||V{maketoc}||
||__~~navy:@#13::: این مطلب از بخش آموزش وب‌سایت المپیاد شیمی رشد،انتخاب شده که با فرمت pdf نیز در [http://olympiad.roshd.ir|وب‌سایت المپیاد رشد]موجود می‌باشد. برای مشاهده این موضوعات در وب‌سایت المپیاد، به آدرس [http://olympiad.roshd.irchemistrycontentlist.html|فهرست مطالب شیمی] مراجعه کنید. همچنین می‌توانید با کلیک ((مطالب علمی سایت المپیاد رشد|اینجا))‌ ، با ویژگی‌های بخش آموزش این وب‌سایت آشنا شوید.:: #@~~__||
^@#16:
!عنصرهای گروه‌VIA

{*اکسیژن، گوگرد، سلنیم، تلور و پولونیم عنصرهای گروه {TEX()} {VIA} {TEX}را تشکیل می‌دهند (جدول). آرایش الکترونی لایه ظرفیت این عنصرها {TEX()} {ns^2np^2} {TEX} است و تقریباً تمامی آنها نافلزند.*}
::|| جدول: پاره‌ای از ویژگیهای عنصرهای گروه {TEX()} {VIA} {TEX}::
:: | اکسیژن| گوگرد| سلنیم| تلور| پولونیم::
::نماد شیمیایی|{TEX()} {O} {TEX}|{TEX()} {S} {TEX}|{TEX()} {Se} {TEX}|{TEX()} {Te} {TEX}|{TEX()} {Po} {TEX}::
::عدد اتمی|8|16|34|52|84::
::دمای ذوب {TEX()} {(^\circ )} {TEX}|-219|115|221|450|254::
::دمای جوش{TEX()} {(^\circ )} {TEX}|-183|445|685|990|962::
::چگالی{TEX()} {(g/cm^3)} {TEX}|0.0143|02.08|4.79|6.25|9.32::
::انرژی یونش{TEX()} {(kJ/mol )} {TEX}|1314|1000|941|869|813::
::شعاع اتمی{TEX()} {(A^\circ)} {TEX}|0.60|1.03|1.17|1.38|1.64::
::شعاع یون {TEX()} {(A^\circ )X^{2-}} {TEX}|1.26|1.70|1.84|2.07|-::
::الکترونگاتیوی (مقیاس پاولینگ)| 3.50|2.44|2.48|2.01|1.76::
::اعداد اکسایش|-2,-1|+6,+4,-2|+6,+4,+2,-2|+6,+4,+2,-2|+6,+4,+2,-2::
::* مربوط به گوگرد رومبیک است.||::
{*همه عنصرهای گروه {TEX()} {VIA} {TEX}با فلزها و هیدروژن ترکیبهایی می‌دهند که در آنها عدد اکسایش این عنصرها 2- است. خواص اکسیژن در مقایسه با سایر عنصرهای گروه تا حدودی متفاوت است. اکسیژن عنصری بسیار الکترونگاتیو است و در تشکیل پیوند با سایر عنصرها تنها می‌تواند از اوربیتالهای {TEX()} {s} {TEX}و {TEX()} {p} {TEX}استفاده کند، در حالی که در مورد سایر عنصرهای گروه، به علت وجود اوربیتالهای {TEX()} {d} {TEX}، گسترش لایه ظرفیت و پذیرش بیش از هشت الکترون در این لایه امکانپذیر است. وقتی این عنصرها با یک عنصر الکترونگاتیوتر مانند اکسیژن یا هالوژن ترکیب می‌شوند، عدد اکسایش 2+، 4+ یا 6+ را اختیار می‌کنند.*}
---
!!اکسیژن

{*اکسیژن گازی است بیرنگ، بی‌بو و بی‌طعم و دمای جوش آن بسیار کم (جدول) و در حالت مایع به رنگ آبی روشن است. اکسیژن به مقدار ناچیز در آب حل می‌شود. یک لیتر آب در دمای{TEX()} {20^\circ C} {TEX} و فشار یک اتمسفر حدود 30 میلی‌لیتر گاز اکسیژن را در خود حل می‌کند، ولی همین مقدار کم برای ادامه حیات آبزیان کافی است.
آرایش الکترونی اتم اکسیژن به صورت{TEX()} {1s^22s^22p^4} {TEX} است. اتم اکسیژن برای تشکیل پیوند و رسیدن به آرایش هشتایی می‌تواند دو الکترون بپذیرد و به یون {TEX()} {O^{2-}} {TEX} تبدیل شود (مانند{TEX()} {CaO} {TEX}) یا می‌تواند با دو اتم یک ظرفیتی دیگر دو پیوند کووالانسی یگانه تشکیل دهد (مانند {TEX()} {H_2O} {TEX})یا می‌تواند یک پیوند دوگانه {TEX()} {(\sigma +\pi)} {TEX} تشکیل دهد (مانند {TEX()} {O_2} {TEX}). عدد اکسایش اکسیژن در این ترکیبها 2- است.
اکسیژن از نظر خاصیت الکترونگاتیوی بعد از فلوئور قرار دارد؛ از این رو، در ترکیب با فلوئور، عدد اکسایش مثبت خواهد داشت. مثلاً، در {TEX()} {OF_2} {TEX}، عدد اکسایش اکسیژن 2+ است. اکسیژن به طور مستقیم با تمام عنصرها بجز گازهای نجیب، هالوژنها و بعضی از فلزها مانند نقره، طلا و پلاتین ترکیب می‌شود. اگر چه پیوند اکسیژن - اکسیژن در مولکول {TEX()} {O_2} {TEX} پایدار است، اما اکسیژن با بعضی از عوامل کاهنده قوی معدنی و با بسیاری از ترکیبهای آلی خود به خود در دمای معمولی واکنش می‌دهد. زنگ زدن آهن و اکسایش بعضی از مواد آلی نیز واکنش با اکسیژن است که خودبخود انجام می‌گیرند، اما در دمای عادی کند هستند. برای واکنش مؤثر با اکسیژن به دمای زیاد و در مواردی هم به فشار زیاد نیاز است. تعدادی از واکنشهای اکسیژن در زیر آمده است.
@@{TEX()} {C_4H_{10} _{(l)}+\frac{13}{2} O_2 _{(g)} \longrightarrow \ 4CO_2_{(g)}+5H_2O_{(g)}} {TEX} بوتان@@
@@{TEX()} {SiH_4 _{(g)} +2O_2_{(g)} \longrightarrow \ SiO_2 _{(s)}+2H_2O_{(g)}} {TEX}سیلان@@
@@زنگ آهن{TEX()} {2Fe_{(s)}+\frac{3}{2} O_2 _{(g)} +nH_2O_{(l)} \longrightarrow \ Fe_2O_3.nH_2O} {TEX}@@
@@{TEX()} {S_{(s)} +O_2_{(g)} \longrightarrow \ SO_2_{(g)}} {TEX}@@
@@{TEX()} {P_4_{(s)}+O_2_{(g)} \longrightarrow P_4O_{10} _{(s)}} {TEX}@@
@@{TEX()} {2Mg_{(s)}+O_2_{(g)} \longrightarrow 2MgO_{(s)}} {TEX}@@
@@{TEX()} {4Al_{(s)}+3O_2_{(g)} \righarrow \ 2Al_2O_3 _{(s)}} {TEX}@@
ترکیب هر عنصر با اکسیژن یک واکنش اکسایش است. بر اثر واکنش هر ماده مرکب با اکسیژن غالباً محصولاتی به دست می‌آید که در آنها هر یک از عنصرهای سازنده ماده اصلی با اکسیژن ترکیب شده‌اند. مثلاً،
@@{picture=img/daneshnameh_up/8/88/chm0124a.jpg}@@
@@{TEX()} {Cs_2 _{(g)}+3O_2 _{(g)} \longrightarrow \ CO_2 _{(g)} +2SO_2 _{(g)}} {TEX}@@
ملاحظه می‌کنید که در واکنش{TEX()} {NH_3} {TEX} با{TEX()} {O_2} {TEX}، هم {TEX()} {N} {TEX}و هم {TEX()} {H} {TEX}با {TEX()} {O_2} {TEX} ترکیب شده‌اند و مولکولهای {TEX()} {NO} {TEX}و {TEX()} {H_2O} {TEX} را به وجود آورده‌اند. در مورد واکنش {TEX()} {CS_2} {TEX} با {TEX()} {O_2} {TEX} نیز محصولات واکنش حاصل ترکیب {TEX()} {C} {TEX}با {TEX()} {O_2} {TEX} {TEX()} {(CO_2)} {TEX}و {TEX()} {S} {TEX}با{TEX()} {O_2} {TEX} {TEX()} {(SO_2)} {TEX}است.
هر واکنش شیمیایی که با آزاد شدن گرما و نور همراه باشد، نظیر سوختن فلز منیزیم در اکسیژن، اصطلاحاً احتراق نامیده می‌شود. از احتراق متان که جزء اصلی گاز طبیعی است، مقدار قابل ملاحظه‌ای انرژی آزاد می‌شود.
@@{TEX()} {CH_4 _{(g)}+2O_2 _{(g)} \ \longrightarrow \ CO_2 _{(g)} +2H_2O _{(l)} \qquad \Delta H^0=-890kJ} {TEX}@@
نتیجه احتراق کامل ترکیبهایی که از کربن و هیدروژن یا از کربن، هیدروژن و اکسیژن (مانند کربوهیدراتها) تشکیل شده‌اند، با مقدار کافی اکسیژن، منحصراً کربن دیوکسید و آب است، اما اگر مقدار اکسیژن کافی نباشد،‌کربن مونوکسید و آب حاصل می‌شود. تجربه شما با چراغ نفتی نشان می‌دهد که هرگاه فتیله چراغ بالا کشیده شود، به طوری که بخار نفت در محفظه شعله بیش از هوای ورودی باشد،‌ احتراق ناقص و با تولید مقدار زیادی دوده همراه است که همان ذره‌های ریزکربن است.*}
#@
@#16:
---
!!!طرز تهیه و کاربرد اکسیژن

