12.7: Grupa VIA- Chalcogens

Jak zbliżamy się do prawej strony układu okresowego, podobieństwa między elementami w grupie stają się większe ponownie. Tak jest w przypadku grupy VIA. Z wyjątkiem polonu, który jest radioaktywny i zwykle pomijany w dyskusji, wszyscy członkowie grupy tworzą jony X2- w połączeniu z metalami o wysokiej elektroujemności. Skłonność do redukcji do stanu utlenienia -2 zmniejsza się jednak znacznie od góry do dołu grupy, a tellur wykazuje pewne właściwości metaliczne. Pierwiastki grupy VIA nazywane są chalkogenami, ponieważ większość rud miedzi (greckie chalkos) to tlenki lub siarczki, a takie rudy zawierają śladowe ilości selenu i telluru. Właściwości atomowe chalkogenów są zestawione w tabeli.

Tabela \(\PageIndex{1}}): Właściwości pierwiastków grupy VIA

Pierwiastek	Symbol	Konfiguracja elektronowa	Usualny stan utleniania Stan	Radius/pm
				kowalencyjny	jonowy (X2-)
Tlen	O	2s22p4	-2	66	140
Siarka	S	3s23p4	+6, +4, -2	104	184
Selen	Se	4s23d104p4	+6, +4, -2	117	198
Tellurium	Te	5s24d105p4	+6, +4, -2	135	221

.

Symbol	Energia jonizacji/MJ mol-1			Gęstość/ g cm-3	Elektro- negativity	Melting Point (in °C)
	First	Drugi	Trzeci
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

W zwykłych temperaturach i ciśnieniach tlen jest gazem. Istnieje w jednej z dwóch form alotropowych: O2, który stanowi 21 procent atmosfery ziemskiej, lub O3 (ozon), który powoli rozkłada się do O2. O3 może być przygotowany przez przepuszczenie wyładowania elektrycznego przez O2 lub powietrze:

Reakcja ta zachodzi naturalnie w wyniku uderzenia pioruna. O3 jest również produkowany przez każde urządzenie, które wytwarza iskry elektryczne. Być może zauważyłeś jego charakterystyczny zapach na przykład w pobliżu silnika elektrycznego.

Ozon tworzy się w stratosferze Ziemi (na wysokości od 10 do. 50 km) pod wpływem promieni ultrafioletowych o długości fali krótszej niż 250 nm:

Ozon sam w sobie pochłania promieniowanie ultrafioletowe o dłuższej fali (do 340 nm), zapobiegając dotarciu tych szkodliwych promieni do powierzchni Ziemi. W przeciwnym razie promienie te zwiększyłyby zachorowalność ludzi na raka skóry i spowodowałyby inne problemy środowiskowe. W ostatnich latach uzyskano przekonujące dowody na to, że emisja tlenków azotu z samolotów transportu ponaddźwiękowego (SST) (które latają w stratosferze) może zmniejszyć stężenie ozonu. Podobne wnioski wyciągnięto w odniesieniu do chlorofluorowęglowodorów (czasami określanych jako CFC) używanych jako propelenty w aerozolowych sprayach do włosów i dezodorantach. Po przedostaniu się do atmosfery, reakcja fotochemiczna powoduje oderwanie się atomowego chloru od CFC. Ten atomowy chlor może następnie uczestniczyć w katalitycznej reakcji niszczenia ozonu:

Chlor atomowy jest regenerowany, co oznacza, że każda cząsteczka CFC może potencjalnie zubożyć duże ilości ozonu. W latach 80. ustalono, że stosowanie substancji chemicznych takich jak CFC powoduje rozrzedzenie ozonu stratosferycznego. Wtedy też odkryto „dziurę ozonową” nad Antarktydą. W odpowiedzi na zubożenie ozonu i związane z tym niebezpieczeństwo, przywódcy wielu krajów podpisali Protokół Montrealski w sprawie substancji zubożających warstwę ozonową, którego celem było wycofanie z produkcji i stosowania CFC i innych substancji chemicznych szkodliwych dla warstwy ozonowej. Obecnie protokół podpisało 191 krajów i choć przewiduje się, że powrót do normalnego poziomu ozonu potrwa do 2075 roku, to jak dotąd protokół montrealski okazał się sukcesem.

O3 jest również ważnym składnikiem smogu fotochemicznego. Jest on wytwarzany, gdy atomy O (powstałe w wyniku zerwania wiązań N-O w NO2) reagują z cząsteczkami zgodnie z równaniem. \O3. O3 jest silniejszym utleniaczem niż O2. Reaguje z nienasyconymi węglowodorami (alkenami) w odparowanej benzynie, tworząc aldehydy i ketony, które są drażniące dla oczu. Guma jest materiałem polimerowym, który zawiera wiązania , a więc również reaguje z O3. Ponadto, ozon na poziomie gruntu i towarzyszący mu smog okazały się poważnym problemem zdrowotnym, podrażniającym i uszkadzającym układ oddechowy, a także mającym związek z astmą. Tak więc ozon jest korzystne, gdy w górnej atmosferze, ale ma negatywne skutki, gdy na poziomie gruntu.

Siarka występuje w różnych formach alotropowych. W temperaturze pokojowej najbardziej stabilną formą jest siarka rombowa. To żółte ciało stałe składa się z cząsteczek S8 (widocznych w Jmol poniżej) upakowanych w siatce krystalicznej, która należy do układu ortorhombicznego (wymienionego na stronie omawiającej układy krystaliczne).

Rycina ¨Molekuła S8¨: Początkowym modelem kulki i patyczka można manipulować w przestrzeni trójwymiarowej. Kliknij na promienie VdW, aby zobaczyć wypełniający przestrzeń model tej samej cząsteczki.

Po podgrzaniu do 96°C, stała rombowa siarka zmienia się bardzo powoli w siarkę monokliniczną, w której jedna trzecia cząsteczek S8 jest losowo zorientowana w sieci krystalicznej. Gdy jedna z form siarki topi się, ciecz jest początkowo bladożółta i łatwo płynie, ale powyżej 160 ° C staje się coraz bardziej lepka. Dopiero w pobliżu temperatury wrzenia 444,6°C ponownie się rozrzedza. Ta niezwykła zmiana lepkości w temperaturze jest przypisana do otwarcia ośmioczłonowego pierścienia S8 i tworzenie długich łańcuchów atomów siarki. Te splatają się ze sobą i uniemożliwiają przepływ cieczy. To wyjaśnienie jest wspierane przez fakt, że jeśli lepka ciecz jest szybko schłodzony przez wlewanie go do wody, amorficzne siarki produkowane mogą być wykazane eksperymentalnie składać się z długich łańcuchów atomów siarki.

Zarówno selen i tellur mają stałe struktury, w których atomy są związane w długie łańcuchy spiralne. Oba są półprzewodnikami, a przewodnictwo elektryczne selenu zależy od intensywności światła padającego na element. Właściwość ta jest wykorzystywana w selen fotokomórki, które są często używane w fotograficznych mierników ekspozycji.

Selen jest również stosowany w prostownikach do konwersji zmiennego prądu elektrycznego na prąd stały. Związki selenu i telluru mają niewielkie znaczenie handlowe, a często są toksyczne. Ponadto, wiele z nich ma nieprzyjemny zapach, są pobierane przez organizm i są wydzielane w pocie i na oddechu. Właściwości te hamowały badania związków telluru i selenu.

.