Глава III. Неметаллы и их соединения. § 13. Общая характеристика элементов VIA-группы — халькогенов. Сера — с. 76
§ 13. Проверьте свои знания.
1. Дайте сравнительную характеристику элементов VIA-группы на основании их положения в Периодической системе Д. И. Менделеева.
1. Дайте сравнительную характеристику элементов VIA-группы на основании их положения в Периодической системе Д. И. Менделеева.
Элементы VIA-группы (халькогены): кислород O, сера S, селен Se, теллур Te, полоний Po (и искусственный ливерморий Lv).
1) Строение атомов: на внешнем электронном слое у всех по 6 электронов (ns²np⁴), до завершения слоя не хватает двух электронов. Число электронных слоёв равно номеру периода и растёт от кислорода (2 слоя) к полонию (6 слоёв).
2) Радиус атомов в группе сверху вниз увеличивается, электроотрицательность уменьшается: O > S > Se > Te > Po.
3) Неметаллические свойства сверху вниз ослабевают, металлические усиливаются: O, S, Se — типичные неметаллы, Te — переходный (металлоид), Po — металл.
4) Степени окисления: минимальная −2 (H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te); у серы, селена и теллура есть положительные +4 и +6 (высшая равна номеру группы). Кислород, как более электроотрицательный элемент, в соединениях почти всегда −2 (кроме пероксидов и OF₂) и степени +6 не проявляет.
5) Соединения: летучие водородные соединения H₂R (кислотные свойства растворов растут сверху вниз: H₂O — H₂S — H₂Se — H₂Te, устойчивость уменьшается); высшие оксиды RO₃ (SO₃, SeO₃, TeO₃) и кислоты H₂RO₄ (серная — сильная, селеновая — сильная, теллуровая — слабая). Окислительная способность простых веществ уменьшается от O₂ к Te.
1) Строение атомов: на внешнем электронном слое у всех по 6 электронов (ns²np⁴), до завершения слоя не хватает двух электронов. Число электронных слоёв равно номеру периода и растёт от кислорода (2 слоя) к полонию (6 слоёв).
2) Радиус атомов в группе сверху вниз увеличивается, электроотрицательность уменьшается: O > S > Se > Te > Po.
3) Неметаллические свойства сверху вниз ослабевают, металлические усиливаются: O, S, Se — типичные неметаллы, Te — переходный (металлоид), Po — металл.
4) Степени окисления: минимальная −2 (H₂O, H₂S, H₂Se, H₂Te); у серы, селена и теллура есть положительные +4 и +6 (высшая равна номеру группы). Кислород, как более электроотрицательный элемент, в соединениях почти всегда −2 (кроме пероксидов и OF₂) и степени +6 не проявляет.
5) Соединения: летучие водородные соединения H₂R (кислотные свойства растворов растут сверху вниз: H₂O — H₂S — H₂Se — H₂Te, устойчивость уменьшается); высшие оксиды RO₃ (SO₃, SeO₃, TeO₃) и кислоты H₂RO₄ (серная — сильная, селеновая — сильная, теллуровая — слабая). Окислительная способность простых веществ уменьшается от O₂ к Te.
§ 13. Проверьте свои знания.
2. Дайте характеристику элемента серы на основании его положения в Периодической системе Д. И. Менделеева.
1) Положение: химический элемент сера S, порядковый номер 16, 3-й период, VIA-группа (главная подгруппа), относительная атомная масса Ar = 32.
2) Строение атома: заряд ядра +16; 16 протонов, 16 нейтронов (32 − 16), 16 электронов. Распределение электронов по слоям: 2, 8, 6. Электронная формула 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴. На внешнем слое 6 электронов, до завершения не хватает 2.
3) Сера — неметалл. Электроотрицательность меньше, чем у кислорода и хлора, но больше, чем у фосфора и кремния; поэтому сера проявляет и окислительные (при реакциях с металлами и водородом), и восстановительные свойства (при реакциях с кислородом, галогенами, окислителями).
4) Степени окисления: −2 (H₂S, Na₂S), 0 (S), +4 (SO₂, H₂SO₃), +6 (SO₃, H₂SO₄).
5) Соединения: летучее водородное соединение H₂S (сероводород); оксиды SO₂ и SO₃ — кислотные; им соответствуют кислоты H₂SO₃ (слабая сернистая) и H₂SO₄ (сильная серная).
2) Строение атома: заряд ядра +16; 16 протонов, 16 нейтронов (32 − 16), 16 электронов. Распределение электронов по слоям: 2, 8, 6. Электронная формула 1s²2s²2p⁶3s²3p⁴. На внешнем слое 6 электронов, до завершения не хватает 2.
3) Сера — неметалл. Электроотрицательность меньше, чем у кислорода и хлора, но больше, чем у фосфора и кремния; поэтому сера проявляет и окислительные (при реакциях с металлами и водородом), и восстановительные свойства (при реакциях с кислородом, галогенами, окислителями).
4) Степени окисления: −2 (H₂S, Na₂S), 0 (S), +4 (SO₂, H₂SO₃), +6 (SO₃, H₂SO₄).
5) Соединения: летучее водородное соединение H₂S (сероводород); оксиды SO₂ и SO₃ — кислотные; им соответствуют кислоты H₂SO₃ (слабая сернистая) и H₂SO₄ (сильная серная).
§ 13. Проверьте свои знания.
3. Расскажите о нахождении серы в природе. Как добывают самородную серу?
Назовите формулы серосодержащих минералов.
Сера составляет около 0,05 % массы земной коры. Встречается в самородном состоянии (залежи в районах вулканической деятельности, в Сицилии, Польше, Мексике, США, в России), а также в виде сульфидов и сульфатов; входит в состав нефти, природного газа, каменного угля, белков живых организмов.
Добыча самородной серы. Из залежей серу выплавляют на месте: в пласт по трубам закачивают перегретую воду (около 160 °C) — сера плавится (температура плавления ≈ 113 °C), расплав сжатым воздухом по другой трубе выдавливается на поверхность, где застывает; можно добывать и открытым способом с последующей очисткой.
Серосодержащие минералы:
FeS₂ — пирит (серный колчедан);
ZnS — цинковая обманка (сфалерит);
PbS — свинцовый блеск (галенит);
HgS — киноварь;
Cu₂S — медный блеск (халькозин);
CuFeS₂ — медный колчедан (халькопирит);
CaSO₄ · 2H₂O — гипс;
Na₂SO₄ · 10H₂O — мирабилит (глауберова соль);
BaSO₄ — барит (тяжёлый шпат).
Добыча самородной серы. Из залежей серу выплавляют на месте: в пласт по трубам закачивают перегретую воду (около 160 °C) — сера плавится (температура плавления ≈ 113 °C), расплав сжатым воздухом по другой трубе выдавливается на поверхность, где застывает; можно добывать и открытым способом с последующей очисткой.
Серосодержащие минералы:
FeS₂ — пирит (серный колчедан);
ZnS — цинковая обманка (сфалерит);
PbS — свинцовый блеск (галенит);
HgS — киноварь;
Cu₂S — медный блеск (халькозин);
CuFeS₂ — медный колчедан (халькопирит);
CaSO₄ · 2H₂O — гипс;
Na₂SO₄ · 10H₂O — мирабилит (глауберова соль);
BaSO₄ — барит (тяжёлый шпат).
§ 13. Проверьте свои знания.
4. Охарактеризуйте аллотропные модификации серы, физические и химические свойства кристаллической серы. Ответ проиллюстрируйте уравнениями химических реакций.
Аллотропия — существование элемента в виде нескольких простых веществ. Сера образует три основные модификации.
1) Ромбическая (кристаллическая) сера — лимонно-жёлтые хрупкие кристаллы, наиболее устойчивая при обычных условиях; состоит из циклических молекул S₈ («корона»); плотность ≈ 2,07 г/см³, tпл ≈ 113 °C.
2) Моноклинная сера — игольчатые кристаллы светло-жёлтого цвета, образуются при медленном охлаждении расплава (устойчива при температуре выше 96 °C), состав молекул тот же — S₈; при хранении переходит в ромбическую.
3) Пластическая сера — коричневая резиноподобная тянущаяся масса, получается при вливании кипящей серы (≈ 445 °C) в холодную воду; состоит из длинных зигзагообразных цепей молекул Sₙ; неустойчива и самопроизвольно переходит в ромбическую.
Физические свойства кристаллической серы: твёрдое жёлтое вещество, не имеет запаха, не проводит ток и плохо проводит тепло, нерастворима в воде и не смачивается ею (плавает на поверхности при растирании), растворима в сероуглероде CS₂, бензоле.
Химические свойства. Сера — окислитель в реакциях с металлами и водородом, восстановитель — в реакциях с более электроотрицательными неметаллами и сильными окислителями:
Fe + S = FeS (при нагревании; S⁰ + 2ē → S⁻² — окислитель)
2Al + 3S = Al₂S₃
Hg + S = HgS (даже при комнатной температуре; на этом основано удаление пролитой ртути)
H₂ + S ⇄ H₂S
S + O₂ = SO₂ (S⁰ − 4ē → S⁺⁴ — восстановитель)
S + 3F₂ = SF₆
S + Cl₂ = SCl₂
S + 2H₂SO₄(конц.) = 3SO₂ + 2H₂O
1) Ромбическая (кристаллическая) сера — лимонно-жёлтые хрупкие кристаллы, наиболее устойчивая при обычных условиях; состоит из циклических молекул S₈ («корона»); плотность ≈ 2,07 г/см³, tпл ≈ 113 °C.
2) Моноклинная сера — игольчатые кристаллы светло-жёлтого цвета, образуются при медленном охлаждении расплава (устойчива при температуре выше 96 °C), состав молекул тот же — S₈; при хранении переходит в ромбическую.
3) Пластическая сера — коричневая резиноподобная тянущаяся масса, получается при вливании кипящей серы (≈ 445 °C) в холодную воду; состоит из длинных зигзагообразных цепей молекул Sₙ; неустойчива и самопроизвольно переходит в ромбическую.
Физические свойства кристаллической серы: твёрдое жёлтое вещество, не имеет запаха, не проводит ток и плохо проводит тепло, нерастворима в воде и не смачивается ею (плавает на поверхности при растирании), растворима в сероуглероде CS₂, бензоле.
Химические свойства. Сера — окислитель в реакциях с металлами и водородом, восстановитель — в реакциях с более электроотрицательными неметаллами и сильными окислителями:
Fe + S = FeS (при нагревании; S⁰ + 2ē → S⁻² — окислитель)
2Al + 3S = Al₂S₃
Hg + S = HgS (даже при комнатной температуре; на этом основано удаление пролитой ртути)
H₂ + S ⇄ H₂S
S + O₂ = SO₂ (S⁰ − 4ē → S⁺⁴ — восстановитель)
S + 3F₂ = SF₆
S + Cl₂ = SCl₂
S + 2H₂SO₄(конц.) = 3SO₂ + 2H₂O