Халькоген

редактировать
Группа химических элементов

Халькогены
Водород Гелий
Литий Бериллий Бор Углерод Азот Кислород Фтор Неон
Натрий Магний Алюминий Кремний Фосфор Сера Хлор Аргон
Калий Кальций Скандий Титан Ванадий Хром Марганец Железо Кобальт Никель Медь Цинк Галлий Германий Мышьяк Селен Бром Криптон
Рубидий Стронций Иттрий Цирконий Ниобий Молибден Технеций Рутений Родий Палладий Серебро Кадмий Индий Олово Сурьма Теллур Йод Ксенон
Цезий Барий Лантан Церий Празеодим Неодим Прометий Самарий Европий Гадолиний Тербий Диспрозий Гольмий Эрбий Тулий Иттербий Лютеций Хафн ium Т антал Вольфрам Рений Осмий Иридий Платина Золото Ртуть (элемент) Таллий Свинец Висмут Полоний Астатин Радон
Франций Радий Актиний Торий Протактиний Уран Нептуний Плутоний Америций Кюрий Берклий Калифорний Эйнштейний Фермий Менделевий Нобелий Лоуренсий Резерфордий Дубний Сиборгий Богрий Калий Мейтнериум Дармштадций Рентгениум Коперниций Нихониум Флеровий Московий Ливерморий Теннесин Оганессон
пниктогены ← → галогены
Номер группы ИЮПАК 16
Название по элементукислородная группа
Тривиальное названиехалькогены
Номер группы CAS. (США, образец ABA)VIA
старый номер IUPAC. (Европа, образец AB)VIB

Период
2 Изображение: Oxygen Кислород (O). 8 Реактивный неметалл
3 Изображение: Сера Сера (S). 16 Реактивный неметалл
4 Изображение: 2 аллотропа селена: черный и красный. 3 других не показаны. Селен (Se). 34 Реактивный неметалл
5 Изображение: Теллур в металлической форме Теллур (Te). 52 Металлоид
6 Полоний (Po). 84 Постпереходный металл
7 Ливерморий (Lv). 116 Неизвестные химические свойства

Легенда

первичный элемент
, встречающийся в природе радиоактивным распадом
синтетический элемент
цвет атомного номера:
красный газ, черный = твердое вещество
  • v
  • t

халькогены () - это химические элементы из группы 16 таблицы Менделеева. Эта группа также известна как кислородное семейство . Он состоит из элементов кислород (O), сера (S), селен (Se), теллур (Te) и радиоактивный элемент полоний (Po). Химически не охарактеризованный синтетический элемент ливерморий (Lv) также является халькогеном. Часто кислород обрабатывают отдельно от других халькогенов, иногда даже исключая из области действия термина «халькоген» в целом, из-за его очень отличающегося химического поведения от серы, селена, теллура и полония. Слово «халькоген» происходит от сочетания греческого слова khalkόs (χαλκός), в основном означающего медь (термин также использовался для бронзы / латунь, любой металл в поэтическом смысле, руда или монета ) и латинизированное греческое слово genēs, означающее рожденный или произведенный.

Сера была известна с древних времен, и кислород был признан элементом в 18 веке. Селен, теллур и полоний были открыты в 19 веке, а ливерморий - в 2000 году. Все халькогены имеют шесть валентных электронов, поэтому им не хватает двух электронов до полной внешней оболочки. Их наиболее распространенные степени окисления - это -2, +2, +4 и +6. У них относительно низкие атомные радиусы, особенно у более легких.

Более легкие халькогены обычно нетоксичны в своей элементарной форме и часто критичны для жизни, в то время как более тяжелые халькогены обычно токсичны. Все встречающиеся в природе халькогены играют определенную роль в биологических функциях, введенных питательными веществами или токсинами. Селен является важным питательным веществом (среди прочего, как строительный элемент селеноцистеина ), но также обычно токсичен. Теллур часто имеет неприятные эффекты (хотя некоторые организмы могут его использовать), полоний (особенно изотоп полоний-210 ) всегда вреден из-за своей радиоактивности.

Сера имеет более 20 аллотропов, кислород - девять, селен - не менее восьми, полоний - два, и пока обнаружена только одна кристаллическая структура теллура. Существует множество соединений халькогенов. Не считая кислород, обычно наиболее распространены органические соединения серы, за которые следуют органические соединения, селена и органические соединения теллура. Эта тенденция также присутствует соединения с халькогенами пниктидами ими, содержащими халькогены и элементы углеродной группы.

Кислород обычно получают разделением воздуха на азот и кислород. Сера добывается из нефти и природного газа. Селен и теллур производятся как побочные продукты рафинирования меди. Полоний и ливерморий наиболее доступны в ускорителях частиц. В основном элементарный кислород используется в сталеплавильном производстве. Сера в основном превращается в серную кислоту, которая широко используется в химической промышленности. Наиболее распространенное применение селена - производство стекла. Соединения теллура в основном используются в оптических дисках, электронных устройствах и солнечных элементах. Некоторые применения полония обусловлены его радиоактивностью.

Содержание

  • 1 Свойства
    • 1.1 Атомные и физические
    • 1.2 Изотопы
    • 1.3 Аллотропы
    • 1.4 Химические вещества
  • 2 Соединения
    • 2.1 С галогенами
    • 2.2 Органические
    • 2.3 С металлами
    • 2.4 С пниктогенами
    • 2.5 Другое
  • 3 История
    • 3.1 Ранние открытия
    • 3.2 Размещение периодической таблицы
    • 3.3 Современные открытия
    • 3.4 Имена и этимология
  • 4 Возникновение
    • 4.1 Халькофильные элементы
  • 5 Производство
  • 6 Области применения
  • 7 Биологическая роль
  • 8 Токсичность
  • 9 См. Также
  • 10 Ссылки
  • 11 Внешние ссылки

Свойства

Атомные и физические

Халькогены демонстрируют аналогичные закономерности в электронной конфигурации, особенно в самых внешних оболочках, где все они имеют одинаковое валентных электронов, что приводит к сходным тенденциям в химическом поведении:

