Материал: 5 и 6 группы

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

61 

 

ния

 SO

2

водяного

 

пара

 

и

 

паров

 

серы

затем

 SO

2

 

реагирует

 

с

 

оставшимся

 

H

2

в

 

присутствии

 

оксидных

 

катализаторов

таких

 

как

 Fe

2

O

3

 

или

 

А

1

2

О

3

образуя

 

дополнительно

 

воду

 

и

 

пары

 

серы

H

2

S + 1½O

2

 

 SO

2

 + H

2

O, 

2H

2

S + SO

2

 

 3S + 2H

2

O. 

3. 

Пириты

 (FeS

2

и

 

другие

 

сульфиды

 

металлов

Эти

 

руды

 

обжигают

высвобождая

 

газообразный

 SO

2

который

 

затем

 

обычно

 

используют

 

непосредственно

 

для

 

получения

 H

2

SO

4

Селен

 

и

 

теллур

 

в

 

ряду

 

распространенности

 

химических

 

элементов

 

в

 

земной

 

коре

 

занимают

 

соответственно

 66 

и

 73 

места

Содержание

 

селена

 

в

 

земной

 

коре

 

составляет

 ~5 · 10

–6 

%, 

теллура

 

в

 

земной

 

коре

 ~2 · 10

-7

Оба

 

элемента

 

обычно

 

сопутствуют

 

сере

а

 

многие

 

их

 

минералы

 

встречаются

 

в

 

природе

 

вместе

 

с

 

сульфидами

 

халькофильных

 

металлов

например

, Cu, 

Ag, Au; Zn, Cd, Hg; Fe, Co, Ni; Pb, As, Bi. 

Иногда

 

эти

 

минералы

 

частично

 

окислены

например

, MSeO

3

 · 2

Н

2

O (

М

 = Ni, Cu, Pb); Pb

Те

O

3

, Fe

2

(TeO

3

)

3

 

×

 

×

 2

Н

2

и

 

т

.

д

Найдены

 

также

 

селенолит

 SeO

2

 

и

 

теллурит

 

Те

O

2

Основной

 

источник

 Se 

и

 

Те

 – 

анодный

 

шлам

выпадающий

 

в

 

осадок

 

в

 

ходе

 

электролитического

 

рафинирования

 

меди

эта

  «

грязь

» 

также

 

содержит

 Ag, Au 

и

 

платиновые

 

металлы

 

в

 

количествах

имеющих

 

промышленное

 

значение

Прямое

 

извлечение

 

из

 

минералов

 

экономически

 

невыгодно

поскольку

 

они

 

редкие

Селен

 

также

 

извлекают

 

из

 

отходов

собираемых

 

на

 

сернокислотных

 

заводах

и

 

из

 

пыли

накапливаемой

 

на

 

электрофильтрах

 

при

 

производстве

 Cu 

и

 Pb.  

Очень

 

чистый

 

селен

 

можно

 

получить

 

нагреванием

 

сырого

 

селена

 

в

 

водороде

 

при

 650 °

С

 

с

 

последующим

 

разложением

 

образующегося

 

при

 

этом

 H

2

Se 

путем

 

пропускания

 

газа

 

через

 

кварцевую

 

трубку

 

при

 1000 °

С

.  

 

3.1.3. 

Химические

 

свойства

 

Кислород

 

 

чрезвычайно

 

реакционноспособный

 

газ

окисляющий

 

многие

 

простые

 

вещества

 

при

 

комнатной

 

температуре

 

или

 

при

 

нагреве

Не

 

реагируют

 

с

 

кислородом

 

напрямую

 

некоторые

 

благородные

 

металлы

 

и

 

благородные

 

газы

хотя

 

кислородные

 

соединения

 

известны

 

для

 

всех

 

элементов

за

 

исключением

 He, Ne, Ar 

и

возможно

, Kr. 

