16 група (6А подгрупа)
Група 16 включва O, S, Se, Te, Po (таблици 1 и 2). Валентната обвивка на елементите от тази група се формира от два електрона в s-орбитала и четири в p-орбитала (s 2 p 4 ). Думата "халкоген" идва от две гръцки думи, означаващи "мед" и "породен". Повечето медни руди се състоят от съединения на медта с кислород и сяра, а някои от тях съдържат също Se и Te. Най-важните рудни методи съдържат съединения със сяра, например "халкозин" - меден (I) сулфид Cu 2 S, "халкопирит" - CuFeS 2. Елементите, които имат афинитет към сярата, се наричат халкофили. Те включват Cu, Pb, Zn, Hg, As, Sb. Известни са руди с тези метали - „гален” (оловен блясък PbS), „сфалерит” (цинкова бленда ZnS), „цинобър” (HgS), „реалгар” (As 4 S 4), „стибнит” (Sb 2 S 3).
Таблица 1. Някои физични и химични свойства на метали от група 16
Отнася се, при. тегло
Кислород Кислород [от гръцки. окси гени - образуващи киселина]
ковалентна (единична връзка) 66
Сяра Сяра [санскрит, sulvere - сяра, лат. Sulphurium]
Селен Селен [от гръцки. Селена - Луна]
[Ar]3d 10 4s 2 4p 4
атомен 215.2 (сив)
Телур Телур [от лат. Tellus - земя]
[Kr]4d 10 5s 2 5R 4
Полоний Полоний [в чест на Полша]
[Xe]4f 14 5d 10 6s 2 6p 4
210,211*,216,218 Po (следи)
Обикновено елементите от група 16 образуват съединения, в които имат степен на окисление -2, особено в съединения сHи реактивни метали. В оксидите най-често се показват валентности +4 и +6. Като p-елементи на други групи, при преминаване към дъното на групата се открива постепенна промяна на неметалните свойства към метални:OиS— типични неметали,SeиTe— полуметали,Ро— метал (силно радиоактивен).
Таблица 2.Съдържание в тялото, токсични (TD) и летални дози (LD) на метали от група 16
В човешкото тяло
Средно (с телесно тегло 70 кг)
Включен във вода
нетоксичен под формата на O2,
токсичен под формата на О,
TD 0,25 mg, LD 2 g
Следи в уранови руди
Кислородът (O)е безцветен газ без мирис. Изключително реактивен, образува оксиди с всички елементи, с изключение на благородните газове. В промишлеността се използва при топене на стомана, рязане на метали и в химическата промишленост. Кислородсъдържащите съединения сH, Si, Ca, Al, Fe съставляват 49% от масата на земната кора, 89% от масата на световните океани и, под формата на двуатомни молекулиO2, 21% от земната атмосфера. Той е част от много стотици хиляди съединения, необходим е за живота, тъй като участва в дихателните процеси на живите организми. Това е най-важният фактор в химическата и биологичната еволюция на Земята. Смята се, че нарушаването на процесите на неутрализиране на активните формиO2, образувани по време на метаболизма, ускорява процеса на стареене на организма.
Кислородът има висока електроотрицателност (3,5 по съответната скала), което осигурява силни окислителни свойства. Реакциите на образуване на оксиди са силно екзотермични и могат да бъдат придружени от запалване на елемента, комбиниран сO2 или полученото съединение. Поради малкия размер на атома в комбинация с висока електроотрицателност, кислородът е в състояние да стабилизира атомите на други елементи в състояния с висока степен на окисление, например вCl2O7 2- или вCr2O7 2- . Оксидите на металните елементи обикновено имат основни свойства, а оксидитенеметални - киселинни. Следователно те могат да се комбинират помежду си, за да образуват соли.
Съществува класификация на оксидите по състав: 1.Нормалнитеоксиди съдържат връзки само между елемента и кислорода, напримерMgO,SO3,SiO2. 2.Пероксидитесъдържат връзки не само между елемент и кислород, но и между два кислородни атома, напримерNa2O2 иH2O2. Пероксидите са силни окислители. 3.Смесенитеоксиди са смес от два оксида, например триоловен тетроксид (оловен червено)Рb3O4 е смес от две частиРbОи една частРbO2.
