칼코겐

칼코겐의 물리적 특성

원자 질량은 그룹에 속한 원소의 성장 기간에 따라 증가합니다. 가장 낮은 질량(16u)은 산소(O)의 특성이고 질량 32u, 104u, 198u 및 209u는 각각 황(S), 셀레늄(Se), 텔루르(Te) 및 폴로늄(Po)의 특성을 나타냅니다. 원자 반경도 성장 기간에 따라 증가하는데, 이는 산소가 73pm으로 가장 짧은 반경을 가짐을 의미합니다. 칼코겐의 또 다른 특징은 이온 반경이 ​​기간이 지남에 따라 증가한다는 것입니다. 해당 원소 그룹의 값은 산소의 경우 오후 140시로 시작하고 텔루르의 경우 오후 221시로 끝납니다. 그러나 그룹의 기간 수가 증가함에 따라 이온화 및 전기 음성도와 같은 일부 기능은 감소합니다. 1314 [kJ ·mol ^-1]의 가장 높은 이온화 에너지는 산소 원자의 특징인 반면, 황의 경우 999.6 [kJ ·mol ^-1], 940.9 [kJ ·mol ^-1 입니다.] 셀레늄의 경우 869.3 [kJ ·mol ^-1] 텔루륨의 경우 812 [kJ ·mol ^-1] 폴로늄의 경우. 각 원소에 대해 측정된 전기음성도 값은 다음과 같습니다.

• 산소: 3.5,
• 황: 2.44,
• 셀레늄: 2.48,
• 텔루르: 2.01.

녹는점과 끓는점은 일반적으로 성장 기간에 따라 증가합니다.

표 1. 칼코겐의 녹는점과 끓는점

칼코겐의 전자 구성

해당 원소 그룹의 특징적인 원자가 전자의 구성은 ns ² p ⁴ 입니다. 또한, 칼코겐은 두 개의 전자를 받아들이는 경향을 나타내므로 실제로는 산화 상태가 –II로 전환됨에 따라 가장 가까운 희가스 의 구성을 취합니다. 이러한 전환은 다음과 같은 몇 가지 방법으로 수행할 수 있습니다.

1. 원소들이 결합하는 동안 전기음성도에 큰 차이가 있는 경우, 칼코겐 원자는 두 개의 전자를 받아들여 X ^2- 산소를 형성할 수 있습니다. 이는 그룹에서 가장 전기음성도가 높은 원소로서 대부분의 금속과 이온 결합을 형성하여 다음을 초래합니다. 그러한 음이온, O ^2- 의 생성.
2. 하나의 전자를 받고 하나의 공유 결합을 생성하는 것이 가능합니다. 이는 예를 들어 수산화물 에서 수산화물 이온 ^OH- 가 형성될 때 발생하거나, 황화수소에서 황화수소 이온 ^SH- 가 형성될 때 발생합니다. 이러한 이온은 산소에서 셀레늄으로 감소하는 다양한 안정성 수준을 갖습니다.
3. 예를 들어 수소화물과 할로겐화물에서 두 개의 공유 결합이 형성됩니다.과산화수소 나 이황화수소와 같이 동일한 칼코겐 원자를 포함하는 결합도 있습니다. 산소는 2개 또는 3개의 원자로 결합하려는 경향이 있는 반면, 황과 셀레늄은 연결의 결과로 다원자 사슬을 형성할 수 있습니다. 이중 결합은 산소와 황에 의해 가장 흔히 형성되며, 예를 들어 요소나 티오요소의 경우입니다. 또한 황과 추가 칼코겐(항상 -II 산화 상태에 있는 산소와는 달리)은 2개 이상, 심지어 최대 6개까지의 공유 결합을 형성할 수 있습니다. 이는 원자가 껍질의 d 궤도에도 전자가 존재하기 때문이며, 산화 상태는 IV 또는 VI일 수 있습니다.

