Путешествие по шестой группе. Элементы VI группы периодической системы Д.И. Менделеева

129 Pages·1976·23.268 MB·Russian

by  Немчанинова Г.Л.

г. Л. НЕМЧАНИНОВА
ПУТЕШЕСТВИЕ
ПО ШЕСТОЙ
ГРУППЕ
VI
Элементы груцпы
периодической системы
Д и. Менделеева
Пособие дАВ ,чащихея
МОСКВА
.ПРОСВЕЩЕUИ Е.
197 6
540
50
Н
Немчанинова г. л.
I-I 50 VI
Путешествие по шестой группе. Элементы
группы периодической системы д. и. Nlенделеева.
Пособие для учащихся. 1\\., «Просвещение», 1976.
128 с. с ил.
В книге «Путешествие по шестоЯ группе~ расскаЭLIJ~ается об з.nемен­
тз.t VI группы пеРИОДИ1JескоА таблицы. В неА сообщается, когда, кем
и как был открыт элемент, какое он получил название при OTKPhITI"'.
Особое внимание уделяется элементам; которые не рассмаТРИБ,НОТСЯ В
школьном курсе (строение их атомов, нахождение В природе: : ЬCiАстиз).
ПОJ1учение и ПРlIменение 9лементов и нх соединеннА даеТСJl 8 ifсториче­
СИОМ алане, на фоне общего развития химии, С учетом ПОСЛедних до.
стижениЯ науки И техники.
60601·305
Н
103(03)-76 237·76 5-10
©
1976
Издательство «flросвещение». г.
1-·
Глава ОБЩАЯ
ХАРАКТЕРИСТИКА
VI
ГРУППЫ
ПЕРИОДИЧЕСКОИ
СИСТЕМЫ
Д. и. МЕНДЕЛЕЕВА
точки зре!lИЯ атомно-молекулярного учения каждыiI
С
отдельныи вид атомов с одинаковым положител Ь­
ным за,рядом SЩiра наЗbNJается xrи.м:ичеоки·м элементом.
105
В настоящее время lНэвесТtно х,ИtМlИческ!их эл ем ен '(О В ,
кюторые можно класоифицировать по многим признакам
(критериям). Эти попытки классификации элементов
1869
привели д. и. Менделееsа в г. к открытию естест­
венного закона периодичности физичесжих и химических
свойств элементов; им была создана периодическа я
система.
В наше время любой человек может получить обшир­
ную информацию, как только научится читать эту систе­
му. Все элементы разделены на семь периодов и Boce~l Ь
групп. Перrиодmность ClВой.ств элеме.нтов, расположеНIНЫХ
в порядке возрастания их атомных номеров, обусловлена
строе.нием их электронных слоев.
VI.
ИтаiК, ГРУП1па В ней находятс,я элементы, атом ы
которых имеют шесть валентных электронов и высшая
+
степень окисления их в соедиlНениях, как прав.ИJlО, 6.
VI (V VII),
группа так же, как и' ее соседи и разделена
-
на две подгруппы главную и побочную: В. главную вхо­
ДЯТ эл,еiменты малых и больших пер'иодов: кислород, се­
ра, селен, теллу'Р It ПОЛО-Н1ИЙ; в поБOЧlНУЮ - элементы
только больших периодов: хром; молибден~ вольфрам.
Подобное распределение свидетельствует о том, ЧТО
внутри да,же ОдJНОЙ группы есть элементы, более БЛНl3'К'ие
по своим свойствам друг к другу и менее сходные.
3
Деиствительна; в главно'й подгруппе имеl~ТСЯ 9лемеи·
xapaKTt€ p.
ТЫ, и!меющие в о<:новном немеl'алл,ическиИ
С ильнее всего эти свойства проявляются у кислорода и
серы. Селен и теллур занимают промежуточное положе·
ине между неметаллами и металлами. По химическим
свойствам они стоят бли>ке к неметаллам. У полонин,
наиболее тяжелого элемента подгруппы, радиоактивного
xapal<
и сравнительно коротко живущего, металличесКИЙ
тер выражен более ярко, но по отдельным свойствам он
близок теллуру_ В соответствии с этим при переходе от
кислорода к полонию наблюд'Э:ется большое разнообра­
зие в CTPYKTYPH~X типах кристаллических ~ешеток как
у простых веществ, так и у их соединений.
i
Следует заметить, что, когда д. и. Менделеев созда·
вал та.блицу, теллур и его соседа иод он поставил на свои
VI VII
места 8 и группы не в соответствИ'И, а вопреки ИХ
-127,60,
атомным массам. Атомная масса теллура ИОД8
-126,90.
