TLENOWCE TLENOWCE tlen, siarka, selen, tellur i polon O2- S2- Se2- Te2-

Transkrypt

1 TLENOWCE

2 TLENOWCE TLENOWCE (chalkogeny) - wspólna nazwa pierwiastków należących do 16 grupy w układzie okresowym. Są to tlen, siarka, selen, tellur i polon. Wszystkie pierwiastki 16 grupy układu okresowego mają 6 elektronów walencyjnych, tworzą więc dwuujemne aniony: O 2- - anion tlenkowy, występuje m.in. w tlenkach litowców berylowców S 2- - anion siarczkowy, występuje we wszystkich siarczkach. Se 2- - anion selenowy, występuje w solach - selenkach. Te 2- - anion tellurkowy, występuje w solach - tellurkach

3 Porównanie

4

5 ODKRYCIE TLENU W drugiej połowie XVIII wieku uczony angielski Joseph Priestley odkrył tlen ogrzewając tlenek rtęci(ii). OXYGENIUM - łacioska nazwa tlenu, stąd jego symbol chemiczny O.

6 POŁOŻENIE W UKŁADZIE PIERWIASTKÓW Tlen jest pierwiastkiem 16 grupy, nazywaną grupą tlenowców. Są to pierwiastki, które na ostatniej powłoce elektronowej mają po 6 elektronów. Tlen ma konfigurację elektronową: 8O - 1s 2 2s 2 p 4 Taka konfiguracja elektronowa tlenu, ma tendencjędo tworzenia wiązao kowalencyjnych. Tlen łącząc się z innymi pierwiastkami przyjmuje konfiguracje elektronową najbliższego gazu szlachetnego, neonu.

7 ELEKTROUJEMNOŚD Tlen różni się od pozostałych pierwiastków grupy tlenowców. Posiada znacznie większą elektroujemnośd, toteż występuje na ujemnych stopniach utlenienia, głównie -II (lub -I w nadtlenkach). Pozostałe tlenowce występują oprócz na II stopnia utlenienia również na +IV i +VI. Wchodzą w reakcje z tlenem, wodorem, i innymi niemetalami.

8 WYSTĘPOWANIE Tlen jest najbardziej wszędobylskim pierwiastkiem. Występuje : w stanie wolnym (w atmosferze); w związkach chemicznych; w skorupie ziemskiej; w wodach rzek, mórz i oceanów; w organizmach żywych; w powietrzu występuje w dwuatomowych cząsteczkach. Ciekły tlen

9 OZON ODMIANA TLENU Odmianą tlenu jest ozon (tritlen) występujący w stratosferze na wysokości km nad Ziemią tworząc warstwę ozonową. OZON jest to cząsteczka która składa się z trzech atomów tlenu. Spełnia on bardzo ważną rolę w atmosferze, a dokładniej w stratosferze.

10 OZON OZON pochłania 2/3 promieniowania ultrafioletowego, emitowanego przez Słooce. Promieniowanie to jest zabójcze dla istot żywych. Niszczy rośliny oraz plankton, u ludzi powoduje raka skóry oraz zaburzenia odporności. OZON jest niebieskim gazem, o większej gęstości od powietrza. W stanie wolnym występuje w atmosferze, powstaje w wyniku rozpadu cząsteczek O 2 pod wpływem światła i dalszego łączenia się ich. OZON jest gazem niepalnym (ma jednak zdolnośd, podobnie, jak ditlen - O 2, podtrzymywad proces spalania), dobrze rozpuszczalnym w wodzie, dośd nietrwałym. Jest silnym utleniaczem.

11 ELEKTRONY ZDELOKALIZOWANE To takie, których nie można przypisad konkretnym atomom w cząsteczce. NP. WZÓR CZĄSTECZKI OZONU :

12 FREONY Za niszczenie warstwy ozonowej odpowiadają freony. Znalazły zastosowanie głównie w aerozolach, systemach chłodniczych oraz przy produkcji tworzyw sztucznych. Freony rozpadają się pod wpływem światła, w wyniku czego do atmosfery uwalniany jest chlor. Wchodzi on w reakcje z ozonem i zabiera jeden atom tlenu z cząsteczki. W ten sposób następuje przemiana ozonu w zwykły tlen oraz powiększanie dziury ozonowej.

13 TLEN CZTEROATOMOWY O 4 - Nietrwała odmiana alotropowa tlenu, - występuje w tlenie gazowym w temperaturze ciekłego powietrza, a także w tlenie ciekłym i zestalonym. - Składa się z dwóch cząsteczek O2 powiązanych ze sobą siłami słabszymi niż siły występujące w wiązaniu atomowym.

14 OTRZYMYWANIE TLENU poprzez podgrzewanie nadmanganianu potasu w temp. pow. 230 C: 2 KMnO 4 K 2 MnO 4 + MnO 2 + O 2 poprzez termiczny rozkład azotanu(v) potasu w temp. powyżej 400 C, ale nie większej niż 440 C: 2 KNO 3 2 KNO 2 + O 2 poprzez ogrzewanie tlenku rtęci(ii): 2 HgO 2 Hg + O 2 poprzez rozkład wodnego roztworu nadtlenku wodoru (wody utlenionej lub perhydrolu) pod wpływem katalizatora, np. dwutlenku manganu: 2 H 2 O 2 -MnO 2 -> 2 H 2 O + O 2 w wyniku elektrolizy wody 2 H 2 O -> 2 H 2 + O 2

15 OTRZYMYWANIE TLENU I BADANIE JEGO WŁAŚCIWOŚCI Obserwacje: Pod wpływem ogrzewania probówki z fioletowymi kryształkami nadmanganianu potasu wydzielił się bezbarwny gaz. Na dnie probówki pozostał ciemny proszek. Żarzące się łuczywko wprowadzone do probówki z zebranym gazem zapaliło się jasnym światłem. Wnioski: Tlen jest gazem trudno rozpuszczalnym w wodzie. Podtrzymuje palenie.

16 WŁAŚCIWOŚCI TLENU gaz bezbarwny bezwonny słabo rozpuszcza się w wodzie łączy się z niemetalami i metalami dając tlenki podtrzymuje spalanie, ale sam się nie pali cięższy od powietrza aktywny chemicznie w temperaturze pokojowej reaguje z litowcami, niektórymi berylowcami, fosforem białym jest silnych utleniaczem

17 ZASTOSOWANIE TLENU szerokie zastosowanie w hutnictwie, w procesach wytopu stali w palnikach tlenowodorowych i tlenoacetylenowych w medycynie stosowany w przypadku kłopotów z oddychaniem ( aparaty tlenowe) ozon znalazł zastosowanie jako środek dezynfekujący i silny środek utleniający

18 TLENKI Tlenki nieorganiczne związki chemiczne, zbudowane z tlenu i innego pierwiastka chemicznego. Powstają w wyniku reakcji pierwiastków z tlenem (utlenianie, spalanie) oraz rozkładu związków zawierających tlen

19 TLENKI ZASADOWE metale bloku s bez Be * metale bloku d na najniższych stopniach utlenienia ** * tlenki rozpuszczają się w wodzie tworząc zasady ** tlenki nie rozpuszczają się w wodzie

20 TLENKI AMFOTERYCZNE Be metale bloku p metale bloku d na pośrednich stopniach utlenienia tlenki te nie rozpuszczają się w wodzie

21 KWASOWE tlenki niemetali metale bloku d na najniższych stopniach utlenienia tlenki rozpuszczają się w wodzie tworząc kwasy ( wyjątek SiO 2 )

22 TLEN JAKO SKŁADNIK POWIETRZA

23 ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Głównymi związkami chemicznymi zanieczyszczającymi powietrze jest siarka, związki azotu, węgiel oraz węglowodory. Zanieczyszczenia możemy podzielid na dwie grupy: Naturalne - wynikające z wybuchów wulkanów, pożarów lasów, bagien wydzielających metan, erozji gleb i skał, rozprzestrzeniania się pyłków roślin. Sztuczne - czyli te, które zostały wprowadzone do atmosfery przez człowieka poprzez spalanie, przemysł, komunikację oraz odpady i ścieki.