Кислороду

 

в

 

форме

 

озона

 

свойственна

 

высокая

 

окислительная

 

активность

 

и

 

склонность

 

превращаться

 

в

 

атомарный

 

кислород

 

и

  O

2

Стандартные

 

окислительно

-

восстановительные

 

потенциалы

 

в

 

кислой

 

и

 

щелочной

 

среде

 

таковы

O

3

 + 2

Н

+ + 2

е

  

 O

2

 + 

Н

2

O; 

Е

° 

= +2,075

В

O

3

 + 

Н

2

O + 2

е

– 

 O

2

 + 2O

Н

;

 

Е

°

 = +1,246 

В

В

 

кислой

 

среде

 

по

 

потенциалу

 

озон

 

уступает

 

только

 

фтору

атомар

-

ному

 

кислороду

радикалу

 

ОН

 

и

 

некоторым

 

другим

 

очень

 

сильным

 

окислителям

Высокую

 

реакционную

 

способность

  O

3

 

иллюстрируют

 

следующие

 

реакции

background image

62 

 

CN

 +

О

3

 

 OCN

 + O

2

2NO

2

 + O

3

 

 N

2

O

5

 + O

2

PbS + 4O

3

 

 PbSO

4

 + 4O

2

3I

 + O

3

 + 2H+ 

 I

3– 

 + O

2

 + H

2

O, 

2C

O

2+

 + O

3

 + 2H

+

 

 2Co

3+

 + O

2

 + H

2

O. 

Если

 

озон

 

пропускать

 

через

 

концентрированный

 

водный

 

раствор

 

щелочи

последний

 

приобретает

 

красный

 

цвет

 

за

 

счет

 

образования

 

озонида

 MeO

3

Впервые

 

это

 

наблюдал

 X. 

Шёнбейн

 

в

 1866 

г

., 

однако

 

существование

 

иона

 

О

3

 

было

 

установлено

 

лишь

 

в

 1949 

г

Озониды

 

лучше

 

всего

 

получать

 

действием

 

газообразного

 

озона

 

на

 

сухие

 

порошкообразные

 

М

e

ОН

 

при

 

температуре

 

ниже

 –10 °

С

  (

или

 

действием

 

смеси

  O

3

 

и

  O

2

 

на

 

CsO

2

с

 

последующим

 

извлечением

 

с

 

помощью

 

жидкого

 

аммиака

 

(

который

возможно

также

 

служит

 

катализатором

 

их

 

образования

). 

Озониды

 

 

твердые

 

вещества

 

красно

-

коричневого

 

цвета

парамагнитные

их

 

устойчивость

 

убывает

 

в

 

ряду

 Cs > Rb > 

К

 > Na. 

Для

 

лития

 

не

 

удалось

 

выделить

 

несольватированный

 LiO

3

вместо

 

него

 

получен

 

аммиакат

 

LiO

3

 · 4NH

3

Аналогичным

 

образом

 

устойчивость

 

М

e

II

(O

3

)

2

 

падает

 

в

 

ряду

 

Ва

 > Sr > 

Са

При

 

температуре

 

выше

 

комнатной

 

М

eO

3

 

распадаются

переходя

 

в

 

надпероксиды

 MeO

2

кроме

 

того

они

 

легко

 

подвергаются

 

гидролизу

MeO

3

 

 MeO

2

 + ½O

2

KO

3

 + H

2

 KOH + O

2

 + {OH}. 

Сера

 – 

весьма

 

активный

 

в

 

химическом

 

отношении

 

элемент

особенно

 

при

 

повышенной

 

температуре

которая

 

способствует

 

разрыву

 

связей

 S–S. 

Сера

 

непосредственно

 

соединяется

 

со

 

всеми

 

элементами

за

 

исключением

 

благородных

 

газов

азота

теллура

иода

иридия

платины

 

и

 

золота

хотя

 

известны

 

соединения

содержащие

 

связь

 

атома

 S 

с

 N, 

Те

, I, Ir, Pt 

и

 

А

u. 

S + O

2

 

 SO

2

S + 3F

2

 

 SF

6

Расплав

 

серы

 

реагирует

 

с

 

хлором

при

 

этом

 

возможно

 

образование

 

двух

 

низших

 

хлоридов

2S + Cl

2

 

 S

2

Cl

2

S + Cl

2

 

 S

С

l

2

При

 

нагревании

 

сера

 

активно

 

взаимодействует

 

со

 

многими

 

металлами

образуя

 

сульфиды

2Na + S

 Na

2

S, 

Fe + S 

 FeS. 

