КАТЕГОРИИ: Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748) |
Природные источники элементов VI а группы
Теоретические сведения
К р-элементам VI группы относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний (табл. 22). В своей наружной электронной оболочке атомы элементов этой группы содержат по шесть электронов. Общая электронная конфигурация: ns2 np4. Наличие двух неспаренных электронов в наружном слое указывает на валентность II в невозбужденном состоянии. У атомов серы, селена, теллура и полония, в отличие от кислорода, имеются вакантные d-орбитали, поэтому в возбужденном состоянии количество неспатенных электронов увеличивавется до 4 и 6, а, следовательно, и валентность IV и VI. Основные степени окисления: +2, -2, +4, +6. Элементы с явно выраженными неметаллическими свойствами, более активны, чем V группа. Сверху вниз металлоидные свойства уменьшаются. Радиус атомов элементов сверху вниз увеличивается от 0,073, 0,104, 0,117, 0,137, следовательно, энергия ионизации уменьшается. Уменьшается и сродство к электрону. Поэтому восстановительные свойства нейтральных атомов усиливается от кислорода к полонию, а окислительные в том же направлении уменьшаются, следовательно, металлические свойства увеличиваются, поэтому полоний – металл. Таблица 22
Кислород – неметалл. В свободном состоянии содержится в воздухе (21%), основная масса входит в состав воды, горных пород, минералов, растительных и животных организмов. Молекула кислорода двухатомна, парамагнитна, что обусловлено наличием двух неспаренных электронов. Она представляет собой бирадикал, в котором атомы связаны одной ковалентной и двумя трехэлектронными связями. При возбуждении молекул парамагнитные свойства теряются, и кислород становится диамагнитным.
В лаборатории кислород получают путем разложения: бертолетовой соли (хлората калия), перманганата калия или нитратов щелочных металлов: 2KClO3 = 2KCl + 3O2 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 2NaNO3 = 2NaNO2 + O2 Источником получения кислорода в промышленности является воздух и вода. Кислород – это газ без цвета, запаха и вкуса, мало растворим в воде. Хранят и перевозят его в стальных баллонах под давлением (синий цвет). Взрывоопасен. В реакциях с атомами других элементов (кроме фтора) кислород – окислитель. Степень окисления в соединениях со всеми элементами - -2, с фтором - +2. С большинством элементов он взаимодействует непосредственно (кроме галогенов, золота и платины). Известны соединения кислорода со всеми элементами, за исключением инертных газов (оксиды и гидроксиды). Аллотроп кислорода – озон – О3 – газ, голубоватого цвета с характерным запахом, в воде растворяется лучше, чем кислород, взрывается, образуется во время грозы, а также окислении: 3О2 = 2О3 Сильный окислитель, так как он хорошо разлагается с образованием атомарного кислорода: О3 = О2 + О Кислород с серебром не реагирует, а озон – да: 2Ag + 2O3 = Ag2O2 + 2O2 Биологическая роль кислорода велика. Человек в сутки вдыхает 20-30 м3 воздуха. Он является энергетиком для живых организмов. Входит в состав всех органов, тканей, биологических жидкостей. Кислород - органоген (незаменимый макроэлемент); содержание в организме человека 62 %; поддерживает процессы окисления в живом; принимает участие в образовании водородных связей, в образовании воды – важнейшего биологического растворителя; фагоцитарные (защитные) функции:
О2 + е → О2- - супероксид-ион О2- + Н2О → НО2∙ + ОН- НО2∙ + RH → Н2О2 + R∙ радикально-цепные реакции окисления инородных веществ. Кислород используют для резки и сварки металлов, так как достигается большая температура. Озон, благодаря сильной окислительной способности, убивает микроорганизмы. Применяется в качестве дезинфицирующего вещества для обеззараживания питьевой воды и воздуха. Кислород широко применяется в медицине при лечениии заболеваний, сопровождающихс нарушением функции дыхания и окислительных процессов. Обычно используют смесь 95% кислорода и 5% углекислого газа, называемую карбогеном. Пероксид магния (MgO2) применяется для связывания соляной кислоты желудочного сока при повышенной кислотости: MgO2 + 2HCl = MgCl2 + H2O2 Гидроперит – препарат, содержащий комплексное соединение с мочевиной (H2N – CO – NH2·H2O2) применяется наружно как антисептик. Надпероксиды также находят широкое применение благодаря их способности поглащать углекислый газ и регенерировать кислород в замкнутых системах, например, космических аппаратах, подводных лодках и пр.: 4MeO2 + 2CO2 = 2MeCO3 + 3O2 Сера находится как в свободном состоянии, так и в виде соединений: железный колчедан (FeS), цинковая обманка (ZnS), свинцовый блеск (PbS), медный блеск (CuS) и др.– руды для выплавки цветных металлов. Сера добывается в виде самородных месторождений. Образует несколько аллотропных соединений: ромбическая сера - наиболее устойчивая (природная) – твердое вещество желтого цвета, плохо проводит теплоту и ток, не растворима в воде, растворима в бензоле, сероуглероде. По свойствам – активный неметалл. Способна образовывать соединения со степенью окисления от -2 до +6. В реакциях с металлами и кислородом сера ведет себя как типичный окислитель: H2 + S = H2S 2Al + 3S = Al2S3 В реакциях с сильными окислителями сера ведет себя как восстановитель: S + 3F2 = SF6 S + O2 = SO2 Сера способна взаимодействовать со сложными веществами:
2H2SO4 + S = 3SO2 + 2H2O S + 6HNO3(конц) = H2SO4 + 6NO2 + 2H2O Сера способна и к реакциям диспропорционирования: S + 6KOH = K2SO3 Н2S – сероводород - встречается в природе в виде вулканических газов и водах минеральных источников, образуется при гниении белковых веществ. Электронная формула сероводорода показывает, что в образовании связей Н-S-Н участвуют два р-электрона внешней электронной оболочки атома серы. Молекула имеет угловую форму, поэтому она полярна. Сероводород очень ядовит, при вдыхании связывается с гемоглобином, вызывая паралич (в больших концентациях). В лабораторных условиях сероводород обычно получают действием разбавленных минеральных кислот на сульфид железа (II): FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S FeS + H2SO4 = FeSO4 + H2S К наиболее характерным свойствам сероводорода относятся восстановительные и кислотные свойства. Степень окисления серы в сероводороде минимальная (-2), поэтому в окислительно-восстановительных реакциях проявляет себя только как восстановитель. Сильные окислители окисляют сероводород до соединений серы со степенью окисления +6: 2H2S + 8HNO3 = 2H2SO4 + 8NO + 4H2O Недостаточное количество сильных окислителей, а также слабые окислители окисляют сероводород до молекулярной серы: H2S + I2 = S + 2HI H2S + Cl2(недост) = S + 2HCl В случае медленно протекающих в водном растворе реакций можно окислить S2- до полисульфидной серы: 4H2S + O2 = 2H2S2 + 2H2O Сероводород - это бесцветный газ с неприятным запахом (запах тухлых яиц). На воздухе горит окисляясь: 2H2S + 3O2 = 2SO2 + 2H2O 2H2S + O2 = 2S + 2H2O Сероводород – умеренно растворим в воде, водный раствор проявляет слабая кислотные свойства. Диссоциация сероводородной кислоты идет по двум ступеням и характеризуется следующими константами: H2S ↔ HS- + H+ K1 = 6·10-3 HS- ↔ S2- + H+ K2 = 1·10-14 Сероводородная кислота дает два ряда солей: сульфиды и гидросульфиды. Многие сульфиды не растворимы в воде и кислотах. К растворимым относятся сульфиды щелочных, щелочноземельных металлов и катиона аммония. Все они подвергаются в водном растворе гидролизу по аниону (рН>7):
K2S + HOH = KHS + KOH Концентрированные водные растворы сульфидов щелочных металлов растворяют серу, переходя в персульфиды: Na2S + S = Na2S2 Персульфиды в окислительно-восстановительных реакциях проявляют как окислительные, так и восстановительные свойства: Na2S2 + SnS = Na2S + SnS2 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 Персульфиды способны и к реакциям диспропорционирования: 2FeS2 = 2FeS + 2S Сера образует многочисленные соединения с кислородом, в которых проявляет степени окисления от +2 до +6. Наиболее важное значение имеют соединения со степенью окисления +4 и +6. К соединениям серы со степенью окисления +4 относятся SO2 – сернистый газ, сернистый ангидрид и сернистая кислота. SO2 – бесцветный газ с резким запахом, растворим в воде, обладает кислотными свойствами, при -10 0С – жидкость. Диоксид серы можно получить различными способами: S + O2 = SO2 Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O В окислительно-восстановительных реакциях является как окислителем, так и восстановителем: SO2 + Br2 + 2H2O = H2SO4 + 2HBr SO2 + 2H2S = 2S + 2H2O При пропускании SO2 через водный раствор гидросульфита образуется пиросульфит: NaHSO3 + SO2 = NaHS2O5 При взаимодействии SO2 с РCl5 образуется тионилхлорид: PCl5 + SO2 = SOCl2 + POCl3 Водный раствор SO2 имеет кислую реакцию и называется сернистой кислотой. Обычно основная масса растворенного в воде SO2 находится в гидратированной форме SO2·nН2О и только незначительная часть SO2 взаимодействует с водой по схеме: SO2 + Н2О ↔ Н2SO3 ↔ H+ + HSO3- ↔ 2H+ + SO32- Сернистая кислота двухосновная, средняя по силе, образует два типа солей: нормальные - сульфиты и кислые – гидросульфиты, которые подвергаются гидролизу по аниону: Na2SO3 + HOH = NaHSO3 + NaOH Сернистая кислота существует в двух таутомерных формах: H – O H O S = O ↔ S H – O H – O O Для сернистой кислоты и ее солей характерны восстановительные свойства: 2H2SO3 + O2 = 2H2SO4 H2SO3 + Cl2 + H2O = H2SO4 + 2HCl H2SO3 + KMnO4 + H2SO4 = K2SO4 + MnSO4 + H2O С сильными восстановителями ведет себя как окислитель: H2SO3 + 2H2S = 3S + 3H2O При кипячении раствора сульфита натрия с порошкообразной серой образуется тиосульфат натрия: Na2SO3 + S = Na2S2O3 Na2S2O3 – соль серноватистой или тиосерной кислоты, ей отвечают структуры: H – S2- O H - О O S6+ ↔ S6+ H – O O H – O S2- Тиосерная кислота H2S2O3 – сильная (К2 = 2·10-2) двухосновная, в свободном состоянии не получена (сера +6 и -2), так как не устойчива. При комнатной температуре разлагается на Н2О, SO2 и S. При подкислении раствора Na2S2O3 происходит реакция: Na2S2O3 + H2SO4 = Na2SO4 + S↓ + SO2 + H2O Наличие S2- в тиосульфат-ионе определяет его восстановительные свойства: Na2S2O3 + Сl2 + H2O = Na2SO4 + 2HCl + S↓ Na2S2O3 в медицине применяется в качестве противоядия при отравлении галогенами и цианидами, а также при отравлении соединениями As, Pb, Hg. SO3 – серный ангидрид, триоксид серы – бесцветная жидкость, при комнатной температуре – белые кристаллы, проявляет свойства кислотного оксида. Сильный окислитель: SO3 + 2Р = SO2 + Р2O Получается при окислении сернистого ангидрида: 2SO2 + O2 = 2SO3 Взаимодействуя с водой, образует серную кислоту: SO3 + Н2О = Н2SO4 Серная кислота – сильная (К2 = 1,3·10-2), двухосновная кислота. Бесцветная маслянистая жидкость, мало летуча, поглощает воду, обугливает органические вещества. Получают ее контактным и нитрозным способом. В качестве сырья используют пирит FeS2. Строение молекулы: H – O O S H – O O 95% раствор cерной кислоты, содержащий SO3 называется олеумом: H2SO4 + SO3 = H2S2O7 H2S2O7 – пиросерная кислота, очень сильный окислитель, не устойчива: H2S2O7 + Н2О = 2H2SO4 Химические свойства серной кислоты зависят от ее концентрации. Концентрированная серная кислота является энергичным окислителем. Она взаимодействует как с простыми, так и со сложными веществами. Концентрированная серная кислота при нагревании окисляет большинство металлов, в том числе