24 ZANIECZYSZCZENIE POWIETRZA Kwas azotowy tworzą związki azotu w obecności pary wodnej jest to składnik kwaśnego deszczu. Tlenek węgla powstaje w wyniku spalania węgla. Głównym jego źródłem są spaliny samochodowe, elektrociepłownie, przemysł oraz gospodarstwa domowe ogrzewane węglem. Dwutlenek węgla, podobnie jak tlenek, powstaje w skutek spalania, a także wymiany gazowej. Nie jest szkodliwy, gdy jest w małych ilościach - w dużych przyczynia się do powstania efektu cieplarnianego. Węglowodory pojawiają się w powietrzu w skutek spalania ropy naftowej, węgla i tytoniu.

25 SIARKA

26 POSTAD SIARKI Postad rombowa siarki w stanie stałymzbudowana z ośmioatomowych pierścieni

27 ODKRYCIE SIARKI Siarka znana była już w starożytności. SULPHUR - łacioska nazwa siarki, stąd jej symbol chemiczny S.

28 WYSTĘPOWANIE SIARKI Siarka zajmuje 13 miejsce pod względem rozpowszechnienia pierwiastków w skorupie ziemskiej, a jej zawartość wynosi 0,026% masowych. Zawartość w organizmie człowieka wynosi 0.25% masy.

29 WYSTĘPOWANIE SIARKI FeS 2 - piryt PbS - galena ZnS - blenda cynkowa

30 ALOTROPIA SIARKI

31 siarka rombowa (siarka α) - zbudowane z ośmioatomowych pierścieni S 8, - Siarka rombowa jest trwała do temperatury 95,6 C - w tej temperaturze pod ciśnieniem swej własnej pary przekształca się w siarkę jednoskośną.

32 siarka jednoskośna (siarka β) - powstaje z siarki rombowej po jej podgrzaniu do temp. 95,6 o C - W temperaturze 118,9 C siarka jednoskośna topi się i przechodzi w ciecz - tworzy jasnożółte igłowe kryształy zbudowane z ośmioczłonowych pierścieni S 8 - jasnożółta substancja krystaliczna - rozpuszczalna w CS 2.

33 forma polimeryczna - polisiarka (siarka µ, S µ ) -. - Gęsta, lepka ciecz. - Barwa czerwonobrunatna. - Zbudowana z długich spiralnych łańcuchów, osiągająca najwyższą lepkość przy temperaturze ok. 200 C. - W temperaturze 445 C siarka przechodzi w stan pary.

34 ODMIANY ALOTROPOWE -w temp. powyżej T t = 119 o C, siarka przechodzi w ruchliwą ciecz barwy jasnożółtej, w trakcie dalszego podgrzewania gęstnieje i przybiera barwę brunatną jako efekt łączenia się cząsteczek S 8 w długie łańcuchy odmiana alotropowa μ (polisiarka), -w temp powyżej 200 o C łańcuchy polisiarki rozpadają się na krótsze i siarka przechodzi ponownie w ruchliwą ciecz. Gwałtowne schłodzenie prowadzi do powstania siarki plastycznej barwy brunatnej, która po kilku dniach przechodzi w siarkę jednoskośną a ta z kolei w siarkę rombową.

35 -w temp. 445 o C (T w ) przechodzi w stan pary zawierające cząsteczki S 8, w miarę wzrostu temp. rozpadają się one w cząsteczki S 6, S 4, S 2 -Schłodzone pary resublimują w postaci drobnych kryształów kwiat siarczany -Siarka nie rozpuszcza się w wodzie, słabo rozpuszcza się w etanolu, bardzo dobrze rozpuszcza się w CS 2 -w temp. 250 o C spala się niebieskim płomieniem

36 ODMIANY ALOTROPOWE

37 WŁAŚCIWOŚCICHEMICZNE - Siarka nie ulega działaniu powietrza i wody. - W temperaturze pokojowej reaguje tylko z fluorem - powstaje SF 6, i z niektórymi metalami (litowce i cięższe berylowce, rtęć, srebro i miedź), dając siarczki: 2K + S K 2 S Hg + S HgS 2Ag + S Ag 2 S Cu + S CuS

38 WŁAŚCIWOŚCICHEMICZNE - Po ogrzaniu siarka spala się w tlenie niebieskim płomieniem (do SO 2 ), reaguje też z pozostałymi fluorowcami, wodorem (do H 2 S) i wieloma metalami. Siarka roztwarza się w kwasach utleniających (np. w stężonym HNO 3 ) i zasadach: S + 2HNO 3(stęż) H 2 SO 4 + 2NO 3S + 6NaOH Na 2 SO 3 + 2Na 2 S + 3H 2 O

39 OTRZYMYWANIE SIARKI Siarkę rodzimą wydobywa się metodą górniczą (kopalnie głębinowe lub odkrywkowe) lub przez podziemne wytapianie przegrzaną parą wodną pod wysokim ciśnieniem (metoda Frascha) Obecnie w Polsce w okolicach Tarnobrzega działa jedyna na świecie kopalnia siarki (Kopalnia Siarki Osiek) stosująca metodę Frascha (metoda podziemnego wytopu). Do złoża wtłaczana jest przegrzana woda o temperaturze powyżej 150 C, a stopiona pod jej wpływem siarka wyprowadzana jest na powierzchnię za pomocą sprężonego powietrza. Szacuje się, że do wydobycia 1 tony siarki potrzebne jest 7,5 19 ton wody. oraz w wyniku katalitycznego utlenianie H 2 S (zawartego w gazie ziemnym): 2H 2 S + O 2 2S + 2H 2 O

40 ZASTOSOWANIE SIARKI - wulkanizacja kauczuku (produkcja gumy i ebonitu), produkcja - kwasu siarkowego(vi), - zapałek, - nawozów mineralnych, - pestycydów, - siarczku węgla, - prochu strzelniczego

41 Siarkowodór - H 2 S Bezbarwny gaz o nieprzyjemnym zapachu (zgniłych jaj), dobrze rozpuszczalny w wodzie, w roztworze wodnym tworzy bardzo słaby kwas H 2 S (aq). Cząsteczka ma budowę kątową (92 o ), jest polarna, między cząsteczkami nie powstają wiązania wodorowe Otrzymywanie: FeS + HCl FeCl 2 + H 2 S

42 Siarkowodór - H 2 S Właściwości: siarkowodór jest gazem trującym (wiąże się z kationami Fe 2+ hemoglobiny w nierozpuszczalny FeS), palnym (spala się niebieskim płomieniem), wykazuje silne właściwości redukcyjne, w zależności od utleniacza może utlenić się do siarki elementarnej, SO 2 lub SO 3 2H 2 S + 3O 2 2H 2 O + 2SO 2 (nadmiar) 2H 2 S + O 2 2H 2 O + 2S (niedobór)

43 Tlenek siarki(iv) - SO 2 Właściwości fizyczne SO 2 : gaz bezbarwny o duszącym zapachu i podrażniającym błony śluzowe, o gęstości większej od gęstości powietrza, dobrze rozpuszcza się w wodzie, cząsteczka polarna o budowie kątowej. Właściwości chemiczne SO 2 : tlenek o właściwościach kwasowych, w reakcji z wodą powstaje kwas siarkowy(iv) H 2 SO 3 SO 2 + H 2 O H 2 SO 3

44 Tlenek siarki(iv) - SO 2 Otrzymywanie SO 2 : Metody laboratoryjne rozkład siarczanów(iv) mocnymi kwasami lub redukcja kwasu siarkowego(vi) miedzią, spalanie siarki Na 2 SO 3 + 2HCl SO 2 + 2NaCl Cu + 2H 2 SO 4 CuSO 4 + SO 2 + 2H 2 O

45 Tenek siarki(iv) - SO 2 Otrzymywanie SO 2 : Metody przemysłowe spalanie siarki, pirytu lub innych związków, redukcja anhydrytu węglem, spalanie siarkowodoru S + O 2 SO 2 4FeS O 2 8SO 2 + 2Fe 2 O 3 2ZnS + 3O 2 2ZnO + 2SO 2 2CaSO 4 + C 2SO 2 + 2CaO + CO 2 2H 2 S + 3O 2 2SO 2 + 2H 2 O

46 Tlenek siarki(iv) - SO 2 Zastosowanie SO 2 : produkcja kwasu siarkowego i siarczanów(vi), środek wybielający w przemyśle tekstylnym i papierniczym, środek dezynfekcyjny (szklarnie beczki na wino i piwo), konserwujący w przemyśle spożywczym (susz owocowy, soki i przeciery owocowe), oznaczanie ilościowe wody w rozpuszczalnikach organicznych, stężenia SO 2 w powietrzu z wykorzystaniem czułej reakcji z jodem SO 2 + I 2 + 2H 2 O H 2 SO 4 + 2HI

47 Tlenek siarki(iv) - SO 2 Uwaga: tlenek jest gazem toksycznym, w połączeniu w wodą (HSO 3- ) uszkadza DNA, niszczy barwniki w tym chlorofil, jest przyczyną kwaśnych deszczy

48 Tlenek siarki(vi) SO 3 Właściwości fizyczne SO 3 wykazuje skłonności do polimeryzacji, stąd występuje w wielu odmianach, które różnią się właściwościami fizycznymi Zakres temp. Struktura Właściwości fizyczne Poniżej 17 o C Polimer łańcuchowy Krystaliczna, bezbarwna substancja stała (podobna do lodu) o C Trimer cykliczny Bezbarwna lotna ciecz Powyżej 45 o C Monomeryczne cząsteczki Bezbarwny gaz

49 Tlenek siarki(vi) SO 3 Właściwości chemiczne SO 3 : bardzo dobrze rozpuszcza się w wodzie (lepiej w H 2 SO 4 ), produktem są trudne do kondensacji pary kwasu siarkowego(vi), tlenek jest silnie higroskopijny, ma właściwości kwasowe, w trakcie rozpuszczania w kwasie siarkowym(vi) powstaje mieszanina (oleum) kwasu siarkowego(vi) i kwasów polisiarkowych SO 3 + H 2 O H 2 SO 4 SO 3 + H 2 SO 4 H 2 S 2 O 7 (H 2 S 3 O 10, H 2 S 4 O 13 ) Otrzymywanie SO 3 : katalityczne utlenianie (V 2 O 5 lub Pt) tlenku siarki(iv) 2SO 2 + O 2 2SO 3

50 Kwas siarkowy(vi) H 2 SO 4 Właściwości fizyczne H 2 SO 4 : bezbarwna, bezwonna oleista ciecz, o gęstości 1,84g/cm 3, z wodą miesza się w dowolnych stosunkach, proces rozcieńczenia jest silnie egzoenergetyczny, max. stężenie 98%, silnie higroskopijny (stosowany jako osuszacz gazów), silne właściwości żrące i utleniające, powoduje zwęglenie związków organicznych C 6 H 12 O 6 6C + 6H 2 O

51 Kwas siarkowy(vi) H 2 SO 4 ZASTOSOWANIE

52 Kwas siarkowy(vi) H 2 SO 4 Właściwości chemiczne H 2 SO 4 : Roztwarzanie metali o niskich wartościach potencjałach standardowych z wypieraniem wodoru 2Na + H 2 SO 4 Na 2 SO 4 + H 2 Ca + H 2 SO 4 CaSO 4 + H 2 Utlenianie niektórych niemetali C + 2H 2 SO 4(stęż) CO 2 + 2SO 2 + 2H 2 O S + 2H 2 SO 4(stęż) 2SO 2 + 2H 2 O

53 Kwas siarkowy(vi) H 2 SO 4 Właściwości chemiczne H 2 SO 4 : Dysocjacja elektrolityczna dwustopniowa, kwas jest silnym elektrolitem, rozcieńczony jest praktycznie całkowicie zdysocjowany, w stężonych roztworach K 2 jest stosunkowo niewielki H 2 SO 4 + H 2 O H 3 O + + HSO 4 - HSO 4- + H 2 O H 3 O + + SO 4 2- Wypieranie kwasów słabych i bardziej lotnych NaCl + H 2 SO 4 NaHSO 4 + HCl 2KCl + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + 2HCl

54 Ważniejsze sole kwasu siarkowego(vi) Siarczan(VI) sodu Na 2 SO 4 : bezbarwna, krystaliczna substancja, dobrze rozpuszczalna w wodzie, występuje jako hydrat Na 2 SO 4. 10H 2 O sól glauberska, stosowany w produkcji szkła, papieru, proszków do prania oraz farb Siarczan(VI) potasu K 2 SO 4 : bezbarwna substancja krystaliczna, dobrze rozpuszczalna w wodzie, stosowany w produkcji szkła oraz jako nawóz potasowy Siarczan(VI) magnezu MgSO 4 : bezbarwna krystaliczna substancja, dobrze rozpuszczalna w wodzie, gorzki w smaku, występuje jako hydrat MgSO 4. 7H 2 O, stosowana w medycynie jako odtrutka i środek przeczyszczający

55 Ważniejsze sole kwasu siarkowego(vi) Siarczan(VI) wapnia CaSO 4 anhydryt: biała, krystaliczna substancja słabo rozpuszczalna w wodzie, występuje w postaci hydratu CaSO 4. 2H 2 O (gips, alabaster), stosowany do produkcji farb, w budownictwie, medycynie, metalurgii Siarczan(VI) glinu Al 2 (SO 4 ) 3 : bezbarwna, drobnokrystaliczna substancja, dobrze rozpuszczalna w wodzie, występuje w postaci hydratu Al 2 (SO 4 ) 3. 18H 2 O, stosowany w przemyśle papierniczym, garbarstwie i farbiarstwie, surowiec do otrzymywania Al 2 O 3

56 Ważniejsze sole kwasu siarkowego(vi) Siarczan(VI) miedzi(ii) CuSO 4 : bezbarwna, krystaliczna substancja, po rozpuszczeniu w wodzie przyjmuje barwę niebieską, występuje jako hydrat CuSO 4. 5H 2 O niebieskie kryształy dobrze rozpuszczalne w wodzie, stosowany do produkcji pestycydów, jest składnikiem farb, w galwanoplastyce oraz barwienia metali, np. cynku i miedzi, odczynnik chemiczny, ma właściwości toksyczne

57 Kwas tiosiarkowy(vi) H 2 S 2 O 3 Budowa cząsteczki H O S -II S VI H O O Właściwości kwasu Słaby kwas zawierający w cząsteczce dwa atomy siarki na różnych stopniach utlenienia +VI (centralny) i II (terminalny). Jest kwasem nietrwałym (występuje tylko w solach), po zakwaszeniu wodnego roztworu soli ulega rozkładowi do S i SO 2 Na 2 S 2 O 3 + 2HCl S (s) + SO 2(g) + H 2 O + 2NaCl (c) Otrzymywanie tiosiarczanów : Na 2 SO 3 + S Na 2 S 2 O 3 2Na 2 S 2 + O 2 2Na 2 S 2 O 3