1A skupina;alkalijske kovine

1 skupina;alkalijske kovine 1. Katera izmed spojin je najbolj topna v vodi? Zakaj? NaCl, KBr, RbBr ali NaF? dgovor: Topnost je odvisna od mrežne entalpije Δ mr (energija, potrebna za razgradnjo kristala na anione in katione). Ta pa je odvisna od naboja kationa in aniona ter od njune velikosti oziroma od njune medsebojne oddaljenosti ter zgradbe kristala. remo sorazmerna je zmnožku obeh nabojev in obratno sorazmerna oddaljenosti med centroma obeh ionov: z 1 z 2 /d K. Ker sta naboja ionov pri vseh štirih spojinah ista, ( z 1 = z 2 = 1, je dovolj, če primerjamo medsebojne oddaljenosti ionov. Najbolj sta pri dotiku oddaljena iona Rb + in Br pri spojini RbBr, saj sta oba elementa v periodnem sistemu razvrščena najnižje v skupinah 1 in 7. Zato je med vsemi spojinami Δ dis pri RbBr najmanjša, topnost pa največja. 2. Kako reagirajo elementi Li, Na in K s kisikom? Napiši reakcije in uredi jih. dgovor: lede na to, da so vse tri kovine v 1 skupini, bi pričakovali, da bodo formule oksidov 2 ( = Li, Na, K, Rb in Cs). Vendar pa samo litij reagira s kisikom do Li 2. Natrij se s kisikom spoji v natrijev peroksid Na 2 2, K pa v kalijev superoksid K 2. Reakcije so: 4 Li(s) + 2 (g) 2 Li 2 (s) 2 Na(s) + 2 (g) Na 2 2(s) K(s) + 2 (g) K 2 (s). 3. Kateri izmed elementov je najboljši reducent, Na, K ali Rb? Zakaj? dgovor: Reducent reducira neko drugo zvrst, sam pa se pri tem oksidira, torej odda elektrone. Najboljši reducent bo tista zvrst, ki bo»najlažje«oddala elektrone. ed danimi elementi jih bo najlažje oddal tisti, ki bo sestavljen iz največjih atomov, to pa je rubidij, saj je v skupini pod Na in K. ri večjem atomu je elektron bolj oddaljen od jedra in je zato ionizacijska energija elementa (atoma) nižja; od tod sklepamo, da bo najboljši reducent. 4. Napiši, kaj nastane, če litijev oksid reagira z vodo. Kateri so produkti, če z vodo reagira natrijev peroksid? Reakciji uredi. dgovor: Reakcije so: Li 2 (s) + 2 (l) 2 Li(aq) 2 Na 2 2 (s) + 2 2 (l) 4 Na(aq) + 2 (g). 5. estavini smodnika sta tudi žveplo in oglje. Napiši reakcijo, ki poteče med ogljikom in tretjo sestavino smodnika. dgovor: V smodniku je poleg oglja C in žvepla tudi oksidant KN 3. Reakcija med ogljikom in kalijevim nitratom poteče takole: 1

Kemija elementov glavnih skupin; naloge 4 KN 3 (s) + 3 C(s) 2 K 2 C 3 (s) + 3 C 2 (g). 6. Litij je eden redkih elementov, ki reagira pri sobni temperaturi z dušikom tako, da nastane nitrid. Napiši in uredi enačbo reakcije. Zakaj nastane amonijak, če nitrid reagira z vodo? Kam uvrščamo to reakcijo? dgovor: ri reakciji litija z magnezijem nastane litijev nitrid: 6 Li(s) + N K (g) 2 Li 3 N(s) Litijev nitrid je ionska spojina, sestavljena iz Li + in N 3 ionov. Ker ima nitridni anion velik negativni naboj (3 ) je zelo močna baza, zato zlahka reagira z molekulo vode tako, da ji»odvzame«proton: N 3 (aq) + 2 (l) N 2 (aq) + (aq) Tudi ion N 2 je še vedno dovolj močna baza, da zlahka reagira z vodo; nastane: N 2 (aq) + 2 (l) N 2 (aq) + (aq). Celo ion N 2 je še dovolj bazičen, da odvzame vodi proton: N 2 (aq) + 2 (l) N 3 (aq) (aq). Raztopina amoniaka v vodi je bazična. 7. Kaj nastane, če v raztopino natrijevega hidroksida uvajamo po cevki ogljikov dioksid? Napiši enačbo reakcije in jo uredi. Kam lahko uvrstiš to reakcijo? dgovor: Natrijev hidroksid je baza, C 2 pa je anhidrid ogljikove kisline, ki jo včasih zapišemo kot 2 C 3, čeprav v taki obliki ogljikova kislina ne obstaja. Reakcijo med Na in C 2 uvrščamo med kislinsko-bazne reakcije. Ker nastane pri reakciji C 3 2 ion, ne moremo govoriti o Brønstedovi pač pa Lewisovi kislinsko-bazni reakciji. oglejmo, kako nastane karbonatni ion C 3 2 : (aq) + C 2 (aq) C 3 (aq) C C karbonatni ion reagira s prebitnimi hidroksidnimi ioni (aq) + C 3 (aq) C3 2 (aq) + 2 (l) C C 2

8. Napiši reakcijo elektrolize CsCl. Napiši reakciji, ki potekata na obeh elektrodah. Kje je potrebna višja napetost, pri elektrolizi NaCl, KCl ali RbCl? Zakaj? dgovor: elektroliza 2 NaCl(l) 2 Na(l) + Cl 2 (g) katoda: 2 Na + (l) + 2 e 2 Na(l) anoda: 2 Cl (l) Cl 2 (g) Najvišja napetost je potrebna pri elektrolizi RbCl, zato ker je Rb med vsemi tremi kovinami (Na, K in Rb) najmočnejši reducent. 9. Naštej (poimensko) in zapiši formule vsaj štirih pomembnih spojine natrija. dgovor: Čilski soliter (natrijev nitrat, NaN 3 ), soda (natrijev karbonat, Na 2 C 3 ), sol (kuhinjska sol, kamena sol, halit, NaCl), lauberjeva sol (natrijev sulfat dekahidrat, Na 2 4 10 2 ). 10. oskušaj napisati produkte, ki nastanejo pri naslednjih kislinsko-baznih reakcijah. a) Na(aq) + 2 4 (aq) b) K(aq) + 3 4 (aq) dgovor: ker je kislina dvo- oziroma trivalentna, nastanejo lahko tudi hidrogen- in dihidrogensoli. Na(aq) + 2 4 (aq) Na 4 (aq) + 2 (l) Na(aq) + Na 4 (aq) Na 2 4 (aq) + 2 (l) K(aq) + 3 4 (aq) K 2 4 (aq) + 2 (l) K(aq) + K 2 4 (aq) K 2 4 (aq) + 2 (l) K(aq) + K 2 4 (aq) K 3 4 (aq) + 2 (l) 11. Na levi strani vsake puščice zapiši primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice prave produkte. ri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in enačbe reakcij uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko je snov v trdnem stanju. Na Na Na Na 2 C 3 C 2 CaC 3 CaCl 2 dgovor: Na Na 2 Na(s) + 2 (g) 2 Na(s) Za reakcijo z natrijem potrebujemo plinasti vodik. Nastane le en produkt, natrijev hidrid. Natrij je kovina, delci (kovinski kationi) so povezani med seboj s kovinsko vezjo. Vodik je v trdnem stanju pri temperaturah, ki so nižje od 259 C. olekule vodika so povezane med seboj s šibkimi medmolekulskimi silami, točneje z disperzijskimi silami, saj molekula vodika nima dipolnega momenta. Na je sestavljen iz kationov Na + in anionov. Kationi ni anioni so povezani s ionsko vezjo. 3

stale reakcije (uredite jih) so: Na(s) + 2 (l) Na(aq) + 2 (g) Na(aq) + C 2 (aq) Na 2 C 3 (aq) + 2 (l) Na 2 C 3 (aq) + Cl(aq) NaCl(aq) + 2 (l) C 2 (g) + Ca(s) CaC 3 (s) CaC 3 (s) + Cl(aq) CaCl 2 (aq) + 2 (l) + C 2 (g) Na(s) kovinska vez 2 (g) van der Waalsova (medmolekulska) vez; disperzijske sile 2 (l) van der Waalsova vez (orientacijske sile) in -vez Na(aq) hidratirani ioni Na + in v vodni raztop., Na + (aq) in (aq) (sile ion- dipol) C 2 van der Waalsova vez (disperzijske sile) Na 2 C 3 (aq) ioni Na + 2 (aq) in C 3 (aq) v vodni raztopini, (sile ion- dipol) Cl(g) van der Waalsova vez (orientacijske sile); toda le v tekočini in trdnem stanju Ca(s) ionska vez; Ca 2+ in 2 ioni CaC 3 (s) ionska vez; Ca 2+ 2 in C 3 ioni Cl(aq) hidratirani ioni 3 + in Cl 12. Nariši Lewisovo strukturo peroksidnega iona. Kakšen je red vezi med kisikovima atomoma? Katera molekula/ion je izoelektronski s peroksidnim ionom? dgovor: Ion 2 2 ima 2 6 + 2 elektr. = 14 elektr. 14/2 = 7 Vl. Izoelektronske so tiste zvrsti, ki imajo enako število valenčnih elektronov. Ion 2 2 (2 6 + 2 = 14) in molekula Cl 2 (2 7 = 14) sta izoelektronska. 13. oskusi ugotoviti, kaj bi nastalo, če natrij reagira z etanolom. dgovor: Če primerjamo molekulo etanola (C 2 5 ) z molekulo vode ), ugotovimo, da je en vodikov atom zamenjan z etilno (C 2 5 ) skupino. odobno kot pri vodi, reducira natrij vodik, ki je v etanolu vezan na kisikov atom: 2 C 2 5 (l) + 2 Na(s) 2 Na(C 2 5 )(s) + 2 (g) 14. Napiši protolitsko reakcijo, ki poteče v vodni raztopini natrijevega dekaoksotrifosfata (lahko tudi dekaoksidotrifosfat). dgovor: 3 10 5 (aq) + 2 (l) 3 10 4 (aq) + (aq) 15. Zapiši reakcijo elektrolize kalijevega bromida. Zapiši reakciji, ki pri elektrolizi potekata na obeh elektrodah. dgovor: 4

2 KBr(aq) + 2 2 (l) 2 K(aq) + 2 (g) + Br 2 (l) anoda: 2 Br (aq) Br 2 (l) + 2 e katoda: 2 2 (l) + 2 e 2 (g) + 2 (aq) 5

2 skupina;zemeljskoalkalijske kovine 1. V čem se razlikujeta Be in g? dgovor: lementi 2. periode (od Li do F) se po fizikalnih in kemijskih lastnostih (diagonalne lastnosti) znatno razlikujejo od elementov, ki so v posameznih skupinah pod njimi (od Na do Cl). Be oksid je nereaktiven in reagira z vodo šel pri 600 C. g pa z vodo reagira že pri nekoliko povišani temperaturi. Be je amfoteren (topen v kislinah in bazah), g pa se topi v kislinah. 2. Na levi strani vsake puščice zapiši primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice prave produkt. ri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in enačbe reakcij uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko je snov v trdnem stanju. g g() 2 gc 3 C 2 Na 2 C 3 NaC 3 dgovor: g g() 2 g(s) + 2 (aq) g() 2 (aq) pri reakciji g z vodo nastane magnezijev oksid g() 2. V vodi je slabo topen. za ostale reakcije: C 2 (g); segrevanje; Na(aq); Cl 3. Dopolni in uredi, tako da bo rešitev smiselna in pravilna. Be 2+ Be( 2 ) 4 2+ Be( 2 ) 3 () + ( 2 ) 3 BeBe( 2 ) 3 2+ dgovor: Be 2+ (aq) + 4 2 (l) Be( 2 ) 4 2+ (aq) Be( 2 ) 4 2+ (aq) + 2 (l) Be( 2 ) 3 () + + 3 (aq) + 2 Be( 2 ) 3 () + ( 2 ) 3 Be Be( 2 ) 3 2+ + 2 (l) Be( 2 ) 4 2+ (aq) Be(2 ) 3 () + ( 2 ) 3 Be Be( 2 ) 3 2+ 6

4. olekula berilijevega klorida BeCl 2 je elektronsko deficitarna. Kakšna bo struktura BeCl 2, da bodo imeli Be in Cl atomi okoli sebe oktet elektronov? Cl Cl Be 2- Cl + Cl + Be Cl + Cl + Be 2- Cl + Cl + Be Cl + Cl + Be 2- Cl + Cl + Be Tetraedri BeCl 4 so med seboj povezani preko skupnih robov. 5. Zapiši kemijske reakcije raztapljanja apnenca v deževnici in izločanja kristalov kalcita v kraških jamah (stalagmiti in stalaktiti). dgovor: CaC 3 (s) + C 2 (aq) + 2 (l) Ca(C 3 ) 2 (aq) V deževnih kapljah se raztopi tolikšna (zadostna) količina ogljikovega dioksida C 2, da se nekaj apnenca v deževnici raztopi. Nastane topen kalcijev hidrogenkarbonat, ki se zaradi spremembe temperature v notranjosti kraških jam razkroji v karbonat in C 2 (Le Catelierov princip). Koncentracije Ca(C 3 ) 2 so zelo nizke, proces izločanja kristalov kalcita pa poteka izjemno počasi. 6. Naštej vsaj tri minerale, ki vsebujejo kalcij. dgovor: fluorit CaF 2, dolomit CaC 3 gc 3, kalcit CaC 3. 7. Napiši reakcijo nastanka kalcijevega dihidrogenfosfata in barijevega hidrogensulfata iz ustreznih karbonatov. dgovor: kalcijev hidrogenfosfat Ca( 2 4 ) 2 barijev hidrogensulfat Ba( 4 ) 2 CaC 3 (s) + 2 3 4 (aq) BaC 3 (s) + 2 2 4 (aq) Ca( 2 4 ) 2 + 2 (l) + C 2 (g) Ba( 4 ) 2 + 2 (l) + C 2 (g) 7

8. Napiši reakcijo sežiga dietilmagnezija g(c 2 5 ) 2. dgovor: Če spojine zgorijo pri visoki temperaturi in v prebitnem kisiku, običajno nastanejo obstojni (stabilni) oksidi elementov, iz katerih je spojina sestavljena. g(c 2 5 ) 2 (s) + 7 2 (g) g(s) + 4 C 2 (g) + 5 2 (l) 9. Zapiši reakciji nastanka živega in gašenega apna ter reakcijo, zaradi katere začne po vgradnji malta delovati kot vezivo. dgovor: 1000 C Ca + C 2 2 + CaC 3 2 Ca() 2 C 2 10. Napiši reakcijo magnezija z vročo vodo. dgovor: agnezij je manj reaktiven od»soseda na levi«, natrija. Natrij burno reagira z vodo že pri sobni temperaturi, magnezij pa z vodo reagira šele pri povišanih temperaturah. g(s) + 2 2 (l) g() 2 (aq) + 2 (g) 8

3 skupina 1. Katere elemente druži tim. diagonalna podobnost? dgovor: Li Be B C N K g l i 2. Katere spojine B in i so si v lastnostih podobne (diagonalna podobnost)? dgovor: a) oksidi: B 2 3 in i 2 oba sta»kisla«, se raztapljata (reagirata) z bazami b) oba elementa tvorita hidride c) podobnost med B in i najdemo tudi pri oks(id)oboratih in oks(id)osilikatih d) BCl 3 in icl 4 burno reagirata z vodo. 3. Kako pridobivajo nečist in kako čist bor? dgovor: a) nečist bor pridobijo z reakcijo borovega oksida z magnezijem B 2 3 (s) + 3 g(s) 2 B(s) + 3 g(s) b) čist oksid pa z razkrojem borovega bromida BBr 3 ali jodida BI 3 na žareči volframovi žički 2 BBr 3 (g) 2 B(s) + 3 Br 2 (g) 4. Iz kakšnih strukturnih enot je zgrajen element bor? dgovor: Znanih je veliko alotropskih modifikacij bora, vsem pa je skupno, da se na različne načine med seboj povezujejo ikozaedri B 12. 9

5. Zapiši urejene reakcije nastanka borove kisline z reakcijo med boraksom in klorovodikovo kislino ter boraksom in fosforjevo kislino (privzemi, da nastane hidrogenfosfat). dgovor: ri reakcijah boraksa s kislinami nastanejo vedno natrijeve soli kislin. a) Na 2 B 4 7 10 2 (aq) + 2 Cl(aq) 4 3 B 3 (aq) + 2 NaCl(aq) + 5 2 (l) b) Na 2 B 4 7 10 2 (aq) + 3 4 (aq) 4 3 B 3 (aq) + Na 2 4 (aq) + 5 2 (l) 6. kiciraj strukturo aniona B 4 4 ()() 4 2 v boraksu. dgovor: 7. Zapiši reakcijo protolize borove kisline. Kako bi v tem primeru opredelil vlogo borove kisline in kako vlogo vode? dgovor: B() 3 (aq) + 2 2 (l) B() 4 + + 3 + (aq) B atom v B() 3 ima nezasedeno (prosto) orbitalo pravokotno na ravnino molekule (denimo smer z). olekula vode se pri reakciji razcepi na in + ion. ion donira 10

enega izmed svojih treh prostih elektronskih parov ( ali N) na atomu v prosto z orbitalo na B atomu, + pa se veže na sosednjo molekulo vode. 8. V čem se razlikujeta BF 3 in lf 3? dgovor: BF 3 je hlapna molekulska spojina. V trdnem BF 3 so molekule med seboj povezane izključno z van der Waalsovimi silami. lf 3 ima ionsko zgradbo. tomi F tvorijo kubično najgostejši sklad (zlog). Na sliki levo: atomi F so na sredinah robov kocke, atomi l pa v ogliščih kocke; na sliki desno: oktaedri lf 6 so med seboj paroma povezani preko nasprotnih oglišč). tomi l so obdani s 6 atomi F (v ogliščih oktaedra), atomi F pa z dvema atomoma l (na robovih kocke). oktaedri lf 6 9. Kako lahko pripraviš lbr 3? dgovor: lbr 3 je nestabilen, zato»dimerizira«; dve molekuli se povežeta v l 2 Br 6. ripravimo ga lahko na več načinov a) 2 l(s) + 3 Br 2 (l) 2 l 2 Br 6 (s) b) 2 l(s) + 6 Br(g) l 2 Br 6 (s) + 3 2 (g) c) l 2 3 (s) + 3 C(s) + 3 Br 2 (g) l 2 Br 6 (s) + 3 C(g). 10. oskusi zapisati produkte in enačbe reakcij uredi. a) l 3 (s) + 2 (l) b) NaB 4 (s) + 2 (g) c) l(c 3 ) 3 (s) + 2 (g) d) l 2 3 (s) + 2 (g) dgovor: a) l 3 (s) + 2 (l) l 2 3 (s) + 2 (l) 11

b) NaB 4 (s) + 2 (g) Na(s) + B 2 3 (s) + 2 (l) c) l(c 3 ) 3 (s) + 2 (g) l 2 3 (s) + C 2 (g) + 2 (l) d) l 2 3 (s) + 2 (g) l 2 3 (s) + 2 (g) 4 9 4 6 b) 2 4 2 1 3 c) 2 1 1 6 9 d) 2 9 2 6 11. Napiši reakcije pridobivanja glinice (l 2 3 ) iz boksita po Bayerjevem postopku. dgovor: Boksit je zmes l(), železovih oksidov in silicijevega dioksida. Rudo najprej obdelajo z raztopino Na pri povišanem tlaku in temperaturi: l()(s) + 3 Na(aq) + 2 (l) Na 3 l() 6 (aq) i 2 (s) + Na(aq) Na 4 i 4 (aq) + 2 (l) Fe 2 3 (s) ostanejo neraztopljeni ali pa v obliki Fe 2 3 x 2 Fe 2 3 odstranijo v usedalnikih, v očiščeno raztopino pa uvajajo plinasti C 2 : 2 Na 3 l() 6 (aq) + 6 C 2 (g) l 2 3 (s) + 6 NaC 3 (aq) + 3 2 (l) l 2 3 se izloči, Na 4 i 4 pa ostane raztopljen. l 2 3 dodajo kriolit Na 3 lf 6 zato, da znižajo tališče taline. ri elektrolizi taline se na grafitni anodi izloča kisik, ki z grafitom reagira v C 2. 12. Navedi nekaj primerov uporabe aluminija. dgovor: luminij se uporablja v letalski industriji (duraluminij: zlitina Zn, g, n, i in l), v avtomobilski industriji, v gradbeništvu. 13. Na levi strani vsake izmed puščic zapiši poleg izhodiščnega reaktanta dodatne primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice zapiši produkt. ri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in enačbe reakcij uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko je snov v trdnem stanju. reaktantov in produktov je lahko več. Na 2 B 4 7 10 2 B() 3 B 2 3 B BBr 3 Br dgovor: v vodi: Na 2 B 4 7 10 2 (aq) + Cl(aq) B() 3 (aq) + NaCl(aq) + 2 (l) segrevanje: 2 B() 3 (aq) B 2 3 (s) + 3 2 (l) redukcija: B 2 3 (s) + 3 g(s) 2 B(s) + 3 g(s) bromiranje: 2 B(s) + 3 Br 2 (l) 2 BBr 3 (l) 12

redukcija: 2 BBr 3 (l) + 3 2 (g) 2 B(s) + 6 Br(g) 14. Kako bi lahko pojasnil strukturo najenostavnejšega v skupini spojin bora in vodika (borani) in diborana B 2 6? dgovor: V molekuli B 2 6 je skupo 2 3 + 6 1 = 12 valenčnih elektronov oziroma 6 valenčnih elektronskih parov (Vl) premalo, da bi lahko med seboj povezali vseh 8 atomov. Zato si atomi B in»pomagajo«tako, da se elektronski par razprostre preko 3 atomov in ne preko 2, kot je to običajno pri kemijski vezi. 13

