Prvek období 3 - Period 3 element
Část série o |
Periodická tabulka |
---|
3. perioda je jeden z chemických prvků ve třetí řadě (nebo doby ) v periodické tabulce chemických prvků . Periodická tabulka je uspořádána do řádků pro ilustraci opakujících se (periodických) trendů v chemickém chování prvků při zvyšování jejich atomového čísla: nový řádek začíná, když periodická tabulka přeskočí řádek a chemické chování se začne opakovat, což znamená, že prvky s podobným chováním spadají do stejných svislých sloupců. Třetí období obsahuje osm prvků: sodík, hořčík, hliník, křemík, fosfor, síru, chlor a argon. První dva, sodík a hořčík, jsou členy s-bloku periodické tabulky, zatímco ostatní jsou členy p-bloku . Všechny prvky období 3 se vyskytují v přírodě a mají alespoň jeden stabilní izotop .
Atomová struktura
V kvantově mechanickém popisu atomové struktury toto období odpovídá nahromadění elektronů ve třetím ( n = 3 ) obalu , konkrétněji vyplnění jeho 3s a 3p subshellů. Existuje 3D subshell, ale - v souladu se zásadou Aufbau - není naplněn do 4. období . Tím se všech osm prvků stane analogií prvků období 2 ve stejné přesné sekvenci. Pravidlo oktetu obecně platí pro období 3 stejným způsobem jako pro prvky období 2, protože 3D subshell je obvykle neaktivní.
Elementy
Živel | # | Symbol | Blok | Konfigurace elektronů |
---|---|---|---|---|
Sodík | 11 | Na | s-blok | [Ne] 3 s 1 |
Hořčík | 12 | Mg | s-blok | [Ne] 3s 2 |
Hliník | 13 | Al | p-blok | [Ne] 3s 2 3p 1 |
Křemík | 14 | Si | p-blok | [Ne] 3s 2 3p 2 |
Fosfor | 15 | P | p-blok | [Ne] 3s 2 3p 3 |
Síra | 16 | S | p-blok | [Ne] 3s 2 3p 4 |
Chlór | 17 | Cl | p-blok | [Ne] 3s 2 3p 5 |
Argon | 18 | Ar | p-blok | [Ne] 3s 2 3p 6 |
Sodík
Sodík (symbol Na ) je měkký, stříbřitě bílý, vysoce reaktivní kov a je členem alkalických kovů ; jeho jediný stabilní izotop je 23 Na. Jedná se o bohatý prvek, který existuje v mnoha minerálech, jako jsou živce , sodalit a kamenná sůl . Mnoho sodných solí je vysoce rozpustných ve vodě, a jsou tedy ve značných množstvích přítomna v zemských vodních plochách, nejvíce v oceánech jako chlorid sodný .
Užitečných je mnoho sloučenin sodíku, jako je hydroxid sodný (louh) pro výrobu mýdla a chlorid sodný pro použití jako odmrazovací činidlo a živina. Stejný iont je také součástí mnoha minerálů, například dusičnanu sodného .
Volný kov, elementární sodík, se v přírodě nevyskytuje, ale musí být připraven ze sloučenin sodíku. Elementární sodný byl poprvé izolován Humphry Davy v roce 1807 pomocí elektrolýzy z hydroxidu sodného .
Hořčík
Hořčík (symbol Mg ) je kov alkalických zemin a má společné oxidační číslo +2. Je to osmý nejhojnější prvek v zemské kůře a devátý ve známém vesmíru jako celku. Hořčík je čtvrtým nejběžnějším prvkem na Zemi jako celku (za železem, kyslíkem a křemíkem), tvoří 13% hmotnosti planety a velkou část pláště planety . Je poměrně hojný, protože se snadno vytváří ve hvězdách supernovy postupným přidáváním tří jader helia ke uhlíku (který je zase vyroben ze tří jader helia). Vzhledem k vysoké rozpustnosti iontů hořčíku ve vodě je to třetí nejhojnější prvek rozpuštěný v mořské vodě .
Volný prvek (kov) se na Zemi přirozeně nenachází, protože je vysoce reaktivní (i když je jednou vyroben, je potažen tenkou vrstvou oxidu [viz pasivace ], který tuto reaktivitu částečně maskuje). Volný kov hoří charakteristickým brilantním bílým světlem, což z něj činí užitečnou přísadu do světlic. Kov se nyní získává hlavně elektrolýzou hořečnatých solí získaných ze solanky . Komerčně je hlavní použití kovu jako legovací činidlo pro výrobu slitin hliníku a hořčíku , někdy nazývaných „ magnalium “ nebo „magnelium“. Protože je hořčík méně hustý než hliník, jsou tyto slitiny ceněny pro svou relativní lehkost a pevnost.
Ionty hořčíku jsou kyselé podle chuti a v nízkých koncentracích pomáhají dodávat přirozenou chuť čerstvým minerálním vodám .
Hliník
Hliník (symbol AI ) nebo hliník ( Americká angličtina ) je stříbřitý bílý členem boru skupiny z chemických prvků a p-bloku kovu klasifikovány některými chemici jako post-přechodného kovu. Za normálních okolností není rozpustný ve vodě. Hliník je třetí nejrozšířenější prvek (po kyslíku a křemíku ), a nejhojnější kov , v Země je kůra . To tvoří asi 8% hmotnosti pevného zemského povrchu. Kovový hliník je příliš reaktivní chemicky, než aby se vyskytoval nativně. Místo toho se nachází v kombinaci s více než 270 různými minerály . Hlavní rudou hliníku je bauxit .
Hliník je pozoruhodný nízkou hustotou kovu a jeho schopností odolávat korozi v důsledku fenoménu pasivace . Konstrukční součásti vyrobené z hliníku a jeho slitin jsou životně důležité pro letecký průmysl a jsou důležité v jiných oblastech dopravy a konstrukčních materiálů. Nejužitečnějšími sloučeninami hliníku, alespoň na hmotnostní bázi, jsou oxidy a sírany.
Křemík
Křemík (symbol Si ) je metaloid skupiny 14 . Je méně reaktivní než jeho chemický analogový uhlík , nekov přímo nad ním v periodické tabulce, ale reaktivnější než germánium , metaloid přímo pod ním v tabulce. Spor o charakteru křemíku se datuje od jeho objevu: křemík byl poprvé připraven a charakterizován v čisté formě v roce 1824 a dostal jméno silicium (z latiny : silicis , pazourky) s koncovkou -ium, která naznačuje kov. Jeho konečný název, navržený v roce 1831, však odráží více chemicky podobných prvků uhlík a bór.
Křemík je podle hmotnosti osmým nejběžnějším prvkem ve vesmíru, ale velmi zřídka se v přírodě vyskytuje jako čistý volný prvek. Je nejrozšířenější v prachu , píscích , planetoidech a planetách jako různé formy oxidu křemičitého (silika) nebo křemičitanů . Více než 90% zemské kůry je složeno ze silikátových minerálů , což z křemíku činí druhý nejhojnější prvek v zemské kůře (asi 28% hmotnosti) po kyslíku .
Většina křemíku se používá komerčně, aniž by byla separována, a často často s malým zpracováním sloučenin z přírody. Patří sem přímé průmyslové využití hlíny , křemičitého písku a kamene . V keramických cihlách se používá křemík . Silikát vstupuje do portlandského cementu pro maltu a štuk a v kombinaci s křemičitým pískem a štěrkem se vyrábí beton . Silikáty jsou také v bílé keramice, jako je porcelán , a v tradičním sodnovápenatém skle na bázi křemene . Modernější sloučeniny křemíku, jako je karbid křemíku, tvoří brusiva a vysokopevnostní keramiku. Křemík je základem všudypřítomných syntetických polymerů na bázi křemíku nazývaných silikony .
Elementární křemík má také velký dopad na moderní světovou ekonomiku. Přestože se většina volného křemíku používá v ocelářství, odlévání hliníku a v jemném chemickém průmyslu (často na výrobu pyrogenního oxidu křemičitého ), relativně malá část velmi vysoce čištěného křemíku, který se používá v polovodičové elektronice (<10%), je možná dokonce kritičtější. Vzhledem k širokému použití křemíku v integrovaných obvodech , které je základem většiny počítačů, na něm závisí velké množství moderních technologií.
Fosfor
Fosfor (symbol P ) je multivalentní nekov ze skupiny dusíku , fosfor jako minerál je téměř vždy přítomen v maximálně oxidovaném ( pentavalentním ) stavu jako anorganické fosfátové horniny . Elementární fosfor existuje ve dvou hlavních formách - bílý fosfor a červený fosfor - ale díky své vysoké reaktivitě se fosfor na Zemi nikdy nenachází jako volný prvek.
První forma elementárního fosforu, která má být produkována (bílý fosfor, v roce 1669), po vystavení kyslíku vydává slabou záři -odtud jeho název pochází z řecké mytologie, Φωσφόρος znamená „světlonoš“ (latinsky Lucifer ), odkazující na „ ráno “ Hvězda “, planeta Venuše . Ačkoli termín „ fosforescence “, což znamená záře po osvětlení, pochází z této vlastnosti fosforu, záře fosforu pochází z oxidace bílého (nikoli však červeného) fosforu a měla by se nazývat chemiluminiscence . Je to také nejlehčí prvek, který snadno vytváří stabilní výjimky z pravidla oktetu .
Drtivá většina sloučenin fosforu se spotřebovává jako hnojiva. Mezi další aplikace patří role organofosforových sloučenin v detergentech , pesticidech a nervových agens a zápalkách .
Síra
Síra (symbol S ) je hojný multivalentní nekov, jeden z chalkogenů . Atomy síry za normálních podmínek tvoří cyklické oktatomové molekuly s chemickým vzorcem S 8 . Elementární síra je při pokojové teplotě jasně žlutá krystalická pevná látka. Chemicky může síra reagovat buď jako oxidační činidlo nebo jako redukční činidlo . Oxiduje většinu kovů a několik nekovů , včetně uhlíku, což ve většině organosírových sloučenin vede k jeho zápornému náboji , ale redukuje několik silných oxidantů, jako je kyslík a fluor .
V přírodě lze síru nalézt jako čistý prvek a jako sulfidové a sulfátové minerály. Krystaly elementární síry jsou běžně vyhledávány sběrateli minerálů pro své pestrobarevné mnohostěnné tvary. Bohatá v nativní formě byla síra známá již ve starověku, zmiňována pro její použití ve starověkém Řecku , Číně a Egyptě . Jako fumiganty byly použity sirné výpary a jako balzámy a antiparazitika léčivé směsi obsahující síru. Síra je v Bibli uváděna jako síra v angličtině , přičemž tento název se stále používá v několika nevědeckých termínech. Síra byla považována za dost důležitou na to, aby získala svůj vlastní alchymistický symbol . Bylo to nutné k výrobě nejlepší kvality černého střelného prachu a jasně žlutý prášek byl předpokládán alchymisty, aby obsahoval některé vlastnosti zlata, které se z něj snažili syntetizovat. V roce 1777 pomohl Antoine Lavoisier přesvědčit vědeckou komunitu, že síra je spíše základním prvkem než sloučeninou.
Elementární síra byla jednou extrahována ze solných kopulí , kde se někdy vyskytuje v téměř čisté formě, ale tato metoda je od konce 20. století zastaralá. Dnes se téměř veškerá elementární síra vyrábí jako vedlejší produkt odstraňování kontaminantů obsahujících síru ze zemního plynu a ropy . Komerční využití prvku je především v hnojivech , kvůli relativně vysokým požadavkům rostlin na něj, a při výrobě kyseliny sírové , primární průmyslové chemikálie. Další známá použití prvku jsou v sirkách , insekticidech a fungicidech . Mnoho sloučenin síry je pachových a vůně odorizovaného zemního plynu, vůně skunku, grapefruitu a česneku je způsobena sloučeninami síry. Sirovodík produkovaný živými organismy propůjčuje charakteristický zápach hnijícím vejcům a dalším biologickým procesům.
Chlór
Chlor (symbol Cl ) je druhým nejlehčím halogenem . Prvek tvoří za standardních podmínek diatomické molekuly , nazývané dichlor. Má nejvyšší elektronovou afinitu a třetí nejvyšší elektronegativitu ze všech prvků; chlor je tedy silné oxidační činidlo .
Nejběžnější sloučenina chloru, chlorid sodný ( kuchyňská sůl ), je známá již od starověku; kolem roku 1630 však plynný chlór získal belgický chemik a lékař Jan Baptist van Helmont. K syntéze a charakterizaci elementárního chloru došlo v roce 1774 švédským chemikem Carlem Wilhelmem Scheelem, který jej nazval „dephlogisticated muriatic acid air“, protože si myslel, že syntetizuje oxid získaný z kyseliny chlorovodíkové , protože se v té době předpokládalo, že kyseliny nutně obsahují kyslík. Řada chemiků, včetně Clauda Bertholleta, navrhla, že Scheeleho „dephlogistikovaný vzduch z kyseliny muriatové“ musí být kombinací kyslíku a dosud neobjeveného prvku a Scheele pojmenoval údajný nový prvek v tomto oxidu jako muriaticum . Tvrzení, že tento nově objevený plyn byl jednoduchým prvkem, vyrobili v roce 1809 Joseph Louis Gay-Lussac a Louis-Jacques. V roce 1810 to potvrdil Sir Humphry Davy , který jej pojmenoval chlor, z řeckého slova χλωρός (chlōros), což znamená „zeleno-žlutý“.
Chlor je součástí mnoha dalších sloučenin. Je to druhý nejhojnější halogen a 21. nejhojnější chemický prvek v zemské kůře. Velká oxidační síla chloru vedla k jeho bělícímu a dezinfekčnímu použití a byla také nezbytným činidlem v chemickém průmyslu. Jako běžný dezinfekční prostředek se v bazénech používají sloučeniny chloru, aby byly čisté a hygienické . V horních vrstvách atmosféry se molekuly obsahující chlor, jako jsou chlorfluoruhlovodíky, podílejí na poškozování ozónové vrstvy .
Argon
Argon (symbol Ar ) je třetím prvkem ve skupině 18, vzácnými plyny . Argon je s 0,93% třetím nejběžnějším plynem v zemské atmosféře , takže je běžnější než oxid uhličitý . Téměř celý tento argon je radiogenní argon-40 odvozený z rozpadu draslíku-40 v zemské kůře. Ve vesmíru je argon-36 zdaleka nejběžnějším izotopem argonu, přičemž je preferovaným izotopem argonu produkovaným hvězdnou nukleosyntézou .
Název „argon“ je odvozen z řeckého kastrace adjektiva ἀργόν , což znamená „líný“ nebo „neaktivní“, protože prvek nepodléhá téměř žádným chemickým reakcím. Kompletní oktet (osm elektronů) ve vnějším atomovém obalu činí argon stabilní a odolný vůči vazbě s jinými prvky. Jeho teplota trojného bodu 83,8058 K je definujícím pevným bodem v mezinárodní teplotní stupnici z roku 1990 .
Argon se vyrábí průmyslově pomocí frakční destilací z kapalného vzduchu . Argon se většinou používá jako inertní ochranný plyn při svařování a dalších vysokoteplotních průmyslových procesech, kde se běžně nereaktivní látky stávají reaktivními: například v grafitových elektrických pecích se používá argonová atmosféra, aby se zabránilo spalování grafitu. Argonový plyn má také použití v žárovkovém a zářivkovém osvětlení a dalších typech plynových výbojek. Argon vyrábí výrazný modrozelený plynový laser .
