Строение и физические свойства. Кислород. Известно несколько аллотропных модификаций:

Кислород. Известно несколько аллотропных модификаций:

1. Дикислород О₂ – газ без цвета, запаха и вкуса. Температура плавления
–219°С, температура кипения –193°С. Жидкий кислород – подвижная, слегка голубоватая жидкость (плотность 1, 14 г/мл). Твердый кислород существует в нескольких кристаллических модификациях светло-синего цвета:

Связь между атомами кислорода в молекуле двойная ковалентная неполярная О=О (Е_св = 494 кДж/моль).

Кислород обладает парамагнитными свойствами, плохо растворим в воде (s²⁰ = 0, 004 мас.%), но лучше, чем азот и водород.

2. Озон О₃ – синий газ с резким запахом, температура кипения –110°С, температура плавления –193°С. Жидкий озон имеет темно-синюю окраску, твердый – черную. Ядовит (раздражает глаза и дыхательные пути, ПДК в воздухе 1 мг/м³).

Озон можно рассматривать как соединение кислорода (IV) ОО₂.

Озон получают в озонаторах из кислорода под действием тлеющего электрического разряда (при этом получается до 10% озона): 3О₂ → 2О₃.

Озон легко разлагается (О₃ → О + О₂); является сильным окислителем. Растворимость в воде s²⁰ = 0, 0394 мас.%.

Образуется в атмосфере под действием ультрафиолетовых лучей.

3. Монокислород О – образуется из О₂ при температуре выше 2000°С.

4. Тетракислород О₄ – крайне неустойчивое соединение. Молекулы О₄ были зафиксированы при газофазном взаимодействии катионов О₄⁺ (полученных из О₂ и О₂⁺) с парами цезия: О₄⁺ + Cs → О₄ + Cs⁺. Время их жизни не превышает одной микросекунды. Высказано предположение, что О₄ имеет плоскоквадратную форму, состоит из соединенных друг с другом отдельных группировок О₂.

Сера также существует в нескольких аллотропных модификациях.

При комнатной температуре стабильна лимонно-желтая ромбическая сера (a-сера, плотность 2, 1 г/см³, температура плавления 112, 8°С). Обычно сера состоит из очень мелких кристаллов a-серы. Большие, прозрачные, правильно ограненные кристаллы этой формы получаются при медленной кристаллизации из раствора серы в сероуглероде СS₂.

В интервале от 95, 4°С до температуры плавления (119, 3°С) устойчива моноклинная сера (b-сера). Она имеет более бледную окраску, чем ромбическая. Кристаллы b-серы растут преимущественно в одном направлении, поэтому имеют игольчатую форму.

Модификации a- и b-серы состоят из молекул S₈, которые имеют циклическое «зубчатое» строение:

В кристаллах a-серы молекулы S₈ находятся на расстоянии 0, 330 нм друг от друга и связаны силами Ван-дер-Ваальса.

Известны и другие формы серы. Так, при быстрой конденсации паров серы на поверхности, охлаждаемой жидким азотом, получается пурпурная сера S₂; известна ромбоэдрическая оранжево-желтая сера, образованная молекулами S₆.

При нагревании жидкой серы изменяется ее молекулярный состав. Вблизи точки плавления жидкая сера имеет светло-желтую окраску и малую вязкость; она состоит из молекул S₈. При дальнейшем нагревании (примерно выше 160°С) желтая легкоподвижная жидкость превращается в малоподвижную массу темно-коричневого цвета, вязкость которой достигает максимума при 187°С, а затем снижается. При температуре выше 300°С жидкая сера, оставаясь темно-коричневой, снова становится легкоподвижной. Эти аномальные явления объясняются сначала разрушением молекул S₈ и образованием молекул в виде длинных цепей S_∞ из нескольких сотен тысяч атомов, а затем – уменьшением длины цепей при нагревании.

При 444, 6°С сера закипает. В зависимости от температуры в ее парах обнаруживаются молекулы разного состава, что вызывает изменение окраски паров:

При выливании нагретой до высокой температуры серы в холодную воду получается тягучая резиноподобная масса – пластическая сера, состоящая из нерегулярно расположенных зигзагообразных цепочек S_∞ . При 20–95°С пластическая сера через достаточно длительное время (примерно 1 ч) превращается в a-серу, а при 96–110°С – в b-серу.

Селен также известен в нескольких модификациях:

1) серый селен (гексагональный) – кристаллическая решетка состоит из спиральных (зигзагообразных) цепей, параллельных друг другу, Se_∞ . Имеет металлический блеск. Полупроводник. Наиболее устойчивая модификация селена;

2) красный селен состоит из молекулярных колец Sе₈, подобных S₈;

3) черный стекловидный селен – структура из хаотически расположенных зигзагообразных цепей. Полупроводник.

Теллур образует 2 модификации:

1) аморфный темно-коричневый;

2) кристаллический серебристо-белый с металлическим блеском с цепной молекулярной гексагональной решеткой. Хрупок, легко растирается в порошок. Полупроводник. Наиболее устойчивая модификация.

Полоний – мягкий металл серебристо-белого цвета, по физическим свойствам похож на висмут и свинец. Обладает металлической проводимостью.