4 skupina 1. Katere alotropske modifikacije ogljika poznaš? Kakšne so njihove strukture? V čem se razlikujejo? dgovor: Znani sta dve naravni obliki ogljika: grafit in diamant. Tretja pomembna oblika, pripravljena v laboratoriju, je fuleren C 60. a) grafit zgradba gafita osnovna celica grafita grafit je zgrajen iz vzporednih, druga proti drugi nekoliko zamaknjenih plasti. V posamezni plasti so atomi ogljika povezani s σ vezmi. ravokotno na plasti so usmerjene atomske 2p z orbitale, ki se med seboj povezane v molekulske orbitale (); te se razprostirajo preko celotne plasti. v plasti predstavljajo delno zaseden valenčni pas. nergijske rzlike med posameznimi so neznatne, zato je grafit prevoden. lasti grafita so povezane z van der Waalsovimi silami. b) diamant zgradba diamanta osnovna celica diamanta 14

notranjost kristala diamanta je sestavljena iz tetraedrov, ki so med seboj povezani preko oglišč. V ogliščih in središču tetraedra so ogljikovi atomi, ki so med seboj povezani z enojnimi σ vezmi. Koti C C C so natanko 109 28. Diamant je električni izolator, pač pa odlično prevaja toploto. c) fuleren molekula fulerena C 60 osnovna celica fulerena C 60 fuleren ima molekulsko zgradbo, sestavljeno iz molekul C 60, ki imajo obliko nogometne žoge (sestavljena iz 12 peterokotnikov in 20 šesterokotnikov). V kristalu fulerena so molekule C 60 pakirane tako, da tvorijo kubično najgostejši sklad. V molekuli fulerena je red vezi med ena in dva, molekule fulerena pa do povezane z medmolekulskimi (van der Waalsovimi) silami. 2. Naštej vsaj pet spojin v neživi naravi, ki vsebujejo ogljik. dgovor: kalcit (CaC 3 ), aragonit (CaC 3 ), magnezit (gc 3 ), dolomit (CaC 3 gc 3 ), ogljikov dioksid (C 2 ) 3. Kakšni pogoji so potrebni, da nastane iz grafita diamant? dgovor: diamant ima kar 57% višjo gostoto od grafita (3,52 g/cm 3 oziroma 2,26 g/cm 3 ). To pomeni, da ista količina diamanta zavzame 36% manjšo prostornino. Zato utegne biti na mestu razmislek, da bi pretvorba lahko potekla pri močno povišanem tlaku. ri sobni temperaturi in povišanem tlaku poteka pretvorba prepočasi, zato je treba grafit segreti nad 1500 C in uporabiti tlak, višji od 50.000 bar. 4. Napiši reakcije pridobivanja nečistega in čistega silicija. dgovor: a) i 2 (s) + 2 C(s) i(s) + 2 C(g) b) i(s) + 2 Cl 2 (g) icl 4 (l) icl 4 (l) + 2 g(s) i(s) + 2 gcl 2 (s) o reakciji z magnezijem nečist silicij pomešajo z vročo vodo. agnezij z vodo reagira in nastane g() 2. gcl 2 se v vodi raztopi. b dodatku kisline se raztopi tudi g() 2. restane čisti silicij. 15

5. V čem se bron razlikuje od medenine? dgovor: Bron je zlitina bakra in kositra, medenina pa bakra in cinka. 6. Naštej nekaj primerov uporabe grafita, diamanta, silicija, germanija, kositra in svinca. a) grafit: različne elektrode (baterije in elektroliza) b) diamant: nakit,brusilna in rezalna orodja c) silicij: polprevodniška industrija, tranzistorji, vezja, čipi d) germanij: polprevodniška industrija e) kositer: tanke prevleke notranjosti pločevink f) svinec: elektrode v svinčevih akumulatorjih 7. oskusi zapisati produkte in enačbe uredi. a) ic(s) + 2 (g) b) i(c 3 ) 4 (s) + 2 (g) c) CaC 2 (s) + 2 (l) d) l 3 C 4 (s) + 2 (l) dgovor: Kadarkoli reagira snov s kisikom (sežig, gorenje), nastanejo stabilnejši oksidi elementov iz katerih je spojina, ki v kisiku gori, sestavljena a) ic(s) + 2 2 (g) i 2 (s) + C 2 (g) i(c 3 ) 4 (s) + 8 2 (g) i 2 (s) + 4 C 2 (g) + 6 2 (g) ri reakciji karbidov z vodo nastanejo ogljikovodiki. b) CaC 2 (s) + 2 2 (l) Ca() 2 + C 2 2 (g) ali C 2 2 + 2 2 2 + C 2 2 c) l 3 C 4 (s) + 12 2 (l) 4 l() 3 (g) + 3 C 4 (g) ali C 4 + 4 2 4 + C 4. 8. Kako lahko strukturno opredeliš otočaste silikate? dgovor: točastim silikatom je skupno to, da so sestavljeni iz različnih, končno velikih anionov. Delimo jih v ortosilikate (so strukturno najenostavnejši), disiliakte, trisilikate in heksasilikate: ortosilikati disilikati trisilikati heksasilikati 4 6 6 12 i 4 i 2 7 i 3 9 i 6 18 16

9. Nek otočast trisilikat je zgrajen iz anionov (glej sliko) ter K + in Ca 2+ kationov. Zapiši vsaj dve enostavni formuli tega silikata. dgovor: Formula otočastega trisilikata je i 3 9, naboj aniona pa je 3 (+4) + 9 ( 2) = 6, torej i 3 9 6. Števili K + (x) in število Ca 2+ ionov (y) morata biti takšni, da bo skupni naboj kationov enak +6. Torej, x(+1) + y(+2) = +6. Rešitve morajo biti celoštevilčna (naravna) števila, zato je število rešitev omejeno (diofantske enačbe): x K + y Ca 2+ 1 1 +3 2 1 +4 3 1 +5 4 1 +6 1 2 +5 2 2 +6 ožni sta samo dve sestavi (formuli): K 4 Ca(i 3 9 ) in K 2 Ca 2 (i 3 9 ). 10. Kakšen je strukturni motiv pri verižnih silikatih? dgovor: ed verižnimi silikati sta najbolj razširjeni pirokseni (enojne»cik-cak«in poravnane verige) ter amfiboli (dvojne»cik-cak«in poravnane verige). pirokseni amfiboli 17

11. Dopolni formule (alumo)silikatov tako, da bo njihova sestava smiselna (pomagaj si s periodnim sistemom) e) BaTi(i x 9 ) f) K(li 3 x ) g) Ca 2 g x (i 4 11 )() 2 h) g x (i 2 5 ) 2 () 2 dgovor: a) 3; b) 8; c) 2; d) 3 12. Na levi strani vsake puščice zapiši primerne reaktante, tako da dobiš na desni strani puščice prave produkte. ri vseh reaktantih in produktih zapiši agregatno stanje {(g), (l), (s), (aq)} in enačbe reakcij uredi. Za vse produkte in reaktante zapiši vrsto vezi, ki povezujejo delce, ko je snov v trdnem stanju. i ic i 2 i icl 4 i if 4 dgovor: i(s) + C(s) ic(s) silicijev karbid (karborund) ic(s) + 2 2 (g) i 2 (s) + C 2 (g) i 2 (s) + 2 C(s) i(s) + 2 C(g) i(s) + 2 Cl 2 (g) icl 4 (l) icl 4 (l) + 2 g(s) i(s) + 2 gcl 2 (s) i(s) C(s)/grafit ic(s) 2 (g) C 2 (g) i 2 (s) icl 4 (l) g(s) gcl 2 (s) kovalentna vez kovalentna + kovinska + van der Waalsova vez (ali medmolekulska vez) kovalentna (podobno kot v diamantu, siliciju in germaniju) van der Waalsova vez (disperzijske sile) van der Waalsova vez (disperzijske sile) kovalentna vez i i van der Waalsova vez (disperzijske sile) kovinske ionske 13. Kakšne spojine nastanejo, če reagira etan s prebitnim klorom? dgovor: ri reakciji etana s prebitnim klorom se lahko zamenjajo vsi vodikovi atomi. Nastanejo spojine s splošno formulo C 2 6 x Cl x, torej 6 različnih kloridov. ri di, tri in tetrakloridih pa še izomere: pri dikloroetanu 1,1- ali 1,2-dikloroetan, pri trikloroetanu 1,1,1- ali 1,1,2- trikloroetan, pri tetra 1,1,1,2- in 1,1,2,2-trikloro, skupno torej 10 različnih spojin. 14.Kako pridobimo zelo čist nikelj? dgovor: Nečisti nikelj reagirajo z ogljikovim oksidom C. Nastane plinasti nikljev tetrakarbonil Ni(C) 4, ki se pri višjih temperaturah ( 200 C) razkroji nazaj na Ni in C. Ni(s/nečist) + 4 C(g) Ni(C)4(g) Ni(s/čist) + 4 C(g) 18

15. Kako pridobivajo kalcijev karbid in kalcijev cianamid? Za kaj se uporabljata? dgovor: CaC 2 nastane pri visoki temperaturi pri reakciji karbonata in ogljika: CaC 3 (s) + 3 C(s) CaC 2 (s) + C(g) ri učinkovanju vode na karbid nastane acetilen CaC 2 (s) + 2 2 (l) C 2 2 (g) + Ca() 2 (s) CaCN 2 pa pridobijo z reakcijo karbida z dušikom pri temperaturah, višjih od 1000 C: CaC 2 (s) + N 2 (g) CaCN 2 (s) + C(s) ri reakciji cianamida z vodo nastane sečnina: CaCN 2 (s) + 3 2 (l) Ca() 2 (s) + 2 N C N 2 (s) 16. li poznaš kakšne zvrsti, ki so cianamidnemu ionu sorodni? dgovor: CN 2 2 anion ima 1 4 + 2 5 + 2 = 16 elektronov. Cianamidi ion sodi v skupino izoelektronskih zvrsti, ki so ioni NC, N 3 in N2 + ter molekuli C2 in N 2. + N C N C N N N + + N N C N N 19

