ОКСИГЕН І СУЛЬФУР

. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА ОКСИГЕНУ І СУЛЬФУРУ

Історичні відомості. Про історію відкриття кисню, моле-кули якого складаються з елемента Оксигену, ви довідалися ще у 8 класі. Тепер ознайомтеся з деякими історичними відомостями про сірку, що складається з елемента Сульфуру.

Сірка відома людині з давніх-давен. Легендарний дав-ньогрецький поет Гомер, який жив між XII і VIII ст. до н. е. і вважається автором епічних поем «Іліада» і «Одіссея», зазначає, що сірка застосовувалась для куріння під час релі-гійних обрядів. Вона входила до складу славнозвісного в історії стародавнього світу грецького вогню. Секретом його виготовлення володіли грецькі царі протягом чотирьох віків. У 941 р. під стінами Царграду було знищено флот київсько-го князя Ігоря. Літописець, розповідаючи про цю подію, за-значає, що греки пускали вогонь, ніби блискавку на небі, яка спалювала воїнів Ігоря, через що вони не змогли подо-лати греків. Про найдавніше знайомство людини з сіркою свідчить і походження її назви (від санскритського Санскрит - стародавня мова Індії слова «сіра», що означає світло-жовтий).

Оксиген і Сульфур — елементи VI групи періодичної си-стеми, входять до складу головної підгрупи.

Електронна будова. Що ж видно з електронних формул Оксигену 1s22s22p4

і Сульфуру 1s22s22p63s23p4, які ви щойно записали?

Вони показують, що в атомах Оксигену і Сульфуру на зовнішньому електронному шарі міститься по 6 електронів (див. підкреслене в електронних формулах) —пs2пр4. В ато-мах Оксигену ці 6 зовнішніх електронів розміщуються на орбіталях двох типів —s і р (одна s- і три p-орбіталі):

8O n=2

За рахунок двох неспарених p-електронів атом Оксигену, як правило, утворює два ковалентні зв'язки. При цьому він проявляє ступінь окиснення -2, наприклад Н2О-2, Fe2O-23p, H2So4-2.

У сполуках з найбільш електронегативним елементом — Флуором Оксиген виявляє позитивний ступінь окиснення, наприклад у фториді оксигену O+2F2-1

Існують сполуки, що містять зв'язок Оксиген—Оксиген (О—О), наприклад пероксид гідрогену Н2+1O2-1 або пероксид барію Ва+2O2-1. Ступінь окиснення Оксигену в таких сполуках дорівнює, як вважається, -1.

На відміну від Оксигену, який міститься у другому періоді періодичної системи і електрони в його атомах розміщені на двох електронних шарах (а електрони другого шару—на s- і p-орбіталях), Сульфур міститься у третьому періоді. Це означає, що електрони в атомах Сульфуру розміщені на трьох електронних шарах, а електрони третьо-го шару можуть розміщуватись на s-, р- і d-орбіталях (якщо атом перебуває у збудженому стані).

Отже, на відміну від атома Оксигену атом Сульфуру (ізольований, хімічно не зв'язаний) на зовнішньому елек-тронному шарі має вільні орбіталі, на які можуть переходи-ти електрони під час збудження атома, коли із затратою деякої енергії відбувається розпаровування електронних пар для утворення хімічних зв'язків з іншими атомами.

Таким чином, в атомі Сульфуру електрони на зовніш-ньому електронному шарі можуть розміщуватися так:

16S n=3 hjосновний стан атома

16S n=3

16S n=3

Атом Сульфуру, в якому є 2, 4 або 6 неспарених електро-нів, може виявляти у сполуках ступінь окиснення -2, +4, +6.

Наприклад: H2S-2; S+4O2; S+6O3; H2S+6O4; Na2S+6O4.

Атом Сульфуру порівняно з атомом Оксигену має більший радіус (чому?) і виявляє меншу елекгронегативність.

§ 2. ПОНЯТТЯ ПРО АЛОТРОПІЮ. ОЗОН

Хімічні елементи у вільному стані існують у формі простих речовин. Так, елемент Оксиген утворює дві прості речовини — кисень О2 та озон О3.

Озон. Якщо на кисень подіяти електричним розрядом, то з'являється характерний запах свіжості —утворюється газуватий озон:

3O2 2O3 ; ДH =283,6 кДж.

Кисень поглинає енергію і перетворюється на озон, а озон самовільно розкладається, утворюючи кисень.

Обидві прості речовини —кисень O2 і озон О3 —утво-рені одним і тим самим хімічним елементом — Оксигеном, а властивості у них різні (табл. 1).

Явище існування хімічного елемента у вигля-ді двох або кількох простих речовин, різних за властивостями і будовою, називається алотро-пією, а самі прості речовини- алотропними формами (модифікаціями).

Отже, кисень O2 і озон О3 —алотропні форми елемента Оксигену.

Порівняння властивостей кисню O2 і озонe О3 засвід-чує, що окисна активність озону вища, ніж кисню. Наприк-лад, вже за звичайних умов він окиснює багато які малоак-тивні прості речовини (срібло, ртуть тощо):

8Ag+2O3=4Ag2O+O2

Таблиця 1. Властивості кисню й озону

Властивості простих речовин | Прості речовини

Кисень | озон

Агрегатний стан за звичайних умов | Газ | Газ

Колір | Безбарвний | Синій

Запах | Без запаху | Різкий, своєрідний

Розчинність (у 100 об’ємах Н2О при 200С) | 3 об’єми | 49 об’ємів

Густина газу за н.у. | 1,43 г/л | 2,14 г/л

Температура кипіння | -1930С | -1120С

Температура плавлення | -2190С | -1920С

Фізіологічна дія | Неотруйний | Дуже отруйний

Хімічні властивості | Окисник | Дуже сильний окисник

Реакційна здатність | Висока | Жуже висока

Підвищена окисна здатність озону (порівняно з киснем) пояснюється низькою енергією відриву атома Оксигену від молекули озону Оз, і в реакціях окиснення беруть участь саме ці атоми Оксигену.

Застосування озону зумовлене його винятковими окис-ними властивостями. Озон використовується для озонуван-ня питної води, що значно ефективніше, ніж хлорування; для знешкодження промислових стічних вод; вибілювання тканин, мінеральних масел; як дезінфікуючий засіб у меди-цині; як окисник ракетного палива.

Зверніть увагу на фізіологічну дію озону: він отруйний для людини, тварин і рослин. Невеликі концентрації озону в повітрі створюють відчуття свіжості, але вдихання повітря навіть із зовсім малою концентрацією озону викликає по-дразнення дихальних шляхів, кашель, блювоту, запаморо-чення, стомленість.

Проте озон може бути не лише шкідливим, а й корис-ним.

Роль озону в збереженні життя