Следовательно, иод -должен был бы стоять не
за теллуром, а впереди него. Д. И. Менделеев, однако, не
.. VII VI.
ко '1еблясь, поместил нод в группу, а теллур- в
Г1равомерность этого была установлена тогда, когда в
основу периодической системы легли не атомные Macc~,
а за ряды ядер и когда стал известен изотопный СОС1'88
обоих элементов. У теллура в отличие от вода преОб.'Iа­
дают тяжелые изотопы.
Кислород, серу, селен и теллур объединяют в группу
«халькогенов», ЧТО В переводе с греческого язы.ка ОЗ'наqает
«порождающие руды». Эти элементы входят 8 состав мно­
ГИХ руд. Так, большинство металлов в природе находиrся
в связанном состоянии в виде сульфидов, оксидов, селе­
нидов и т. д.' Например, важнейшими рудами железа и
меди являются красный железня'к Fе20з, магнитный же.
FeS2, CU20,
лезняк FезО4, пирит красная магнитная руда
CU2S.
медный блеск В составе всех приведенных руд со-
VI '
держатся элементы группы.
_
Побочную подгруппу составляют металлы: хром, МО.
либден и вольфрам. По большинству физических и хи.
миче~ких свойств молибден и вольфрам схо:жи ме:жду
собои и несколько отличаются от хрома. Об этом более
подробно говорится в друг,их главах книги.
2
Глава ЭЛЕМЕНТЫ
VI
ГРУППЫ
В ПРИРОД~
НАХОЖДЕНИЕ В ЗЕМНОЙ
КОРЕ
qa·
к ак известно, в природе вообще, а в земной коре в
стности, содержатся в основном легкие элементы со
сравнительно небольшими атомными массами - от 1 до
65. VI
ИЗ элементов группы более легкими ЯВЛЯЮТСSI
~ислород и сера. Их в природе намного больше, чем дру­
гих элементов этой группы.
для характеристики распространения элементов в
земной коре принята величина, показывающая (В %)
количество атомов каждого элемента. Рассмоtрим ЭТ{)
на конкрет.ном примере. Предположим, что земная кора
состоит лишь из одного ИlЗвестняка СаСОз (пять атомов).
20%,
Тогда на долю кальция (один атом) приходится на
-20%,
долю углерода (один атом) на долю кислорода
- 60%.
(три атома) Ниже приведены данные о распро­
VI
странении элементов группы в земной коре ~B ,О/О):
КИСJlОРОд - 58 Полоний - 2. !О-l
Сера -;0,03 Хром - 6.10-3
СеJlен - 10-3 Молибден - 3.10-·
Теллур - 10-7 ВОJlьфрам - 6.10-·
-'
Элементы в природе находятся в свободном или свн·
VI
заином состоянии. Из элементов группы в свободном
состоянии содержатся юисло·род и сера.
Из курса ботан.иак.и всем известна роль кислорода.
-
Кислород сocrавная часть воздуха, в котором на долю
20,93% (23,15%
его приходится по объему по массе).
1,2·1015
Свободного кислорода в атмосфере свыше Т.
-
Столько же весит М1иллнард пирамищ Хеопса на·иболе~
крупных сооружений древности. Для перевозки матери-
5
.. 8
ала ОДНОИ такои пмрам~-
ды потребовалось бы
9000
T{)tВa,pIНЫx :вагонов.
Ма-оса своБOДiНОГО кисло­
рода не пр-евы'шает 0,01 О/о
от мас.сы его -в земной ко­
ре в nиде соединений.
3ем'ная кора ДО глуб.И1НЫ
10-15 470/0
км на своеи
маосы состоиtГ из кисло­
рода, который явля·ется
составной ча,стью разл:ич­
ных СО~ДlинениЙ. В реч­
ном пе,ске соде-р ж·иrrс я
Рис. t. Самородная сера. 530/0 кислорода от общей
,
массы сое1ДИ неНrИ я в гли­
не - 56 о/о, в составе морской воды - 85,82 о/о.
ЕСЛiИ на каtКОЙ-ЛIИlбо плаlнете будут обнаружены вме­
сте с кислородом вода и благоприятная температура, то
можно- предполагать, что там есть УСЛОВИЯ дЛЯ ж·изни.
Кислород входит в состав белков, жиров, углеводов, из
которых по-строены клеТJ{И живых оргаIН,И3МОВ. Для то­
..
го чтобы как-то количественно оценить участие кислоро
да' в образовании живых клеток, достаточно указать, что
650/0
в состав клеток организма входит около кислорода.
Свободная кристаллическая сера (ри.с. 1) в виде сер­
ных жил может залегать в трещинах земли вулканичес­
ких местностей (В Италии, Греции и т, д.), а также внут­
..
ри кратеров вулк-анов Поэтому сера издавна считалась
продуктом "'деятельности подземного «бога Вулкана».
Красивое сине-голубое пламя серы, удушливый запах
УI\репляли такое -представление о сере.
..
В Советском Союзе залежи самородной серы нахо
ДЯТСЯ в Туркмении в пустыне Каракум, в Узбекской ССР
и по берегам ВОЛГИ. В Прикарпатье в 1952 г. была обна­
ружена новая природная кладовая серы.
На этой базе 'был построен Роздольский горна-хими­
ческий и:омбинат. Наша страна не только отказалась от
импорта серы, но и сама экспортирует этот ценный
продукт.
Чаше Асего сера присутствует в каких-либо породах
в виде вкраплений. Когда образовались ЭТИ вкрапле-
6
-
ния одновременно с сопутствующими породами или
позже? Существует несколько теорий, отвечающих на
ЭТОТ вопрос. По одной ИЗ них считают, что сера и вмеща­
ющие ее породы образовались одновременно. Предпола­
гают, 'Что этот процесс происходил в мелководных бас·сеЙ­
нах, где под д-еЙСТlвиеlМ бактерий раСТВОРlИмые в воде
сульфаты пре,вращал.и.сь .в серу. Сера осаждалась на
дно, и в:nосле!д.СТВИИ этот ил обраЗОВЫlвал руду.
Более распространенной является другая теория, ко­
торая исходит из того, что вкрапления серы образовались
значительно.. позд..н ее, чем основные породы. Одной из раз·
новидностеи этон теории является теория метасоматоза
(в переводе с греческого языка «метасоматоз» означает
замещение). Согласно ей в недрах земли происходит по­
CaSO.
стоянное превращение гипса о 2Н2О и его безводной
CaS04
формы (ангидрита) в серу и карбонат кальция
1935
СаСОз. Эта теория создана была в г. советск,ими
учеными Л. М. Миропольским И Б. П. Кротовым и нашла
1961
подтверждения. Так, в г. в Ираке открыли место-
~рождение Мишрак, где сера находилась в карбонатных
породах, которые образовывали 'свод, поддерживаемый
уходящими 'вглубь опорами (В геологи,и их называют
крыльями). Эти опоры состояли В основном из гипса
CaS0402H20.
Аналогичная картина наблюдалась и на ме­
сторождении Шор-Су в предгорьях Алтайского хребта.
Но теорию метасоматоза .нельзя считать единственно пра~
вильной: На Земле и сейчас существуют озера (напри­
мер, Серное около Серноводска), где происходит отложе­
ние серы. Одна,ко ил не содерж.иrr ни гипса, н·и а,нгидри­
та. НаJI!1i1Чlие нескольких теорий происхож,ден,и.я серы­
результат не СТОЛь'КО неполноты наш'их знаний, сколько
сложности я:вден.иЙ, происходящи'Х в недрах Земли.
Сера содержится не только в земной коре, но и в во­
..
дах Мирового океана, например, в виде сульфатов нат
рия, калия, магния и т. д. Сера относится к элементам,
которые так же, как и кислород, необходимы для живых
организмов. Сера я,вляетоя составной частью белков.
..
В природе ПОСТОЯННО происходит круговорот серы; ра
стения получают с.еру из сульфатов, содержащихся в поч­
ве. Далее эти сульфаты претерпевают сложные ХИМИilе­
ские превращения, в результате чего образуются содер­
жащие серу белковые вещества. Последние частично
1
усва.И1ваются ЖИВО1'нымlИ. П.осnе отмирания ЖИIВОТНЫХ и
растительных организмов их белковые вещества' разла­
гаются, сера выделяется в Dиде сероводорода. Серо­
водород легко окисляется с выделением серы. Процесс
этот идет непосредственно на воздухе, но еще быстрее
) ,
под воздействием особого вида бактерий (серобактерий
получающих необходимую им для жизни энерги.ю за счет
ЭКЗО1'ер.мIИlЧескоЙ реаIКUИИ:
2Н,5 +0, = 2H,0+2S. + 531 кдж/м,ОАЬ
Дальнейшая судьба получающейся свободной серы
за,висит от наличия и отсутствия к.. ислорода. Если серов о-
дород выделяется в значительнои концентраЦI!И И про-
..
должительное время, то он предохраняет накапливаю
..
щуюся серу от дальнейшего окисления, и постепенно об
р·азуются ее залежи. Избытком кислорода воздуха сера
переводится в серную кислоту:
+ +
25 30.+2Н2О. 2H S0 1050,1 кдж.!м,о.l/,Ь
2 4
Сер.. ная кислота тотчас же вступает в химическое вза-
имодеиствие с содержащимися в почве или воде солями
. .
более слабых кислот, образуя сульфаты.
Большая часть образующихся сульфатов УНООИ1'Ся ва­
дами рек, накапливается в морях и при усыхании созда­
ет пласты различных минералов. Весь рассмотренный
Цикл превращений серы в природе можно представить
.
следующей схемой:
---+о Серная кислота и сульфаты
]
I
Сера
Белок
i
,
CepOBOДOPO~ и су льфнды I~-·
~----------------------~
Хром, молибден, вольфрам, селен и теллур встречают­
ся в природе в основном в виде различных минералов. По
8
• • -
своеи химическои природе минералы это соединения,
..
относящиеся к различным классам неорганической хи
мии: простые и смешанные оксиды, полные инеполные
гидроксиды, простые и двойные соли различных кислот.
Ниже дан перечень важнейших природных соединений
VI
элементов группы:
- ZnS
Цинковая обманка Алтаит -РЬТе
- HgS
Киноварь Колорадоит ~HgTe
Свинцовый блеск - PbS Хромистый же-
- CU2S -
Медный колчедан лезняк FеО·Сr20з
Железный колче-
дан (пирит) - FeS2 Молибденовая ох-
.
ГЛ1fYберова соль ра -МоОз
- Na2S04·IOH20 Молибденит - MoS2
- -
Гипс CaS04-2Н2О Вульфе"""т РЬМОО4
- BaS04
Тяжелый шпат Вольфрамовая ох-
БерцеЛ1иаlJIИТ - Cu2Se ра -WОз
- HgSe -
Тиеманит Вольфрамит
Науманит - Ag2Se nFeW04• тMnWO}
- - CaW0
Теллуровая охра ТеО2 Шеелит 4
Гессит -Аg2Те
-
Следует отметить, что селен и теллур рассеянные
элементы, их соединения в большинстве случаев сопу'r ;::т·
(C1J2S)
вуют отдельным сульфидам, например медному
И железному (FeS2) колчеданаr,t 1. В чистом виде минера­
лы селена и теллура встречаются сравнительно редко.
В тканях растений содержание некоторых элементов
во много раз выше, чем в почве. Например, количество
5%,
селена в золе растений достигает почти а в ПО'.lве fi18-
%.
ходится его лишь 0,001 В США возникло ПРОИЗВОЛС1-
во, основанное на получении селена из золы растеНИ1Й.
reKTap
Каждый посевов трав на этой территори,и дает
25
около кг селена в год.
Месторождения вольфрамовых руд геологически CB~­
заны с областями распространения гранитов. Крупные
месторождения' шеелита, вольфрамита имеются в США,
Бирме, Боливии, Португалии. В нашей стране значитель·
1 В РНЗНОВИДНОСТИ гипса - селените - селена находится не боль·
ше, чем любого другого рассеянного 9лемеНТ8, ХОТЯ названgе его, ка­
залось бы. явно указывает на содержание 9ТОГО элеМР'нта.
9