20 1. Katere alotropske modifikacije (pojavne oblike) fosforja poznaš in kakšna je njihova zgradba? dgovor: Znane so naslednje oblike fosforja: beli, rdeči, vijolični in črni. Vsem strukturam je skupno, da je vsak atom fosforja povezan s tremi sosedi z enojno vezjo in da ima vsak atom en nevezni elektronski par. a) beli fosfor b) rdeči fosfor a) črni fosfor 5 skupina

2. ta dve kovini, ki na vlažnem zraku reagirata pri sobni temperaturi z dušikom. Kateri sta ti dve kovini in kakšni spojini pri reakciji nastaneta? dgovor: Kovini sta litij in magnezij; pri reakciji nastaneta nitrida: 6 Li(s) + N 2 (g) 2 Li 3 N(s) 3 g(s) + N 2 (g) g 3 N 2 (s) 3. rimerjaj molekuli amonijaka N 3 in fosfana 3. Nariši njuni Lewisovi strukturi in napovej njuni obliki (zgradbi oziroma strukturi). dgovor: 1 N 1 5 = 5 3 3 1 = 3 skupno 8 elektronov 4 lep Ker je N atom obdan s 3 veznimi in enim naveznim elektronskim parom, torej skupno 4 strukturnimi pari, bodo ti v prostoru porazdeljeni pod tetraedrskimi koti 109,5. nako velja za molekulo 3. Zaradi odboja med prostim in neveznimi elektronskimi pari, se koti N in zmanjšajo na 108 oziroma na 94. Ker je atom večji od atoma N, je razdalja (1,42 Å) daljša od razdalje N (1,02 Å). N 4. Napiši reakcije pridobivanja amonijaka in fosfana. Zakaj sta pri pridobivanju amonijaka potrebna visoka temperatura in visok tlak? dgovor: monijak pridobivajo z reakcijo dušika z vodikom N 2 (g) + 3 2 (g) 2 N 3 (g) ri višji temperaturi poteka reakcija resda hitreje, toda ravnotežje je pomaknjeno v smeri nastanka reaktantov, zato je delež amonijaka bistveno nižji kot pri sobni temperaturi. LeChatelierov princip pravi, da se pri povišanem tlaku ravnotežje pomakne na tisto stran, kjer nastane manjša množina plinastih produktov torej v smeri nastanka N 3 (t = 400 C, = 200 bar). Da bi reakcija potekala še hitreje, uporabljajo katalizator (zmes Fe 2 3, l 2 3, K). 21

5. Kako nastane fosfan 3? dgovor: Fosfan nastaja pri raztapljanju belega fosforja v vodnih raztopinah močnih baz (Na, Ba() 2 itd.). ri reakciji (odvisno od pogojev) nastane zmes fosfinata ( 2 2 ) in fosfonata ( 3 2 ) 3 Na(aq) + 4 (s) + 3 2 (l) 3 Na 2 2 (aq) + 3 (g) 4 Na(aq) + 4 (s) + 2 2 (l) 2 Na 2 3 (aq) + 2 3 (g) 6. Zapiši in uredi reakcije pridobivanja fosforja iz Ca 5 ( 4 ) 3 () (hidroksiapatita) ter iz Ca 5 ( 4 ) 3 Cl (kloroapatita). dgovor: 4 Ca 5 ( 4 ) 3 ()(s) + 20 i 2 (s) + 30 C(s) 20 Cai 3 (s) + 3 4 (s) + 2 2 (g) + 30 C(g) 4 Ca 5 ( 4 ) 3 Cl(s) + 18 i 2 (s) + 30 C(s) 18 Cai 3 (s) + 2 CaCl 2 (s) + 3 4 (s) + 30 C(g) 7. Za kaj vse se uporablja fosfatno rudo? dgovor: za pridobivanje fosforja za pridobivanje nečiste in čiste fosforjeve kisline za pridobivanje gnojil. 8. idrazin N 2 4 pridobivajo z oksidacijo amonijaka v vodnih raztopinah. Za oksidacijo uporabljajo natrijev hipoklorit NaCl. Kako bi potekla reakcija oksidacije s kloritom? dgovor: Reakcija z NaCl: 2 N 3 (aq) + NaCl(aq) N 2 4 (aq) + NaCl(aq) + 2 (l) oleg hidrazina nastanejo stabilni produkti NaCl in 2. odobno bi potekla reakcija tudi s kloritom NaCl 2 : 4 N 3 (aq) + NaCl 2 (aq) 2 N 2 4 (aq) + NaCl(aq) + 2 2 (l) 9. Nariši Lewisove strukture (medsebojne lege atomov in lego veznih in neveznih elektronskih parih) treh pomembnih spojin dušika in vodika, njihove geometrijske strukture (prostorsko razporeditev atomov). Zapiši tudi njihova imena. dgovor: pojine dušika in vodika so: amonijak N 3 (glej vprašanje 3.) hidrazin N 2 4 vodikov azid N 3 N 2 4 [2 5 + 4 1]/2 = 7 Vl 22

Kemija elementov glavnih skupin; naloge N N N 3 [1 1 + 3 5]/2 = 8 Vl N + N N 10. Nariši Lewisove strukture dušikovih oksidov in njihove geometrijske strukture. Zapiši tudi njihova imena. dgovor: pomembnejših spojin dušika in kisika (dušikovih oksidov) je 6: didušikov oksid ali dušikov(i) oksid N 2 dušikov oksid ali dušikov(ii) oksid N didušikov trioksid ali didušikov(iii) oksid N 2 3 dušikov dioksid ali dušikov(iv) oksid N 2 didušikov tetraoksid ali didušikov(iv) oksid N 2 didušikov pentaoksid ali didušikov(v) oksid N 2 5 N 2 [2 5 + 1 6]/2 = 8 Vl N + N N [1 5 + 1 6]/2 = 5,5 Vl 5 Vl + 1 samski elektron (zaradi samskega elektrona je spojina paramagnetna) N 2 3 [2 5 + 3 6]/2 = 14 Vl N N + N 23

Kemija elementov glavnih skupin; naloge N 2 [1 5 + 2 6]/2 = 8,5 Vl 8 Vl + 1 samski elektron (zaradi samskega elektrona je spojina paramagnetna) N N 2 4 [2 5 + 4 6]/2 = 17 Vl + N + N N 2 5 [2 5 + 5 6]/2 = 20 Vl + N + N 11. Napiši vsaj po eno enačbo pridobivanja vseh dušikovih oksidov. dgovor: N 2 N 4 N 3 (aq) N 2 (g) + 2 2 (l) N 4 N 3 (g) + 5 2 (g) 4 N(g) + 6 2 (g) [kat. t/1200 C] N 2 3 N(g) + N 2 (g) N 2 3 (l) N 2 2 N(g) + 2 (g) 2 N 2 (g) N 2 4 2 N 2 (g) N 2 4 (g) N 2 5 12 N 3 (l) + 4 10 (s) 6 N 2 5 (g) + 4 3 4 (l) 24

Kemija elementov glavnih skupin; naloge 12. Kateri izmed dušikovih oksidov so obarvani in kateri niso strupeni? dgovor: N 2 je rjave barve, N 2 3 pa modre. trupen ni edinole N 2 (smejalni plin; v zmesi s kisikom ga v bolnišnicah uporabljajo za anestezijo). 13. Zapiši enačbe pridobivanja dušikove(v) kisline po postopku»katalitičnega sežiga po stwaldu«. dgovor: katalitični sežig amonijaka pri 1200 C (glej reakcijo 2/naloga 10) oksidacija N s kisikom do N 2 (glej reakcijo 3/naloga 10) reakcija N 2 z vodo 3 N 2 (g) + 2 (l) 2 N 3 (aq) + N(g) Nastali N se s kisikom ponovno oksidira do N 2 in proces se ponovi. 14. Nariši Lewisovo strukturo dušikov kisline in njeno (geometrijsko) strukturo. dgovor: [1 1 + 1 5 + 3 6]/2 = 12 Vl + N 15. Napiši reakcijo nastanka dušikaste kisline. dgovor: N 2 3 (l) + 2 (l) 2 N 2 (aq) 16. Nariši Lewisovo strukturo dušikove kisline in njeno strukturo. dgovor: [1 1 + 1 5 + 2 6]/2 = 9 Vl N 25

17. Nitriti in nitrati so močni oksidanti. Napiši reakcije razkroja amonijevega nitrata in amonijevega nitrita v vodni raztopini in reakcijo nastanka produktov pri eksploziji amonijevega nitrata. dgovor: ri segrevanju raztopin amonijevega nitrata N 4 N 3 in amonijevega nitrita N 4 N 2 nastaneta stabilni snovi N 2 in N 2 : N 4 N 3 (aq) (glej reakcijo 1/naloga 10.) N 4 N 2 (aq) N 2 (g) + 2 2 (l) ri eksploziji N 4 N 3 pa nastane (preostane) tudi kisik: 2 N 4 N 3 (aq) 2 N 2 (g) + 2 (g) + 4 2 (g) 18. Dušikova kislina (več kot 50%) je močan oksidant, zato raztaplja tudi kovine, ki se v kislinah sicer ne topijo. ri reakciji pa ne nastaja vodik, pač pa, odvisno od pogojev raztapljanja (temperatura in koncentracija N 3 ), dušikova oksida N in N 2. Napiši reakciji raztapljanja bakra in srebra v N 3. ri raztapljanju srebra nastane N, pri bakru pa N 2. dgovor: g(s) + 4 N 3 (aq) 3 gn 3 (aq) + N(g) + 2 2 (l) Cu(s) + 4 N 3 (aq) Cu(N 3 ) 2 (aq) + 2 N 2 (g) + 2 2 (l) 19. Napiši reakciji nastanka obeh fosforjevih oksidov iz fosforja. dgovor: če kisika ni dovolj, nastane pri gorenju fosforja tetrafosforjev heksaoksid 4 (s) + 3 2 (g) 4 6 (s) v prebitnem kisiku pa terafosforjev dekaoksid 4 (s) + 5 2 (g) 4 10 (s) 20. Nariši Lewisove strukture in strukture (obliko) fosforjevih oksidov dgovor: 4 6 26

4 10 21. Zapiši in uredi enačbe reakcij nastanka fosfonaste in fosforjeve kisline iz njunih anhidridov. dgovor: kisli anhidridi so oksidi, ki pri reakciji z vodo reagirajo v kisline. nhidrida fosforjeve(iii) in fosforjeve(v) kisline sta 4 6 in 4 10. 3 3 4 6 (s) + 6 2 (g) 4 3 3 (aq) 3 4 4 10 (s) + 6 2 (g) 4 3 4 (aq) 22. Nariši Lewisove strukture fosfinske, fosfonske in fosforjeve kisline. Nariši tudi njihove strukture. dgovor: Za vse tri kisline je značilno, da imajo tetraedrsko strukturo ( je v sredini tetraedra) 1 atom je z dvojno vezjo vezan na atom disociirajo (odcepijo se) lahko le tisti atomi, ki so vezani na kisik. Če so vezani neposredno na atom, nimajo»kislih lastnosti«27

Kemija elementov glavnih skupin; naloge Lewisove strukture truktura (zgradba, oblika) molekul 3 4 3 3 3 2 fosforjeva kislina fosfonska kislina fosforjeva(i) kisl. 23. Kako fosforjeve kisline disociirajo in kakšne vrste soli lahko tvorijo? dgovor: 3 4 3 4 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 2 4 (aq) 2 4 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 4 2 (aq) 4 2 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 4 3 (aq) oli fosforjeve kisline so dihidrogenfosfati, hidrogenfosfati in fosfati. 3 3 3 3 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 2 3 (aq) 2 3 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 3 2 (aq) oli fosfonske kisline so hidrogenfosfonati, fosfonati 3 2 3 2 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 2 2 (aq) oli fosfinske kisline so fosfinati. 28

24. Naštej nekaj primerov polifosforjevih kislin. Napiši njihove Lewisove strukture in nariši njihovo zgradbo. Kakšna je splošna formula za verižne fosfate in kakšna za obročaste (ciklične)? dgovor: molekule fosforjeve kisline ali njene ionizirane oblike se lahko vežejo v obroče ali verige. ri reakciji (kondenzaciji) nastanejo verižni, katena-polifosfati in voda. Tudi za polifosfate velja: da je na atom vedno vezan 1 atom z dvojno vezjo tetraedri 4 so v obroče ali verige povezani preko skupnih oglišč (»kisikovih mostov«) Verižni polifosfati (nastanek 4 2 7 in 5 3 10 ) 4 2 7 + 2 5 3 10 + 2 2 29

bročasti, ciklo-polifosfati (nastanek 3 3 9 ) 3 3 9 + 3 2 plošno formulo verižnih in obročastih polifosfatov določimo takole: verižni; vsakemu atomu znotraj verige pripada en kisik z dvojno vezjo, en»mostovni«kisik ter ena skupina. atomoma na koncih verige pa skupno še en in ena skupina; če je število atomov n, potem velja [ 2 ()] n () oziroma [ 3 )] n 2 ali n+2 n 3n+1. obročasti; vsakemu atomu pripadata po dva atoma in ena skupina; formula je ( 2 ()) n ali ( 3 ) n oziroma n n 3n. 25. Naštej nekaj uporabnih fosfatov. dgovor: Uporabni fosfati so: Na 3 4 v čistilnih praških Na 2 4 v prehrambeni industriji (pasterizacija) Na( 2 4 ) 2 2 v pecilnih praških Ca 4 v zobnih pastah zmes Ca 4 in Ca( 2 4 ) 2 gnojilo superfosfat 26. Kakšne značilne okside s, b in Bi poznaš? dgovor: trukturno so oksidi podobni oksidom fosforja(v), le pri bizmutu je stabilen stabilnejši bizmutov(iii) oksid. s s 4 6 in s 4 10 b b 4 6 in b 4 10 Bi Bi 2 3 30

27. Za kaj se uporablja arshov test? Kako arshov test»deluje«? dgovor: Za dokaz sledov arzena v vzorcih (tkivih). Zn se raztaplja v Cl. ri raztapljanju nastane tudi atomni (nascentni) vodik, ki reducira arzenove soli do s 3. Ta potuje po cevki skupaj z nosilnim plinom vodikom in se na vročem delu cevke, ki jo grejemo s plamenom gorilnika, razkroji na vodik in arzen. Izločeni arzen na hladnejših delih cevke opazimo zaradi temne barve. 31

Kemija elementov glavnih skupin; naloge 6 skupina 1. Katere alotropske modifikacije kisika poznaš? Napiši Lewisovi strukturi obeh modifikacij in njuno geometrijo. dgovor: lotropski modifikaciji kisika sta dve: kisik (tudi dikisik) 2, in ozon 3. Kisik 2 : 2 6/2 = 6 Vl. zon 3 : 3 6/2 = 9 Vl. 2. Kje v naravi naletimo na elementarni kisik in kod vse je kisik vezan v spojinah? d kod kisik v zraku? dgovor: Kisika je v zemeljski atmosferi 21%, ozon pa je porazdeljen visoko v stratosferi na višinah med 15 do 50 km. Če bi ves ozon lahko strnili v lupino, ki bi obdajala Zemljo, bi bila pri tlaku 1 bar ta debela le 1 do 2 mm). V spojinah je kisik vezan v okso-spojinah (po novem tudi okso-spojinah; karbonatih, sulfatih, oksidih, nitratih, največ pa v silikatih in alumosilikatih). gromno kisika je vezanega v vodi ( 1,5 10 18 t). Delež kisika v zraku je v nekaj zadnjih sto milijonih let narasel na skoraj 1/5. Nastajal je in še vedno nastaja pri fotosintezi v zelenih delih rastlin: n C 2 (g) + m 2 (g) C n ( 2 ) m (s) + n 2 (g) 3. Kako pridobivajo kisik industrijsko in kako laboratorijsko? dgovor: gromne količine kisika pridobivajo izključno s frakcionirno destilacijo utekočinjenega zraka. V laboratoriju se običajno uporablja kisik, ki je shranjen v jeklenkah pri tlakih do 200 bar. Nastane pa tudi pri različnih reakcijah: a) segrevanje KCl 3 : 2 KCl 3 (s) 2 KCl(s) + 3 2 (g) b) pri reakciji med Kn 4 in 2 2 : 2 Kn 4 (aq) + 5 2 2 (aq) + 3 2 4 (aq) K 2 4 (aq) + 2 n 4 (aq) + 3 2 (l) + 5 2 (g) 32

c) pri razpadu vodikovega peroksida 2 2 : 2 2 2 (aq) 2 2 (l) + 2 (g) d) pri reakciji s kalijevim superoksidom: 4 K 2 (s) + 4 C 2 (g) + 2 2 (g) 4 KC 3 (s) + 3 2 (g) 4. Kakšne oblike žvepla poznaš? V čem se ortorombsko žveplo razlikuje od monoklinskega? Nariši Lewisovo strukturo molekule žvepla in skiciraj njeno obliko? dgovor: V naravi se trdno žveplo nahaja v okolici (aktivnih) vulkanov ter v pod površino v plasteh (največ v ZD). be kristalni modifikaciji žvepla se razlikujeta le po medsebojni razporeditvi obročev 8 v kristalni strukturi. Kemijske lastnosti obeh modifikacij so, drugače kot pri kisiku ( 2 in 3 ), popolnoma enake. recej ga je vezanega tudi v 2 (lahko tudi do 80%, primešan je tudi nafti). 5. Naštej nekaj mineralov, v katerih je vezano tudi žveplo. dgovor: a) sulfidi: pirit Fe 2, halkopirit CuFe 2, pirotin Fe, cinkova svetlica Zn, vurcit Zn, cinabarit g, galenit b b) oksosoli (sulfati): sadra Ca 4 2 2, barit (težec) Ba 4 8. Kako pridobivajo ozon in za kaj se uporablja? dgovor: zon pridobivajo z razelektritvijo v ozonizatorjih. Uporabljajo ga pretežno za sterilizacijo vode in zraka. 9. Kako pridobivajo žveplo? dgovor: Največ žvepla pridobijo z oksidacijo vodikovega sulfida 2 (v zemeljskem plinu in nafti): 8 2 (g) + 8 2 (g) 8 (s) + 8 2 (l) recej elementarnega žvepla se nabere tudi v okolici vulkanov (Islandija, tna). Včasih so to žveplo uporabljali za pripravo smodnika. 33

Kemija elementov glavnih skupin; naloge lementarno žveplo, ki se nahaja v plasteh pod zemeljsko površino, spravijo na površje s Frashovim postopkom. istem treh cevi zavrtajo v ležišče žvepla. o zunanji cevi vodijo pregreto vodo (170 C), ki žveplo raztali. kozi notranjo cev vodijo pri povišanem tlaku vroč zrak, ki raztaljeno žveplo potiska na površino skozi notranjo cev. 10. Kje se nahaja selen in kako ga pridobijo? dgovor: vezan s srebrom se nahaja, v bakrovih in arzenovih rudah. Najprej srebrov selenid g 2 e pri povišani temperaturi obdelajo na zraku s sodo, nato pa izločen selenat(iv) reducirajo z žveplovim dioksidom: g 2 e(s) + Na 2 C 3 (s) + 2 (g) Na 2 e 3 (s) + 2 g(s) + C 2 (g) Na 2 e 3 (s) + 2 2 (g) + 2 (l) e(s) + Na 2 4 (aq) + 2 4 (aq) 11. Kako lahko razvrstiš okside? V vsaki skupini naštej vsaj dva. dgovor: razvrstimo jih lahko na: a) kisle (nekovinski); B 2 3, C 2, N 2 5, 3, b) bazične (kovinski); Na 2, Ca, Ba, c) amfoterne; Zn, Be,l 2 3, d) nevtralne; N, N 2,C, 12. Nariši Lewisovo strukturo in strukturo (geometrijo) vodikovega peroksida. dgovor: (2 1 + 2 6)/2 = 7 Vl. 13. Naštej vsaj dva postopka pridobivanja vodikovega peroksida. 34

dgovor: a) 2 2 so včasih pridobivali z učinkovanje žveplove kisline na barijev peroksid Ba 2. Z destilacijo razredčen raztopine so priparvili bolj kocentrirano raztopino peroksida. Ba 2 (s) + 2 4 (aq) Ba 4 (s) + 2 2 (aq) b)»izopropanolni«postopek: C 3 C 3 C 2 (g) 2 (g) 3 C C + 2 2 3 C c)»antrakinonski«postopek 2 (g) 2 (g) + 2 2 14. Katere spojine žvepla z vodikom poznaš? Kako jih pridobijo? dgovor: a) vodikov sulfid 2. nastane lahko direktno iz elementov; 8 2 (g) + 8 (s) 8 2 (g) pri učinkovanju kislin na sulfide. Reakcijo lahko splošno zapišemo takole 2 + 2 3 + (aq) 2 (g) + 2 2 (l) če pa reagira denimo železov sulfid s klorovodikovo kislino, velja Fe(s) + 2 Cl(aq) 2 (g) + FeCl 2 (aq) b) polisulfani, 2 n. Najprej poteče reakcija med natrijevim sulfidom Na 2 in žveplom 8 Na 2 (aq) + (n-1) 8 (s) 8 Na 2 n (s) Nato Na 2 n reagira s koncentrirano Cl Na 2 n (s) + 2 Cl(aq) 2 n (l) + 2 NaCl(aq) 15. Napiši reakciji protolize, ki poteče v vodni raztopini vodikovega sulfida. 1. stopnja 2 (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + (aq) 2. stopnja (aq) + 2 (l) 3 + (aq) + 2 (aq) 35

Kemija elementov glavnih skupin; naloge 16. Kateri oksidi žvepla so najpomembnejši? Nariši njihove Lewisove strukture in njihovo geometrijo. dgovor: omembna sta dva oksida žvepla, žveplov dioksid 2 in žveplov trioksid 3. a) 2 : (1 6 + 2 6)/2 = 9 Vl. trukture so enake kot pri ozonu (naloga 1/tudi tam 9 Vl). Ker pa za velja razširjeno oktetno pravilo, lahko Lewisovo strukturo zapišemo tudi b) i. plinasti 3 : (1 6 + 3 6)/2 = 12 Vl. ii. trdni 3 α in β obliki imata verižno zgradbo 36

γ je cikličin trimer ( 3 ) 3 Napiši vsaj dve reakciji nastanka žveplovega dioksida 2. dgovor: pri reakciji gorenja (oksidacije) žvepla 8 (s) + 8 2 (g) 8 2 (g) pri reakciji sulfidov (npr. sulfidnih rud) s kisikom (praženje rud) 2 g(s) + 3 2 (g) 2 g(s) + 2 2 (g) 4 Fe 2 (s) + 11 2 (g) 2 Fe 2 3 (s) + 8 2 (g) 2 je reducent. Zapiši in uredi reakcijo, ki poteka s kalijevim permanganatom v vodni raztopini. dgovor: 2 Kn 4 (aq) + 5 2 (aq) + 2 2 (l) K 2 4 (aq) + 2 n 4 (aq) + 2 2 4 (l) Naštej tiste žveplove oksokisline, ki so znane v čisti obliki. dgovor: 2 4 žveplova kislina 2 2 7 dižveplova kislina 2 5 peroksožveplova kislina 2 2 8 peroksodižveplova kislina Napiši Lewisovi strukturi žveplove in peroksožveplove kisline dgovor: 2 4 (2 1 + 1 6 + 4 6)/2 = 16 Vl 37

c) 2 5 (2 1 + 1 6 + 5 6)/2 = 19 Vl 17. Napiši Lewisovi strukturi dižveplove in peroksodižveplove kisline dgovor: a) 2 2 7 (2 1 + 2 6 + 7 6)/2 = 28 Vl b) 2 2 8 (2 1 + 2 6 + 8 6)/2 = 31 Vl 38

18. Kako industrijsko pridobivajo žveplovo kislino? dgovor: a) kontaktni postopek; 2 ob prisotnosti katalizatorja (V 2 5 ) s kisikom oksidirajo do 3. 2 2 (g) + 2 (g) 2 3 (g) 3 z vodo reagira zelo počasi, zato bi bilo pridobivanje 2 4 na ta način prepočasno. 3 raztopijo v 2 4, dižveplovo kislino, ki pri tem nastane, pa reagira z vodo. 3 (g) + 2 4 (l) 2 2 7 (l) 2 2 7 (l) + 2 (l) V 2 5 2 2 4 (l) b) stolpni postopek (ni več v uporabi). Kot neke vrste katalizator pri tem postopku uporabljajo nitrozne pline (zmes dušikove in žveplove kisline), ki oksidira 2 do 3. 19. V čem se razlikuje struktura žveplove kisline 2 4 od tiožveplove kisline 2 2 3? dgovor: Razlika je v tem, da je pri 2 2 3 en kisikov atom nadomeščen z žveplovim. 2 2 3 v čisti obliki ni znana. oznane pa so njene soli, na primer natrijev tiosulfat Na 2 2 3. 4 39

20. Kako iz tiosulfatnega iona 2 3 2 nastane tetrationatni 4 6 2? dgovor: Dva tiosulfatna iona se povežeta preko dveh terminalnih (obrobnih) atomov žvepla. Nastane veriga iz 4 atomov. Tetrationat nastane pri reakciji tiosulfata z jodom: 2 Na 2 2 3 (aq) + I 2 (aq) Na 2 4 6 (aq) + 2 NaI(aq) + 21. Kakšni sta lahko obliki molekul dižveplovega difluorida? Nariši tudi njuni Lewisovi strukturi. dgovor: atoma F sta lahko vezana na en sam atom ali pa vsak na en atom. (2 7 + 2 6)/2 = 13 Vl F F F F 22. Napiši reakciji nastanka žveplovega dikloridaoksida in žveplovega dikloridadioksida. dgovor: Cl 2 nastane z reakcijo 2 in Cl 2 : 40

2 (g) + Cl 5 (s) Cl 2 (l) + Cl 3 (l) 2 Cl 2 pa pri reakciji 2 s klorom: 2 (g) + Cl 2 (g) 2 Cl 2 (l) 23. Kaj meniš, kaj nastane pri reakciji Cl 2 in 2 Cl 2 z vodo? dgovor: ri reakciji Cl 2 z vodo nastane Cl in 2 : Cl 2 (l) + 2 (l) 2 (aq) + 2 Cl(aq) če pa z vodo reagira 2 Cl 2, dobimo žveplovo kislino: 2 Cl 2 (l) + 2 2 (l) 2 4 (aq) + 2 Cl(aq) 24. bkroži pravilne trditve: a) 2 3 ni možno pridobiti v čisti obliki b) spojina Cl 3 ne obstaja c) znana je samo ena alotropska modifikacija žvepla d) v plastičnem žveplu so atomi povezani v verige e) 2 4 in 2 2 7 sta kislini, ki jo lahko pripravimo v čisti obliki f) struktura 3 2 je piramidalna dgovor: a) da b) da c) ne d) da e) da f) da 25. Kako so nekoč pridobivali žveplovo kislino s stolpnim postopkom (neobvezno)? dgovor: Za oksidacijo žveplovega dioksida so uporabljali nitrozo (zmes nitrozil hidrogensulfata (N) 4 in dušikove kisline N 3. ostopek pridobivanja poteka v treh zaporednih fazah. a) loverjev stolp: vroč 2 reagira z nitrozo; nastane 2 4 in N 2 2 (N) 4 + 2 + 2 2 3 2 4 + 2 N 4 N 3 4 N 2 + 2 + 2 2 2 N + 2 2 N 2 b) stolpi brez plina (svinčene komore) 2 N 2 + 2 + 2 (N) 4 + N 2 (N) 4 + 2 2 4 + N 2 2 N 2 N 2 + N + 2 2 N + 2 2 N 2 c) ay Lussacov stolp (nastane nitroza (N) 4 + N 3 ) 41

2 N 2 + 2 4 (N) 4 + N 3 42

7 skupina 1. Katera oksidacijska števila so značilna za halogene elemente? dgovor: Za enoatomni ion X je značilno oksidacijsko število 1, v oksidih in oksospojinah pa so oksidacijska števila +1, +3, +5 in +7. 2. Kako pridobivajo halogene elemente? dgovor: a) F pridobivajo z elektrolizo zmesi KF in F. b) klor pridobivajo z elektrolizo taline NaCl(l) ali vodne raztopine NaCl(aq). Včasih so ga pridobivali z oksidacijo Cl s kisikom pri povišani temperaturi 4 Cl(g) + 2 (g) 2 Cl 2 (g) + 2 2 (g) c) brom pridobivajo iz morske vode tako, da bromidni ioin Br oksidirajo s klorom Cl 2 2 Br(aq) + Cl 2 (aq) Br 2 (l) + 2 Cl(aq) d) jod pridobijo ko stranski produkt pri pri pridobivanju nitratov (v manjšem obsegu ga še vedno pridobivajo iz morskih alg) 3. Kakšna je vez med halogenom in elementom v naslednjih spojinah? a) KBr b) Cl c) icl 4 d) lf 3 e) l 2 Cl 6 f) TiCl 4 g) Br 2 dgovor: KBr: kovina-nekovina Cl: nekovina-nekovina icl 4 polkovina-nekovina lf 3 : kovina-fluor l 2 Cl 6 : kovina-halogen TiCl 4 : kovina-halogen Br 2 ionska vez (ni molekul, so ioni) kovalentna vez (so molekule) kovalentna vez (so molekule) ionska vez (ni molekul, so ioni) če halogen ni fluor, je vez kovalentna (so molekule) titan je kovina, toda ker je v tej spojini oksidacijsko število Ti maksimalno, to je +4 (Ti je v 4B skupini), so vezi v molekuli kovalentne (so molekule). TiCl 4 je pri sobni temperaturi tekočina. oba sta nekovini; vez je torej kovalentna 43

4. Katere izmed kislin F(aq), Cl(aq), Br(aq) in I(aq) so šibke, katere so močne? dgovor: Vsi štirje plinasti vodikovi halogenidi (skupno jih označimo s formulo X) se odlično topijo v vodi, F se zaradi možnosti tvorbe vodikove vezi z vodo meša v vseh razmerjih. Ko jih raztopimo v vodi, imajo halogenovodikove kisline (fluorovodikovo, klorovodikovo itd.). Z molekulami vode pride do protolitske reakcije (Brønstedova teorija): X(g) + 2 (l) 3 + (aq) + X(aq) F(aq) je šibka kislina, ostale tri so močne kisline (stopnja disociacija α = 100%). 5. Zakaj je fluor veliko bolj reaktiven kot so ostali halogeni elementi? dgovor: Ker je radij atoma F med vsemi halogeni najmanjši, bi sklepali, da bo energija vezi največja. Toda zaradi relativno majhne razdalje med obema atomoma F v molekuli F 2 pride do precejšnjega odboja med neveznimi elektronski pari na obeh atomih, kar vez slabi. nergija vezi v molekuli F 2 je 160 kj/mol, pri kloru pa»že«245 kj/mol, kljub temu, da sta atoma Cl bolj oddaljena. ri Br 2 in I 2 sta vrednosti 192 in 151 kj/mol. 6. Za kaj se uporabljajo halogeni elementi? dgovor: a) fluor F 2 ; največ za pridobivanje različnih spojin (UF 6 za pridobivanje obogatenega urana; F 6 sredstvo za zvočno izolacijo v termopan steklih, teflon (CF 2 CF 2 ) n ) itd. b) klor Cl 2 ; največ za sintezo polivinilklorida, za dezinfekcijo vode) c) brom Br 2 ; (malo uporaben) d) jod I 2 ; (jodova tinktura za dezinfekcijo ran; zaradi potrebe po jodu v žlezi ščitnici dodajajo jod v obliki KI) 7. Kako pridobijo vodikove halogenide? dgovor: a) F z reakcijo med elementi ali pa z učinkovanjem žveplove kisline na fluorit 2 (g) + F 2 (g) 2 F(g) (reakcija poteče eksplozivno na svetlobi) CaF 2 (s) + 2 4 (l) 2 F(g) + Ca 4 (s) b) Cl z reakcijo klora z vodikom ali pa z učinkovanjem žveplove kisline na natrijev klorid 2 (g) + Cl 2 (g) 2 Cl(g) NaCl(s) + 2 4 (l) Cl(g) + Na 4 (s) c) Br z reakcijo elementov (glej zgornji reakciji) d) I z reakcijo med elementi v prisotnosti katalizatorja. 44

8. li lahko našteješ nekaj mineralov, ki v svoji sestavi vsebujejo enega izmed halogenov? dgovor: NaCl (kamena sol, sol, kuhinjska sol, halit), CaF 2 (jedavec ali fluorit), kriolit (Na 3 lf 6 ), KCl (silvin), karnalit (KgCl 3 6 2 ). 9. Napiši produkte raztapljanja silikata gi 2 5 v vodni raztopini F. dgovor: ri raztapljanju silikatov v F nastanejo kovinski fluoridi, silicijev fluorid in voda: gi 2 5 (s) + 10 F(aq) gf 2 (s) + 2 if 4 (aq) + 5 2 (l) 10. Za vsakega izmed halogenov naštej in zapiši nekaj oksidov. dgovor*: a) F: F 2, 2 F 2 b) Cl: Cl 2, Cl 2, Cl 2 4, Cl 2 6, Cl 2 7 c) Br: Br 2, Br 2 5 d) I: I 2 4, I 4 9, I 2 5 *po novejši nomenklaturi je priporočljivo pisanje formul oksidov Cl, Br in I tako, da je oznaka za kisik na prvem mestu; torej F 2, 2 F 2, 5 Br 2 itd. 11. oskusi narisati Lewisove strukture F 2, F 2 2 in I 2 5. Kakšne so geometrijske podobe molekul? dgovor: F 2 (2 7 + 1 6)/2 = 10 Vl. F 2 2 (2 7 + 2 6)/2 = 13 Vl F F F F I 2 5 (2 7 + 5 6)/2 = 22 Vl. I I 45

12. Napiši reakcije nastanka Cl 2, Cl 2 in Cl 2 7. dgovor: Cl 2 ; nastane pri učinkovanju klorovice in živosrebrovega oksida: Cl 2 (aq) + 2 g(s) Cl 2 (g) + g gcl 2 (s) Cl 2 ; pri redukciji kalijevega klorata KCl 3 z oksalno kislino 2 C 2 4 ali žveplovim dioksidom 2. be reakciji potekata v prisotnosti žveplove kisline 2 KCl 3 (s) + 2 C 2 4 (s) + 2 4 (l) 2 Cl 2 (g) + K 2 4 (s) + 2 2 (l) + 2 C 2 (g) 2 KCl 3 (s) + 2 (g) + 2 4 (l) 2 Cl 2 (g) + K 2 4 (s) + 2 (l) Cl 2 7 ; 4 10 je zelo higroskopna snov, zato dehidrira (»odvzame vodo«) klorovo(vii) kislino: 12 Cl 4 (l) + 4 10 (s) 6 Cl 2 7 (l) + 4 3 4 (l) 13. Kako pridobijo kisikov difluorov oksid in kaj nastane, če ta reagira z vodo? dgovor: F 2 nastane pri uvajanju fluora v raztopino natrijevega hidroksida. 2 F 2 (g) + 2 Na(aq) F 2 (g) + 2 NaF(aq) + 2 (l) F 2 reagira s prebitnim Na tako, da nastane kisik: F 2 (g) + 2 Na(aq) 2 NaF(aq) + 2 (g) + 2 (l) 14. Zakaj pri fluoru niso znane oksokisline? dgovor: zato, ker je fluor bolj elektronegativen od kisika; edino oksidacijsko število za F je 1. lektronegativnost kisika in klora sta primerljivi, elektronegativnosti broma in joda pa sta manjši od kisika. pojina F je znana, toda na F je vezan samo en atom ( F), zato mu tudi v tem primeru pripišemo oksidacijsko število +1. 46

15. Katere pomembne zvrsti so prisotne v vodni raztopini vodikovega fluorida F(aq)? dgovor: F je šibka Brønstedova kislina, zato odda proton vodi: F(aq) + 2 (l) 3 + (aq) + F (aq) F ion se z vodikovo vezjo veža na molekulo F: 16. Za kaj se uporablja I 2 5? F (aq) + F(aq) F 2 (aq) dgovor: Dijodov pentaoksid (tudi pentakisikov dijodid) se uporablja za določanje deleža C plinskih zmeseh: I 2 5 (s) + 5 C(g) I 2 (s) + 5 C 2 (g) Izločeni jod se kvantitativno titrira z raztopino natrijevega tiosulfata in iz porabe se izračuna količino I 2 in od tod količino C (reakcija titracije z I 2 : glej nalogo 22/6 skupina). 17. Kakšno splošno formulo imajo oksokisline halogenov? Je med njimi kakšna izjema? dgovor: a) X X = F, Cl, Br, I tetraeder b) X 2 X = Cl, Br, I tetraeder c) X 3 X = Cl, Br, I tetraeder d) X 4 X = Cl, Br, I oktaeder tetraederska struktura: število N + število atomov = 4 oktaedrska struktura: število atomov in število skupin = 6. tom I je v primerjavi z atomoma Cl in Br tako velik, da se lahko obda s šestimi atomi. Nekatere kisline niso znane (npr. I 2 ), v vseh primerih pa so obstojne njihove soli. 47

18. Zapiši vsaj dve reakciji nastanka NaCl 3. dgovor: a) uvajanje Cl 2 v vročo vodno raztopino Na (disproporcionacija klora): 3 Cl 2 (g) + 6 Na(aq) NaCl 3 (aq) + 5 NaCl(aq) + 3 2 (l) b) oksidacija Cl 2 s 2 2 : 2 Cl 2 (g) + 2 2 (aq) + 2 Na(aq) 2 NaCl 3 (aq) + 2 2 (l) 19. Zapiši nastanek Ba(Br 3 ) 2, ki nastane potem, ko vroči vodni raztopin Ba()2 dodmo brom (podobna reakcija kot pri nal. 19) dgovor: podobno kot pri Cl 2 nastaneta bromat in bromid: 6 Br 2 (g) + 6 Ba() 2 (aq) Ba(Cl 3 ) 2 (aq) + 5 BaCl 2 (aq) + 6 2 (l) 20. Kaj nastane, če v vodno raztopino Ca() 2 uvajamo klorov dioksid? dgovor: Cl 2 v bazični vodni raztopini disproporcionira v klorat in klorit: 4 Cl 2 (g) + 2 Ca() 2 (aq) Ca(Cl 2 ) 2 (aq) + Ca(Cl 3 ) 2 (aq) + 2 2 (l) 21. alogeni tvorijo množico spojin med seboj in s kisikom (mehalogenske spojine ter oksohalogeni). oskusi narisati Lewisove strukture ClF 2, BrF 3, IF 3 in BrF 4. Kakšne so oblike (strukture) molekul? dgovor: tomi F in so skoraj vedno na obrobju molekule (so terminalni). V središču molekule bodo potemtakem manj elektronegativni atomi Cl, Br in I. Kisikovi atomi so na centralni atom halogena vezani z dvojno vezjo, atomi F pa vedno samo z enojno vezjo. F Br 48

22. oskušaj narisati vse možne oblike spojine F 3 I. dgovor: 5 strukturnih elektronskih parov () narekuje trigonalno (trikotno) bipiramidalno razporeditev. ožnih kar nekaj medsebojno (položajno) različnih razporeditev treh atomov F, enega atoma in enega N. Kadarkoli rišemo strukture, namestimo okrog centralnega atoma (atom I) na določena izhodiščna mesta (oglišča bipiramide) najprej tiste atome ali N, ki jih je najmanj; torej atom in N. Začnimo z N: a) N lahko namestimo na vrh tbp (trigonalne bipiramide). Kisikov atom je potem lahko v nasprotnem vrhu (1) b) ali v enem (vseeno katerem) oglišču trikotne osnovne ploskve (2). To sta prvi dve možnosti. c) N lahko namestimo v eno (vseeno katero) izmed oglišč trikotne osnovne ploskve. Kisikov atom je potem lahko v enem izmed preostalih oglišč trikotnika (3) d) ali na enem izmed vrhov tbp (4). To sta tudi dve možnosti. ožne so torej štiri različne medsebojne razporeditve atomov F in okoli atoma Br. ksperimentalno je bilo ugotovljeno, da je prava struktura (3) (tudi slika zgoraj). 49

8 skupina 1. V katerem obdobju so izolirali žlahtne pline? Kako jih pridobivajo? dgovor: na prehodu iz 19. v 20. stoletje (do leta 1910) je nglež William Ramsay izoliral vse žlahtne pline, tudi helij e, čigar prisotnost na oncu so dokazali z analizo spektra sončne svetlobe že leta 1868. elij pridobijo iz zemeljskega plina (ponekod ga je v plinu tudi do 7%) in nafte (do 0,4%). Vse ostale žlahtne pline pa s frakcionirno destilacijo utekočinjenega zraka (Ne: 246 C; r: 186 C; Kr: 153 C; Xe: 108 C). 2. Za kaj uporabljajo žlahtne pline? dgovor: helij e: za hlajenje magnetov pri mnogih pomembnih aparaturah (slikanje z magnetno resonanco v medicinske namene; nuklearna magnetna resonanca, NR). olnjenje balonov (vremenske in atmosferske meritve). Nosilni plin v kemiji. rgon r: zaščitni plin pred oksidacijo (varjenje izdelkov iz aluminija ali nerjavnega jekla) Neon Ne, argon r, kripton Kr: reklamne razsvetljave. 3. Kateri žlahtni plini so reaktivni? dgovor: Reaktivna sta le ksenon in radon. Reagirata pa le z najbolj reaktivnim elementom, fluorom. rgon, neon in helij so popolnoma inertni in pri sobni temperaturi spojine teh elementov niso znane. 4. Katere spojine nastanejo pri reakciji med ksenonom in fluorom? dgovor: odvisno od pogojev (temperature, tlaka in množinskega razmerja med reaktanti) nastanejo ksenonov difluorid XeF 2 (pri sobni temperaturi, če zmes Xe in F 2 obsevamo s sončno svetlobo) ksenonov tetrafluorid XeF 4 in ksenonov heksafluorid XeF 6 Xe(g) + F 2 (g) XeF 2 (s) Xe(g) + 2 F2(g) XeF 4 (s) Xe(g) + 3 F 2 (g) XeF 6 (s) 50

