Хімія - Великий довідник школяра - 2019

Неорганічна хімія
Неметали
Оксиген, Сульфур. Алотропні модифікації. Сполуки оксигену та сульфуру

Якщо в Періодичній системі умовно провести лінію по діагоналі від Бора до Астату, то праворуч угорі в головних підгрупах будуть розташовані елементи-неметали. До них належать: Гідроген, Гелій, Бор, Карбон, Нітроген, Оксиген, Флуор, Неон, Силіцій, Фосфор, Сульфур, Хлор, Аргон, Арсен, Селен, Бром, Криптон, Телур, Йод, Ксенон, Астат, Радон.

Оксиген, Сульфур. Алотропні модифікації. Сполуки оксигену та сульфуру

Оксиген, Сульфур

Елемент Оксиген розташований в 2-му періоді, VI групі Періодичної системи. Порядковий номер — 8, відносна атомна маса — 16.

Електронна конфігурація атома Оксигену:

В атомі Оксигену два неспарені електрони, отже, він двовалентний. В Оксигену висока електронегативність, тому в сполуках для нього характерний ступінь окиснення –2, крім сполук із Флуором (ступінь окиснення +1 і +2) і пероксидів (ступінь окиснення –1).

Елемент Сульфур розташований в 3-му періоді, VI групі Періодичної системи. Порядковий номер — 16. Відносна атомна маса — 32.

Електронна конфігурація атома Сульфуру:

З урахуванням можливості переходу електронів з s- та p- підрівнів на вільний d-підрівень для Сульфуру в сполуках характерні ступені окиснення –2, +4, +6, рідше +2.

Алотропні модифікації Оксигену. У вільному стані Оксиген утворює дві алотропні модифікації: кисень і озон .

Властивості алотропних модифікацій Оксигену

Алотропні модифікації Сульфуру. При кімнатній температурі Сульфур перебуває у вигляді -сірки (ромбічна модифікація), що являє собою жовті крихткі кристали без запаху, нерозчинні у воді. За температур вище відбувається повільне перетворення -сірки в -сірку (моноклінна модифікація), що є майже білими кристалічними пластинками.

Поширення Оксигену в природі. Оксиген — найпоширеніший елемент на Землі. Його вміст у земній корі складає близько 55,1 %. Оксиген як хімічний елемент входить до складу води, мінералів (відомо понад 1400 мінералів, що містять Оксиген), органічних речовин.

Поширення Сульфуру в природі. У природі Сульфур зустрічається у вигляді самородної сірки (проста речовина); входить до складу сульфідів і сульфатів, що утворюють багато мінералів, є компонентом природного вугілля та нафти. Сульфур — життєво важливий елемент: він входить до складу білків.

Одержання алотропних модифікацій Оксигену та Сульфуру.

1)  Кисень утворюється в результаті розкладання деяких солей:

пероксидів:

    оксидів важких металів:

2)  Озон утворюється зі звичайного кисню під дією електричного розряду (розряд блискавки, робота електротрансформаторів) або ультрафіолетового випромінювання (сонячне світло, робота ксерокса), а також у процесах, що супроводжуються виділення атомарного Оксигену (розклад пероксидів).

3)  Сірку добувають в самородному стані; також її добувають:

    при неповному розкладанні сірководню:

із сульфідів металів:

    в реакціях відновлення сірки із сульфур(IV) оксиду:

Хімічні властивості кисню.

Кисень — сильний окисник.

1)  Взаємодія з металами:

2)  Взаємодія з неметалами:

3)  Горіння складних речовин:

4)  Окиснення складних речовин (цей процес не належить до горіння):

Хімічні властивості сірки.

1)  При взаємодії з неметалами сірка виявляє окисні й відновлювальні властивості.

Із простими речовинами, утвореними більш електронегативними елементами (Оксигеном, Фтором, Хлором, Бромом), сірка виступає в ролі відновника.

— сульфур(IV) оксид

Із простими речовинами, утвореними менш електронегативними елементами, сірка виступає в ролі окисника:

— карбон(VI) сульфід

Бінарні сполуки сульфуру, в яких вона виявляє ступінь окиснення –2, називають сульфідами.

— гідроген сульфід (сірководень)

2)  Взаємодія з металами.

— цинк сульфід;

— ферум(ІІ) сульфід.

Усі сульфіди, крім HgS, утворюються при нагріванні. Із ртуттю сірка взаємодіє вже при кімнатній температурі:

— меркурій(II) сульфід.

Ця властивість використовується в лабораторіях для видалення розлитої ртуті, пари якої дуже токсичні.

Застосування кисню. Кисень використовується для інтенсифікації процесів горіння (наприклад, при виплавці сталі), підвищення температури горіння (при зварюванні), як окисник в інших реакціях, у медицині.

Озон має дезинфікуючу відбілюючу дію. Головне застосування озону — знезаражування водопровідної води.

Застосування сірки. Сірка застосовується для одержання сульфатної кислоти, вулканізації каучуку, боротьби із сільськогосподарськими шкідниками, одержання сірників, пороху. У медицині виготовляють сірчані мазі для лікування шкірних хвороб.

Сульфур оксиди

Сульфур(IV) оксид (діоксид сірки, сірчистий газ, сірчистий ангідрид) — безбарвний газ із різким запахом, скраплюється при . Негорючий, легко розчиняється у воді. Водний розчин називають сульфідною кислотою.

Міститься у вулканічних газах, виділяється при спалюванні природного вугілля. Є одним з основних забруднювачів повітря, викликає кислотні дощі.

Отруйний, викликає кашель, задишку, бронхіт, запалення легень.

Одержання сульфур(IV) оксиду.

1)  Випалювання мінералів, що містять сульфіди:

2)  Горіння сірки на повітрі:

3)  Горіння сірководню в надлишку кисню: .

4)  Взаємодія міді з концентрованою сульфатною кислотою:

5)  Дія сульфатної кислоти на сульфіти:

Хімічні властивості сульфур(IV) оксиду. Для більш характерні відновлювальні властивості.

1)  Реакції, що відбуваються без зміни ступеня окиснення.

Взаємодія з основами:

Оборотна взаємодія з водою:

Взаємодія з основними оксидами:

.

2)  Реакції, що відбуваються з підвищенням ступеня окиснення від +4 до +6, наприклад:

3)  Реакції, що проходять зі зниженням ступеня окиснення, наприклад:

Застосування сульфур(IV) оксиду. Основна маса сульфур(IV) оксиду витрачається на виробництво сульфатної кислоти та інших сполук Сульфуру. Використовується для відбілювання паперу, соломи і вовни. На відміну від необоротної дії білильного вапна, знебарвлення сульфур(IV) оксидом часто оборотне, і забарвлення повертається після промивання. Використовується як дезінфікуючий засіб, наприклад для обробки підвалів, овочесховищ.

Сульфур(VI) оксид (сірчаний газ, ангідрид сульфатної кислоти) при кімнатній температурі — безбарвна рідина, температура кипіння . Негорючий. Добре розчиняється у воді, взаємодіючи з нею. Гігроскопічний.

Токсичний, уражає дихальні шляхи, викликає опіки шкіри.

Одержання сульфур(VI) оксиду. Окиснювання в присутності каталізатора (платина чи ванадій(V) оксид) при високому тиску й нагріванні:

Хімічні властивості сульфур(VI) оксиду.

1)  З’єднуючись із водою, утворює сульфатну кислоту:

2)  Добре розчиняється в сульфатній кислоті, утворюючи важку маслянисту рідину — олеум:

(або

3)  У температурному інтервалі від 400 до розкладається на сульфур(IV) оксид і кисень:

4)  Як типовий кислотний оксид взаємодіє:

з оксидами, утвореними металами:

з основами:

Застосування сульфур(VI) оксиду. Сульфур(VI) оксид застосовується в основному у виробництві сульфатної кислоти; у лабораторії як водовід’ємний засіб.

Сульфатна кислота

Фізичні властивості сульфатної кислоти. Сульфатна кислота — важка безбарвна масляниста рідина (стара назва сульфатної кислоти — купоросна олія). За звичайної температури вона не летка й не має запаху.

Одержання сульфатної кислоти. Найбільше значення має контактний спосіб одержання сульфатної кислоти. Процес складається з трьох стадій.

1)  Одержання сульфур(IV) оксиду. Сировиною є сульфурвмісні руди, сірка, сірководень:

    ; ; .

2)  Окиснення сульфур(IV) оксиду в сульфур(VI) оксид: (реакція йде під тиском, при підвищеній температурі й у присутності каталізаторів).

3)  Одержання сульфатної кислоти. При цьому сульфур(VI) оксид поглинають розведеною сульфатною кислотою, одержуючи олеум, який потім розбавляють до потрібної концентрації: (або ).

Хімічні властивості розведеної сульфатної кислоти. Сульфатна кислота як двоосновна кислота утворює два ряди солей: кислі — гідросульфати (утворюються при надлишку кислоти) і середні — сульфати.

1)  Ступенева дисоціація:

2)  Взаємодія з розчинними і нерозчинними основами (реакція нейтралізації). При цьому утворюються гідросульфати (якщо кислота в реакційній суміші в надлишку):

    або сульфати (якщо немає надлишку кислоти в реакційній суміші):

3)  Взаємодія з металами, що розташовані в електрохімічному ряді напруг до Гідрогену:

4)  Взаємодія з оксидами металів:

5)  Взаємодія із солями, утвореними більш слабкими і/або леткими кислотами:

Хімічні властивості концентрованої сульфатної кислоти.

1)  Взаємодія з металами. Концентрована сульфатна кислота при нагріванні реагує з багатьма металами, у тому числі тими, що стоять в електрохімічному ряді напруг після Гідрогену. При цьому виділяється не водень, а сульфур(VI) оксид (з менш активними металами), сірка (з металами середньої активності) або сірководень (з активними металами):

Алюміній, залізо і хром пасивуються концентрованою сульфатною кислотою на холоді, при нагріванні реагують із нею.

2)  Безводна сульфатна кислота розчиняє до 70 % сульфур(VI) оксиду, при цьому утворюється олеум.

3)  При нагріванні відщеплює сульфур(VI) оксид доти, поки не утвориться розчин із масовою часткою сульфатної кислоти 98,3 %:

4)  Обвуглює органічні речовини — цукор, папір, дерево.

5)  Як сильна нелетка кислота витісняє інші кислоти з їхніх сухих солей:

Реактивом для виявлення сульфат-іонів є розчини, що містять йони Барію:

Барій сульфат, що утворюється,— білий порошкоподібний осад, нерозчинний у воді й кислотах.

Застосування сульфатної кислоти. Сульфатна кислота використовується у виробництві неорганічних кислот, лугів, солей, мінеральних добрив, вибухових речовин, штучних волокон, барвників, пластмас і багатьох інших речовин. Найбільша кількість її витрачається для одержання фосфатних і нітратних добрив. Сульфатну кислоту використовують для одержання інших кислот — хлоридної, флуороводневої, фосфатної, оцтової. Вона застосовується для очищення нафтопродуктів.





Відвідайте наш новий сайт - Матеріали для Нової української школи - планування, розробки уроків, дидактичні та методичні матеріали, підручники та зошити