氧族元素
外观
氧族元素是指元素週期表上第16族(ⅥA族)的元素,位于氮族元素和鹵素之间。氧族元素有氧(O)、硫(S)、硒(Se)、碲(Te)、釙(Po)、鉝(Lv),其中氧、硫、硒為非金屬,碲為類金屬,釙和鉝則為貧金屬。此外,釙和鉝皆有高放射性,且鉝屬於人造元素。在标准状况,除氧单质为气体外,其他元素的单质均为固体。氧和本族其他元素的化學性質差異較大,除氧之外的本族元素又合稱硫族元素。它们也可称礦素(chalcogen,来自希臘字根礦石chalco-和素-gens)[1]
本族元素大多有許多種同素異形體,氧有9種、硫有20種以上、硒至少有5種、碲和釙有2種。
在和金属元素化合时,氧、硫、硒、碲四种元素通常显-2氧化态;但硫、硒、碲处于其酸根中时,最高氧化态可达+6。
一些过渡金属常以硫化物矿形式在地壳中,如FeS2、ZnS等。
物理性质
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名称 |
主化合价 |
单质沸点,℃ | |||||
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氧 | O | 0.074 | 0,-2 | 气体 | 每升1.43克 | -218.4 | -183 |
硫 | S | 0.103 | 0,+2,+4,+6 | 固体 | 2.07 | 112.8 | 444.6 |
硒 | Se | 0.116 | 0,+2,+4,+6 | 固体 | 4.81 | 217 | 684.9 |
碲 | Te | 0.143 | 0,+2,+4,+6 | 固体 | 6.25 | 452 | 1390 |
钋 | Po | 0.190 | 0,+2,+4,+6 | 固体 | 11.34 | 254 | 962 |
鉝 | Lv | 0.228(推測) | 0,+2,+4(推測)[2] | 固体(推測) | 14(推測)[2] | 220(推測) | 800(推測) |
化学性质
[编辑]名称 | 在空气中燃烧 | 以发烟硝酸或王水氧化 | 和硫反应 | 和卤素反应[3] | 和氰化钾反应 | 和浓碱反应 | 和盐酸反应 | 其他 |
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氧 | 在放电中生成臭氧,臭氧在受热或經催化变回氧气 | 不反应 | 生成二氧化硫 | 放电時反应 | 不詳 | 不反应 | 不詳 | — |
硫 | 发出蓝色火焰,生成二氧化硫 | 生成硫酸 | — | 在室温或中温反应 | 生成硫氰酸钾 | 生成硫化物和亚硫酸盐 | 不反应 | 和浓硫酸共热生成二氧化硫[註 1];溶于发烟硫酸,伴随生成SO2,溶液变蓝,但久置或加热溶液会变色[註 2];溶于SbF5生成S8(SbF6)2[註 3];在FSO3H中用F2S2O6选择性氧化硫生成S16(FSO3)2[註 4][4] |
硒 | 发出蓝色火焰,生成二氧化硒 | 生成亚硒酸 | 723K生成红色Se4S4(通式SenS8-n,n=1~7) | 在室温或中温反应(不和碘反应,只能简单吸附)[註 5] | 生成硒氰酸钾 | 生成硒化物和亚硒酸盐,酸化时析出硒 | 不反应 | 溶于发烟硫酸、HSO3F、液态三氧化硫中分别产生绿色、黄色和红色的溶液[註 6];和SbF5熔融生成含聚合阳离子的化合物如Se4(Sb2F11)2等 |
碲 | 发出蓝色火焰,生成二氧化碲 | 生成亚碲酸(溶于8M硝酸生成碱式硝酸碲2TeO2·HNO3) | 生成TeS7,在高压可共结晶成Te7S10 | 在室温或中温反应[註 5] | 生成碲化鉀(K2Te)[註 7] | 生成碲化物和亚碲酸盐,酸化时析出碲 | 有空气時缓慢溶解 | 溶于发烟硫酸、HSO3F、液态三氧化硫中分别产生绿、黄和红色溶液[註 6]和AsF5熔融生成含聚合阳离子的化合物如Te4(AsF6)2等 |
钋 | 燃烧生成二氧化钋 | 生成硝酸钋Po(NO3)4和各种碱式硝酸钋 | 不反应 | 在室温或中温反应 | 不详 | 不详 | 生成二氯化钋,迅速氧化成四氯化钋[註 8] | 溶于硫酸生成含有简单阳离子的硫酸盐 |
鉝 | 不詳 | 不詳 | 不詳 | 不詳 | 不詳 | 不詳 | 不詳 | 不詳 |
注释:
- ^ 方程式为:
- ^ 硫溶于发烟硫酸生成了环状阳离子(如S82+等)而使溶液变成蓝色,但若要分离出含有硫的环状阳离子的晶体,那会很困难。值得一提的是,硫溶于发烟硫酸后形成的溶液因为含有少量的Sn2+游离基的原因,而具有弱的顺磁性
- ^ 反应方程式为:;S82+离子是蓝色的,它存在着以下平衡:。
- ^ 反应方程式为:;S162+离子是红色的。
- ^ 5.0 5.1 这些卤化物不单涉及元素的常见氧化态1、2、4和6,还包括表观氧化数小于1的低卤化物。
- ^ 6.0 6.1 展现出颜色是因为溶液中生成了环状聚合阳离子如Se42+、Se82+和Te42+。
- ^ 和熔融的氰化钾反应。
- ^ 生成的二氯化钋由于钋的α辐射分解溶剂产生臭氧,将钋(II)氧化成钋(IV)。
化合物
[编辑]氧族元素的二元化合物见下表:
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参见
[编辑]参考文獻
[编辑]- ^ W. B. Jensen, The Periodic Law and Table (页面存档备份,存于互联网档案馆)
- ^ 2.0 2.1 Haire, Richard G. Transactinides and the future elements. Morss; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (编). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements 3rd. Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media. 2006. ISBN 1-4020-3555-1.
- ^ 张青莲. 《无机化学丛书》第五卷:氧硫硒分族. 北京: 科学出版社. 1991年11月: P326. ISBN 7-03-002238-6.
- ^ 张青莲. 《无机化学丛书》第五卷:氧硫硒分族. 北京: 科学出版社. 1991年11月: P166–168. ISBN 7-03-002238-6.
左方一族: | 氧族元素 第16族(ⅥA) |
右方一族: |
氮族元素 | 卤素 |
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