Материал: 5 и 6 группы
56
Таблица
6
Свойства
элементов
VIA
группы
[1]
Свойство
O
S
Se Te Po
Заряд
ядра
Z
8
16
34
52
84
Электронная
конфигурация
в
основ
ном
состоянии
[He]2
s
2
2p
4
[Ne]3s
2
3p
4
[Ar]3d
10
4s
2
4p
4
[Kr]4d
10
5s
2
5p
4
[Xe]4f
14
5d
10
6s
2
6p
4
Число
стабильных
изотопов
3 4 6
8
0
Энергия
ионизации
I
1
,
кДж
/
моль
:
1313,
9
999,6 940,9
869,3
812,0
Энергия
сродства
к
электрону
,
кДж
/
моль
141 200 195
190
183
Электроотрицатель
-
ность
:
По
Полингу
По
Оллреду
-
Рохову
3,44
3,50
2,58
2,44
2,55
2,48
2,10
2,01
2,00
1,76
Ковалентный
радиус
,
нм
0,074 0,104 0,140
0,160
0,164
3.1.
Простые
вещества
3.1.1.
Физические
свойства
Кислород
−
бесцветный
газ
,
не
имеющий
вкуса
и
запаха
.
Растворимость
в
воде
−
3,08
см
3
на
100
мл
воды
при
20
о
С
.
Растворимость
в
органических
растворителях
на
порядок
выше
,
для
диэтилового
эфира
−
45,0
см
3
на
100
мл
при
25
о
С
, 30,2
см
3
для
CCl
4
, 22,3
см
3
для
бензола
.
Жидкий
кислород
(t
кип
=
−
182,98 °C)
−
это
бледно
-
голубая
жидкость
.
Твердый
кислород
(t
пл
=
−
218,79 °C)
−
синие
кристаллы
.
Известны
шесть
кристаллических
фаз
,
из
которых
три
существуют
при
давлении
в
1
атм
:
α
-
О
2
−
существует
при
температуре
ниже
23,65
К
;
ярко
-
синие
кристаллы
относятся
к
моноклинной
сингонии
.
β
-
О
2
−
существует
в
интервале
температур
от
23,65
до
43,65
К
;
бледно
-
синие
кристаллы
(
при
повышении
давления
цвет
переходит
в
розовый
)
имеют
ромбоэдрическую
решётку
.
γ
-
О
2
−
существует
при
температурах
от
43,65
до
54,21
К
;
бледно
-
синие
кристаллы
имеют
кубическую
симметрию
.
Еще
три
фазы
образуются
при
высоких
давлениях
:
δ
-
О
2
интервал
температур
20–240
К
и
давление
6–8
ГПа
,
оранжевые
кристаллы
;
ε
-
О
2
давление
от
10
и
до
96
ГПа
,
цвет
кристаллов
от
темно
-
красного
до
черного
,
моноклинная
сингония
;
57
ζ
-
О
2
давление
более
96
ГПа
,
металлическое
состояние
с
характерным
металлическим
блеском
,
при
низких
температурах
переходит
в
сверхпроводящее
состояние
.
Электроотрицательность
кислорода
−
3,5,
она
уступает
только
электроотрицательности
фтора
.
Озон
O
3
–
это
нестабильный
диамагнитный
газ
синего
цвета
с
харак
-
терным
острым
запахом
.
Молекула
O
3
имеет
угловую
форму
,
как
и
изоэ
-
лектронные
частицы
ONCl
и
ON
О
–
(
рис
. 13).
Озон
конденсируется
в
виде
темно
-
синей
жидкости
(
т
.
кип
. –111,9 °
С
)
и
затвердевает
в
виде
фиолетово
-
черных
кристаллов
(
т
.
пл
. –192,5 °
С
).
Как
твердый
,
так
и
жидкий
озон
взрываются
из
-
за
разложения
до
газообразного
кислорода
.
Газообразный
озон
также
термодинамически
неустойчив
по
отношению
к
разложению
до
дикислорода
,
однако
он
разлагается
даже
при
200 °
С
весьма
медленно
,
если
отсутствуют
катализаторы
и
ультрафиолетовое
облучение
.
Аллотропия
серы
более
обширна
и
сложна
,
чем
у
любого
другого
элемента
(
за
исключением
,
пожалуй
,
углерода
после
синтеза
бесчисленных
фуллереновых
кластеров
).
