12.7: Gruppe VIA- Chalcogener

Når vi nærmer os den højre side af det periodiske system, bliver lighederne mellem grundstofferne inden for en gruppe større igen. Dette er tilfældet for gruppe VIA. Bortset fra polonium, som er radioaktivt og normalt udelades fra diskussionen, danner alle medlemmer af gruppen X2- ioner, når de kombineres med stærkt elektropositive metaller. Tendensen til at blive reduceret til oxidationstrin -2 aftager dog betydeligt fra top til bund i gruppen, og tellur viser nogle metalliske egenskaber. VIA-elementerne i gruppen kaldes chalcogener, fordi de fleste kobbermalme (græsk chalkos) er oxider eller sulfider, og sådanne malme indeholder spor af selen og tellur. De atomare egenskaber for chalcogenerne er opsummeret i tabellen.

Tabel \(\PageIndex{1}\): Egenskaber for gruppe VIA-elementerne

Element	Symbol	Elektronkonfiguration	Usuelle oxidation State	Radius/pm
						Kovalent		Ionisk (X2-)
Oxygen	O	2s22p4		-2		66	140
Sulfur	S		3s23p4	+6, +4, -2		104	184
Selen	Se		4s23d104p4	+6, +4, -2	117	198
Tellurium	Te	5s24d105p4		+6, +4, -2	135	221

Symbol	Ioniseringsenergi/MJ mol-1			Densitet/ g cm-3	Elektro- negativitet	Smeltepunkt (i °C)
			Første	Decond	Third
O		1.320	3.395	5.307	1.43×10-3	3.5	-218
S	1.006	2.257	3.367	3.367	2.06	2.5	119
Se	0.947	2.051	2.980	4.82		2.4	217
Te	0.876	1.800	2.800	2.704	6,25		2,1	450

Ved almindelige temperaturer og tryk er ilt en gas. Det findes i en af de to allotrope former: O2, som udgør 21 procent af jordens atmosfære, eller O3 (ozon), som langsomt nedbrydes til O2. O3 kan fremstilles ved at lade en elektrisk udladning passere gennem O2 eller luft:

\

Denne reaktion forekommer naturligt som følge af lynnedslag. O3 dannes også af enhver anordning, der frembringer elektriske gnister. Du har måske bemærket den karakteristiske lugt i nærheden af f.eks. en elektrisk motor.

Ozon dannes i jordens stratosfære (mellem 10 og 50 km højde) af ultraviolette stråler, hvis bølgelængder er kortere end 250 nm:

Ozon absorberer selv ultraviolet stråling med længere bølgelængder (op til 340 nm), hvilket forhindrer disse skadelige stråler i at nå jordens overflade. Ellers ville disse stråler øge forekomsten af hudkræft hos mennesker og forårsage andre miljøproblemer. I de senere år er der fremkommet overbevisende beviser for, at nitrogenoxidemissioner fra fly med supersonisk transport (SST-fly) (som flyver i stratosfæren) kan reducere koncentrationen af ozon. Lignende konklusioner er blevet draget med hensyn til chlorfluorcarboner (undertiden kaldet CFC’er), der anvendes som drivmiddel i aerosolhårspray og deodoranter. Når CFC’erne først er kommet ud i atmosfæren, sker der en fotokemisk reaktion, som medfører, at atomært klor bliver spaltet af fra CFC’erne. Dette atomklor kan derefter deltage i en katalytisk ozonnedbrydende reaktion:

\

\

Atomklor regenereres, hvilket betyder, at hvert enkelt CFC-molekyle har potentiale til at nedbryde store mængder ozon. I 1980’erne blev det fastslået, at brugen af kemikalier som CFC’er var med til at udtynde stratosfærisk ozon. Det var også på dette tidspunkt, at “ozonhullet” over Antarktis blev opdaget. Som reaktion på nedbrydningen af ozonlaget og den fare, som den udgør, blev Montreal-protokollen om stoffer, der nedbryder ozonlaget, underskrevet af ledere fra flere lande med det formål at udfase produktion og brug af CFC’er og andre kemikalier, der er skadelige for ozonlaget. I dag har 191 lande underskrevet protokollen, og selv om det forventes at tage indtil 2075, før ozonniveauet vender tilbage til det normale niveau, har Montreal-protokollen indtil videre vist sig at være en succes.

O3 er også en vigtig bestanddel af fotokemisk smog. Det dannes, når O-atomer (dannet ved at bryde N-O-bindinger i NO2) reagerer med molekyler i henhold til Eq. \(\ref{3}\). O3 er et stærkere oxidationsmiddel end O2. Det reagerer med umættede kulbrinter (alkener) i inddampet benzin og danner aldehyder og ketoner, som er øjenirriterende. Gummi er et polymermateriale, som indeholder bindinger, og derfor reagerer det også med O3. Endvidere har ozon ved jordoverfladen og den ledsagende smog vist sig at være et betydeligt sundhedsproblem, da det irriterer og skader luftvejene og også har forbindelse til astma. Ozon er altså gavnligt i den øvre atmosfære, men har negative virkninger i jordoverfladen.

Svovl forekommer i en række allotropiske former. Ved stuetemperatur er den mest stabile form rhombisk svovl. Dette gule faste stof består af S8-molekyler (ses i Jmol nedenfor) pakket i et krystalgitter, der hører til det orthorhombiske system (anført på siden, der omhandler krystalsystemer).

Figur \(\PageIndex{1}\) S8-molekyle: Den oprindelige kugle- og pindemodel kan manipuleres i det tredimensionelle rum. Klik på VdW-radius for at se en rumudfyldende model af det samme molekyle.

Ved opvarmning til 96 °C ændres fast rhombisk svovl meget langsomt til monoklin svovl, hvor en tredjedel af S8-molekylerne er tilfældigt orienteret i krystalgitteret. Når begge former for svovl smelter, er væsken først lysegul og flyder let, men over 160°C bliver den mere og mere tyktflydende. Først i nærheden af kogepunktet på 444,6 °C bliver den igen tyndtflydende. Denne usædvanlige ændring i viskositeten med temperaturen tilskrives åbningen af den otte-ledede ring af S8 og dannelsen af lange kæder af svovlatomer. Disse er sammenfiltrede og forhindrer væsken i at flyde. Denne forklaring understøttes af, at hvis den viskose væske afkøles hurtigt ved at hælde den i vand, kan det eksperimentelt påvises, at det dannede amorfe svovl består af lange kæder af svovlatomer.

Både selen og tellur har faste strukturer, hvor atomerne er bundet i lange spiralformede kæder. Begge er halvledere, og den elektriske ledningsevne for selen afhænger af intensiteten af det lys, der falder på grundstoffet. Denne egenskab udnyttes i seleniumfotoceller, som ofte anvendes i fotografiske eksponeringsmålere.

Selenium anvendes også i ensrettere til at konvertere elektrisk vekselstrøm til jævnstrøm. Forbindelser af selen og tellur er af ringe kommerciel betydning, og de er ofte giftige. Desuden har mange af dem en ildelugtende lugt, optages af kroppen og afgives med sved og i åndedrættet. Disse egenskaber har hæmmet studiet af tellur- og selenforbindelser.

.