ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ

Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ

Розділ 9. ПІДГРУПА ОКСИГЕНУ

§ 9.1. Загальна характеристика підгрупи оксигену

До підгрупи оксигену входять п’ять елементів: оксиген, сульфур, селен, телур і полоній (полоній — радіоактивний елемент). Це р-елементи VI групи періодичної системи Д. І. Менделєєва. Вони мають групову назву — халькогени, що означає “ті, що утворюють руди”.

Таблиця 9.1. Властивості елементів підгрупи оксигену

В атомів халькогенів однакова будова зовнішнього енергетичного рівня — ns² np^A (табл. 9.1, п. 2). Цим пояснюється подібність їх хімічних властивостей. Усі халькогени у сполуках з гідрогеном і металами виявляють ступінь окиснення —2, а у сполуках з оксигеном та іншими активними неметалами — звичайно +4 і +6 (див. табл. 9.1, п. 5). Для оксигену, як і для флуору, не типовий ступінь окиснення, що дорівнює номеру групи. Він виявляє ступінь окиснення звичайно —2, а в сполуці з флуором +2. Такі значення ступенів окиснення випливають з електронної будови халькогенів:

В атома оксигену на 2р-підрівні є два неспарених електрони. Його електрони не можуть розпаровуватись, оскільки немає d -підрівня на зовнішньому (другому) рівні, тобто немає вільних орбіталей. Тому валентність оксигену завжди дорівнює двом, а ступінь окиснення —2 і +2 (наприклад, в Н₂О і OF₂). Такі самі валентність і ступені окиснення в атома сульфуру в незбудженому стані. При переході у збуджений стан (що має місце при підведенні енергії, наприклад при нагріванні) в атома сульфуру спочатку роз’єднуються Зр-, а потім 3s -електрони (показано стрілками). Число неспарених електронів, а отже, і валентність у першому випадку дорівнюють чотирьом (наприклад, в SO₂), а в другому — шести (наприклад, в SO₃). Очевидно, парні валентності 2, 4, 6 властиві аналогам сульфуру — селену, телуру і полонію, а їх ступені окиснення можуть дорівнювати —2, +2, +4 і +6.

Водневі сполуки елементів підгрупи оксигену відповідають формулі H₂R (R — символ елемента): Н₂О, H₂S, Н₂ Sе, Н₂Те. Вони називаються хальководнями. При розчиненні їх у воді утворюються кислоти (формули такі самі). Сила цих кислот зростає зі збільшенням порядкового номера елемента, що пояснюється зменшенням енергії зв’язку в ряду сполук H₂R. Вода, що дисоціює на іони Н і ОН^-, є амфотерним електролітом.

Сульфур, селен і телур утворюють однакові форми сполук з оксигеном типу RO₂ і RO₃. їм відповідають кислоти типу H₂RO₃ і H2RO4. Зі збільшенням порядкового номера елемента сила цих кислот зменшується. Всі вони виявляють окисні властивості, а кислоти типу H₂RO₃ — також і відновні.

Закономірно змінюються властивості простих речовин: зі збільшенням заряду ядра послаблюються неметалічні і посилюються металічні властивості. Так, оксиген і телур — неметали, але останній має металічний блиск і проводить електричний струм.