При

 

взаимодействии

 

селена

 

и

 

теллура

 

с

 

металлами

 

образуются

 

селениды

 

и

 

теллуриды

например

 Cu

2

Se, Ga

2

Se

3

, PbTe. 

Во

 

влажном

 

воздухе

 

сера

 

медленно

 

окисляется

а

 

при

 

нагревании

 

до

 

260 °

С

 

загорается

превращаясь

 

в

 

сернистый

 

газ

 SO

2

содержащий

 

несколько

 

процентов

 

серного

 

ангидрида

 SO

3

Селен

 

и

 

теллур

 

при

 

нагревании

 

в

 

кислороде

 

также

 

образуют

 

диоксиды

 SeO

2

 

и

 TeO

2

background image

63 

 

Реакционная

 

способность

 

серы

 

определяется

 

особенностью

 

строения

 

и

 

прочностью

 

связи

 S–S 

в

 

молекулах

  S

n

Циклические

 

молекулы

  S

8

 

в

 

твердой

 

сере

 

менее

 

активны

чем

 

бирадикальные

 

цепочки

  S

8

образующиеся

 

в

 

расплаве

 

при

 180 °

С

Получаемая

 

фотолизом

 

паров

 

атомарная

 

сера

 

отличается

 

очень

 

высокой

 

реакционной

 

способностью

.  

Подобно

 

галогенам

 

сера

селен

 

и

 

теллур

 

диспропорционируют

 

в

 

воде

3

Э

 + 3

Н

2

 2

Н

2

Э

 + H

2

Э

O

3

Равновесие

 

смещается

 

в

 

сторону

 

продуктов

 

реакции

 

при

 

кипячении

 

в

 

щелочном

 

растворе

3

Э

 + 6NaOH 

 2Na

2

Э

 + Na

2

Э

O

3

 + 3H

2

O. 

Скорость

 

реакции

 

серы

 

со

 

щелочью

 

возрастает

 

при

 

добавлении

 

небольшого

 

количества

 

спирта

который

 

обеспечивает

 

лучшее

 

смачивание

 

серы

 

раствором

 

щелочи

Побочными

 

продуктами

 

этой

 

реакции

 

являются

 

полисульфиды

возникающие

 

при

 

реакции

 

серы

 

с

 

сульфидом

 Na

2

S, 

и

 

тиосульфат

 Na

2

S

2

O

3

 – 

продукт

 

взаимодействия

 

сульфита

 

с

 

серой

В

 

расплавах

 

щелочей

 

сера

селен

 

и

 

теллур

 

могут

 

быть

 

окислены

 

до

 

высшей

 

степени

 

окисления

2Se + 4NaOH + 3O

2

 

 2Na

2

SeO

4

 + 2

Н

2

О

Сера

 

и

 

селен

 

не

 

реагируют

 

с

 

водными

 

растворами

 

кислот

хотя

 

растворяются

 

в

 

концентрированных

 

серной

 

и

 

азотной

 

кислотах

Se + 4HNO

3(

конц

)

 

 H

2

SeO

3

 + 4NO

2

 + H

2

O. 

Теллур

 

также

 

инертен

 

к

 

кислотам

-

неокислителям

Разбавленная

 

азотная

 

кислота

 

окисляет

 

его

 

до

 

теллуристой

 

кислоты

 

Н

2

ТеО

3

концент

-

рированная

 – 

до

 

оксогидроксонитрата

 Te

2

O

3

(OH)NO

3

а

 

хлорноватая

 

кислота

 – 

до

 

ортотеллуровой

 

кислоты

 

Н

6

Те

O

6

 

3.2. 

Соединения

 

элементов

 VIA-

группы

 

 

3.2.1. 

Водородные

 

соединения

 

Вода

 

 

летучая

 

подвижная

 

жидкость

обладающая

 

рядом

 

аномальных

 

свойств

которые

 

обусловлены

 

наличием

 

множества

 

водородных

 

связей

Некоторые

 

свойства

 

жидкой

 

воды

 

представлены

 

в

 

табл

. 7 

вместе

 

со

 

свойствами

 

тяжелой

 

воды

 D

2

O

 

И

 

тритиевого

 

аналога

 

Т

2

O.  

 

Таблица

 7  

Некоторые

 

физические

 

свойства

 

Н

2

O, 

тяжелой

 

воды

 D

2

и

 

Т

2

O  

(

при

 25 °

С

Свойство

 

H

2

D

2

T

2

Молекулярная

 

масса

 

18,0151 

20,03 

22,0315 

Т

пл

., °

С

 

0,00 

3,81 

4,48 

Т

кип

., °

С

 

100 

101,42 

101,51 

Т

., 

отвечающая

 

максимальной

 

плотности

, °

С

 

3,98 

11,23 

13,4 

Максимальная

 

плотность

г

 · 

см

–3

 

1,0000 

1,1059 

1,2150 

background image

64 

 

Окончание

 

табл

. 7

Плотность

 (25 °

С

), 

г

 · 

см

-3

 

0,99701 

1,1044 

1,2138 

Свойство

 

H

2

D

2

T

2

Давление

 

пара

мм

 

рт

ст

23,75 

20,51 

-19,8 

Вязкость

сантипуаз

 

0,8903 

1,107 

 

Диэлектрическая

 

проницаемость

 

ε

 

78,39 

78,06 

 

Удельная

 

электропроводность

 (20 °

С

), 

Ом

-1

 · 

см

-

1

 

5,7 · 10

-8

 

 

 

Ионное

 

произведение

 [

Н

+

][

ОН

~] 

1,008 · 10

-14

1,95 · 10

-15

  ~6 · 10

-16

Константа

 

электролитической

 

диссоциации

К

=

 [

Н

+

][

ОН

-

]/[

Н

2

О

1,821 · 10

-16

3,54 · 10

-17

 ~1,1

 

·

 

10

-17

Теплота

 

ионизации

кДж

 · 

моль

-1

 

56,27 

60,33 

 

Δ

H

о

обр

кДж

 · 

моль

-1

 

-285,85 

-294,6 

 

Δ

G

о

обр

кДж

 · 

моль

-1

 

-237,19 

-243,5 

 

 

Молекула

 

воды

 

имеет

 

угловое

 

строение

 (

рис

. 18). 

Влияние

 

водородных

 

связей

 

приводит

 

к

 

аномальным

 

свойствам

 

воды

– 

высокая

  (

по

 

сравнению

 

с

  H

2

и

  H

2

Se) 

температура

 

кипения

 

и

 

испарения

– 

высокая

 

энтальпия

 

и

 

энтропия

 

испарения

 (

Δ

H

исп

 = 44,02 

кДж

 · 

моль

-1

 

и

 

Δ

S

исп

.

 

= 118,8 

Дж

 · 

моль

-1

 · 

К

-1

); 

– 

высокое

 

поверхностное

 

натяжение

 

(71,97   

мН

·

м

-1

и

 

довольно

 

большая

 

вязкость

– 

энергия

 

водородных

 

связей

рассчитан

-

ная

 

разными

 

способами

составляет

 

в

 

среднем

 

примерно

 20 

кДж

 · 

моль

-1

– 

низкая

 

плотность

 

воды

  (

в

 

случае

 

обычной

 

плотноупакованной

 

жидкости

 

для

 

молекул

 

такого

 

же

 

размера

 

и

 

массы

 

плотность

 

должна

 

составлять

 

примерно

 1,84 

г

 · 

см

-3

), 

что

 

объясняется

 

объединением

 

каждой

 

молекулы

 

воды

 

водородными

 

связями

 

с

 

малым

 

числом

 

соседних

 (2–3). 

Некоторые

 

детали

 

структуры

 

воды

 

все

 

еще

 

остаются

 

спорными

состоит

 

ли

 

жидкая

 

вода

 

из

 

смеси

 

двух

 

или

 

более

 

видов

 

частиц

 

с

 

различной

 

степенью

 

полимеризации

 

или

 

ее

 

лучше

 

описывать

 

как

 

непрерывную

 

структуру

 

с

 

сильно

 

нелинейными

 

водородными

 

связями

Выделяют

 

пять

 

типов

 

гидратов

:  

– 

молекулы

 

Н

2

координированы

 

в

 

катионном

 

комплексе

Это

по

-

видимому

наиболее

 

распространенный

 

класс

примерами

 

могут

 

служить

 

[Be(OH

2

)

4

]SO

4

, [Mg(OH

2

)

6

]Cl

2

, [Ni(OH

2

)

6

](NO

3

)

2

 

и

 

т

.

п

.; 

– 

молекулы

 

Н

2

соединены

 

водородными

 

связями

 

с

 

кислоро

-

дсодержащими

 

анионами

Этот

 

тип

 

встречается

 

сравнительно

 

редко

классический

 

пример

 

 CuSO

4

 · 5

Н

2

и

вероятно

, ZnSO

4

 · 7

Н

2

O; 

 

Рис

. 18. 

Структура

 

молекулы

 

воды

 

background image

65 

 

– 

кристаллизационная

 

вода

Иногда

 

гидратация

 

катиона

 

либо

 

аниона

 

требуется

 

для

 

того

чтобы

 

достичь

 

лучшей

 

совместимости

 

по

 

размерам

 

частиц

составляющих

 

кристаллическую

 

решетку

и

 

нередко

 

пустоты

 

сформированной

 

таким

 

образом

 

решетки

 

заполняются

 

дополнительными

 

молекулами

 

воды

– 

цеолитная

 

вода

Большие

 

полости

 

в

 

каркасных

 

силикатах

 

могут

 

легко

 

заполняться

 

молекулами

 

воды

Поскольку

 

специфическое

 

сильное

 

взаимодействие

 

отсутствует

, «

степень

 

гидратации

» 

может

 

меняться

 

непрерывно

 

и

 

в

 

очень

 

широких

 

пределах

– 

клатратные

 

гидраты

Кристаллическая

 

решетка

 

льда

 

образует

 

структуры

 

с

 

большими

 

полостями

что

 

позволяет

 

ей

 

образовывать

 

соединения

 

включения

в

 

которых

 

она

 

выполняет

 

роль

  «

хозяина

», 

включая

 

в

 

полости

 

молекулы

 

других

 

соединений

Все

 

гидриды

 

Н

2

Э

  (

Э

 = S, Se, 

Те

являются

 

ядовитыми

 

газами

 

с

 

неприятным

 

запахом

Лучше

 

всего

 

в

 

воде

 

растворим

 

селеноводород

Растворы

  H

2

и

 

Н

2

Те

насыщенные

 

при

 

комнатной

 

температуре

имеют

 

концентрацию

 

примерно

 0,1 

моль

/

л

С

 

ростом

 

массы

 

и

 

размеров

 

молекул

 

H

2

S, H

2

Se, 

Н

2

Те

 

усиливается

 

межмолекулярное

 

взаимодействие

в

 

результате

 

чего

 

повышаются

 

их

 

температуры

 

плавления

 

и

 

кипения

Твердые

 

халькогеноводороды

 

также

 

состоят

 

из

 

отдельных

 

молекул

 (

рис

. 20). 

Основные

 

свойства

 

гидридов

  H

2

Э

 

представлены

 

в

 

таблице

 8.  

 

 

Рис

. 19. 

Кристаллическая

 

структура

 H[PF

6

] · 6

Н

2

O: 

показана

 

полость

образованная

 24 

молекулами

 

воды

атомы

 

О

 

которых

 

располагаются

 

в

 

виде

 

усеченного

 

октаэдра

Октаэдрические

 

частицы

 [PF

6

]

 

занимают

 

центр

 

и

 

вершины

 

кубической

 

элементарной

 

ячейки

 

т

.

е

располагаются

 

в

 

центре

 

каждой

 

полости

 

Рис

. 20. 

Фрагмент

 

структуры

 

твердого

 

сероводорода

 

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/15400