Един от алотропите на кислорода е триатомниятозон(O3), който се образува естествено в горните слоеве на атмосферата под въздействието на ултравиолетовото лъчение от Слънцето или при електрически разряди по време на гръмотевични бури. При лабораторни условия озонът се получава в озонатори чрез преминаване наO2 през слаб електрически разряд. Понастоящем озонът се използва за дезинфекция на питейна вода във водопроводи, тъй като е по-силен окислител от конвенционалнияO2. Озонът при поглъщане засяга белите дробове, образувайки пероксидни метаболити.
O2 има подчертан електронен афинитет (142 kJ/mol). Това осигурява висока способност за образуване на анионен супероксиден йон *O2 -, който е силно реактивен радикал. Тези свойства на супероксидните йони определят тяхната висока токсичност. Хипероксията и излишъкът от озон инициират хомолитично (когато споделените електрони се разпределят поравно между два атома, когато връзката е скъсана) разделяне на химичните връзки в биомолекулите. В този случай се образуват радикали с несдвоен електрон. Например при реагиранеROOHсO2- въглероден прекис *ROO- и водороден прекис *HOO- се образуват радикали. Супероксидният йон реагира активно с органични вещества от типа RH, особено тези с ненаситени връзки. Получените органични радикали инициират верижен процес на окисление на органичните вещества. Натрупаните органични пероксиди обикновено се унищожават отпероксидази, както и от антиоксидантитокоферол(витамин Е) и тиолни съединения (глутатион, цистеин).
В здраво тяло има няколко нива на защитни механизми срещу кислородни радикали:цитохромоксидази(почти не се увреждат от излишък на кислород), различни амини, γ-аминомаслена киселина и др.
Сяра (S)- среща се в природата в естествена форма, както и в сулфидни руди на метали (например в пирит - "железен пирит" -FeS2, цинкова смесZnS, галенитPbS), в природен газH2S. Сярата е ключов елемент за химическата промишленост. Има няколко алотропни модификации, най-стабилните енантиотропи саS8. Те се състоят отромбичен лимоненожълтα-сяраимоноклинна меденожълтаβ-сяра. Сред другите алотропи са известнирежеща, аморфна, колоидна и пластичнасяра. Морската вода съдържа сулфатни йони.
АтомитеSимат 6 електрона във външната обвивка и могат да добавят още два електрона към техните полузапълнени 3p-орбитали, за да образуват сулфидния йонS2-. Атомите могат да съществуват в състояния с валентност -2, +2, +4, +6. Известни са няколко оксида, от които два са най-важните:диоксид SO2 итриоксид SO3.
Серният диоксиде плътен, безцветен газ с остър, задушлив мирис, лесно разтворим ввода за образуване на слаба сярна киселина. Използва се в производството на целулоза, за избелване на тъкани, като антисептик за дългосрочно съхранение на зеленчуци и плодове. В атмосферата, окислен до триоксид, предизвиква образуването на киселинен дъжд. Неговото окисление се катализира от следи от желязо и манган, съдържащи се в атмосферата.
Триоксидъте мощен окислител, има изразени киселинни свойства. Реагира екзотермично с вода, за да образува силна сярна киселина. Наситен разтвор наMgSO4*7H2O("сол на епсом") се използва в медицината като противовъзпалително средство.
Сярата е един от 6-те органогена (C, H, N, O, S, P), които съставляват по-голямата част от органичните молекули. Влиза в състава на биологичните тъкани на всички живи същества под формата на аминокиселините цистеин, цистин и метионин. Подобно на фосфора, той изпълнява функцията на носител на функционални групи и енергия. Наличието на сдвоени цистеинови остатъци причинява образуването на дисулфидни връзки (-S-S-) в протеините, които определят тяхната пространствена структура. Сулфхидрилните ("тиолови") групи (-SH) на цистеинови молекули са част от активните центрове на много ензими.
Последните три елемента от група 16 (Se, Te, Po) образуват 6-валентни флуориди, въпреки че процесът на окисление е труден, особено за елементи, разположени по-ниско в Периодичната система. Те имат ефекта наинертна двойка- поведение на елемента, сякаш липсват два от валентните му електрони. Металните селениди, телуриди и полониди почти винаги са изоморфни със съответните сулфиди. Това обяснява тяхното присъствие в природата заедно със сярата.
Селен (Se)- открит в някои сулфидни руди. Получава се при електролитно пречистване на мед (като страничен продукт)под формата на сребриста алотропна модификация, чиято кристална структура се състои от хеликоидални (усукани в една посока)Se∞ вериги или под формата на по-малко стабилен червен аморфен прах, състоящ се отSe8 цикъла под формата на корона. Селенът гори във въздуха. Под точката на топене (490°K) има полупроводник. Важно свойство наSeе способността да генерира електрически ток в присъствието на светлина. Поради това се използва във фотоволтаични клетки, фотокопирни машини, слънчеви клетки и полупроводници.
В оксидите най-често проявява степен на окисление +4 и +6. Селеновата (H2SeO3) и селеновата (H2SeO4) киселини съответстват на оксиди. Като серен триоксид,SeO3 е силен окислител, но поради термодинамична нестабилност, селенатите в живите организми се редуцират до селенити, които могат лесно да реагират със сулфхидрилни групи на биоорганични съединения. Киселините са двуосновни и образуват две групи соли с метални йони.
МногоSeсъединения са много токсични, особеноH2Se. MPC на селеноводород е с порядък по-нисък от този на такава добре позната отрова като циановодородната киселинаHCN. Дори при много ниски концентрации предизвиква главоболие и гадене, а при високи концентрации остро дразнене на лигавиците. Всички селениди, многоSeорганични съединения, разтворими селенити и селенати причиняват екзема и локално възпаление при контакт с кожата. Интоксикацията със селениди се проявява с нарушено обоняние и повишено изпотяване; отделянето им от организма е бавно. От селеновите съединения само сулфидите отSe2SдоSeS3 са относително безвредни (Bagnall, 1971). СулфидSeS2 се използва в козметиката. Излишъкът отSeв почвата причиняваболест по говедата "алколоиз".
С органичните киселини Se образува соли с валентност +2. Известни са само прости соли:Se(S2O2CH3)2метилтиосулфонати,Se(S2CNR2)2диалкилдитиокарбамати иSe(S2COR)2алкил ксантати. Лесно се разрушават при нагряване. Известни са също различни въглеродни съединения, от прости въглеродни селенидиCSe2 иCSSeдо наситени и ненаситени хетероциклични молекули като селенантрен, циклоселенопропан и селенонафтен (фиг. 1). Биологичните реакции наSeвъглеродни съединения са слабо проучени.
Фиг. 1.Въглеродни съединения Se
При хронично излаганеSeсе натрупва в черния дроб и бъбреците, както и в други органи: в забележими количества в костите, косата и ноктите и в минимални количества в мозъка.Seе част от селенопротеините, по-специално от простетичната групаглутатион пероксидаза, която заедно с токоферол (витамин Е) предпазва клетъчните мембрани от увреждане от свободните радикали. Силно активни свободни радикални съединения могат да се образуват в редица важни процеси, например по време на активиране на фагоцити или излагане на йонизиращо лъчение.
Селепопротеините са такива важни ензими катодейодиаза, която осигурява хомеостаза на тироксин и, чрез калцитонин, хомеостазаCa,селенопротеин N, който регулира регенерацията на миоцитите. Очевидно селенопротеините играят важна роля в антивирусната защита на организма. Дефицитът на селен е установен в някои части на Китай и се проявява с ендемична кардиомиопатия („болест на Кешан“). Антиоксидантните свойства наSeсе използват за превенция на рак.
Телур (Te)- придружава други метали (например златото в минералакалаверит); неговиятполучени от анодна утайка по време на рафиниране на мед. Среща се като рядък минералтелурит. Чистият металTeизглежда сребристобял, гори във въздуха и е токсичен във всякаква форма. Изпаренията имат мирис на чесън. В промишлеността се използва в сплави за подобряване на техните механични свойства, за получаване на химически реактиви, катализатори, в електрониката - като полупроводник.
Полоний (Rho)е много рядък и летлив радиоактивен сребристосив метал. Образува се, когато атомите на бисмута са бомбардирани с неутрони. Използва се като източник на топлина в космическото оборудване и като източник на a-частици за научни изследвания. Изключително токсичен поради високата енергия на разпад.