{*بیش از 90% اکسیژن در صنعت از راه تقطیر جزء به جزء هوای مایع به دست می‌آید. بیشترین مصرف اکسیژن در صنایع فولادسازی است. در تبدیل چدن به فولاد، اکسیژن را مستقیماً اثر می‌دهند تا احتراق ناخالصیها سریعتر صورت گیرد. اکسیژن در تصفیه فاضلاب نیز مورد استفاده قرار می‌گیرد. برای تولید اکسیژن از الکترولیز آب نیز استفاده می‌شود، اما هزینه تولید آن زیاد است. اکسیژن حاصل از این راه خالص است.
برای تهیه اکسیژن در آزمایشگاه می‌توان از تجزیه حرارتی پتاسیم کلرات در مجاورت کاتالیزگر {TEX()} {MnO_2} {TEX} استفاده کرد.*}
@@{picture=img/daneshnameh_up/b/bd/chm0124b.jpg}@@

---
!!!اوزون {TEX()} {O_3} {TEX}

{*اوزون مولکولی گازی و سه اتمی است. اکسیژن و اوزون آلوتروپهای یکدیگرند. آلوتروپ شکلهای متفاوت یک عنصر است که در حالت فیزیکی معینی وجود دارند (در مورد اکسیژن، هر دو آلوتروپ گازی هستند) اتمهای اکسیژن در اوزون با یکدیگر زاویه{TEX()} {116^\circ ,49^\prime} {TEX} دارند (شکل).
::{picture=img/daneshnameh_up/f/f6/chm0124c.jpg}::
اوزون خالص گازی است به رنگ آبی روشن و بوی مشخصی دارد. در حالت مایع به رنگ آبی تیره است و در دمای{TEX()} {-111.5^\circ C} {TEX} می‌جوشد. تشکیل مولکول اوزون از اکسیژن یک واکنش گرماگیر است.
@@{TEX()} {3O_2 _{(g)} \ \longrightarrow \ 2O_3 _{(g)} \qquad \Delta H^0=285 kJ} {TEX}@@
برای تهیه اوزون، گاز اکسیژن را از یک میدان الکتریکی با ولتاژ زیاد عبور می‌دهند. براساس واکنش بالا، محتوای انرژی اوزون از محتوای انرژی مولکول اکسیژن بیشتر و در نتیجه، واکنش‌پذیری آن بیشتر است. اوزون در مقایسه با اکسیژن قدرت اکسیدکنندگی بیشتری دارد و می‌تواند فلزهایی مانند نقره و جیوه را به اکسید این فلزها تبدیل کند. وقتی اوزون به صورت عامل اکسیدکننده عمل می‌کند، فقط قسمتی از اکسیژن آن کاهیده می‌شود و همواره یکی از محصولات واکنش مولکول اکسیژن است. مثلاً ،*}
@@{TEX()} {PbS_{(s)} +4O_3 _{(g)} \ \longrightarrow \ PbSO_4 _{(s)} +4O_2 _{(g)}} {TEX}@@
---
!!!هیدروژن پروکسید،{TEX()} {H_2O_2} {TEX}

