Общая характеристика элементов VI-A группы

Элементы VI-A группы - это кислород, сера, селен, теллур и радиоактивный металл полоний. Кислород и сера – неметаллы. Полоний металл серебристо белого цвета, напоминающий по физическим свойствам свинец, селен и теллур, занимающие промежуточное положение, являются полупроводниками. Кислород, сера, селен, теллур – имеют неметаллический характер, называются «халькогены», т.е. образующие руды.

На внешнем уровне атомов этих элементов содержится 6 электронов: ns² np⁴ . В атомах элементов Se, Te и Po электроны внешнего уровня экранируются от ядра десятью d-электронами предвнешнего уровня, что ослабляет их связь с ядром и способствует проявлению металлических свойств этих элементов.

Особенность строения атома кислорода – отсутствие d-подуровня, поэтому валентность кислорода равна 2, но за счёт неподелённых электронных пар кислород может быть донором электронных пар.

₈O[He] 2s²2p⁴

 

(II, IV, VI)

₁₆S[Ne] 3s²3p⁴

 

 

 

 

У серы и остальных халькогенов возможен переход p и s-электронов в d–состояние. Поэтому валентность их может быть 2,4,6.

 

 

 

У теллура радиус атома больше, чем у полония за счёт лантаноидного сжатия, т. к. полоний стоит за лантаном. У Po нет радиуса иона, т.к. это радиоактивный элемент. Электроотрицательность элементов группы больше, чем у элементов V-A гр., от кислорода к теллуру закономерно уменьшается. Неметаллические свойства ослабевают с увеличением порядкового номера элементов. Нет монотонного изменения t⁰C плавления - обусловлено особенностями кристаллической решётки.

С увеличением порядкового номера халькогенов понижается окислительная активность нейтральных атомов и растёт восстановительная активность отрицательных ионов.

 

Водородные соединения (гидриды).

При обычных условиях Н₂О – жидкость, остальных –газы. Все гидриды обладают восстановительными свойствами.

 

 

 

 

 

 

 

Все оксиды ЭО₂ и ЭО₃ кислотные, им соответствуют кислоты.

 

 

Чем меньше угол, тем меньше полярность, Н₂О – самая полярная

Химия кислорода

По электроотрицательности кислород уступает только фтору, степень окисления его в большинстве соединений равна –2, но может проявить +2 и +4, а также +1 и –1 в соединениях со связью –O-O-. Подобно фтору образует соединения почти со всеми элементами (кроме гелия, неона и аргона).

Две аллотропные модификации: молекулярный кислород и озон. Наиболее устойчива молекула О₂. Однозначного решения в изображении электронной структуры молекулы О₂ еще не найдено. (По методу ВС).

 

 

Однако жидкий кислород – обладает парамагнитными свойствами, втягивается в магнитное поле, значит, у него есть неспареные электроны. Учитывая парамагнетизм молекулы О₂ можно изобразить строение так:

 

- длинна связи между неспаренными электронами неодинакова.

Более правильно объясняет строение молекулы О₂ ММО:

 

 

 

 

Два неспаренных электрона на π - разрыхляющих орбиталях обуславливают парамагнетизм молекулы кислорода.

 

 

 

 

 

Для молекулярных ионов:

О₂⁺, О₂⁰, О₂^-, О₂^-2

N (кратность связи) 2,5 2 1,5 1

т.е. положительный молекулярный ион О₂⁺ - самый прочный

 

При заполнении одной π·2p_у орбитали образуются надпероксиды со связью O==O, имеющей кратность 1,5.

О₂ + ē → О₂^-

Na + O₂ → Na⁺O₂^- надпероксид.

При заполнении обеих π*2p орбиталей происходит образование пероксидов с одинарной слабой связью :О−О:

:О≡О: + 2ē → [:O – O:]^2-

2Na + O₂ → Na₂⁺O₂^-2 - пероксид

После заполнения 2х π^*2p и σ^*2p орбиталей четырьмя электронами связи молекулы О₂ разрываются и образуются оксиды со степенями окисления-2.

:О≡О: + 4ē → 2О^-2

О₂ + 4Na → 2Na₂O оксид.

Лабораторные способы получения О₂

1.Термическое разложение солей

2 KNO₃ = 2 KNO₂ + O₂

2 KСlO₃ = 2 KCl + 3 O₂

2 KMnO₄ = K₂ MnO₄ + MnO₂ + O₂

BaO₂ = BaO + ½ O₂

Промышленные способы получения О₂

1. Сжижение воздуха (t_кип(O₂)= -183^oC), t_кип(N₂)= - 196^oC)

2.Электролизом водных растворов щелочей, который сводится к электролизу H₂O

 

 

Химические свойства О₂

1.Плохо растворим в воде

2. Реагирует с большинством металлов и неметаллов

2Са + О₂ = 2СаО

О₂ + N₂ ^{эл. разряд} 2 NO (t ≈ 3000^oC)

4P + O₂ = 2P₂O₅

H₂S + O₂ = SO₂ + H₂O

2ZnS + 3O₂ = 2ZnO + 2SO₂

CH₄ + O₂ = CO₂ + H₂O

K + O₂ = K[O₂]^- -надпероксид калия

2Na + O₂ = Na₂O₂ - пероксид натрия

 

 

 

Чем сильнее выражены основные свойства, тем меньше значение энергии Гиббса для реакции с H₂O

 

Na₂O + H₂O = 2 NaOH ∆G = -147 кДж/моль

 

MgO + H₂O = Mg(OH)₂ ∆G = - 17 кДж/моль

 

Al₂O₃ + H₂O = Al(OH)₃ ∆G = - 7 кДж/моль

 

 

 

Молекула озона О_3.

О₃ – голубоватый газ с сильным запахом, означает «пахучий»: в сосновых лесах его много, у морского побережья, после грозы. Образуется из О₂ под действием УФ излучения и при грозовых разрядах:

3О₂ ^hν 2О₃ ∆G = - 323 кДж

 

Озон – сильнейший окислитель, окислительная способность обусловлена нестойкостью его молекул, которые при обычной температуре распадаются с образованием атомарного кислорода, который активнее молекулы кислорода О₂, на этом и основано окислительное действие его .

O₃ ↔ O₂ + O ΔH=-142 кДж/моль

Окисляет почти все металлы, действуют на неметаллы, обесцвечивает красители, убивает микробы. При высоких концентрациях – яд. (Один кислород имеет с.о. равную +4).Молекула имеет угловое строение.

 

 

 

 

 

 

 

 

Связь трехцентровая (центральный атом О⁺⁴ находится в sp²-гибридизации, связи его с двумя крайними атомами кислорода неравноценны, одна двойная, одна одинарная).

Две sp²- гибридные орбитали образуют σ-связи, а 3-я гибридная орбиталь расположена перпендикулярно плоскости молекулы, образуя 3х-центровую 2х-электронную связь с крайними атомами кислорода. Предполагается что центральный aтом кислорода находится в возбужденном состоянии и по донорно-акцепторному механизму пара электронов помещается на пустую орбиталь.

Качественная реакция на озон, крахмальная бумага, смоченная раствором KI синеет в присутствии озона в результате выделения I₂,озон более сильный окислитель, чем О₂ с ним эта реакция не протекает.

Земля окружена слоем озона, располагающегося на высоте 25 км от её поверхности. Он образуется за счёт поглощения кислородом ультрафиолетового излучения Солнца. Озоновый слой ограничивает поток ультрафиолетового излучения, падающего на землю. Увеличение интенсивности ультрафиолетового излучения, достигающего Землю, могло бы привести к возрастанию заболеваний раком кожи. Вызывает беспокойство возможное разрушение озонового слоя выхлопными газами реактивных самолётов. Сейчас этот вопрос актуален и широко освещается в печати.

Химичесие свойства О₃

1. С Металлами

Al + O₃ → Al₂O₃ + O₂

2. Со сложными веществами

PbS + 2O₃ → PbSO₄ + O₂

3. Со щелочами

2 KOH + 7/3 O₃ → O₂ + 2KO₃ + H₂O

озонид калия

Кроме степени окисления +4, кислород может проявлять степень окисления +2 в соединении со фтором O⁺²F₂ и +1 О₂⁺¹F₂

2 F₂ + 2 NaOH → 2NaF + O⁺²F₂ + H₂O^-2

 

⇐ Предыдущая12

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: