tlenowce.pdf

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www. ch. pwr. wroc. pl/~ d. michalska

TLENOWCE - grupa 16 (VI A)

Ogólna charakterystyka

Występowanie tlenowców w przyrodzie

Tlen - największe rozpowszechnienie (na Ziemi):

litosfera 46 % mas. (głównie SiO 2 i krzemiany)

hydrosfera 89 % mas. (H 2 O)

atmosfera 23 % mas. (O, O 2 , O 3 )

Symbol Nazwa

Walenc.

Konfig.

Elektr.

Elektro-

ujemność

(Allreda-

Rochowa)

Właściwości

tlen

2s 2 p 4

3,50

niemetal

siarka 3s 2 p 4

2,44

niemetal

Siarka - w skorupie ziemskiej ok. 0.03%

( w Polsce – okolice Tarnobrzegu)

selen 4s 2 p 4

2,48

półmetal

Minerały siarki:

tellur 5s 2 p 4 2,01

półmetal

+2 -1

FeS 2 piryt

polon 6s 2 p 4

1,76

metal

ZnS blenda cynkowa

PbS galena ołowiowa

Tendencja do przyjęcia dalszych 2 elektronów

CaSO 4 X 2H 2 O gips

Główny stopień utlenienia tlenowców: -2

CaSO 4 anhydryt

Ponadto O występuje na stopniach utlenienia:

- 1 (H 2 O 2 )

+ 2 (OF 2 )

Pozostałe tlenowce: + 2, + 4, + 6

S najtrwalszy + 6

Te, Po najtrwalszy + 4

BaSO 4 baryt

Na 2 SO 4 i MgSO 4 rozp. w wodzie morskiej

H 2 S wody mineralne,

wyziewy wulkaniczne

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www. ch. pwr. wroc. pl/~ d. michalska

Selen i tellur w skorupie ziemskiej rzędu 10 -6 i 10 -7 %

(towarzyszą minerałom siarczkowym)

Freony (np. CCl 2 F 2 ) oraz promieniowanie UV

powodują rozkład ozonu

Polon - naturalny pierwiastek promieniotwórczy

jest źródłem cząstek α

(w rudach uranu)

został odkryty przez Marie i Piotra Curie w 1898 r.

łańcuchowa reakcja rozkładu ozonu

(mechanizm rodnikowy)

CCl 2 F 2 Æ Cl· + CClF 2 · (UV)

Ozon O 3 powstaje w atmosferze wskutek

wyładowań elektrycznych i pod wpływem

promieniowania nadfioletowego.

O 2 2O ( λ < 240 nm)

Cl· + O 3 Æ ClO· + O 2

ClO· Æ Cl· + O

Również tlenek azotu(II) reaguje z ozonem:

NO + O 3 Æ NO 2 + O 2

O 2 + O + A O 3 + A *

A= cząsteczka neutralna przejmująca nadmiar energii

Naturalne metody otrzymywania tlenu

W dolnych warstwach atmosfery stężenie ozonu jest

małe, wzrasta silnie na wysokości między

10 km a 45 km.

w procesach fotosyntezy (rośliny)

Hipoteza:

ok. 2 mld lat temu nie było tlenu w atmosferze,

niebieskozielone algi zaczęły produkować tlen

wg reakcji:

Ozon może pochłaniać promieniowanie UV

(co powoduje rozpad jego cząsteczek) - i chroni

Ziemię przed szkodliwym wpływem

promieniowania UV.

O 3 O 2 + O ( λ UV = 240 - 320 nm)

H 2 O + CO 2 Æ węglowodany + O 2

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www. ch. pwr. wroc. pl/~ d. michalska

Przemysłowe otrzymywanie tlenu

Struktura i alotropia tlenowców

Odmiany alotropowe pierwiastków

odmiany różniące się składem i budową cząsteczki

(np. O 2 i O 3 ) lub strukturą sieci przestrzennej

(np. siarka α i siarka β )

a) z powietrza - skroplone powietrze

ciecz o temp. 81 K

frakcjonowana destylacja powietrza rozdziela 2 główne

składniki: azot i tlen

T wrz tlenu 90 K

T wrz azotu 77 K

odmiany alotropowe tlenu: O 2 (ditlen)

i O 3 (tritlen)

b) elektroliza wodnych roztworów zasad i soli

doświadczalnie wykazano, że

dwuatomowe cząsteczki tlenu są paramagnetyczne

Anoda: 4OH - = 2H 2 O + O 2 + 4e

(2H 2 O = 2H 2 + O 2 )

w stanie podstawowym O 2

na antywiążącym orbitalu π * znajdują się

2 niesparowane elektrony

( spiny mają ten sam zwrot )

Przemysłowe otrzymywanie siarki

metoda Frasha – polega na wytapianiu siarki pod ziemią

to tłumaczy paramagnetyzm O 2 .

za pomocą przegrzanej pary wodnej

Moment magnetyczny odpowiada obecności dwóch

niesparowanych elektronów.

i wypieraniu ciekłej siarki na powierzchnię za pomocą

sprężonego powietrza (Teksas, Luizjana, Tarnobrzeg)

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www. ch. pwr. wroc. pl/~ d. michalska

Schemat poziomów orbitali molekularnych O 2

Co to jest multipletowość termu?

Definicja liczby kwantowej S:

Wypadkowa spinowa liczba kwantowa S

powstaje przez wektorowe dodanie wektorów

s i poszczególnych elektronów

np. jeżeli dla 2 elektronów wektory s 1 i s 2 mają

ten sam zwrot, S = 1 (½ + ½ =1)

jeżeli dla 2 elektronów wektory s 1 i s 2 mają

zwroty przeciwne, S = 0

3 elektrony: S = 3/2 (spiny równoległe)

S = ½ (jeden antyrównoległy)

Multipletowość danego stanu

termu elektronowego

= 2S + 1

Przypomnienie: Term (stan elektronowy) atomu

oznaczamy:

2S+1 L J (L= wypadkowa dla l i elektronów)

KK( σ 2s) 2 ( σ *2s) 2 ( σ 2p x ) 2 ( π 2p y ) 2 ( π 2p z ) 2 ( π *2p y ) 1

( π *2p z ) 1

Term elektronowy dla cząsteczki:

2S+1 R

gdzie R określa symetrię termu

(reprezentację nieprzywiedlną - z teorii grup).

prof. dr hab. inż. Danuta Michalska-Fąk ; Chemia Nieorganiczna II – Seminarium – Kurs CHC1041s ; www. ch. pwr. wroc. pl/~ d. michalska

Multipletowość cząsteczki O 2 w jej

podstawowym stanie elektronowym wynosi:

2S+1 = 2 x 1 + 1 = 3

Taki stan nazywamy trypletowym

3 Σ g - stan podstawowy tlenu = tryplet

O 2 pod wpływem wyładowań elektrycznych i

niektórych reakcji chemicznych może przejść

na jeden z dwóch stanów wzbudzonych:

singletowy 1 Δ g 2 elektrony o przeciwnych

spinach na jednym orbitalu π *

W stanie wzbudzonym cząsteczka przebywa tylko przez

ograniczony czas.

singletowy 1 Σ g + 2 elektrony o przeciwnych

spinach na 2 orbitalach π *

Czas życia cząsteczki w stanie 1 Σ g + wynosi 12 s.

Emitując kwant energii 62.7 kJ/mol (luminescencja)

przechodzi w stan 1 Δ g (czas życia 45 min).

Tlen w stanie singletowym jest bardzo reaktywny.

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: