Студопедия

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)

Элементы VIA-группы




Элементы кислород О, сера S, селен Se, теллур Те и полоний Ро составляют VIA-группу Периодической системы Д.И. Менделеева. Групповое название этих элементов – халькогены, хотя кислород часто рассматривают отдельно. Валентный уровень атомов отвеча­ет электронной формуле n s 2n p 4. Кислород – второй по электроот­рицательности элемент (после наиболее электроотрицательного фтора). Его устойчивая степень окисления –2; положительная сте­пень окисления у кислорода проявляется только в его соединениях с фтором. Остальные элементы VIA-группы (кроме Ро) проявляют в соедине­ниях степени окисления –2, +4 и +6, причем для серы устойчива степень окисления +6, а для остальных элементов – (+4). Степень окисления полония в соединениях +2. Судя по значениям электроотрицательности, О и S – неметаллы, Se, Те и Ро – амфотерные элементы с преобладанием неметаллических (Se, Те) или металлических свойств (Ро).

Термическая устойчивость водородных соединений элементов VIA-группы в ряду Н2О – H2S – H2Se – Н2Те падает; восстанови­тельные свойства этих соединений возрастают. В водном растворе сероводород, селеноводород и теллуроводород – слабые двухоснов­ные кислоты.

Восстановительные свойства кислородных соединений серы, се­лена и теллура в степени окисления +4 понижаются с ростом по­рядкового номера элемента (например, SO2 – более сильный вос­становитель, чем SеО2). В качестве гидроксидов кислотным окси­дам ЭО2 отвечают SO2 · n Н2О, Н2SеО3 и Н2ТеО3, которые в водном растворе являются слабыми кислотами.

Кислородные соединения серы, селена и теллура в степени окис­ления +6 ЭО3 и отвечающие им кислоты Н2SO4, H2SeO4 и H6TeO6 проявляют окислительные свойства, причем самые силь­ные окислители – соединения селена.

Простые вещества элементов VIA-группы (кроме Ро) не реаги­руют с водой и кислотами-неокислителями при обычных услови­ях. Полоний легко переводится в раствор кислотами-неокислителями.. При высоких температурах сера подвергается диспропорционированию в ат­мосфере водяного пара, переходя в Н2S и SO2, а теллур в тех же условиях выделяет водород из воды и окисляется до ТеО2. В ще­лочной среде сера, селен и теллур также подвергаются диспропорционированию, при­обретая степени окисления –2 и +4. Например, сера переходит в сульфид- и сульфит-ионы; этот процесс осложняется взаимодействием серы с этими продуктами, в результате чего в растворе по­являются полисульфидные S n 2– и тиосульфатные S2O32– ионы.

Кислород известен в двух аллотропных формах: дикислород О2 и трикислород (озон) О3. Озон – очень сильный окислитель. Анионные производные озона – озониды MO3 мгновенно разлага­ются водой до МОН и О2. Водородные соединения кислорода – это вода Н2О и пероксид водорода Н2О2. В молекуле пероксида водорода имеется ковалентная связь О–О, а степень окисления кислорода равна –1.

Вода является слабым электролитом, лишь в незначительной мере диссоциирующим с образованием гидроксид-ионов ОН и катионов гидроксония H3O+. Многие аномальные физико-химические свойства воды и льда обусловлены образованием водородных связей. По химическим свойствам вода – довольно активное вещество. В определенных условиях она реагирует со многими металлами и некоторыми неметаллами, способствует протеканию огромного числа обмен­ных и окислительно-восстановительных реакций между други­ми веществами (химия водных растворов). С основными и кис­лотными оксидами вода образует соответствующие гидроксиды, со многими безводными солями – кристаллогидраты и аквакомплексы.

Жидкий пероксид водорода малоустойчив. Он заметно разлагается на кислород и воду даже при комнатной температуре, а в при­сутствии катализатора (например, МnО2) эта реакция протекает необратимо. В водной среде пероксид водорода проявляет слабые кислотные свойства. Благодаря промежуточной степени окисления атома кислорода (–1), в водном растворе пероксид водоро­да проявляет как окислительные, так и восстановительные свойства, причем окислительные свойства Н2О2 выражены сильнее, чем восстановительные. Пероксидную группу содер­жат некоторые кислоты и их соли (например, пероксомоносерная кислота Н232), пероксодисерная кислота H2S2O6(O2) и др.). Все пероксосоединения в растворе и в расплаве – сильные окисли­тели. Пероксид водорода в промышленности получают при анод­ном окислении гидросульфатов и последующем разложении пероксодисерной кислоты.

Сера имеет ряд аллотропных модификаций (например, ромби­ческая и моноклинная сера, содержащие молекулы S8); при быст­ром охлаждении расплава образуется пластическая сера с полимер­ными молекулами S х. Сера, особенно порошкообразная, обладает высокой химической активностью. Она реагирует при нагревании с галогенами, кислородом, углеродом и другими неметаллами, а также с металлами. Концентрированная азотная кислота окисляет серу до серной кислоты.

Водородные соединения серы – сульфаны состава H2S n (n = 1…8), молекулы которых (как и полисульфидные ионы Sn2–) содержат цепи –S–S–… Исключением является только молекула сероводорода H2S. Сероводород растворим в воде (сероводородная вода). Максимальная концентрация H2S в водном растворе составляет 0,1 моль/л. Растворы Н2S представляют собой слабую двухосновную кислоту (рН < 7). Вследствие гидролиза ра­створы сульфидов и гидросульфидов щелочных и щелочноземель­ных металлов имеют рН > 7. Большинство сульфидов тяжелых металлов практически нерастворимы в воде. Сероводород и сульфиды содержат атомы серы в низшей степени окисления –2, поэтому являются сильными восстановителями. Сильные окислители могут окислять серу (–2) не только до свободной серы, но также до серы (+4) и серы (+6). В промышленности сероводород получают прямым синтезом из водорода и серы, а в лаборатории – гидролизом ковалентных сульфидов или реакциями сульфидов с сильными кислотами-не-окислителями.

Диоксид серы (оксид серы(IV)) SO2 является промежуточным продуктом в про­изводстве серной кислоты. Все сульфидные минералы перед получением из них соответствующих металлов подвергают обжигу, при этом сульфидная сера превращается в диоксид серы. В лабо­ратории SO2 получают обработкой твердых сульфитов концент­рированной серной кислотой. Растворение диоксида серы сопро­вождается его гидратацией и последующей диссоциации полигидрата. Взаимодействие диоксида серы со щелочами приводит к образованию средних и кислых солей – сульфитов и гидросуль­фитов. Сульфиты щелочных металлов и аммония хорошо раство­римы в воде, сульфиты остальных металлов малорастворимы. Вследствие гидролиза растворы сульфитов имеют рН > 7, тогда как ра­створы гидросульфитов – рН < 7 (гидросульфит-ион – амфолит с преобладанием кислотных свойств). Диоксид серы и суль­фит-ион обладают ярко выраженными восстановительными свойствами (окисляются хлором, иодом, кислородом воздуха и др.). Окислительные свойства SO2 и SO32– проявляются, например, в реакциях с сероводородом, приводящих к выделению серы. Окисление SО2 до SO3 в промышленных усло­виях ведут в присутствии катализатора (этап технологического процесса получения серной кислоты).

Серная кислота в разбавленном растворе практически полнос­тью подвергается диссоциации как сильная двухосновная кислота. Растворы сульфатов нейтральны, а гидросульфатов – имеют кислую реакцию среды (вследствие диссоциации ионов НSО4). Сульфат-ион SO42– симметричен ( 3-гибри-дизация атомных орбиталей серы, тетраэдрическая форма), в нейтральных и щелочных растворах не проявляет окис­лительных свойств. В разбавленной серной кислоте окислителем является не SO42–, а катионы водорода Н+ (точнее – гидроксония Н3О+). В концентрированной сер­ной кислоте симметрия молекул H2SO4 заметно искажена, и сер­ная кислота проявляет окислительные свойства. В зависимости от силы восстановителя в качестве продуктов реакции могут образо­ваться SO2, S или H2S.

Взаимодействие SO3 с H2SO4 с образованием дисерной кислоты H2S2O7 лежит в основе получения «олеума». Избыточный триоксид серы обеспечивает безводность олеума и тем самым позво­ляет перевозить его и хранить в металлических емкостях, посколь­ку безводная серная кислота пассивирует железо и алюминий. При частичной или полной замене атомов кислорода на атомы серы в анионах кислородсодержащих кислот образуются тиосоединения, например, Na3PO3S – тиоортофосфат натрия. На практике часто используется соль тиосерной кислоты – тиосульфат натрия Na2SO3S. При подкислении раствора Na2SO3S связь S–S разрыва­ется гетеролитически (общая пара электронов переходит к цент­ральному атому серы), в результате образуются SO2 и S. В присутствии силь­ных окислителей (хлорная вода) тиосульфат-ион окисляется до сульфат-иона. Слабые окислители (например, иод) переводят SO3S в тетратионат S4O62–. Известны политионовые кислоты Н2S n O6, содержащие цепочку из четырех-шести атомов серы. Эти кислоты являются сильными восстановителями, хотя их соли (политионаты) довольно устойчивы.

 




Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2015-06-26; Просмотров: 1723; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!


Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет



studopedia.su - Студопедия (2013 - 2024) год. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав! Последнее добавление




Генерация страницы за: 0.013 сек.