{*هیدوژن پروکسید (دمای ذوب{TEX()} {-0.89^\circ C} {TEX} و دمای جوش{TEX()} {151 ^\circ C} {TEX}) یک ترکیب کووالانسی قطبی است. در این مولکول، دو اتم اکسیژن توسط یک پیوند کووالانسی ساده به یکدیگر متصلند (شکل). هیدروژن پروکسید از طریق تشکیل پیوند هیدروژنی به صورت مجتمع در می‌آید. محلول غلیظ هیدروژن پروکسید به سهولت تجزیه می‌شود و تجزیه آن غالباً با انفجار همراه است.
@@{picture=img/daneshnameh_up/2/2b/chm0124d.jpg}@@
وجود مقادیر کم ناخالصی مانند بعضی از یونهای فلزی{TEX()} {(Fe^{3+})} {TEX}، ذرات ریزفلزها {TEX()} {(Au,Pt)} {TEX}، اکسیدهای فلزی متفاوت{TEX()} {(MnO_2)} {TEX} و همچنین، خون و بزاق دهان تجزیه هیدروژن پروکسید را کاتالیز می‌کنند.
عدد اکسایش اکسیژن در هیدروژن پروکسید 1- است و از این رو، می‌تواند مانند واکنش بالا هم به عدد اکسایش صفر (در{TEX()} {O_2} {TEX}) و هم به عدد اکسایش 2- (در{TEX()} {H_2O} {TEX}) برسد.
::{picture=img/daneshnameh_up/3/37/chm0124e.jpg}::
بنابراین، هیدروژن پروکسید می‌تواند هم نقش اکسید‌کننده و هم نقش کاهنده داشته باشد، ولی در واقع هیدروژن پروکسید یک اکسیدکننده بسیار قوی و یک کاهنده ضعیف است و نقش کاهندگی آن تنها در برابر اکسیدکننده‌های بسیار قوی و در محیط اسیدی ظاهر می‌شود. مثلاً،‌*}
@@ارسنیک اسید {TEX()} {As_2O_3 _{(s)} +2H_2O_2 _{(aq)}+H_2O \longrightarrow \ 2H_3AsO_4 _{(aq)}} {TEX} ارسنیک (III) اکسید@@
@@{TEX()} {2MnO_4^- _{(aq)} +5H_2O_2 _{(aq)} +6H^+ _{(aq)} \ \longrightarrow \ 2Mn^{2+} _{(aq)} +5O_2 _{(g)} +8H_2O} {TEX}@@
---
!!!!تمرین

{* در هر یک از این دو واکنش، کدام عنصر اکسید و کدام عنصر کاهیده شده است؟ تغییر حالت اکسایش هر یک را مشخص کنید.
طرز تهیه و کاربردهای هیدروژن پروکسید هیدروژن پروکسید در صنعت طی یک فرایند دو مرحله‌ای به دست می‌آید. به این ترتیب که ابتدا از راه الکترولیز، سولفوریک اسید را به پروکسی دی‌سولفوریک اسید تبدیل می‌کنند و سپس از واکنش آن با آب، {TEX()} {H_2O_2} {TEX} به دست می‌آید.*}
@@{picture=img/daneshnameh_up/5/5e/chm0124f.jpg}@@
@@{TEX()} {H_2S_2O_8 _{(aq)} +2H_2O \ \longrightarrow \ 2H_2SO_4 _{(aq)} +H_2O_2} {TEX}@@
---
!!!!تمرین

{* ساختار لوویس پروکسی دی‌سولفوریک‌اسید، {TEX()} {H_2S_2O_8} {TEX}، را رسم کنید.
محلول تجارتی هیدروژن پروکسید حدود 30% وزنی {TEX()} {H_2O_2} {TEX}دارد. محلول 3% آن را در پزشکی به عنوان ضدعفونی کننده به کار می‌برند. برای جلوگیری از تجزیه هیدروژن پروکسید به آن پایدار کننده اضافه می‌کنند. هیدروژن پروکسید به عنوان رنگبر در صنایع نساجی و کاغذسازی مصرف می‌شود. هیدروژن پروکسید خالص به عنوان اکسیدکننده در سوخت موشک به کار می‌رود.*}
---
! پیوند های خارجی
[http://Olympiad.roshd.ir/chemistry/content/pdf/0204.pdf]

#@^