Неорганическая химия (стр. 3 )

               2ClO3 → 2KCl + 3O2.                                                (12.1)

Под действием электрических разрядов или при облучении УФ светом из кислорода возникает его аллотропная модификация озон О3. Он встречается в верхних слоях атмосферы и, поглощая идущий из космоса УФ свет, создает защитную оболочку Земли. Озон является сильным окислителем (поэтому он применяется для дезинфекции питьевой воды). Он обладает характерным запахом и очень ядовит! Чистый озон – взрывоопасен!

Сера встречается в природе в составе некоторых минералов (пирита FeS2, цинковой обманки ZnS, свинцового блеска PbS, медного колчедана CuFeS2, тяжелого шпата BaSO4, гипса CaSO4*2H2O) или в месторождениях в виде простого вещества – элементарной серы. В последнем случае ее расплавляют и под давлением извлекают наверх. Однако в основном серу получают из газов, которые содержат сероводород. В этом случае сероводород окисляют в присутствии катализаторов:

               H2S + 1/2O2 → S + H2O, ΔH = - 221 кДж/моль.                (12.2)

До 85-90 % серы расходуется для получения серной кислоты.

Селен и теллур встречаются в небольших количествах в рудах, содержащих серу, откуда их извлекают окислением таких руд.

Сера, селен и теллур обладают несколькими аллотропными модификациями, различающимися по своим физическим свойствам и состоящими из молекул, чаще всего включающих 8 атомов. Усиление металлических свойств с ростом порядкового номера элементов выражено у халькогенов очень сильно. Так, если сера и красная модификация селена электрического тока не проводят, то серая модификация селена уже характеризуется незначительной проводимостью, а проводимость теллура может достигать 10% от проводимости металлов.

Все соединения селена и теллура ядовиты!

12.2. Основные соединения кислорода и серы. Халькогены образуют соединения с водородом и кислородом, а также кислоты. К числу основных соединений кислорода с водородом относятся вода Н2О и пероксид водорода Н2О2. Вода является очень устойчивым соединением: при 2000 0С только около 2 % молекул Н2О термически разлагаются на водород и кислород. Пероксид водорода - бесцветная нестабильная жидкость, которая в присутствии следов металлов быстро распадается на воду и кислород в реакции диспропорционирования:

       Н2О2 → Н2О + 1/2 О2.                                                (12.3)

Высококонцентрированный пероксид водорода может разлагаться взрывообразно. Н2О2 - сильный окислитель, но по отношению к более сильным окислителям он действует как восстановитель.

Другим представителем соединений халькогенов с водородом служит сероводород H2S – бесцветный, очень ядовитый, дурно пахнущий газ. Он образуется в реакции сульфидов с кислотами:

               FeS + 2HCl → H2S + FeCl2.                                        (12.4)

Сероводород легко окисляется, поэтому он применяется как восстановитель. Он горит синим пламенем, превращаясь в диоксид серы и воду:

               2H2S + 3О2 → 2SO2 + 2H2O,                                        (12.5)

однако при недостатке кислорода при сгорании сероводорода образуются сера и вода:

               2H2S + О2 → 2S + 2H2O.                                                (12.6)

Селеноводород H2Se и теллуроводород H2Te менее стабильны, чем H2S, но столь же ядовиты! Оба являются очень сильными восстановителями: H2Te даже восстанавливает H2O до H2.

12.3. Кислородные соединения серы: оксиды, кислоты. Роль серы в экологии. Из кислородных соединений халькогенов рассмотрим только диоксид и триоксид серы. Диоксид серы SO2 образуется при сгорании серы или серусодержащих горючих веществ, а также при разогреве сульфидов. SO2 - бесцветный, дурно пахнущий ядовитый газ. Загрязнение этим газом воздуха к началу 90-х годов прошлого века достигло тревожных размеров на территории бывшей Германской Демократической Республики, в Северной Чехии, в Северо-Восточных ппромышленных районах Англии, в Федеративной Республике Германии (ФРГ). По оценкам специалистов, в 1981 г. в одной только ФРГ в воздух было выброшено более 3.6*106 тонн диоксида серы. Диоксид серы является составной частью так называемого лондонского смога. В воздухе он окисляется до серной кислоты, что является причиной “кислотных дождей”. Эти дожди в свою очередь могут служить и служат причиной гибели рыб. Так, загрязнение озер Швеции серной кислотой привело к почти полному исчезновению в них рыбы.

Молекула SO2 полярна, она образуется за счет “распаривания” 3р-электронов.  SO2 растворяется в воде, получающийся раствор имеет кислую реакцию:

SO2 + 2H2O = H3O+ + HSO3-.                                        (12.7)

HSO3- является кислотным остатком сернистой кислоты H2SO3. Хотя ее и не удается выделить в чистом виде, существуют ее соли: гидросульфиты с анионом HSO3- и сульфиты, содержащие анион SO32-. Сульфиты являются восстановителями, используются для отбеливания шерсти, бумаги и в качестве дезинфицирующего средства.

Триоксид серы SO3 очень реакционноспособное вещество, являющееся сильным окислителем, ангидридом серной кислоты:

       SO3 + Н2О → H2SO4.                                                (12.8)

Триоксид серы служит промежуточным продуктом при промышленном производстве серной кислоты.

Серная кислота H2SO4 - один из самых важных по объему производства химических продуктов: мировое производство H2SO4 за год достигает 160 миллионов тонн. Сначала диоксид серы окисляется до триоксида:

               SO2 + 1/2O2 ↔ SO3, ДH = -99 кДж/моль.                        (12.9)

При комнатной температуре эта реакция почти не протекает, а при повышении температуры химическое равновесие смещается в сторону SO2, поскольку реакция экзотермична. Потому, чтобы реакция могла протекать в сторону образования SO3 и с достаточной скоростью, используются катализаторы, например, V2O5, нанесенный на подложку из SiO2. При температурах порядка 400 – 420 0С протекают реакции:

               V2O5 + SO2 = V2O4 + SO3,                                                (12.10)

               V2O4 + 1/2O2 = V2O5.                                                 (12.11)

Далее SO3 растворяется в H2SO4 с образованием двусерной кислоты, которая затем при соединении с водой образует серную кислоту:

               SO3 + H2SO4 = H2S2O7,                                                (12.12)

               H2S2O7 + H2O = 2H2SO4.                                                (12.13)

Серная кислота - тяжелая маслянистая жидкость, легко впитывающая воду, что обусловливает использование ее в качестве осушителя. При ее смешивании с водой выделяется большое количество теплоты. Концентрированная H2SO4 обугливает многие твердые органические вещества. Горячая кислота растворяет медь, серебро, ртуть:

               H2SO4  + Cu → CuSO4 + 2H2O,                                        (12.14)

но на золото и платину она действия не оказывает. Большая часть производимой серной кислоты используется для производства удобрений, в органическом синтезе, при производстве взрывчатых веществ, при травлении черных металлов (снятии с них окалины). Соли серной кислоты называются сульфатами.

Глава 13. Элементы главной подгруппы V группы Периодической системы элементов.

       

13.1. Групповые и индивидуальные свойства азота, фосфора, мышьяка, сурьмы и висмута. Аллотропные модификации фосфора, мышьяка и сурьмы. В главную подгруппу V группы входят азот, фосфор, мышьяк, сурьма и висмут (табл. 13.1). Они имеют электронную конфигурацию s2p3. Индивидуальные свойства в ряду элементов главной подгруппы V группы изменяются в достаточно широких пределах. Так, с ростом порядкового номера сильно возрастает металлический характер элементов: наблюдается переход от типичного неметалла азота к чисто металлическому элементу висмуту, что хорошо прослеживается в значениях и энергии ионизации, и электроотрицательности. Действительно, у типичного неметалла N они высоки, а у Bi – сравнительно низки.

Исходя из структуры электронной конфигурации s2p3, можно ожидать, что возможны следующие степени окисления элементов рассматриваемой группы в их соединениях:

+3, когда элементы отдают 3 p-электрона на образование химических связей;