Z Элемент No. электронов / оболочка
8Кислород2, 6
16Сера2, 8, 6
34Селен2, 8, 18, 6
52Теллур2, 8, 18, 18, 6
84Полоний2, 8, 18, 32, 18, 6
116Ливерморий2, 8, 18, 32, 32, 18, 6 (прогноз)
ЭлементТочка плавления

(° C)

Точка кипения

(° C)

Плотность при стандартной температуре

(г / см)

Кислород−219−1830,00143
Сера1204452,07
Селен2216854,3
Теллур4509886,24
Полоний2549629,2
Ливерморий220 (предсказано)800 (предсказано)14 (предсказано)

Все халькогены имеют шесть валентных электронов. Все твердые, стабильные халькогены мягкие и плохо проводят тепло. Электроотрицательность уменьшается по направлению к халькогенам с более высокими атомными номерами. Плотность, температура плавления и кипения, а также атомные и ионные радиусы имеют тенденцию увеличиваться по направлению к халькогенам с более высокими атомными номерами.

Изотопы

Из шести известных халькогенов один (кислород) имеет атомный номер, равный ядерному магический, что означает, что их атомные ядра имеют тенденцию повышенную устойчивость к радиоактивному распаду. Кислород имеет три стабильных изотопа и 14 нестабильных. У серы четыре радио стабильных изотопа, 20активных и один изомер. Селен имеет шесть стабильных или почти стабильных изотопов, 26 радиоактивных изотопов и 9 изомеров. Теллур имеет восемь стабильных или почти стабильных изотопов, 31 и 17 изомеров. Полоний имеет 42 изотопа, ни один из которых не является стабильным. Он имеет примерно 28 изомеров. Помимо стабильных изотопов, некоторые радиоактивные изотопы халькогена встречаются в природе либо потому, что они являются продуктами распада, например Po, потому что они первичны, например Se, из-за космические лучи расщепление, или посредством ядерного деления урана. Были обнаружены изотопы ливермория от Lv до Lv; наиболее стабильным изотопом печени является Lv, период полураспада которого составляет 0,061 секунды.

Среди более легких халькогенов (кислород и сера) наиболее бедные нейтронами изотопы испускают протоны, умеренно бедные нейтронами изотопы подвергаются захвату электронов или β-распаду, умеренно-богатые нейтронами изотопы претерпевают β-распад, наиболее нейтронно-богатые изотопы подвергаются нейтронное излучение. Средние халькогены (селен и теллур) имеют те же тенденции распада, что и более легкие халькогены, но их изотопы не испускают протонов, некоторые из наиболее нейтронодефицитных изотопов теллура претерпевают альфа-распад. Изотопы полония имеют тенденцию распадаться с альфа- или бета-распадом. Изотопы с ядерными спинами более распространены среди халькогенов селеном и теллуром, чем с серой.

Аллотропы

Фазовая диаграмма серы, показывающая четыре относительной стабильности нескольких аллотропов стабильных стабильных халькогена на STP Фазовая диаграмма для твердого кислорода

Наиболее распространенным аллотропом кислород является двухатомным кислородом или O 2, реактивная парамагнитная молекула, которая присутствует повсеместно в аэробных организмах и имеет синий цвет в жидком состоянии. Другой аллотроп - это O 3 или озон, который представляет собой три атома кислорода, связанный вместе в изогнутую формуцию. Существует также аллотроп, называемый тетракислород, или O 4, и шесть аллотропов твердого кислорода, включая «красный кислород», который имеет формулу O 8.

Сера имеет более 20 известных аллотропов, что больше, чем у любого другого элемента, кроме углерода. Чаще всего аллотропы имеют форму восьмиатомных колец, но известны другие молекулярные алропы, содержит от двух до 20 элементов. Другие известные аллотропы серы включают серу и моноклинную серу. Ромбическая сера является более стабильной из двух аллотропов. Моноклинная сера принимает форму длинных игл и образует при охлаждении жидкой серы до температуры чуть ниже ее точки плавления. Атомы в жидкой сере обычно имеют форму длинных цепочек, но при температуре выше 190 ° Цельсия цепи начинают разрушаться. Если жидкая сера при температуре выше 190 ° Цельсия замораживается очень быстро, полученная сера является аморфной или «пластичной» серой. Газообразная сера представляет собой смесь двухатомной серы (S 2) и 8-атомных колец.

Селен имеет по меньшей мере восемь различных аллотропов. Серый аллотроп, обычно называемый «металлическим» аллотропом, несмотря на то, что не является металлом, является стабильным и имеет гексагональную кристаллическую обработку. Серый аллотроп селена мягкий, с твердостью по шкале Мооса 2, и хрупкий. Четыре других аллотропа селена метастабильны. К ним относятся два моноклинных красных аллотропов и два аморфных аллотропа , один из которых красный, а другой черный. Красный аллотроп превращается в красный аллотроп в присутствии тепла. Серый аллотроп состоит из спиралей на атомах, состоящих из красных аллотропов из стопки колец селена (Se 8).

, как известно, не имеет аллотропов, хотя его типичная форма гексагональным. Полоний имеет два аллотропа, которые превращаются как α-полоний и β-полоний. Α-полоний имеет кубическую кристаллическую структуру и проходит в ромбоэдрический β-полоний при 36 ° C.

Халькогены имеют различные кристаллические структуры. моноклинная, у серы орторомбическая, селен и теллур имеют гексагональную кристаллическую структуру, а полоний имеет кубический кристалл структура.

Химический

Кислород, сера и селен являются неметаллами, а теллур - металлоидом, что означает, что его химические свойства находятся в диапазоне от металл и неметаллы. ли полоний металлом или металлоидом. оний называется металлоидом., хотя и имеет некоторые металлические свойства. Кроме того, некоторые аллотропы селена отображают характеристики металлоида, хотя селен обычно считается неметаллом. Несмотря на то, что кислород является халькогеном, его химические свойства отличаются от свойств других халькогенов. Одна из причин этого состоит в том, что более тяжелые халькогены имеют вакантные d-орбитали. Электроотрицательность кислорода также намного выше, чем у других халькогенов. Это делает электрическую поляризуемость кислорода в несколько раз ниже, чем у других халькогенов.