5. Kakšne so Lewisove strukture in kakšne oblike molekul vseh treh ksenonovih fluoridov? dgovor: XeF 2 : (1 8 + 2 7)/2 = 11 Vl XeF 4 (1 8 + 4 7)/2 = 18 Vl XeF 6 (1 8 + 6 7)/2 = 25 Vl; zaradi enega N je oktaeder F atomov popačen 51

rehodne kovine 1. Zakaj je v 4., 5. in 6. periodi natanko po 10 kovin prehoda? dgovor: ri kovinah prehoda se polnijo d orbitale. Ker jih je 5, in sta v vsaki lahko največ po 2 elektrona, je v 5 d orbitalah skupno 2 5 = 10 elektronov. 2. li lahko našteješ nekaj značilnih primerov uporabe kovin prehoda? dgovor: izdelava vseh vrst uporabnih predmetov in izdelkov iz čistih kovin, večinoma pa iz zlitin (orodje, polizdelki, nakit, gradbeni material, transportna sredstva itd.) 3. Naštej nekaj prehodnih kovin in navedi njihovo uporabnost. dgovor: železo: količinsko proizvodnja železa je približno 100-krat večja kot vseh ostalih kovin prehoda skupaj 1,5 10 9 ton (1.500.000.000 ton) letno baker: kabli za električno napeljavo, bakrene cevi, žlebovi (500.000 ton/leto) volfram: žarilne nitke pri žarnicah (60.000 ton/leto) molibden: različne zlitine (180.000 ton/leto) krom: zlitine in kromiranje površin kovinskih in plastičnih izdelkov (50.000 ton/leto) titan: letalska industrija, izdelovanje avtomobilskih delov, uporaba v medicini (30.000 ton/leto) vanadij: različne zlitine (50.000 ton/leto) paladij: avtomobilski katalizatorji (200 ton/leto) zlato: zlatenje površin, električnih kontaktov, nakit (2.500 ton/leto) 4. Zakaj imajo prehodne kovine tako različna oksidacijska števila? dgovor: lektronska konfiguracija prehodnih kovin je nd x (n+1)s y (0 < x < 11; 0 < y < 3). Ker lahko atom kovine, odvisno od okoliščin, odda različno število s in potem še d elektronov, je možna cela kopica oksidacijskih števil. aksimalno oksidacijsko število med vsemi elementi prehoda srečamo pri osmiju (+8), od osmija proti desni pa vrednosti oksidacijskih števil zopet padajo. ksidacijska števila mangana v manganovih spojinah so lahko 0, +1, +2,, +7 in celo 1. 5. Zakaj se gostote 5d-kovin prehoda znatno višje od gostot kovin 4d in 3d? dgovor: Ko se polni elektronska lupina ali pa podlupina, se z vsakim dodatnim elektronom (naslednji elementu v periodi) velikost atoma običajno nekoliko zmanjša. Ko je podlupina d zapolnjena s polovico (5) elektroni, se trend zmanjševanja radija nekoliko upočasni, saj pride pri elektronskih konfiguracijah d 6 do d 10 do vse večjega odboja med elektroni zato, ker sta v orbitali po dva elektrona. ri Cu, g in u nd 10 ns 1 začne velikost atoma že naraščati. 52

resenetljivo je dejstvo, da so radiji atomov 4d in 5d elementov skoraj enaki. Zakaj? reden se začnejo polniti 5d orbitale, se za 5p in 6s elektroni razvrsti še 14 elektronov v 4f orbitale, torej v nižjo lupino. ri polnjenju 4f orbital se velikost atomov lantanoidov od leve proti desni ves čas zmanjšuje. Zmanjševanje velikosti pri polnjenju elektronov v f orbitale (lantanidna kontrakcija) je tolikšno, da so v isti skupini velikosti atomov 5d-elementov skoraj enaki velikostim atomov 4d-elementov. Toda atomi elementov 5d so sedaj bistveno težji od atomov 4d prav zato pa gostota teh kovin drastično naraste. 6. oimenuj naslednje spojine oziroma zvrsti. a) K 3 [CrCl 6 ] b) Ca[CuCl 3 ( 2 )] 2 c) [tbr 2 (N 3 ) 2 ] d) [CrCl 2 ( 2 ) 4 ] 2 4 e) py[wbr 4 py 2 ] py = prididinijev(1+) ion; py = piridin f) Na[g(CN) 2 ] g) [Fe(CN) 6 ] 3 [Fe(CN) 6 ] 4 h) Rb 2 [ocl 5 ] i) [Cr(N 3 ) 6 ][CrBr 6 ] 53

j) [g( 2 3 ) 2 ] 3+ k) [CoF 4 (N 3 ) 2 ] dgovor: a) kalijev heksakloridokromat(iii) b) kalcijev akvatrikloridokuprat(ii) c) diamidibromidoplatina(ii) d) tetraakvadikloridokromov(iii) sulfat(vi) e) piridinijev tetrabromidodipiridinvolframat(iii) f) natrijev dicianidoargentat(i) g) heksacianidoželezov(ii) heksacianidoferat(iii) h) rubidijev pentakloridooksidomolibdat(v) i) heksaaminokromov(iii) heksabromidokromat(iii) j) ditiosulfatosrebrov(1+) ion k) diaminotetrafluoridokobaltov(1 ) ion 7. Napiši formule koordinacijskih spojin a) amonijev akvatrikloridoplatinat(ii) b) diaminsrebrov(i) bromid c) rubidijev akvatrikloridodioksidomolibdat(v) d) litijev akvatrihidroksidokuprat(i) e) diamindiakvadibromidokromov(iii) klorid f) triakvakloroplatinov(ii) sulfat(vi) g) diamintetracianidoželozov(iii) tetraklorokuprat(ii) dgovor: a) N 4 [tcl 3 ( 2 )] b) [g(n 3 ) 2 ]Br c) Rb[oCl 2 2 ( 2 )] d) Li[Cu() 3 ( 2 )] e) [CrCl 2 ( 2 ) 2 (N 3 ) 2 ]Cl f) [tcl( 2 ) 3 ] 2 ( 4 ) g) [Fe(CN) 4 (N 3 ) 2 ] 2 [CuCl 4 ] 8. Kakšna je energija d orbital, ko je kovinski atom obdan s 6 elektronskimi pari v ogliščih oktaedra? dgovor: d orbitale centralnega atoma (d xy, d xz in d yz )»ležijo«med osmi xy, xz in yz. reostali 2 orbitali pa sta nameščeni vzdolž osi (d x 2 y 2 in dz 2 ). 54

nergije vseh petih orbital so enake (1). redpostavimo, da 12 elektronov kroži okrog centralnega atoma na enaki oddaljenosti po krogelni ploskvi. Zaradi odboja med 12 elektroni in valenčnimi elektroni centralnega atoma pride do povečanja energije vseh petih orbital (2). edaj»razvrstimo«elektrone po parih in jih namestimo vzdolž koordinatnih osi tako, da je vseh 6 parov na isti oddaljenosti od centra atoma (3). Ker ležita orbitali d x 2 y 2 in dz 2 na oseh, je elektrostatični odboj med temi pari in elektroni v teh dveh orbitalah večji kot pa odboj med pari in orbitalami d xy, d xz in d yz. Te tri orbitale ležijo med osmi in je zato povprečna oddaljenost med elektronskimi pari in elektroni v teh orbitalah manjša. Zaradi enake skupne oddaljenosti mora biti skupna energija enaka kot pri (2). To pa je možno le, če se energija orbital d xy, d xz in d yz zmanjša ravno za toliko, za kolikor se poveča energija orbital d x 2 y 2 in dz 2. Vsota zmanjšanja in povečanja mora potemtakem biti enaka 0. Če je energijska razlika med spodnjimi in zgornjimi orbitalami enaka Δ, mora veljati: 3 = 2 + in + + = Δ Iz teh dveh enačb sledi, da je + = (3/5)Δ in = (2/5)Δ. 55

Če sedaj povežemo 6 točk, ki so na enakih oddaljenostih od centra atoma in ležijo na oseh x, y in z, dobimo oktaeder. 9. Kako so d orbitale centralnega atoma zasedene z elektroni, če je centralni atom obdan s šestimi enakimi ligandi, ki okoli njega opišejo oktaeder. dgovor: Kako se bodo elektroni razvrstili v oktaedrskem polju ligandov, bo odvisno od velikosti energija cepitve Δ = 10 Dq. rvi trije elektroni (glej na sliki d 1, d 2 in d 3 ) se v skladu s undovim načelom posamično razvrstijo v»spodnje«tri orbitale, d xy, d xz in d yz. Četrti elektron ima dve možnosti:»lahko gre«v eno izmed»gornjih«dveh orbital; za to je potrebna energija Δ. Lahko se pridruži kateremukoli elektronu v eni izmed»spodnjih«treh orbital; nastane elektronski par. ba elektrona se sedaj gibljeta v istem prostoru (v isti orbitali). Zaradi tega je med njima večja odbojna sila, kot če sta v dveh različnih orbitalah. Za premagovanje odbojne sile pa je prav tako potrebna energija s. Torej: a) če bo energija Δ večja od s (Δ > s ), se 4., 5., in 6. elektron (glej slike d 4, d 5 in d 6 ) v skladu s aulijevim izključitvenim principom pridruži elektronom v spodnjih orbitalalah. 56

b) če bo ta energija manjša (Δ < s ),»gresta«4. in 5. elektron raje v zgornji dve orbitali (glej sliki d 4, d 5 ). stali elektroni (d 6, d 7, d 8, d 9, d 10 ) se razvrščajo v skladu s aulijevim izključitvenim principom. 10. Kaj je magnetni moment in kako lahko iz magnetnega momenta ugotovimo ali je koordinacijska zvrst nizko- ali visokospinska. dgovor: agnetni moment imajo paramagnetne snovi, izračunamo pa se ga lahko iz sile, s katero magnetno polje privlači snov. Čim večje je število nesparjenih elektronov, tem višji je magnetni moment. Če primerjamo sliki v nalogi 7, ugotovimo, da je razporeditev elektronov 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 konfiguracije: d 4, d 5 d 6, d 7. V tabeli je podano število samskih (enako usmerjenih) elektronov pod a) Δ > s in b) Δ < s. Število samskih elektronov: lekt. konfig. d 1 d 2 d 3 d 4 d 5 d 6 d 7 d 8 d 9 d 10 Nizkospinski 1 2 3 2 1 0 1 2 1 0 Visokospinski 1 1 3 4 5 4 3 2 1 0 11. Nariši oktaedrsko zvrst 5 ( = kovina, in so ligandi). koli katere osi moramo zasukati posamezno sliko in za koliko, da dobimo naslednjo sliko v vrsti? li smo jo zasukali v smeri urinega kazalca (UK) ali v nasprotni smeri urinega kazalca (NUK). ri UK se mora vijak gibati (pogrezati) v smeri od glave proti konici. dgovor: UK z x y a b c d e 57