медь, серебро, ртуть. В зависимости от активности металла в качестве продуктов восстановления могут быть H2S, SO2, S. Реакции концентрированной серной кислоты с металлами стоящими в ряду напряжения до водорода, приводит к восстановлению серной кислоты до S или H2S: 3Mg + 4H2SO4 = 3MgSO4 + S + 4H2O С металлами, стоящими после водорода, образуется SO2: Cu + 2H2SO4 = CuSO4 + SO2 + 2H2O С таким активным металлом, как цинк, концентрированная серная кислота реагирует с образованием различных продуктов: SO2, S, H2S: 4Zn + 5H2SO4 = H2S + 4ZnSO4 + 4H2O На холоду концентриованная серная кислота пассивирует алюминий, железо, хром. При кипячении концентрированная серная кислота окисляет такие неметаллы, как серу, углерод: 2H2SO4 + C = CO2 + 2SO2 + 2H2O S + 2H2SO4 = 3SO2 + 2H2O Роль окислителя в концентрированной серной кислоте выполняет сульфат-ион. В разбавленной серной кислоте окислительные свойства проявляются только за счет ионов водорода. Разбавленная серная кислота реагирует только с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода: Mg + H2SO4 = MgSO4 + H2 Реактивом обнаружения сульфат-иона являются растворимые соли бария. Серная кислота образует два типа солей: сульфаты и гидросульфаты. Большинство солей растворимо в воде, способны подвергаться гидролизу по катиону, водные растворы проводят электрический ток. Соли серной кислоты находят широкое применениие в медицине. Сульфат натрия в виде кристаллогидрата Na2SO4·10H2O известен под названием глауберовой соли. В медицине используется в качестве противоядия при отравлении солями бария и свинца. Сульфат кальция – CaSO4·2H2O (гипс), 2СаSO4·H2O (алебастр) применяют в медицине для изготоления повязок и шин – при переломах и в зубопротезировании – для изготовления отливок. Сульфат магния – MgSO4 ·7H2O применяется в медицине в качестве слабительного (горькая соль), в виде инъекций – как спазмодитик, противосудорожное и обезбаливающее средство. Сульфат бария – BaSO4 применяется как рентгеноконтрастное вещество. Сульфат меди – CuSO4·5H2O, называемый медным купоросом обладает выжущим и антисептическим действием, поэтому применяется в глазной практике; реже используется и в качестве рвотного средства. Сулфат цинка – ZnSO4·7H2O используется для изготовления глазных капель как антисептик. Алюмокалиевые квасцы – Kal(SO4)2·12H2O обладают вяжущим, противовоспалительным и кровоостанавливающим действием. Применяется наружно. Сульфат железа – FeSO4·7H2O (железный купорос) в медицине используется для лечения анемий, связанных с недостатком железа. Пероксокислоты: H2SO5 - пероксомоносерная кислота, H2S2O8 - пероксодисерная кислота. Структура молекул: O O O || || || H – O – S – O – H H – O –S – O – O – S – O - H || || || O O O Характерной их особенностью является наличие в молекуле пероксидной цепочки. Пероксокислоты легко разлагаются на H2SO4 и О2. Кисоты и их соли – очень сильные окислители: K2S2O8 + KNO2 + 2KOH = KNO3 + 2K2SO4 + H2O 2KI + H2SO5 = K2SO4 + I2 + H2O Пероксокислоты при гидролизе образуют пероксид водорода: H2SO5 + HOH = H2O2 + H2SO4 H2S2O8 + 2HOH = H2O2 + 2H2SO4 Соли этих кислот называются персульфатами. Политионовые кислоты состоят из остатков серной кислоты, связанных друг с другом с помощью цепочек из атомов серы. Общая формула: H2SnO6, где n = 2, 3, 4 …. Например, тетрптионовая кислота H2S4O6: O O || || H – O – S – S – S – S – O – H || || O O Политионовые кислоты неустойчивы, быстро разлагаются на S, SO2, H2S; являются сильными восстановителями. Хлорсульфоновая кислота – HSO3Cl – неполный ангидрид серной кислоты, получается взаимодействием соляной кислоты с серным ангидридом: Cl SO3 + HCl = O=S=O
Дата добавления: 2015-05-09; Просмотров: 730; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы! Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет |