2.2.3. VI группа (подгруппа VI а) Кислород и халькогены (рождающие медь)

Элемент	Название	Кем открыт	Год открытия
О	Кислород	Пристли, Шееле, Лавуазье	1774
S	Сера	Известна с алхимического периода
Se	Селен ("луна")	Берцелиус	1817
Te	Теллур ("земля")	М.фон Рихтенштейн	1782
Po	Полоний ("Польша")	М.Кюри	1898

В ряду O – S – Se – Te – Po

а) кислород, сера, селен, теллур являются неметаллами, полоний – радиоактивный металл;

б) кислород при нормальных условиях – газ, остальные элементы – твердые вещества.

Кислород

Кислород занимает 1 место по распространенности на Земле, и 3 место по промышленному производству.

Газ, без вкуса, без цвета, без запаха – эти физические свойства кислорода надолго задержали его открытие.

Основным промышленным способом получения кислорода в настоящее время является процесс перегонки воздуха, основанный на различии температур кипения кислорода (– 183⁰С) и азота (– 196⁰С). Из лабораторных способов применяется разложение перманганата калия при нагревании

2KMnO₄  MnO₂ + K₂MnO₄ + O₂

и электролиз воды и щелочей.

1. Кислород является сильнейшим окислителем (вторым после фтора). Вступает в реакции окисления с большинством органических веществ, металлами и неметаллами. Не реагирует только с золотом, платиной и галогенами.

В земной атмосфере 21 % кислорода – основы жизни на Земле. "Dum spiro – spero" – "Пока дышу – надеюсь".

Наиболее активен как окислитель жидкий кислород. В сжиженном виде кислород имеет голубоватый цвет.

Оксиликвиты – смеси жидкого кислорода с пористыми горючими веществами. Пропитывание оксиликвитных патронов, например, с торфом, производится непосредственно перед применением. Жидкий кислород энергично испаряется, и в зависимости от размеров патрона за время от нескольких минут до 1,5 часов такого рода боеприпасы теряют свои взрывные свойства.

Аналогичным образом может быть использован и жидкий воздух (переходит в жидкое состояние при давлении 39 атмосфер и охлаждении до

– 140⁰С). При испарении жидкого воздуха он теряет больше легколетучего азота, чем кислорода, и поэтому остающаяся жидкость все время обогащается кислородом. В этот момент жидкий воздух похож на динамит.

2. Элемент кислород образует два простых вещества – кислород и озон ("пахнущий"). Озон является еще более сильным окислителем, чем молекулярный кислород. Оба этих вещества относят к классу негорючих веществ, представляющих пожарную опасность.

Получается озон в результате воздействия электрического разряда на кислород: 3О₂  2О₃. Используют озон в реактивной технике как окислитель, а также в медицине для обеззараживания воды.

3. Сильными окислителями являются и пероксиды, в частности, перекись водорода. При нагревании, особенно в присутствии катализаторов оксидов железа Fe₂O₃ и марганца MnO₂ перекись водорода энергично разлагается на кислород и воду, выделяя при этом большое количество тепла:

2Н₂О₂  2Н₂О + О₂

3 %-ный раствор перекиси водорода используется в медицине для обработки небольших ран, 30 %-ный раствор – в лабораториях для получения кислорода, а 80 %-ный раствор используют как окислитель ракетного топлива: из 1 л такого раствора получается 5000 л чистого кислорода.

Пероксиды металлов, как и пероксид водорода являются негорючими веществами – сильными окислителями. Контакт их с легковоспламеняющимися веществами вызывает воспламенение последних.

Кислород входит в состав самого распространенного огнетушащего вещества – воды.

Сера

Сера известна химикам несколько тысяч лет. Сера распространена в природе и в самородном виде, и в виде многочисленных соединений.

Промышленный потенциал страны можно определить по потреблению серы. Большая ее часть идет на процесс вулканизации каучука при производстве резины. При изготовлении 1 автомобиля расходуется 15 кг серы. В производстве 88 из 150 важнейших продуктов используют серу. Это бумага, резина, эбонит, спички, ткани, лекарства, косметика, взрывчатые вещества, краски.

1. Горючими являются сама сера, ее водородное соединение – сероводород H₂S и некоторые сульфиды, в частности сульфиды железа FeS, Fe₂S₃, FeS₂. Сульфиды железа способны самовозгораться на воздухе в присутствии влаги. Подобный процесс возможен при опорожнении резервуаров с сырой нефтью, на стенках которых могут образовываться сернистые соединения железа.

2FeS₂ + 7O₂ + 2H₂O  2FeSO₄ + 2H₂SO₄ + Q

2Fe(OH)₃+ 2H₂S  Fe₂S₃ + 6H₂O + Q

2Fe₂S₃ + 3O₂  Fe₂O₃ + 6S + Q

2. Элемент сера входит в состав неорганического вещества, занимаю-щего 1 место по объему промышленного производства (химических веществ) – серной кислоты Н₂SO₄.

Концентрированная серная кислота является сильным окислителем. Н₂SO₄ – негорючее вещество, представляющее пожарную опасность.

Концентрированная серная кислота не реагирует с золотом, платиной, железом, кобальтом, никелем. Железо подвергается пассивации при контакте с концентрированной серной кислотой, что позволяет перевозить ее в стальных цистернах.

Однако большинство неметаллов и металлов могут растворяться в концентрированной серной кислоте:

C + 2H₂SO_{4 (конц)}  2SO₂ + CO₂ + 2H₂O

Сu + 2H₂SO_{4 (конц)}  SO₂ + CuSO₄ + 2H₂O

Концентрированная серная кислота обладает сильным водоотнимающим свойством. Это позволяет использовать ее как осушитель, и как катализатор в большом числе органических реакций.

Сильные водооотнимающие свойства проявляются при контакте концентрированной серной кислоты с твердыми органическими веществами: бумагой, древесиной и т.п., при этом материал обугливается. Так, например, при контакте с сахарозой происходит следующая реакция:

H₂SO_{4 (конц)}

С₁₂Н₂₂О₁₁  12C + 11H₂O

3. Сера может быть использована при ликвидации разливов металлической ртути. Ртуть засыпают большим количеством серы, при этом образуется сульфид серы (киноварь) красного цвета.

Hg + S  HgS