Для ковалентной связи халькоген может принимать два электрона в соответствии с правилами октетов., оставляя две одинокие пары. Когда атом образует две одинарные связи, они образуют угол между 90 ° и 120 °. В катионах 1+ , таких как H. 3O+., халькоген образует три молекулярные орбитали, расположенные в тригонально-пирамидальной Мода и одна одинокая пара. Двойные связи также обычные в соединениях халькогенов, например, в халькогенатах (см. Ниже).

степень окисления наиболее распространенных соединений халькогена с положительными металлами составляет -2. Однако тенденция халькогенов к образованию соединений в состоянии -2 уменьшении по направлению к более тяжелым халькогенам. Встречаются другие степени окисления, такие как -1 в пирите и пероксиде. Наивысшая формальная степень окисления составляет +6. Эта степень окисления присутствует в сульфатах, селенатах, теллуратах, полонатах и ​​их соответствующих кислотах, таких как серная кислота.

Кислород - это электроотрицательный элемент, за исключением фтора, и наиболее образует соединения почти со всеми химическими элементами, включая некоторые из благородных газов. Обычно он связывается со многими металлами и металлоидами с образованием оксидов, включая оксид железа, оксид титана и оксидния. Наиболее распространенная степень окисления кислорода - -2, степень окисления -1 также относительно обычна. С водородом он образует воду и перекись водорода. Органические соединения соединения повсеместно встречаются в органической химии.

Степени окисления серы: -2, +2, +4 и +6. Серосодержащие аналоги кислородных соединений часто имеют приставку тио-. По химическому составу сера во многом похожа на кислород. Одно отличие состоит в том, что двойные связи сера-сера намного слабее, чем двойные связи кислород-кислород, но одинарные связи сера-сера прочнее одинарных связей кислород-кислород. Органические соединения серы, такие как тиолы, имеют сильный специфический запах, и некоторые из имеющихся некоторых организмами.

Степени окисления селена: -2, +4 и +6. Селен, как и большинство халькогенов, связывается с кислородом. Существует несколько электрических соединений селена, таких как селенопротеины. Степени окисления теллура -2, +2, +4 и +6. Теллур образует оксиды моноксид теллура, диоксид теллура и триоксид теллура. Степени окисления полония - +2 и +4.

Вода капает в стакан, видны капли и пузырьки. Вода (H. 2O) - наиболее известное халькогенсодержащее соединение.

Есть много кислот, иммун халькогены, включая серную кислоту, сернистую кислоту, селеновая кислота и теллуровая кислота. Все халькогениды водорода токсичны, за исключением воды. Ионы кислорода часто бывают в форме перв оксида (O.), другой пероксида (O. 2) и его гидроксида (OH.). Ионы серы обычно бывают в форме сульфидов (S.), сульфитов (SO. 3), сульфатов (SO. 4) и тиосульфатов. (S. 2O. 3). Ионы селена обычно бывают в форме селенидов (Se.) и селенатов (SeO. 4). Ионы теллура часто имеют форму теллуратов (TeO. 4). Молекулы, металл, связанный с халькогенами, обычные как минералы. Например, пирит (FeS 2) - это железная руда, редкий минерал калаверит - дителлурид (Au, Ag ) Te 2.

Хотя все элементы шестнадцатой группы периодической таблицы Менделеева, включая кислород, можно определить, как халькогены, кислород и оксиды обычно отличаются от халькогенов и халькогенидов. Термин халькогенид чаще используется для сульфидов, селенидов и теллуридов, а не для оксидов.

За исключением полония, халькогены являются все они довольно похожи друг на друга химически. Все они образуют ионы Х при взаимодействии с электроположительными металлами.

Сульфидные минералы и аналогичные соединения выделяют газы при взаимодействии с кислородом.

Соединения

С галогенами

Халькогены также образуют соединения с галогенами, известные как халькогалогениды . Такие соединения известны как галогениды халькогенов. Большинство простых галогенидов халькогенов хорошо известны и широко используются в качестве химических реагентов. Однако более сложные галогениды халькогенов, такие как сульфенил, сульфонил и сульфурилгалогениды, менее известны науке. Из соединений, состоящих исключительно из халькогенов и галогенов, известно всего 13 фторидов халькогенов, девять хлоридов халькогенов, восемь бромидов халькогенов и шесть иодидов халькогенов. Более тяжелые галогениды халькогенов часто имеют значительные молекулярные взаимодействия. Фториды серы с низкой валентностью довольно нестабильны, и об их свойствах мало что известно. Однако фториды серы с высокой валентностью, такие как гексафторид серы, стабильны и хорошо известны. Тетрафторид серы также является хорошо известным фторидом серы. Некоторые фториды селена, например, производятся в небольших количествах. Кристаллические структуры как тетрафторида селена, так и тетрафторида теллура известны. Также были исследованы хлориды и бромиды халькогенов. В частности, дихлорид селена и дихлорид серы могут реагировать с образованием органических соединений селена. Также известно, что существуют дихалькогендигалогениды, такие как Se 2Cl2. Также существуют смешанные халькоген-галогеновые соединения. К ним относятся SeSX, где X - хлор или бром. Такие соединения могут образовываться в смесях дихлорида серы и галогенидов селена. Эти соединения были сравнительно недавно структурно охарактеризованы, начиная с 2008 г. В целом, хлориды и бромиды диселена и дисульфура являются полезными химическими реагентами. Галогениды халькогенов с присоединенными атомами металлов растворимы в органических растворах. Одним из примеров такого соединенияявляется Mo S2Cl3. В отличие от хлоридов и бромидов селена, по состоянию на 2008 г. иодиды селена не выделялись, хотя вполне вероятно, что они находятся в растворе. Однако дииодид дизелена действительно находится в равновесии с атомами селена и молекулами йода. Некоторые галогениды теллура с низкой валентностью, такие как Te 2Cl2и Te 2Br2, образуют полимеры в твердом состоянии . Эти галогениды теллура можно синтезировать восстановленным чистым теллура с помощью супергидрида продукта и взаимодействием полученного с тетрагалогенидами теллура. Дигалогениды дителлура начинают становиться менее стабильными, поскольку галогениды становятся более низкими по атомному номеру и атомной массе. Теллур также образует йодиды с даже меньшим излучением йода, чем дииодиды. К ним относ TeI и Te 2 I. Эти соединения имеют протяженную структуру в твердом состоянии. Галогены и халькогены могут также образовывать галохалькогенат анионы.