Biologické role
Sodík je základním prvkem pro všechna zvířata a některé rostliny. U zvířat se sodíkové ionty používají proti iontům draslíku k vytváření nábojů na buněčných membránách , což umožňuje přenos nervových vzruchů při rozptýlení náboje; proto je klasifikován jako dietní anorganický makrominerál.
Hořčík je jedenáctým hmotnostně nejhojnějším prvkem v lidském těle ; jeho ionty jsou nezbytné pro všechny živé buňky , kde hrají hlavní roli při manipulaci s důležitými biologickými polyfosfátovými sloučeninami, jako je ATP , DNA a RNA . Stovky enzymů tak ke své funkci vyžadují ionty hořčíku. Hořčík je také kovový ion ve středu chlorofylu , a je tedy běžnou přísadou do hnojiv . Sloučeniny hořčíku se v medicíně používají jako běžná projímadla , antacida (např. Mléko z magnézie ) a v řadě situací, kde je vyžadována stabilizace abnormální nervové excitace a křeče cév (např. K léčbě eklampsie ).
Navzdory své prevalenci v životním prostředí není známo, že by soli hliníku používala jakákoli forma života. V souladu se svou všudypřítomností je dobře snášen rostlinami i živočichy. Vzhledem k jejich prevalenci jsou potenciální prospěšné (nebo jiné) biologické role sloučenin hliníku stále zajímavé.
Křemík je základním prvkem v biologii, i když se zdá, že zvířata vyžadují pouze jeho malé stopy, ačkoli různé mořské houby potřebují křemík, aby měly strukturu. Je to mnohem důležitější pro metabolismus rostlin, zejména mnoha trav, a kyselina křemičitá (druh oxidu křemičitého) tvoří základ nápadného souboru ochranných obalů mikroskopických rozsivek .
Fosfor je pro život nezbytný. Jako fosfát je součástí DNA , RNA , ATP a také fosfolipidů, které tvoří všechny buněčné membrány. Prokazující spojení mezi fosforem a životem byl elementární fosfor historicky poprvé izolován z lidské moči a kostní popel byl důležitým raným zdrojem fosfátů. Fosfátové minerály jsou zkameněliny. Nízké hladiny fosfátů jsou důležitým limitem růstu v některých vodních systémech. Dnes je nejdůležitějším komerčním využitím chemikálií na bázi fosforu výroba hnojiv , která nahrazují fosfor, který rostliny odstraňují z půdy.
Síra je základním prvkem pro veškerý život a je široce používána v biochemických procesech. Při metabolických reakcích slouží sloučeniny síry jako palivo i jako respirační (kyslík nahrazující) materiál pro jednoduché organismy. Síra v organické formě je přítomna ve vitaminech biotin a thiamin , které jsou pojmenovány podle řeckého slova pro síru. Síra je důležitou součástí mnoha enzymů a v molekulách antioxidantů, jako je glutathion a thioredoxin . Organicky vázaná síra je součástí všech proteinů, jako jsou aminokyseliny cystein a methionin . Disulfidové vazby jsou z velké části zodpovědné za mechanickou pevnost a nerozpustnost proteinového keratinu , který se nachází ve vnější kůži, vlasech a peří, a tento prvek přispívá k jejich štiplavému zápachu při hoření.
Elementární chlor je extrémně nebezpečný a jedovatý pro všechny formy života a používá se jako plicní prostředek v chemické válce ; chlor je však nezbytný pro většinu forem života, včetně lidí, ve formě chloridových iontů.
Argon nemá žádnou biologickou roli. Jako každý plyn kromě kyslíku je argon dusivý .
Tabulka prvků
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
Skupina → | ||||||||||||||||||
↓ Období | ||||||||||||||||||
3 | ||||||||||||||||||