Chemia/Pierwiastki grupy 16 - tlenowce

Próbki tlenowców

Właściwości fizyczne tlenowców

Tlenowiec	Masa atomowa [u]	Temperatura topnienia [K]	Temperatura wrzenia [K]	stan skupienia	Elektroujemność (wg. Paulinga)	Konfiguracja elektronowa (podkreślono elektrony walencyjne)	Potencjał jonizacji
Tlen	16	54	90	gaz	3,5	[He] 2s22p4	13,61
Siarka	32	388	718	ciało stałe	2,5	[Ne]3s23p4	10,36
Selen	79	494	958	ciało stałe	2,4	[Ar]4s23d104p4	9,75
Tellur	128	723	1261	ciało stałe	2,1	[Kr]4d105s25p4	9,01
Polon	209	527	1235	ciało stałe	2,0	[Xe]4f145d106s26p4	8,46

Powyższa tabela pochodzi z polskiej wikipedii

Tlen różni się od pozostałych pierwiastków znacznie wyższą elektroujemnością. Dzieki temu w większości związków przyjmuje ujemne stopnie utlenienia (-2 w tlenkach lub -1 w ponadtlenkach). Pozostałe tlenowce przyjmują oprócz stopnia utlenienia -2, również dodatnie stopnie utlenienia, +4 i +6.

Właściwości fizyczne

• Pierwsze 4 pierwiastki VI grupy są niemetalami, promieniotwórczy polon jest metalem.
• Tlen w warunkach normalnych występuje w postaci gazowej, pozostałe pierwiastki są ciałami stałymi. Siarka występuje w przyrodzie zarówno w stanie wolnym, jak i w postaci minerałów. Selen i tellur są mało rozpowszechnione, występują w siarczkowych rudach srebra i złota. Polon występuje w minerałach uranu i toru jako produkt przemian promieniotwórczych.
• Tlen występuje w dwóch odmianach alotropowych, w postaci trwałego ditlenu (O₂) oraz nietrwałego ozonu (O₃). Ozon powstaje w stratosferze pod wpływem promieniowania nadfioletowego (3O₂ → 2O₃). Ozon pełni rolę filtra pochłaniającego promieniowanie UVB (zakres 280-320 nm), które jest szkodliwe dla organizmów żywych.
• Siarka występuje w kilku odmianach alotropowych. W warunkach normalnych siarka istnieje w postaci krystalicznej, zwanej odmianą rombową lub siarką a. Ogrzewana pod ciśnieniem 0,1 MPa przechodzi w siarkę jednoskośną (siarkę β). Dalsze ogrzewanie prowadzi do stopienia siarki. Powolne chłodzenie powoduje powrót do siarki rombowej, a gwałtowne — do powstania tzw. siarki plastycznej, która jest przechłodzoną cieczą.

Siarka rombowa (A) i jednoskośna (B)

Reaktywność tlenowców

• Tlen w warunkach normalnych reaguje z nielicznymi pierwiastkami, (fosforem i metalami I grupy), a w podwyższonej temperaturze z większością metali i niemetali (z wyjątkiem fluoru i platyny).
• W reakcjach tlenu z pozostałymi pierwiastkami VI grupy powstają odpowiednie ditlenki (SO₂, SeO₂, TeO₂), które można utlenić w obecności katalizatorów do tritlenków:

EO₂ + O₂ → EO₃ (E oznacza siarkę, selen lub tellur)

• Tlenki pierwiastków VI grupy mają charakter kwasowy. W reakcji z wodą tworzą kwasy typu H₂EO₃ i H₂EO₄:

SO₂ + H₂O → H₂SO₃

SO₃ + H₂O → H₂SO₄

• Moc obu typów kwasów tlenowych maleje w miarę przechodzenia w dół grupy. Kwasy H₂EO₄ są mocniejsze od kwasów H₂EO₃.
• Największe znaczenie ma kwas siarkowy. Jest to trwały kwas o właściwościach higroskopijnych (zdolność do wiązania wody). Wiązanie wody przez kwas siarkowy jest procesem silnie egzotermicznym, co powoduje znaczne ogrzewanie się roztworu podczas rozcieńczania.

Kwasy tlenowe siarki

• H2SO4 — kwas siarkowy (VI)
• H2SO3 — kwas siarkowy (IV)
• H2SO2 — kwas siarkowy (II)
• H2S2O8 — kwas nadtlenodisiarkowy (VI)
• H2SO5 — kwas nadtlenomonosiarkowy (VI)
• H2S2O3 — kwas tio(-II) siarkowy (VI)

Spośród wszystkich oksokwasów siarki tylko kwas siarkowy (VI) można otrzymać w stanie czystym, pozostałe kwasy istnieją wyłącznie w roztworach.

Wodorki

• Wodorki pierwiastków VI grupy otrzymuje się w wyniku bezpośredniej reakcji z wodorem lub działania kwasów na siarczki, selenki i tellurki metali:

E + H₂ → H₂E

M₂E + 2H⁺ → H₂E + 2M⁺

• H₂S, H₂Se, H₂Te są silnie trującymi gazami o przykrym zapachu (H₂S jest bardziej toksyczny niż HCN).
• Trwałość termiczna wodorków maleje w miarę przechodzenia w dół grupy, wzrasta natomiast charakter kwasowy. Wszystkie wodorki dysocjują w wodzie dwustopniowo:

H₂E + H₂O → EH¯ + H₃O⁺

EH¯ + H₂O → E^2- + H₃O⁺

• Oprócz wodorków typu H₂E pierwiastki VI grupy tworzą połączenia nadtlenkowe

(H-O-O-H, M-O-O-M) oraz polisiarczkowe (H-S-S-H, Fe-S-S-Fe)

Związki tlenowców z fluorowcami

• Siarka, selen i tellur łatwo reagują z fluorem tworząc odpowiednie heksafluorki EF₆. Siarka tworzy ponadto SF₄ oraz S₂F₁₀.
• SF₄ jest niezwykle reaktywnym gazem, w wodzie ulega natychmiastowej hydrolizie

SF₄ + 2H₂O → SO₂ + 4HF

z wydzieleniem fluorowodoru, dzięki czemu jest wykorzystywany jako środek fluorujący.