Органические

спирты, фенолы и другие подобные соединения, содержащий кислород. Однако в тиолах, селенолах и теллуролах ; сера, селен и теллур заменяют кислород. Тиолы более известны, чем селенолы или теллуролы. Тиолы являются наиболее стабильными халькогенолами, а теллуролы обозначены стабильно, поскольку они нестабильны при нагревании или на свету. Другие органические соединения халькогенов включают тиоэфиры, селеноэфиры и теллуроэфиры. Некоторые из них, такие как диметилсульфид, диэтилсульфид, являются коммерчески доступными. Селеноэфиры имеют форму R 2Se или R SeR. Теллуроэфиры, такие как диметилтеллурид, обычно получают таким же способом, как тиоэфиры и селеноэфиры. Органические соединения халькогена, особенно органические соединения серы, имеют тенденцию к неприятному запаху. Диметил запах теллурид также имеет неприятный запах, а селенофенол известен своим «метафизическим запахом». Существуют также тиокетоны, селенокетоны и теллурокетоны. Из них тиокетоны наиболее изученными, о них написано 80% статей о халькогенокетонах. Селенокетоны составляют 16% таких бумаг, а теллурокетоны - 4%. Тиокетоны обладают хорошо изученными нелинейными электрическими и фотофизическими свойствами. Селенокетоны менее стабильны, чем тиокетоны, а теллурокетоны менее стабильны, чем селенокетоны. Теллурокетоны имеют самый высокий уровень полярности халькогенкетонов.

С металлами

Элементарные халькогены реагируют с некоторыми соединениями лантаноидов с образованием кластеров лантанидов, богатых халькогенами. Уран (IV) также существуют соединения халькогенола. Существуют также халькогенолы переходных металлов, которые могут служить катализаторами и стабилизировать наночастицы.

Существует очень большое количество халькогенидов металлов. Одно из недавних открытий в этой группе соединений - Rb2Te. Существуют также соединения, в которых щелочные металлы и переходные металлы, такие как переходные металлы четвертого периода, за исключением меди и цинка. В халькогенидах металлов с высоким содержанием металлов, таких как Lu 7Te и Lu 8 Te, есть домены кристаллической решетки металла, содержащие атомы халькогена. Хотя эти соединения действительно существуют, аналогичные химические вещества, содержащие лантан, празеодим, гадолиний, гольмий, тербий, или иттербий по состоянию на 2008 г. не обнаружены. металлы бора алюминий, галлий и индий также образуют связи с халькогенами.. Ион Ti образует халькогенид димеры, такие как Ti Tl 5Se8. Димеры халькогенидов металлов также встречаются в виде низших теллуридов, таких как Zr 5Te6.

с пниктогенами

сульфид висмута, пниктоген-халькогенид

Соединения со связями халькоген- фосфор исследуются более 200 лет. Эти соединения включают простые халькогениды фосфора, а также большие молекулы с биологической ролью и фосфорно-халькогенные соединения с металлическими кластерами. Эти соединения создают множество применений, в том числе совпадения с любым ударом и квантовые точки. Всего было обнаружено 130 000 соединений по крайней мере с одной связью фосфор-сера, 6000 соединений по крайней мере с одной связью фосфор-селен и 350 соединений по крайней мере с одной связью фос-теллур. Уменьшение количества халькоген-фосфорных соединений в таблице Менделеева связано с уменьшением прочности связи. Такие соединения имеют тенденцию по меньшей мере к одному атому фосфора в центре, окруженному четырьмя халькогенами и боковыми цепями. Некоторые фосфорно-халькогенные соединения также содержат водород (например, вторичные фосфин халькогениды) или азот (например, дихалькогеноимидодифосфаты). Селениды фосфора обычно труднее обрабатывать, чем сульфиды фосфора, и соединения в форме P xTeyне обнаружены. Халькогены также связываются с другими пниктогенами, такими как мышьяк, сурьма и висмут. Более тяжелые пниктиды халькогенов тенденцию образовывать ленточные -подобные полимеры вместо отдельных молекул. Химические формулы этих соединений включают Bi 2S3и Sb 2Se3. Также известны тройные пниктиды халькогенов. Их примеры включают соли P 4O6Se и P 3 SbS 3. , содержащие халькогены и пниктогены. Почти все пниктидные соли халькогенов обычно находятся в форме [Pn xE4x], где Pn представляет собой пниктоген, а E представляет собой халькоген. Третичные фосфины могут реагировать с халькогенами соединения в форме R 3 PE, где E представляет собой халькоген. Когда E представляет собой серу, эти соединения относительно стабильны, но они менее стабильны, когда E представляет собой селен или теллур. Точно так же вторичные фосфины могут реагировать с халькогенами с образованием вторичных халькогенидов фосфина. Однако эти соединения находятся в состоянии равновесие с халькогенофосфиновой кислотой. Вторичные халькогениды фосфина представляют собой слабые кислоты. Бинарные соединения, состоящие из сурьмы или мышьяка и халькогена. Эти соединения имеют тенденцию к красочным и могут быть образованы реакцией составляющих элементов при температуре от 500 до 900 ° C (от 932 до 1652 ° F).

Другие

Халькогены образуют одинарные связи и двойные связи с другими элементами углеродной группы, кроме углерода, такими как кремний, германий и олово. Такие соединения обычно образуются в результате реакции галогенидов углеродных групп и солей халькогенола или халькогенола оснований. Циклические соединения с халькогенами, элементы углеродной группы и атомами бора существуют и возникают в результате реакции дихалькогенатов бора и галогенидов металлов углеродной группы. Были соединены соединения в форме M-E, где M - кремний, германий или олово, а E - сера, селен или теллур. Они образуются, когда реагируют гидриды углеродной группы или когда реагируют более тяжелые версии карбенов. Сера и теллур могут связываться с органическими соединениями, содержащимися как кремний, так и фосфор.

Все халькогены образуют гидриды. В некоторых случаях это происходит при связывании халькогенов с двумя атомами водорода. гидрид теллура и гидрид полония оба являются летучими и очень лабильными. Кроме того, кислород может связываться с водородом в составе 1: 1, как в перекиси водорода, но это соединение нестабильно.

Соединения халькогена образуют ряд интерхалькогенов. Например, сера образует токсичный диоксид серы и триоксид серы. Теллур также образует оксиды. Есть также сульфиды халькогенов. К ним защитная сульфид селена, ингредиенты в некоторых шампунях.

. С 1990 года был обнаружен ряд боридов со связанными с ними халькогенами. Халькогены в этих соединениях в основном содержат себя серу, хотя некоторые из них вместо этого содержат селен. Один такой борид халькогена состоит из двух молекул диметилсульфида, связанных с молекулой бор-водород. Другие важные бор-халькогенные соединения включают системы. Такие соединения обычно содержат серу как халькоген. Есть также бориды халькогенов с двумя четырьмя четырьмя халькогенами. Многие из них содержат серу, но некоторые, например, содержат Na 2B2Se7, содержат вместо этого селен.

История

Ранние открытия

Греческий огонь, раннее открытие, связанное с серой

Сера имеет известность с древних времен и упоминается в Библии пятнадцать раз. Он был известен древним грекам и обычно добывался древними римлянами. Он также исторически использовался как компонент греческого огня. В средние века это была ключевая часть алхимических экспериментов. В 1700-х и 1800-х годах ученых Жозеф Луи Гей-Люссак и Луи-Жак Тенар доказали, что сера является химическим.

Ранние попытки отделить кислород от воздуха были затруднены тем фактом, что воздух считался единым до 17-18 веков. Роберт Гук, Михаил Ломоносов, Оле Борх и все они успешно создали кислород, но не осознали этого в то время. Кислород был Джозефом Пристли в 1774 году, когда он сфокусировал солнечный свет на образце оксида ртути и собрал образовавшийся газ. Карл Вильгельм также создал кислород в 1771 году тем же методом, но Шееле не публиковал свои результаты до 1777 года.

Теллур был впервые открыт в 1783 году Францем Йозефом Мюллером фон Райхенштейн. Он обнаружил теллур в образце того, что сейчас известно как калаверит. Мюллер сначала предположил, что образец представляет собой чистую сурьму, но проведенные им не тесты согласились с этим. Затем Мюллер предположил, что образец был сульфидом висмута, но испытания подтвердили, что образец был не таким. Несколько лет Мюллер размышлял над этой проблемой. В конце он понял, что образец был соединен золотом с неизвестным окончанием. В 1796 году Мюллер отправил часть образца немецкому химику Мартину Клапроту, который очистил неоткрытый элемент. Клапрот решил назвать элемент теллуром по латинскому слову земля.

Селен был открыт в 1817 году Йенсом Якобом Берцелиусом. Берцелиус заметил красновато-коричневый осадок на заводе по производству серной кислоты. Считалось, что образец содержит мышьяк. Берцелиус показал, что он содержит новый элемент, который он назвал селеном в честь греческой богинической луны Селены.

Помещение в периодическую таблицу

Дмитрий Менделеев 'Периодическая система, предложенная в 1871 году, что кислород, сера, селен и теллур входят в его группу VI.

Три халькогена (сера, селен и теллур) были частью открытия периодичности, поскольку они находятся среди серии триад элементов в той же группе , которые были отмечены Иоганном Вольфгангом Доберейнером как имеющие аналогичные свойства. Примерно в 1865 году Джон Ньюлендс опубликовал серию статей, в которых перечисляются элементы в порядке возрастания атомного веса и сходных физических и химических свойств, повторяющихся интервалом в восемь; он сравнил такую ​​периодичность с октавами музыки. Его версия включала «группу b», состоящую из кислорода, серы, селена, теллура и осмия.

Иоганн Вольфгерей Добангерейнер был одним из первых, кто заметил сходство между тем, что сейчас известно как халькогены.

После 1869 года Дмитрий Менделеев задействует в своей периодической таблице кислород в верхней части «группы» над серой, селеном и теллуром. Хром, молибден, вольфрам и уран иногда включались в эту группу, но позже они были перегруппированы как часть группа VIB ; позже уран будет переведен в серию актинидов. Кислород, наряду с серой, селеном, теллуром, а позже и полонием, будет сгруппирован в группу VIA, пока название группы не было изменено на группу 16 в 1988 году.

Современные открытия

В конце 19-го века. столетие Мария Кюри и Пьер Кюри обнаружили, что образец урановой обманки излучает в четыре раза больше радиоактивности, чем можно объяснить наличием только урана. Кюри собрали несколько тонн урана и несколько месяцев очищали его, пока не получили чистый образец полония. Открытие официально произошло в 1898 году. До изобретения ускорителей частиц единственным способом создания полония было извлечение его в течение нескольких месяцев из урановой руды.

Первая попытка создания ливермория была предпринята с 1976 по 1977 год. в LBNL, которые бомбардировали кюрий-248 кальцием-48, но безуспешно. После нескольких неудачных попыток исследовательских групп в России, Германии и США в 1977, 1998 и 1999 годах, в 2000 году в Объединенном институте ядерных исследований был успешно создан ливерморий путем бомбардировки кюри -248 атомов с кальцием-48 атомов. Этот элемент был известен как унунгексий, пока в 2012 году он не был официально назван ливерморием.

Имена и этимология

В XIX веке Йонс Джейкоб Берцелиус предложил называть элементы в группе 16 "амфигены", поскольку элементы в группе образуют амфидные соли (соли оксикислот. Ранее считалось, что они состоят из двух оксидов, кислоты и основного оксида). использовались в начале 1800-х годов, но сейчас устарели. Название халькоген происходит от греческих слов χαλκος (chalkos, буквально «медь ») и γενές (гены, рождение, пол, зажигать). Впервые он был использован в 1932 году группой Вильгельма Бильца в Ганноверском университете имени Лейбница, где он был предложен. Слово «халькоген» приобрело популярность в Германии в 1930-х годах, поскольку этот термин был аналогичен термину «галоген». Хотя буквальное значение греческих слов подразумевает, что халькоген означает «медьобразователь», это вводит в заблуждение, потому что халькогены не имеют ничего общего с медью в частности. «Рудообразующий» был предложен как лучший перевод, так как подавляющее большинство металлических руд - халькогениды, а слово χαλκος на древнегреческом языке ассоциировалось с металлами и металлосодержащими породами в целом; медь и ее сплав бронза были одними из первых металлы, которые будут романтическими людьми.

Название «Кислород» происходит от греческих слов «оксигены», что означает «кислотообразующий». Название Сера происходит от латинского слова сера или от санскритского слова sulvere; оба этих термина - древние слова, обозначающие серу. Селен назван в честь греческой богини луны Селены, чтобы соответствовать ранее обнаруженному элементу теллур, название которого происходит от латинского слова telus, что означает земля. Полоний назван в честь страны рождения Марии Кюри, Польши. Ливерморий назван в честь Ливерморской национальной лаборатории.

Происхождение

Четыре самых легких халькогена (кислород, сера, селен и теллур) - все первичные элементы на Земле. Сера и кислород присутствуют в составе медных руд, а селен и теллур в небольших количествах присутствуют в таких рудах. Полоний образуется естественным образом в результате распада других элементов, хотя он и не является естественным естественным. Ливерморий вообще не встречается в природе.

Кислород составляет 21% атмосферы по весу, 89% воды по весу, 46% земной коры по весу и 65% тела человека. Кислород также присутствует во многих минералах, он содержится во всех оксидных минералах и гидроксидных минералах, а также во многих других минеральных группах. Звезды, масса которых составляет самую большую массу Солнца, также производят кислород в своих ядрах посредством ядерного синтеза. Кислород - третий по численности элемент во составляющий 1% Вселенная по весу.

Сера составляет 0,035% земной коры по весу, что делает ее 17-м наиболее распространенным элементом в ней и составляет 0,25% от человеческого тела. Это основной компонент почвы. Сера составляет 870 частей на миллион морской воды и около 1 части на миллиард атмосферы. Сера может быть обнаружена в элементарной форме или в форме сульфидных минералов, сульфатных минералов или сульфидных минералов. Звезды, как минимум в 12 превышающих масс Солнца, производят с помощью своего ядра ядерного синтеза. Сера является десятым по содержанию Вселенной, составляющей 500 частей на миллион Вселенной по весу.

Селен составляет 0,05 частей на миллион земной коры по весу. Это делает его 67-м по содержанию. Селен составляет в среднем 5 частей на миллион почв . Морская вода содержит около 200 частей на триллион селена. Атмосфера содержит 1 нанограмм селена на кубический метр. Существуют группы минералов, известные как и, но их не так много. Селен не производится путем прямого ядерного синтеза. Селен составляет 30 частей на миллиард Вселенной по весу.

В земной коре всего 5 частей на миллиард теллура и 15 частей на миллиард теллура в морской воде. Теллур - один из восьми или девяти наименования распространенных элементов земной коры. Их несколько десятков, и теллур встречается в некоторых минералах с золотом, таких как сильванит и калаверит. Теллур составляет 9 частей на миллиард Вселенной по весу.

Полоний встречается на Земле только в следовых количествах в результате радиоактивного распада урана и тория. Он присутствует в урановых рудах в 100 микрограммов на метрическую тонну. Очень незначительные количества полония существуют в почве и, следовательно, в большинстве продуктов питания, а значит, и в организме человека. Земная кора содержит менее 1 части полония на миллиард, что делает его одним из десяти самых редких металлов на Земле.

Ливерморий всегда производится искусственно в ускорителях частиц. Даже когда он создается, одновременно синтезируется лишь небольшое количество элементов.

Халькофильные элементы

Халькофильные элементы - это те элементы, которые находятся на поверхности или близко к ней, потому что они легко соединяются с халькогенами, отличными от кислорода, образуя соединения, которые не проникают в ядро. Халькофильные («любящие халькогены») элементы в данном случае имеют металлы и более тяжелые неметаллы, которые имеют низкое сродство к кислороду и предпочитают связываться с более тяжелой серой халькогена в виде сульфидов. Сульфидные минералы намного плотнее силикатных минералов, образованных литофильными элементами, халькофильные элементы отделились под литофилами во время первой кристаллизации земной коры. Это истощение не достигло уровней, обнаруженных с сидофильными элементами.

  • v
Классификация Гольдшмидта в периодической таблице
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18
Группа
Период
1 1. H 2. He
2 3. Li 4. Be 5. B 6. C 7. N 8. O 9. F 10. Ne
3 11. Na 12. Mg 13. Al 14. Si 15. P 16. S 17. Cl 18. Ar
4 19. K 20. Ca 21. Sc 22. Ti 23. V 24. Cr 25. Mn 26. Fe 27. Co 28. Ni 29. Cu 30. Zn 31. Ga 32. Ge 33. As 34. Se 35. Br 36. Kr
5 37. Rb 38. Sr 39. Y 40. Zr 41. Nb 42. Mo 43. Tc 44. Ru 45. Rh 46. Pd 47. Ag 48. Cd 49. In 50. Sn 51. Sb 52. Te 53. I 54. Xe
6 55. Cs 56. Ba 57. La 1 звездочка 72. Hf 73. Ta 74. W 75. Re 76. Os 77. Ir 78. Pt 79. Au 80. Hg 81. Tl 82. Pb 83. Bi 84. Po 85. At 86. Rn
7 87. Fr 88. Ra 89. Ac 1 звездочка 104. Rf 105. Db 106. Sg 107. Bh 108. Hs 109. Mt 110. Ds 111. Rg 112. Cn 113. Nh 114. Fl 115. Mc 116. Lv 117. Ts 118. Og
1 звездочка 58. Ce 59. Pr 60. Nd 61. Pm 62. Sm 63. Eu 64. Gd 65. Tb 66. Dy 67. Ho 68. Er 69. Tm 70. Yb 71. Lu
1 звездочка 90. Th 91. Pa 92. U 93. Np 94. Pu 95. Am 96. Cm 97. Bk 98. Cf 99. Es 100. Fm 101. Md 102. No 103. Lr

Классификация по Голдшмидту: Литофил Сидерофил Халькофил Атмофил Синтетический

Производство

Приблизительно 100 миллионов метрических тонн кислорода ежегодно. Кислород чаще всего получают путем фракционной перегонки, при которой воздух охлаждается до жидкости, нагревается, что позволяет всем компонентам воздуха, кроме кислорода, превратиться в газы и улетучиться. Несколько раз фракционная перегонка воздуха позволяет получить кислород чистотой 99,5%. Другой метод получения кислорода заключается в пропускании потока сухого чистого воздуха через слой молекулярных сит из цеолита, который поглощает азот из воздуха, оставляя от 90 до 93% чистого кислорода.

Сера, полученная при переработке нефти в Альберте, хранится для загрузки в Северный Ванкувер, Британская Колумбия

Сера может быть добыта в элементарной форме, хотя этот метод уже не так популярен, как раньше. В 1865 году в американских штатах Луизиана и Техас было обнаружено большое месторождение элементарной серы, но в то время его было трудно добыть. В 1890-х годах Герман Фраш раствор сжижения серы перегретым паром и перекачивания серы на поверхности. В наши дни серу чаще всего извлекают из нефти, природного газа и гудрона.

. Мировое производство селена составляет около 1500 метрических тонн в год, из которых примерно 10% перерабатывается. Япония - крупнейший производитель, производящий 800 метрических тонн селена в год. К другим производителям захват Бельгия (300 метрических тонн в год), США (более 200 метрических тонн в год), Швеция (130 метрических тонн в год) и Россия (100 метрических тонн в год). Селен можно извлечь из отходов процесса электролитического рафинирования меди. Другой метод производства селена заключается в выращивании селеносборных заводов, таких как вика. С помощью этого метода можно получить три килограмма селена на акр, но он обычно не используется.

Теллур в основном производится как побочный продукт обработки меди. Теллур также может быть очищен посредством электролитического восстановления теллурида натрия. Мировое производство теллура составляет от 150 до 200 метрических тонн в год. Совместно с действующим лицом одного из производителей теллура, около 50 метрических тонн в год. Перу, Япония и Канада также являются крупными производителями теллура.

До создания ядерных реакторов весь полоний нужно было извлекать из урановой руды. В наше время большинство изотопов полония производятся путем бомбардировки висмута нейтронами. Полоний также может производиться с помощью высоких нейтронных потоков в ядерных реакторах. Ежегодно производится около 100 граммов полония. Весь полоний, производимый для коммерческих целей, создается на Озерском ядерном реакторе в России. Оттуда его отправляют в Самару, Россия для очистки, а оттуда в Санкт-Петербург. Петербург для распространения. Самым существующим потребителем полония.

Весь ливерморий создается искусственно в ускорителях частиц. Первое успешное производство ливермория произошло путем бомбардировки атомами кюрия-248 атомами кальция-48. По состоянию на 2011 год было синтезировано примерно 25 элементов ливермория.

Области применения

Сталеплавильное производство является важным видом использования кислорода; 55% всего производимого кислорода идет на это приложение. химическая промышленность также использует большое количество кислорода; 25% всего производимого кислорода идет на это приложение. Оставшиеся 20% производимого кислорода в основном распределяются между медицинским использованием, очисткой воды (поскольку кислород убивает некоторые виды бактерий), ракетным топливом (в жидкой форме) и резкой металлов.

Большая часть производимой серы превращается в диоксид серы, который превращается в серную кислоту, очень распространенный промышленный химикат. Другие распространенные применения включают использование в качестве использования ключевого ингредиента пороха и греческого огня, а также для изменения pH почвы. Сера также примешивается к каучуку для вулканизации. Сера используется в некоторых типах бетона и фейерверков. 60% всей производимой серной кислоты используется для производства фосфорной кислоты. Сера используется как пестицид (в частности, как акарицид и фунгицид ) на «садовых, декоративных, овощных, зерновых и других культур».

Порох, сера

Около 40% всего производимого селена идет на стекловарение. 30% всего произведенного селена идет на металлургию, в том числе производство марганца. 15% всего произведенного селена идет на сельское хозяйство. Электроника, такая как фотоэлектрические материалы, требует 10% всего производимого селена. Пигменты составляют 5% всего производимого селена. Исторически сложилось так, что в таких машинах, как копировальные аппараты и люксметры использовалась третье всего производимого селена, но эта область применения неуклонно сокращается.

Субоксид теллура, смесь теллур и диоксид теллура, используется в перезаписываемом слое данных некоторых дисков CD-RW и дисков DVD-RW. Теллурид висмута также используется во многих микроэлектронных устройствах, таких как фоторецепторы. Теллур иногда используется в качестве альтернативы сере в вулканизированной резине. Теллурид кадмия используется в качестве высокоэффективного материала в солнечных батареях.

Некоторые области применения полония связаны с радиоактивностью элемента. Например, полоний используется в качестве генератора альфа-частиц для исследований. Полоний, легированный бериллием, обеспечивает эффективный источник нейтронов. Полоний также используется в ядерных батареях. В основном полоний используется в антистатических устройствах. Ливерморий вообще не имеет применения из-за его чрезвычайной редкости и короткого периода полураспада.

Халькогенорганические соединения участвуют в полупроводниковом процессе. Эти соединения также входят в химию лиганда и биохимию. Одно из применений себя халькогенов - это манипулирование окислительно-восстановительным парами в супрамолярной химии (химии, включающей взаимодействие нековалентных связей). Это приложение приводит к таким приложениям, как упаковка кристаллов, сборка больших молекул и биологическое распознавание образов. Вторичные связывающие взаимодействия более крупных халькогенов, селена и теллура, могут создавать удерживающие органический растворитель ацетилен нанотрубки. Взаимодействия халькогенов полезны, среди прочего, для конформационного анализа и стереоэлектронных эффектов. Халькогениды со сквозными связями также находят применение. Например, двухвалентная сера может стабилизировать карбанионы, катионные центры и радикал. Халькогены могут придавать лигандам (такими как DCTO) свойства, такие как способность превращать Cu (II) в Cu (I). Изучение взаимодействий халькогенов открывает доступ к катион-радикалам, которые используются в основной синтетической химии. Металлические окислительно-восстановительные центры, имеющие биологическое значение, регулируются взаимодействием лигандов, инхалькогены, такие как метионин и селеноцистеин. Кроме того, сквозные связи халькогена могут дать представление о процессе переноса электронов.

Биологическая роль

ДНК, важное биологическое соединение, содержащее кислород

Кислород, необходимо почти всем организмы с целью генерирования АТФ. Он также является ключевым компонентом других биологических соединений, таких как вода, аминокислоты и ДНК. Кровь человека содержит большое количество кислорода. Кости человека содержат 28% кислорода. Ткани человека содержат 16% кислорода. Типичный 70-килограммовый человек содержит 43 килограмма кислорода, в основном в форме воды.

Всем животным требуется значительное количество серы. Некоторые аминокислоты, такие как цистеин и метионин, содержат серу. Корни растений поглощают сульфат-ионы из почвы и восстанавливают их до сульфид-им. Металлопротеины также используют серу для добавления к атомам полезных металлов в организме, и сера аналогично присоединяется к атомам ядовитых металлов, таких как кадмий, чтобы доставить их в безопасное место для печени. В среднем люди потребляют 900 миллиграммов серы каждый день. Соединения серы, такие как содержащиеся в спреях от скунса, часто имеют сильный запах.

Всем животным и некоторым растениям необходимы следующие количества селена, но только для некоторых ферментов. Люди потребляют в среднем от 6 до 200 микрограммов селена в день. Грибы и бразильские орехи особенно известны высоким содержанием селена. Селен в пищевых продуктах чаще всего встречается в форме аминокислот, таких как , селеноцистеин и селенометионин. Селен может защитить от отравления тяжелыми металлами.

Теллур, как известно, не нужен животным, хотя некоторые грибы его соединения вместо селена. Микроорганизмы также поглощают теллур и поглощают диметилтеллурид. Большая часть теллура в кровотоке медленно выводится с мочой, но немного количество преобразуется в диметил теллурид и увеличивается через легкие. В среднем люди ежедневно потребляют около 600 микрограммов теллура. Растения могут поглощать теллур из почвы. Было обнаружено, что лук и чеснок содержат до 300 частей на миллион теллура в сухом весе.

Полоний не играет биологической роли и является высокотоксичным из-за своей радиоактивности.

Токсичность

NFPA 704. огненный алмаз
NFPA 704 четырехцветный ромб 0 2 0 Огненный алмаз для селена

Кислород обычно нетоксичен, но сообщалось о кислородной токсичности, если это используется в высоких качех. Как в элементарной газообразной форме, так и в составе воды он жизненно важен почти для всей жизни на Земле. Несмотря на это, жидкий кислород очень опасен. Даже газообразный кислород опасен в избытке. Например, спортивные дайверы иногда тонули из-за судорог, вызванных дыханием чистого кислорода на глубине более 10 метров (33 футов) под водой. Кислород также токсичен для некоторых бактерий. Озон, аллотроп кислорода, токсичен для многих людей. Это может вызвать поражение дыхательных путей.

Сера, как правило, нетоксична и даже является жизненно важным питательным веществом для человека. Однако в своей элементарной форме он может вызвать покраснение глаз и кожи, ощущение жжения и кашель при вдыхании, ощущение жжения и диарею и / или катарсис при проглатывании, а также раздражение слизистых оболочек. Избыток серы может быть токсичным для коров, поскольку микробы в рубцах коров производят токсичный сероводород при реакции с серой. Многие соединения серы, такие как сероводород (H2S) и диоксид серы (SO 2), очень токсичны.

Селен является микроэлементом. человеку требуется порядка десятков или сотен микрограммов в день. Доза более 450 мкг может быть токсичной, вызывающей неприятный запах изо рта и запах тела. Длительное низкоуровневое воздействие, которое может иметь место в некоторых отраслях, приводит к потере веса, анемии и дерматиту. Во многих случаях отравления селеном в организме образуется селеновая кислота. Селенид водорода (H2Se) очень токсичен.

Воздействие теллура может вызывать неприятные побочные эффекты. Всего 10 микрограммов теллура на кубический метр воздуха могут вызвать неприятный запах изо рта, который описывается как запах гнилого чеснока. Острое отравление теллуром может вызвать рвоту, воспаление кишечника, внутреннее кровотечение и дыхательную недостаточность. Длительное воздействие теллура на низком уровне вызывает усталость и расстройство желудка. Теллурит натрия (Na 2 TeO 3) смертельно опасен в количестве около 2 граммов.

Полоний опасен как альфа излучатель частиц. При проглатывании полоний-210 в миллион раз токсичнее цианистого водорода по весу; в прошлом его использовали как орудие убийства, наиболее известное из них: , чтобы убить Александра Литвиненко. Отравление полонием может вызвать тошноту, рвоту, анорексию и лимфопению. Он также может повредить волосяные фолликулы и лейкоциты. Полоний-210 опасен только при проглатывании или вдыхании, поскольку его выбросы альфа-частиц могут проникнуть через кожу человека. Полоний-209 также токсичен и может вызывать лейкоз.

См. Также

Ссылки

Внешние ссылки

  • СМИ, относящиеся к группе периодической таблицы 16 на Wikimedia Commons
Последняя правка сделана 2021-05-14 04:43:28
Содержание доступно по лицензии CC BY-SA 3.0 (если не указано иное).
Обратная связь: support@alphapedia.ru
Соглашение
О проекте