동소체 종류의 산소

산소는 일반적으로 발견되는 이원자 산소와 삼원자 분자를 가진 오존의 두 가지 동소체 변종으로 발생합니다. 이원자 산소 분자는 상자성이며 결합 방지 π ^* 궤도에 짝을 이루지 않은 전자를 포함합니다. 이는 다중도가 3이므로 삼중항 상태입니다. 이러한 산소는 정상적인 조건에서 무색 가스로 발생하며, 두꺼운 층을 형성할 때나 액체 또는 고체 상태일 때는 약간 파란색을 띕니다. 냄새가 눈에 띄고 공기보다 약간 무겁습니다. 기본 동위원소인 ^16O 외에도 천연 산소에서 소량으로 발견될 수 있는 두 가지( ^17O 및 ^18O )가 더 있습니다. 일부 전기 방전의 결과로 기본 삼중항 상태의 O ₂ 산소는 쉽게 두 가지 들뜬 상태 중 하나로 변환됩니다. 둘 다 단일항 상태 에너지가 풍부하지만, 아래쪽에는 두 개의 반대로 회전하는 전자가 있는 하나의 결합 방지 π ^* 궤도가 있습니다. 더 높은 여기 상태에는 스핀이 역평행 방향으로 배열된 각 π ^* 궤도에 하나의 전자가 있습니다. 여기는 적절한 양의 빛 에너지를 흡수하는 동안 그리고 일부 염료(예: 엽록소 및 메틸렌 블루)의 여기된 분자를 통해 에너지를 전달한 결과 발생합니다. 이러한 단일항 상태의 산소는 강력한 산화제입니다.

황의 동소체 품종

조건에 따라 기본 황은 고리 또는 사슬 구조의 분자를 생성합니다. 고체 및 액체 상태의 황에는 다양한 종류가 있습니다. 실온에서 안정적인 버전은 밝은 노란색을 띠는 마름모꼴 황(알파 황이라고도 함)입니다. 그것은 지그재그 모양의 고리를 형성하도록 배열된 팔원자 분자로 구성됩니다. 368.8K까지 가열되면 단사정황으로 변합니다. 이 변종은 베타 황으로 불리며, 이는 8원자 S ₈ 분자의 배열로 인해 알파 등가물과 다릅니다. 단사정계 유황은 392.2K에서 녹아 밝은 노란색의 이동성 액체가 되며 분자 수준에서 비고리형 유황과 사이클로옥타황 사이의 평형이 특징입니다. 닫힌 사슬에 비해 열린 사슬의 수가 증가함에 따라 액체의 어는점은 감소합니다. 가열이 계속됨에 따라 사슬이 끊어지고 연결(catenation)됩니다. 즉, 서로 결합하여 긴 사슬을 형성합니다. 최대 10 ⁵ S ₈ 장치까지 포함할 수 있습니다. 유황은 717.8K에서 끓고 S ₈ 분자인 주황색과 노란색 증기는 원자 수가 감소하는 분자로 해리됩니다. 1200K에서 기체 황은 주로 이원자 분자를 포함합니다. 실온으로 냉각하는 것과 결합된 유황 증기의 느린 응축은 먼지가 많고 밝은 노란색 생성물인 황산이 형성되도록 합니다. 증기를 수십 켈빈 범위까지 급격하게 냉각시키면 냉각 방법에 따라 보라색, 갈색, 녹색 또는 노란색 등 다양한 색상의 생성물이 형성됩니다.

칼코겐 생산

산소

산업 규모로 산소를 생산하는 데 필요한 원료는 공기와 물입니다. 산소 생산에는 공기를 응축한 다음 약 0.3 MPa에서 분별 증류를 통해 관심 요소를 분리하는 과정이 포함됩니다. 이렇게 획득한 제품에는 일반적으로 약이 포함되어 있습니다. 아르곤 3%. 물을 전기분해하여 생성된 산소는 매우 높은 순도를 자랑합니다. 그러나 이는 일부 국가에서만 사용되는 상당히 비용이 많이 드는 방법입니다. 실험실 목적으로, 순수 망간(IV) 산화물을 촉매로 사용하여 사산화망간산칼륨(VII) 또는 삼옥소염소산칼륨(V)과 같은 화합물을 열분해하면 소량의 산소가 일반적으로 생성됩니다.

황

원소 황을 생산하는 주요 방법은 천연 황을 정제하는 것입니다. 텍사스와 루이지애나에서 주로 사용되는 Frasch 공정은 압축 공기의 영향으로 과열 증기로 녹은 액체 황을 표면으로 옮기는 것으로 구성됩니다. 이 기술을 사용하면 정제가 필요 없는 극도로 순수한 제품을 얻을 수 있습니다. 폴란드에서는 Tarnobrzeg 마을 근처에서 이 방법이 사용됩니다. 또한, 황은 황화수소와 이산화황의 천연가스를 정화할 때 공정 기술 가스 처리 의 부산물이기도 합니다. 이러한 황화수소 추출은 황화수소를 촉매 산화하여 황과 물을 생성하는 클라우스(Claus) 공정과 같은 방법으로 수행됩니다.

셀렌

이 원소는 황화물 광석과 화산 유황에 존재하는 일반적인 오염물질입니다. 이러한 물질을 열처리하는 동안 먼지 제거 장비에 의해 수집된 먼지에서 고체로 발생하는 이산화셀레늄으로 변환됩니다. 따라서 이들은 순수한 셀레늄의 공급원이 될 수 있는 원료를 구성합니다. 이러한 가공에는 시안화칼륨 용액으로 처리한 다음 생성된 용액을 여과하고 염산 의 영향으로 Se를 침전시키는 과정이 포함됩니다. 실제로 더 자주 적용되는 또 다른 방법은 구리를 전해 정제하여 형성된 양극 점액에서 셀레늄을 얻는 것입니다.

텔루르

언급된 양극 점액에는 일정량의 텔루르도 포함되어 있습니다. 그러므로 그들의 가공이 그것을 생산하는 주요 방법입니다.

칼코겐의 응용

산소는 다양한 용도로 사용됩니다. 산업 규모에서는 야금 및 노상 용광로의 철강 정제에 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 아세틸렌-산소 불꽃으로 금속을 용접하는 과정에서도 많은 산소가 소모됩니다. 광산에서는 액체 산소로 포화된 활성탄이 폭발물로 사용됩니다. 의학에서는 호흡 문제가 있는 경우 산소를 사용합니다. 대체 형태인 오존은 물 소독을 위한 살균제로 사용됩니다. 유황은 이산화황을 생성하는 주요 물질 중 하나이며, 이 이산화황은 소독제나 표백제로 사용되는 황산 으로 가공됩니다. 또한 황은 고무 가황 공정이나 이황화탄소와 군청을 포함한 특정 유기 염료 생산에 사용됩니다. 흑색화약이나 불꽃놀이, 성냥을 만드는 데 필요한 원료 중 하나이기도 하다. 유황 기반 제제는 의학(피부 질환 치료를 지원하는 제제) 및 농업(식물 기생충 퇴치에 사용되는 물질)에도 적용됩니다. 광전지와 정류기를 생산하려면 셀레늄이 필요합니다. 이는 유리 가공에서 루비색 염료 역할을 하며 건식 인쇄술에 사용됩니다. 납 기반 제품의 첨가제인 텔루르(Tellurium)는 기계적 강도와 내식성을 향상시킵니다. 또한 비스무트, 안티몬, 납, 카드뮴과 같은 중금속의 텔루라이드로 만들어진 중요한 반도체 재료를 만드는 데 사용되는 기판이기도 합니다. 폴로늄은 주로 알파 방사선의 테스트 소스와 우주 장비의 열원으로 적용됩니다.