů + voda → hydroxidy. Síra −II až VI. H₂SO₄: S → SO₂ → SO₃ (V₂O₅) → oleum → H₂SO₄.
🌾Dusík a fosfor🧴Halogeny