Лекция № 3. Элементы via-подгруппы

В главную подгруппу VI группы (подгруппу VIA) входят следующие элементы: кислород - О, сера - S, селен - Se, теллур - Te и полоний - Po. Общая электронная формула их атомов - ns²np⁴. Отсутствие энергетически доступных d-орбиталей и высокая электроотрицательность атома кислорода обусловливает его отличие от остальных элементов подгруппы. Для него характерна степень окисления -2; соединения в других степенях окисления представлены единичными примерами: ,, O₂⁺¹F₂, O²⁺F₂. Для серы и элементов подгруппы селена наряду со степенью окисления -2 возможны положительные степени окисления, в основном +4 и +6. Увеличение эффективного радиуса атома при переходе от серы к полонию сопровождается уменьшением электроотрицательности элемента и усилением металлического характера простых веществ.

3.1. Кислород

Кислород - самый распространенный элемент земной коры (58 мол.%). В природе представлен тремя изотопами: ¹⁶O, ¹⁷O (0,04%), ¹⁸O(0,2%). В виде простого вещества входит в состав атмосферы (20,9 об.% или 23,2 мас. %). Значительная часть элемента кислород входит в состав воды гидросферы, многих руд и минералов (оксиды, сульфаты, карбонаты, силикаты и т.д.).

Элемент кислород образует два простых вещества, аллотропные модификации, отличающиеся составом молекул - кислород (О₂) и озон (О₃). Вещество кислород представляет собой бесцветный газ без вкуса и запаха, плохо растворим воде: при 0 С 5 объемов кислорода в 100 объемах воды. При температуре -183 С кислород сжижается, образуя подвижную жидкость голубого цвета, которая кристаллизуется при - 219  с образованием кристаллов синего цвета. Играет важную биологическую роль, обеспечивая процессы дыхания.

Молекула кислорода весьма устойчива, начинает диссоциировать при 2000 С. Длина связи составляет 0,1207 нм, энергия диссоциации 494 кДж/моль. Молекула кислорода парамагнитна, её парамагнетизм отвечает наличию двух неспаренных электронов.

Озон образован трехатомными молекулами, строение которых можно передать следующей схемой:

Озон - газ синего цвета с резким раздражающим запахом, т.кип. -112 С, очень токсичен - предельная допустимая концентрация в воздухе (ПДК) 0,16 мг/м³. В малых концентрациях озон обладает обеззараживающим действием. В природе образуется при грозовых разрядах и в верхних слоях атмосферы при действии на молекулярный кислород жесткого ультрафиолетового облучения:

h

3О₂ = 2О₃

В приземных слоях атмосферы содержание озона составляет 10^-7-10^-6%. Основное количество озона находится в верхних слоях атмосферы на высоте 20-30 км, образуя так называемый "озоновый экран". Содержание озона в озоновом экране таково, что при атмосферном давлении он образовал бы слой газа толщиной около 1 см. Несмотря на малую концентрацию, озон играет очень важную биологическую роль, задерживая губительное для всех форм жизни жесткое ультрафиолетовое излучение.

Получение. В промышленности кислород получают фракционной перегонкой (ректификацией) жидкого воздуха. Лабораторные методы получения кислорода основаны на термическом разложение веществ, богатых кислородом - KMnO₄, KClO₃, H₂O₂ и т.п.

t

2KMnO₄  K₂MnO₄ + MnO₂ + O₂;

t

2KClO₃  2KCl + 3O₂

Применяется кислород для интенсификации химических и металлургических производств, для сварки и резки металлов, в дыхательных аппаратах (космос, подводные работы, медицина).

Озон получают в лабораторных условиях при действии на кислород слабого (тлеющего) электрического разряда. При этом образуется смесь, содержащая 20-30% озона - озонированный кислород. Применяется озон для дезинфекции воздуха и воды, а также как эффективный окислитель в химическом синтезе.

Химические свойства. По химическим свойствам кислород один из наиболее активных неметаллов, реагирующий с большинством простых веществ. Соответствующие реакции будут рассмотрены при изучении химии других элементов и их соединений. Непосредственно с кислородом не взаимодействуют только инертные газы, галогены и благородные металлы (серебро, золото и платина).