Az oxigéncsoport elemei 2017.04.04. Az oxigéncsoport elemei

Kalkogén elemek (kőzetalkotó) Elektron konfiguráció: ns2 np4 Páros rendszámúak nagyszámú izotóp 16O, 17O, 18O 32S, 33S, 34S, 36S, Po csak radioaktív izotóp Oxigén, kén: nemfém Szelén, tellúr: félfém Polónium: fémes karakter EN rendszám növekedésével csökken Fémes tulajdonságok erősödnek

Fizikai tulajdonságok Oxigén színtelen, szagtalan, íztelen gáz Levegőnél kicsibb nagyobb sűrűségű Igen nehezen cseppfolyósítható (cseppfolyós és szilárd oxigén kék) Allotróp módosulata az ózon (O3) Op, fp alacsony paramágneses Vízben kismértékben oldódik (3 cm3/1 dm3 víz) Apoláris, nehezen polarizálható

Kén sárga, üvegfényű, kiskeménység, rideg, szilárd 3 allotróp módosulata va rombos kén (): szobahőmérsékleten stabil monoklin kén (): hosszú, tűszerű kristályok, 95,5 oC felett stabil amorf (túlhűtött folyadék): rugalmas, nyújtható, metastabil, rombos kénné alakul pszeudomorfia: kristályszerkezetváltozás, miközben a külső alakjukat megtartják elektromosságot és hőt nem vezetik

vízben nem oldódnak CS2, toluol jól oldja 8 atomos molekulákat alkot  molekularács a 8 atom gyűrűt alkot Op (113 oC), fp (444 oC) alacsony

Kémiai tulajdonságai Oxigén Nagy reakcókészség Nagy kötésenergia Nagy EN = 3,5 Ea igen nagy Oxidációsszám -2, -1, -1/2, -1/3, 0, +2 Elemekkel közvetlenül reagál

Hidrogénnel alkotott vegyületei (H2O, H2O2) Meggyújtva kék lánggal vízzé ég 2H2 + O2 = 2H2O (durranógáz) Hidrogén-peroxid színtelen, szagtalan a víznél másfélszer sűrűbb folyadék vízzel minden arányban elegyedik erősen poláros molekulái között H-kötés alakul ki peroxokötés igen bomlékony 2H2O2 = 2H2O + O2 (exoterm) vizes oldata is bomlékony

Redukálószerként mindig oxigén felszabadulása közben reagál Erős oxidálószer kénessavat kénsavvá H2SO3 + H2O2 = H2SO4 + H2O jodidot jóddá 2KI + H2O2 = I2 + 2KOH Redukálószerként mindig oxigén felszabadulása közben reagál KIO4 + H2O2 = KIO3 + H2O + O2 jó fertőtlenítőszer és színtelenítőszer előállítása laboratóriumban BaO2 + H2SO4 = BaSO4 + H2O2

Halogénekkel közvetlenül nem reagál Kénnel (kék lánggal) S + O2 = SO2 Kén-dioxid, kénessav színtelen, szúros szagú, köhögésre ingerlő gáz levegőnél 2,5-ször nehezebb gáz könnyen cseppfolyósítható dipólus molekula kénessav valódi savanhidridje SO2 + H2O = H2SO3 vízben kitűnően oldódik (35 dm3/1 dm3 víz)

Oxigénnel katalizátor jelenlétében kén-trioxiddá oxidálható 2SO2 + O2 = 2SO3 Oxidálószerek könnyen oxidálják (erős redukálószer) SO2 + I2 + H2O = 2HI + H2SO4 Erősebb redukálószerek kénné redukálják SO2 + 2H2S = 2H2O + 3S (vulkáni kéntelepek) előállítása, sóiból erős savakkal (laborban) Na2SO3 + H2SO4 = Na2SO4 + H2SO3 H2SO3 = H2O + SO2 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 (iparban)

Kénessav

Kén-trioxid (SO3), kénsav (H2SO4) többféle módosulat monomer síktrigonális nagysűrűségű, színtelen folyadék könnyen polimerizálódik trimer - gyűrűvé zárul kénatomokat O hídligandum kapcsolja össze tetraéderes szerkezet kristályos, selyemfényű, rostos polimer spirális láncszerkezet

Kénsav nagy sűrűségű, színtelen, viszkózus folyadék vízzel minden arányban elegyedik (exoterm!!) erős sav

Foszfor oxidjai, oxosavai Difoszfor-trioxid, foszforossavak P2O3 fehér, viasz lágyságú, könnyen olvadó P4 + 3O2 = P4O6 levegőn könnyen meggyullad, foszfor-pentaoxiddá ég el erősen mérgező foszforossavak valódi savanhidridje P4O6 + 6H2O = 4H3PO3 ortofoszforossav P4O6 + 2H2O = 4HPO2 metafoszforossav P4O6 + 4H2O = 2H4P2O5 pirofoszforossav

Foszforossav színtelen, higroszkópos, könnyen olvadó vízben jól oldódik közepesen erős, kétbázisú sav erősen redukáló hatású sói a foszfitok Difoszfor pentaoxid, foszforsavak P4 + 5O2 = P4O10 fehér, pelyhes szilrárd anyag könnyen szublimál legerősebb nedvszívó vízben hevesen oldódik (exoterm)

valódi savanhidrid P4O10 + 2H2O = 4HPO3 metafoszforsav P4O10 + 6H2O = 4H3PO4 ortofoszforsav P4O10 + 4H2O = 2H4P2O7 pirofoszforsav Ortofoszforsav színtelen, könnyen olvadó kristályos anyag vízben kítűnően oldódik híg vizes oldata savanykás ízű (nem mérgező) higroszkópos vizes oldata közepesen erős három bázisú sav sói a foszfátok

Szén oxidjai, szénsav Szén- monoxid (CO) színtelen, szagtalan, a levegőnél kicsit könnyebb gáz apoláris molekula alacsony op, fp nehezen cseppfolyósítható vízben alig oldódik szobahőmérsékleten passzív klórral fény harására reagál CO + Cl2 = COCl2 karbonil-klorid meggyújtva kék lánggal szén-dioxiddá ég 2CO + O2 = 2CO2 erélyes redukálószer Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2

Átmenetifémekkel komplexet képez 5CO + Fe = [Fe(CO)5] hangyasav valódi savanhidridje (erős vízelvonás cc H2SO4) HCOOH = CO + H2O előállítása szén-dioxid redukálása szénnel magas hőmérsékleten CO2 + C = 2CO laboratóriumban - hangyasavból (vagy sóiból) tömény kénsavval Szén-dioxid (CO2) színtelen, szagtalan, savanykás ízű gáz levegőnél nehezebb folyadékként önthető nagy nyomáson cseppfolyósítható szilárd szén-dioxid - szárazjég - szublimál

Vízben 1 : 1 arányban oldódik etanolban háromszor jobban oldódik Vízzel szénsavat alkot, valódi savanhidrid CO2 + H2O = H2CO3 az égést nem táplálja legnagyobb standard redoxipotenciálú fémek redukálják CO2 + 2Mg = C + 2MgO ammóniával ammónium-karbamátot képez (fehér füst) NH3 + CO2 = NH2COONH4 előállítása iparban mészégetéssel CaCO3 = CaO + CO2 laborban mészkőből sósavval CaCO3 + 2HCl = CaCl2 +CO2 + H2O

Szénsav (H2CO3) csak híg vizes oldatban létezik gyenge, kétbázisú sav karbonátion könnyen polarizálható sói a karbonátok vízben csak az alkálifém karbonátok oldódnak a többi karbonát vízben oldhatatlan karbonátokból sósav hatására CO2 fejlődik Szilícium-dioxid (SiO2) térhálós szerkezetű atomrács minden Si atomhoz 4 O atom kapcsolódik kovalens kötéssel nagy kötésenergia SiO4-tetraéderek

Színtelen, átlátszó, üvegfényű Nagy keménységű magas op, fp oldhatatlan piezoelektromos tulajdonság negatív redox potenciálú fémekkel elemi szilíciummá redukálható SiO2 + 2Mg = 2MgO + Si 2Mg + Si = Mg2Si magnézium-szilicid Mg2Si + 4HCl = MgCl2 + SiH4 SiH4 + 2O2 = SiO2 + 2H2O csak a HF támadja meg a savak közül (üvegmaratás) SiO2 + 4HF = SiF4 + 2H2O SiF4 + 2HF = H2[SiF6]

