12.7: Skupina VIA- Chalkogeny

Jak se blížíme k pravé straně periodické tabulky, podobnosti mezi prvky v rámci skupiny se opět zvyšují. To platí i pro skupinu VIA. Kromě polonia, které je radioaktivní a obvykle se v diskusi vynechává, tvoří všichni členové skupiny v kombinaci s vysoce elektropozitivními kovy ionty X2-. Tendence k redukci do oxidačního stavu -2 však výrazně klesá od horní části skupiny směrem dolů a tellur vykazuje některé kovové vlastnosti. Prvky skupiny VIA se nazývají chalkogeny, protože většina rud mědi (řecky chalkos) jsou oxidy nebo sulfidy a takové rudy obsahují stopy selenu a telluru. Atomové vlastnosti chalkogenů jsou shrnuty v tabulce.

Tabulka \(\PageIndex{1}\): Vlastnosti prvků skupiny VIA

Prvek	Symbol	Elektronová konfigurace	Určitá oxidace. Stav	Radius/pm
				kovalentní	iontový (X2-)
Kyslík	O	2s22p4	-2	66	140
Síra	S	3s23p4	+6, +4, -2	104	184
Selen	Se	4s23d104p4	+6, +4, -2	117	198
Telur	Te	5s24d105p4	+6, +4, -2	135	221

Symbol	Ionizační energie/MJ mol-1			Hustota/ g cm-3	Elektro- negativita	Teplota tání (ve °C)
	První	Druhý	Třetí
O	1.320	3.395	5.307	1.43×10-3	3.5	-218
S	1.006	2,257	3,367	2,06	2,5	119
Se	0,947	2.051	2,980	4,82	2,4	217
Te	0,876	1,800	2.704	6,25	2,1	450

Při běžných teplotách a tlacích je kyslík plyn. Existuje v jedné ze dvou alotropických forem: O2, který tvoří 21 % zemské atmosféry, nebo O3 (ozon), který se pomalu rozkládá na O2. O3 lze připravit průchodem elektrického výboje přes O2 nebo vzduch:

\

Tato reakce probíhá přirozeně v důsledku blesků. O3 vzniká také v jakémkoli zařízení, které vytváří elektrické jiskry. Možná jste si všimli jeho charakteristického zápachu například v blízkosti elektromotoru.

Ozon vzniká v zemské stratosféře (ve výškách mezi 10 a. 50 km) působením ultrafialového záření, jehož vlnová délka je kratší než 250 nm:

\

\

Ozon sám o sobě pohlcuje ultrafialové záření s delší vlnovou délkou (až 340 nm) a zabraňuje tak pronikání těchto škodlivých paprsků na zemský povrch. V opačném případě by tyto paprsky zvyšovaly výskyt rakoviny lidské kůže a způsobovaly další ekologické problémy. V posledních letech byly získány přesvědčivé důkazy o tom, že emise oxidů dusíku z nadzvukových dopravních letadel (která létají ve stratosféře) mohou snižovat koncentraci ozonu. Podobné závěry byly učiněny i v případě chlorofluorouhlovodíků (někdy označovaných jako CFC) používaných jako hnací plyn v aerosolových lacích na vlasy a deodorantech. Po vstupu do atmosféry dochází fotochemickou reakcí k odštěpení atomárního chloru z freonů. Tento atomární chlor se pak může účastnit katalytické reakce poškozující ozon:

\

\

Atomární chlor se regeneruje, což znamená, že každá molekula CFC má potenciál poškozovat velké množství ozonu. V 80. letech 20. století bylo zjištěno, že používání chemických látek, jako jsou freony, ztenčuje stratosférický ozón. Tehdy byla také objevena „ozónová díra“ nad Antarktidou. V reakci na úbytek ozonu a s tím spojené nebezpečí podepsali představitelé mnoha zemí Montrealský protokol o látkách, které poškozují ozonovou vrstvu, jehož cílem bylo postupně ukončit výrobu a používání freonů a dalších chemických látek poškozujících ozonovou vrstvu. Dnes protokol podepsalo 191 zemí, a přestože se předpokládá, že návrat k normálním hodnotám ozonu potrvá až do roku 2075, Montrealský protokol je zatím úspěšný.

O3 je také důležitou složkou fotochemického smogu. Vzniká při reakci atomů O (vznikajících rozpadem vazeb N-O v NO2) s molekulami podle rov. \(\ref{3}\). O3 je silnější oxidační činidlo než O2. Reaguje s nenasycenými uhlovodíky (alkeny) v odpařeném benzinu za vzniku aldehydů a ketonů, které dráždí oči. Kaučuk je polymerní materiál, který obsahuje vazby, a proto také reaguje s O3. Dále se ukázalo, že přízemní ozón a s ním spojený smog je významným zdravotním problémem, protože dráždí a poškozuje dýchací systém a má také souvislost s astmatem. Ozon je tedy ve vyšších vrstvách atmosféry prospěšný, ale při zemi má nepříznivé účinky.

Síra se vyskytuje v různých alotropických formách. Při pokojové teplotě je nejstabilnější formou kosočtverečná síra. Tato žlutá pevná látka se skládá z molekul S8 (viz Jmol níže) zabalených v krystalové mřížce, která patří do ortorhombické soustavy (uvedené na stránce pojednávající o krystalových soustavách).

Obrázek \(\PageIndex{1}\) Molekula S8: S výchozím modelem koule a tyčinky lze manipulovat v trojrozměrném prostoru. Kliknutím na poloměry VdW zobrazíte model stejné molekuly vyplňující prostor.

Při zahřátí na 96 °C se pevná kosočtverečná síra velmi pomalu mění na síru monoklinickou, v níž je třetina molekul S8 náhodně orientována v krystalové mřížce. Při tání obou forem síry je kapalina zpočátku světle žlutá a snadno teče, ale při teplotě nad 160 °C se stává stále viskóznější. Teprve v blízkosti bodu varu 444,6 °C se opět zředí. Tato neobvyklá změna viskozity s teplotou se připisuje otevření osmičlenného kruhu S8 a vzniku dlouhých řetězců atomů síry. Ty se vzájemně proplétají a brání toku kapaliny. Toto vysvětlení podporuje skutečnost, že pokud se viskózní kapalina rychle ochladí nalitím do vody, lze experimentálně prokázat, že vzniklá amorfní síra se skládá z dlouhých řetězců atomů síry.

Selen i tellur mají pevné struktury, v nichž jsou atomy vázány v dlouhých spirálovitých řetězcích. Oba jsou polovodiče a elektrická vodivost selenu závisí na intenzitě světla dopadajícího na prvek. Této vlastnosti se využívá v selenových fotočláncích, které se často používají ve fotografických expozimetrech.

Selen se také používá v usměrňovačích k přeměně střídavého elektrického proudu na stejnosměrný. Sloučeniny selenu a telluru mají malý komerční význam a často jsou toxické. Mnohé z nich navíc nepříjemně zapáchají, tělo je přijímá a vylučují se potem a dechem. Tyto vlastnosti brání studiu sloučenin telluru a selenu.

.