Anorganická chémia
Názvoslovie anorganických zlúčenín
Názvoslovie anorganických zlúčenín je súbor pravidiel, podľa ktorých sa určujú a zapisujú názvy a vzorce chemických látok. Riadi sa odporúčaniami IUPAC a umožňuje jednoznačné pomenovanie zlúčenín na základe ich zloženia a oxidačných čísel. V článku sa dozviete základné princípy tvorby názvov, pravidlá pre oxidačné čísla a systematické pomenovanie mnohých anorganických zlúčenín.
Vodík a jeho zlúčeniny
Vodík (H), najľahší a najrozšírenejší prvok vo vesmíre a kľúčová súčasť vody, má jedinečné postavenie v periodickej sústave. Ako molekula H₂ sa vyznačuje schopnosťou tvoriť katión H⁺, anión H⁻ aj kovalentné väzby, čím tvorí rôzne typy hydridov. Priemyselne sa vyrába reformingom zemného plynu či elektrolýzou vody a využíva sa pri syntéze amoniaku, ako redukovadlo, pri hydrogenácii a ako ekologické palivo. Jeho vysoká horľavosť si vyžaduje bezpečnostné opatrenia.
Alkalické kovy (prvky 1. skupiny)
Alkalické kovy tvoria prvú skupinu periodickej tabuľky a vyznačujú sa výraznou reaktivitou, mäkkosťou a nízkou ionizačnou energiou. Ich zlúčeniny patria medzi najpoužívanejšie chemikálie – od kuchynskej soli cez hydroxidy a uhličitany až po špecializované látky ako manganistan či hypermangán. Reaktivita, biologická úloha aj technické využitie zlúčenín ako NaCl, KOH, Na₂CO₃ či Li₂CO₃ z nich robí neoddeliteľnú súčasť chemického aj každodenného sveta.
Kovy alkalických zemín (prvky 2. skupiny)
Kovy alkalických zemín tvoria 2. skupinu tabuľky prvkov a patria medzi typické s-prvky s dvoma valenčnými elektrónmi. Sú to prevažne mäkké, striebristé kovy s rastúcim kovovým charakterom smerom nadol v skupine. V zlúčeninách vytvárajú prevažne zásadité oxidy a hydroxidy. Mnohé ich zlúčeniny sú základnými surovinami v stavebníctve, poľnohospodárstve, priemysle, ale aj medicíne. Horčík a vápnik majú aj významnú biologickú úlohu.
Prvky 3. skupiny - skandium, ytrium, lantán, aktínium
Prvky 3. skupiny (skandium, ytrium, lantán, aktínium) sú reaktívne kovy s tromi valenčnými elektrónmi, ktoré vo svojich zlúčeninách vystupujú výlučne v oxidačnom stave +III. Tieto striebrolesklé, pomerne mäkké kovy tvoria prevažne iónové, bezfarebné zlúčeniny (oxidy, hydroxidy, soli), pričom ich zásaditosť a reaktivita rastie smerom nadol v skupine. V prírode sa vyskytujú rozptýlene, a získavajú sa elektrolýzou tavenín alebo redukciou halogenidov. Využívajú sa najmä ako prísady do zliatin a vo forme zlúčenín.
Lantanoidy (Prvky 6. periódy, f-blok)
Lantanoidy, štrnásť f-prvkov (Ce až Lu) nasledujúcich za lantánom, charakterizuje postupné zapĺňanie 4f orbitálov a jav lantanoidovej kontrakcie, spôsobujúci ich veľkú chemickú podobnosť. Ich dominantným oxidačným stavom je +III, výnimočne tvoria aj stav +II (napr. Eu, Yb) a +IV (napr. Ce). Tieto reaktívne, striebrolesklé kovy sa vyskytujú ako zmes v mineráloch (napr. monazit) a ich separácia je náročná. Majú kľúčové využitie v moderných technológiách ako súčasť silných magnetov (Nd, Sm), luminoforov (Eu, Tb), katalyzátorov (Ce), laserov (Nd, Er) a v medicíne (Gd).
Aktinoidy (Prvky 7. periódy, f-blok)
Aktinoidy, 14 rádioaktívnych f-prvkov nasledujúcich za aktíniom (Th až Lr), charakterizuje postupné zapĺňanie 5f orbitálov a jav aktinoidovej kontrakcie. Na rozdiel od lantanoidov vykazujú oveľa väčšiu variabilitu oxidačných stavov, najmä ľahšie prvky (Th až Am, stavy +III až +VII), kým pre ťažšie aktinoidy (od Cm ďalej) je dominantný stav +III. V prírode sa vo významných množstvách vyskytujú len tórium a urán; ostatné (transurány) sa pripravujú umelo. Ich hlavný význam spočíva v jadrovej energetike a zbraniach (U, Pu), špecifické izotopy sa využívajú aj vo vesmírnej technológii, detektoroch dymu či ako zdroje neutrónov.
Prvky 4. skupiny - titán, zirkón, hafnium
Prvky 4. skupiny (Ti, Zr, Hf, Rf) sú tvrdé prechodné kovy s vysokými teplotami topenia a vynikajúcou odolnosťou voči korózii, ktorú zabezpečuje pasivačná vrstva oxidu. Ich atómy majú štyri valenčné elektróny a vo svojich zlúčeninách vystupujú takmer výlučne v stabilnom oxidačnom stave +IV. Dôsledkom lantanoidovej kontrakcie majú Zr a Hf takmer identické atómové polomery a veľmi podobné chemické vlastnosti, čo komplikuje ich separáciu. Tieto prvky a ich zlúčeniny majú významné využitie v letectve (Ti), jadrovej energetike (Zr, Hf) a medicíne (Ti, ZrO₂).
Prvky 5. skupiny - vanád, niób, tantal
Prvky 5. skupiny (vanád, niób, tantal a dubnium) sú tvrdé prechodné kovy s vysokými teplotami topenia a charakteristickou sivastou farbou. Majú päť valenčných elektrónov, pričom vo svojich zlúčeninách vystupujú najčastejšie v oxidačnom stave +V, hoci vanád je známy širšou škálou oxidačných stavov. Niób a tantal sú si chemicky mimoriadne podobné v dôsledku lantanoidovej kontrakcie a vyznačujú sa vynikajúcou odolnosťou voči korózii vďaka ochrannej pasivačnej vrstve oxidu, čo umožňuje ich využitie v náročných podmienkach.
Prvky 6. skupiny - chróm, molybdén, volfrám
Prvky 6. skupiny (chróm, molybdén, volfrám a seaborgium) sú tvrdé prechodné kovy, pričom Mo a najmä W vynikajú extrémne vysokými teplotami topenia. Charakterizuje ich tvorba zlúčenín vo viacerých oxidačných stavoch (+II až +VI), s najstabilnejším +III pre Cr a +VI pre Mo a W, a častá tvorba farebných komplexov. Mo a W sú si chemicky veľmi podobné (lantanoidová kontrakcia) a majú zásadný význam v metalurgii, priemyselných katalyzátoroch a ako špeciálne materiály.
Prvky 13. skupiny - bór, hliník, gálium, indium, tálium
Triely, prvky 13. skupiny PTP, charakterizujú 3 valenčné elektróny (ns²np¹) a prechod od polokovu (bór) ku kovom (hliník a ťažšie prvky). Bór tvorí kovalentné väzby a zložité hydridy (borány), kým ostatné prvky sú kovy s amfotérnymi (hliník, gálium) až zásaditými (indium, tálium) oxidmi. Typickým oxidačným stavom je +III, no pre ťažšie prvky rastie stabilita stavu +I vplyvom efektu inertného páru, ktorý je dominantný pre extrémne toxické tálium. Zlúčeniny typu EX₃ sú často elektrónovo deficitné a pôsobia ako Lewisove kyseliny.
Prvky 14. skupiny - uhlík, kremík, germánium, cín, olovo
Tetragény, prvky 14. skupiny PTP, charakterizuje 4 valenčné elektróny a prechod od nekovu (uhlík) cez polokovy (kremík, germánium) ku kovom (cín, olovo). Typickým oxidačným stavom je +IV a +II. Uhlík vyniká schopnosťou tvoriť dlhé reťazce (katenácia) a násobné väzby, čo je základom organickej chémie, kým kremík tvorí stabilné väzby s kyslíkom (kremičitany). Prvky sa získavajú najmä redukciou oxidov a tvoria typické zlúčeniny ako hydridy (stabilita klesá), oxidy (charakter sa mení od kyslého k amfotérnemu), halogenidy a ďalšie binárne zlúčeniny.
Prvky 15. skupiny - dusík, fosfor, arzén, antimón, bizmut
Pniktogény, prvky 15. skupiny PTP, zahŕňajú prvky od nekovov (dusík, fosfor) cez polokovy (arzén, antimón) až po kov (bizmut). Majú 5 valenčných elektrónov a typicky tvoria zlúčeniny v oxidačných stavoch -III, +III a +V. Tvoria charakteristické zlúčeniny ako hydridy, oxidy, oxokyseliny, halogenidy a pniktidy. Dusík a fosfor sú esenciálne biogénne prvky, arzén a antimón sú toxické polokovy používané v zliatinách a polovodičoch, bizmut je relatívne netoxický kov s využitím v zliatinách a medicíne, a moskóvium je umelo pripravený rádioaktívny prvok.
Prvky 16. skupiny - kyslík, síra, selén, telúr, polónium
Chalkogény tvoria 16. skupinu PTP a zahŕňajú prvky kyslík, síru, selén, telúr, polónium a livermórium. Majú 6 valenčných elektrónov, typicky tvoria zlúčeniny s oxidačným číslom -II, no ťažšie členy môžu mať aj +IV a +VI. V skupine sa mení nekovový charakter na kovový a klesá elektronegativita. Chalkogény tvoria rôzne zlúčeniny ako hydridy (napr. voda), oxidy či oxokyseliny (napr. H₂SO₄) a chalkogenidy. Využívajú sa v biológii (O, S, Se), priemysle a elektronike, pričom polónium a livermórium sú rádioaktívne a toxické.
Halogény (prvky 17. skupiny)
Halogény (fluór, chlór, bróm, jód, astát, tenés) tvoria 17. skupinu PTP. Sú to vysoko reaktívne nekovy vďaka siedmim valenčným elektrónom. Existujú ako dvojatómové molekuly (X₂), sú silné oxidovadlá (tvoria anióny X⁻) a vytvárajú rôzne zlúčeniny ako halogenidy, halogenovodíky (HX) a oxokyseliny. Získavajú sa oxidáciou svojich aniónov a nachádzajú široké využitie pri dezinfekcii (chlór, jód), výrobe plastov (fluór, chlór), liečiv a solí. Elementárne halogény sú toxické, no chloridy a jodidy sú esenciálne pre život.
Vzácne plyny (prvky 18. skupiny)
Vzácne plyny tvoria 18. skupinu PTP a vyznačujú sa stabilnou elektrónovou konfiguráciou, ktorá podmieňuje ich vysokú chemickú inertnosť. Kr a najmä Xe tvoria za určitých podmienok zlúčeniny s fluórom a kyslíkom. Tieto monoatomické plyny sa získavajú hlavne frakčnou destiláciou vzduchu (Ar, Ne, Kr, Xe) alebo zo zemného plynu (He) a nachádzajú široké využitie v osvetľovacej technike, ako ochranné atmosféry, v kryogénnej technike (He) a medicíne, pričom rádioaktívny radón predstavuje zdravotné riziko.