Это
обусловлено
как
большим
разнообразием
молекулярных
форм
,
существующих
благодаря
способности
серы
образовывать
цепи
–S–S–,
так
и
многочисленными
вариантами
расположения
этих
молекул
внутри
кристалла
.
Связи
S–S
очень
разнообразны
и
подвижны
:
межатомное
расстояние
может
меняться
в
широком
диапазоне
(0,180–
0,260
нм
)
в
зависимости
от
числа
и
кратности
связей
,
в
то
время
как
валентные
углы
S–S–S
меняются
от
90°
до
180°,
а
диэдральные
(
двугранные
)
углы
S–S–S–S
от
0°
до
180° (
рис
. 14).
Ромбическая
и
моноклинная
моди
-
фикации
серы
построены
из
цикли
-
ческих
молекул
S
8
(
рис
. 15),
которые
имеют
форму
короны
.
Длины
всех
связей
S–S
которой
равны
0,206
нм
и
углы
–S–S–S–
близки
к
тетраэдрическим
(108°).
Рис
. 13.
Структура
молекулы
О
3
Рис
. 14.
Участок
бесконечной
цепи
S
n
,
показывающий
типичные
значения
валентного
угла
S–S–S
(106
o
)
и
диэдрального
угла
S–S–S–S
(83,5
o
) [3]
58
Устойчивая
при
комнатной
темпе
-
ратуре
ромбическая
сера
представляет
собой
легкоплавкий
светло
-
желтый
порошок
плотностью
2,07
г
/
см
3
.
Он
нерастворим
в
воде
и
не
смачивается
водой
,
плавая
по
ее
поверхности
.
Сера
хорошо
растворима
в
жидком
аммиаке
,
а
также
в
некоторых
органических
раст
-
ворителях
.
При
охлаждении
до
–50 °
С
ромбическая
сера
обесцвечи
-
вается
.
При
охлаждении
расплавленной
серы
образуются
длинные
светло
-
жел
-
тые
иглы
моноклинной
модификации
(
плотность
1,96
г
/
см
3
).
При
комнатной
температуре
они
неустойчивы
:
иглы
,
хотя
и
сохраняют
прежнюю
форму
,
теряют
прозрачность
и
блеск
,
пре
-
вращаясь
в
конгломерат
мелких
крис
-
таллов
ромбической
серы
.
При
закалке
,
т
.
е
.
быстром
охлаж
-
дении
расплавленной
серы
,
предвари
-
тельно
нагретой
до
температуры
кипе
-
ния
,
образуется
метастабильная
пласти
-
ческая
модификация
,
образованная
спиральными
цепями
из
атомов
S
(
рис
. 16).
В
пластической
сере
эти
цепочки
большей
частью
скручены
и
вытянуты
в
одном
направлении
.
Тон
-
кие
нити
,
полученные
при
выливании
кипящего
расплава
в
холодную
воду
,
удается
растянуть
в
15
раз
.
Со
време
-
нем
эта
модификация
постепенно
пере
-
ходит
обратно
в
ромбическую
серу
.
Помимо
циклических
молекул
S8
известно
большое
количество
модифи
-
каций
S
n
с
размером
цикла
n = 6 – 20.
Например
,
в
растворах
ромбической
серы
в
полярных
растворителях
(
мета
-
ноле
,
ацетонитриле
)
присутствует
примерно
1 %
серы
S
7
(
рис
. 17).
Общим
методом
синтеза
цикла
размером
(
х
+
у
)
служит
взаимодействие
сульфана
H
2
S
x
с
хлоридом
S
y
Cl
2
,
например
:
Рис
. 15.
Строение
молекулы
S8:
а
–
вид
сбоку
;
б
–
вид
сверху
;
в
–
форма
кристаллов
ромбической
серы
;
г
–
форма
кристаллов
моноклинной
серы
[1]
Рис
. 16.
Строение
левых
и
правых
спиралей
S
∞
[3]
59
H
2
S
8
+ S
4
Cl
12
= S
12
+ 2
НС
1
Полиморфизм
селена
и
теллура
связан
с
многообразием
способов
упаковки
молекулярных
цепей
и
циклов
в
кристаллах
.
Красные
моноклинные
модификации
селена
(
α
,
β
,
γ
),
образующиеся
при
кристаллизации
растворов
селена
в
сероуглероде
,
состоят
из
циклических
гофрированных
молекул
Se
8
,
похожих
на
S
8
,
и
не
проводят
электрический
ток
.
Аморфный
красный
селен
осаждается
из
водных
растворов
его
соединений
действием
SO
2
и
других
восстановителей
.
Рис
. 17.
Молекулярная
структура
цикло
-S
n
:
а
) S
7
,
б
) S
12
,
в
) S
18
,
г
) S
20
[3]
Наиболее
термодинамически
устойчива
серая
гексагональная
(
элементарный
объем
представляет
собой
ортогональную
призму
с
основаниями
в
виде
правильных
шестиугольников
)
модификация
селена
обладающая
металлическим
блеском
(
t
пл
= 220 °
С
).
Она
образуется
при
нагревании
всех
остальных
модификаций
.
Серый
селен
состоит
из
неразветвленных
спиральных
полимерных
цепей
Se
n
,
в
которых
каждый
атом
селена
соединен
ковалентными
связями
с
двумя
ближайшими
соседями
.
Для
теллура
существует
только
одна
гексагональная
модификация
,
аналогичная
гексагональной
модификации
селена
и
также
состоящая
из
бесконечных
параллельных
спиральных
цепей
.
Отдельных
молекул
свободный
теллур
не
образует
.
Между
цепями
действуют
слабые
60
межмолекулярные
силы
,
поэтому
Те
,
как
и
Se,
плавится
при
сравнительно
низких
температурах
.
3.1.2.
Нахождение
в
природе
и
получение
Основным
источником
кислорода
в
виде
простого
вещества
(
О
2
и
О
3
)
служит
прежде
всего
атмосфера
Земли
,
значительное
его
количество
растворено
в
гидросфере
.
Помимо
этого
кислород
присутствует
в
земной
коре
в
виде
различных
соединений
,
составляя
45,5
мас
. %
земной
коры
.
В
промышленности
кислород
получают
из
воздуха
путем
криогенной
ректификации
.
Выбор
лабораторного
способа
получения
кислорода
зависит
от
необходимого
количества
газа
и
его
чистоты
.
Многие
соли
оксокислот
при
нагревании
разлагаются
с
выделением
кислорода
,
например
,
хлорат
калия
KClO
3
(
бертолетова
соль
):
2KClO
3
→
2KCl + 3O
2
.
Наиболее
часто
применяется
термическое
разложение
перманганата
калия
KMnO
4
:
2KMnO
4
→
K
2
MnO
4
+ MnO
2
+ O
2
↑
.
Так
же
часто
используется
каталитическое
разложение
пероксида
водорода
в
присутствии
оксида
марганца
(IV):
2H
2
O
2
→
2H
2
O + O
2
↑
.
Озон
образуется
при
действии
на
кислород
электрического
разряда
или
ультрафиолетового
излучения
.
Их
разделяют
фракционной
перегонкой
сжиженной
смеси
O
3
– O
2
.
В
лаборатории
смесь
озона
с
кислородом
(5–15% O
3
)
получают
при
тихом
разряде
переменного
тока
высокого
напряжения
(8000
В
)
или
при
электролизе
эвтектической
смеси
хлорной
кислоты
HClO
4
,
перхлората
магния
Mg(ClO
4
)
2
и
воды
при
–50 °
С
(>20 % O
3
).
В
атмосфере
озон
образуется
из
кислорода
под
действием
солнечного
ультрафиолетового
излучения
,
на
высоте
15–25
км
его
концентрация
достигает
27
масс
. %.
Озоновый
слой
защищает
живые
организмы
от
действия
жесткого
ультрафиолетового
излучения
.
Содержание
серы
в
земной
коре
составляет
0,0340 %,
главным
образом
в
виде
соединений
.
Она
занимает
шестнадцатое
место
по
распространенности
среди
химических
элементов
вслед
за
барием
(0,0390 %)
и
стронцием
(0,0384 %);
содержание
серы
в
земной
коре
примерно
вдвое
выше
,
чем
у
следующего
за
нею
углерода
(0,0180 %).
Три
наиболее
важных
промышленных
источника
серы
.
1.
Элементарная
сера
(
простое
вещество
)
на
шапках
соляных
куполов
в
США
и
Мексике
и
осажденные
эвапоритовые
отложения
на
юго
-
востоке
Польши
.
2. H
2
S
в
природном
газе
и
сырой
нефти
,
серосодержащие
органические
соединения
нефтьсодержащих
сланцев
и
угля
.
Добыча
серы
из
природного
газа
начинается
с
отделения
сероводорода
абсорбцией
в
моноэтаноламине
.
Затем
третья
часть
сероводорода
сжигается
для
получе
-