Erős lúgokban lassan oldódik SiO2 + 2NaOH = Na2SiO3 + H2O alkáli-karbonátokkal is szilikátot alkot (alkáli ömlesztés) Na2CO3 + SiO2 = Na2SiO3 + CO2 kovasav (H2SiO3) anhidridje Kovasavak elvileg a szilícium-dioxidból származtathatók változatos összetétel formálisan orto- és metakovasav a legegyszerűbb SiO2 + H2O = H2SiO3 SiO2 + 2H2O = H4SiO4 polikovasavakaz orto- és metakovasavakból vízleadással származtathatók 2H4SiO4 = H6Si2O7 + H2O

Fémek oxidjai bázis anhidridek 2Na + O2 = Na2O2 Na2O2 + 2H2O = 2NaOH + H2O2 CaO + H2O = Ca(OH)2

Ózon Oxigéngáz allotrop módosulata Átható szagú (ozein: bűzleni) gáz Diamágneses Kék színű Vízben jól oldódik ( 0,5 dm3/ 1 dm3 víz) Kémiai tulajdonságai Bomlékony  erélyes oxidálószer O3 = O2 + O Fémeket oxidálja 2Ag + 2O3 = Ag2O2 + 2O2 PbS + 4O3 = PbSO4 + 4O2 Fekete fehér

Kimutatása KI-os szűrőpapírral 2KI + H2O + O3 = I2 + 2KOH + O2 Szerves vegyületeket oxidálja előfordulása: légkör magasabb rétegeiben előállítása iparban ozonizátorokban laboratóriumban 2KMnO4 + H2SO4 = 2HMnO4 + K2SO4 2HMnO4 = Mn2O7 + H2O Mn2O7 = 2MnO2 + O3 felhasználás fertőtlenítés ivóvíz sterilizálása

Kén kémiai tulajdonságai reakciókészsége szobahőmérsékleten nem nagy hőmérséklet növelésével fokozódik a reakciókészség Fémekkel szulfidokat alkot (kivétel, Au, Pt, Ir) heves tűztüneménnyel járó reakciók Fe + S = FeS fekete Zn + S = ZnS fehér Hidrogénnel 400 oC-on egyensúlyi reakcióban kén-hidrogénné egyesül H2 + S = H2S záptojás szagú, levegőnél nehezebb, mérgező gáz vízben elég jól oldódik igen gyenge sav

Oxigénnel SO2, SO3 (lsd oxigén vegyületek) Fémekkel szulfidokat alkot (kivétel, Au, Pt, Ir) heves tűztüneménnyel járó reakciók Fe + S = FeS fekete Zn + S = ZnS fehér FeS + 2HCl = FeCl2 + H2S savakkal nem reagál erős lúgokkal poliszulfidot képez 12S + 3Ca(OH)2 = 2CaS5 + CaS2O3 + 3H2O (mészkénlé)

Előállítás Oxigén Ipari előállítás: Levegő cseppfolyósítása  desztillálás  nemesgázok, N2, O2 Vízbontás (elektrolitikusan, termikusan) Laboratóriumi előállítás: Kálium-permanganát termikus bontása 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 Higany(II)-oxid termikus bontása (Priesley) 2HgO = 2Hg + O2 2H2O2 = 2H2O + O2 (Fe3+ katalizátor)

KClO3 = KClO4 + KCl + O2 KClO4 = KCl + 2O2 Víz elektrolízisével (Pt elektródokkal) 2H2O = 2H2 + O2 Kén kibányászott kén, olvasztása, desztillálása szulfidos ércek levegőtől elzártan hevítik 3FeS2 = Fe3O4 + S

Előfordulás Oxigén levegő 21%-a vegyületeiben (víz, kőzetalkotó ásványok, szilikátok Kén elemi állapotban, vulkáni vidékeken szulfidos ércek szulfátok FeS2 pirit gipsz CaSO4.2H2O szfalerit ZnS keserűsó MgSO4.7H2O galenit Pbs barit BaSO4 cinnabarit HgS anhidrit CaSO4

Felhasználás Oxigén magas hőmérsékletű lángok (hegesztőipar) salétromsavgyártás (ammónia oxidálása) vasgyártás gyógyászat Kén kénsavgyártás gumigyártás (vulkanizálás) növényvédő szer kénes hintőpor, krém készítése

Oxigén bioszervetlen kémiája