Chalkogen - Chalcogen

Chalkogene
Wasserstoff Helium
Lithium Beryllium Bor Kohlenstoff Stickstoff Sauerstoff Fluor Neon
Natrium Magnesium Aluminium Silizium Phosphor Schwefel Chlor Argon
Kalium Kalzium Scandium Titan Vanadium Chrom Mangan Eisen Kobalt Nickel Kupfer Zink Gallium Germanium Arsen Selen Brom Krypton
Rubidium Strontium Yttrium Zirkonium Niob Molybdän Technetium Ruthenium Rhodium Palladium Silber Cadmium Indium Zinn Antimon Tellur Jod Xenon
Cäsium Barium Lanthan Cer Praseodym Neodym Promethium Samarium Europa Gadolinium Terbium Dysprosium Holmium Erbium Thulium Ytterbium Lutetium Hafnium Tantal Wolfram Rhenium Osmium Iridium Platin Gold Quecksilber (Element) Thallium Das Blei Wismut Polonium Astatin Radon
Francium Radium Aktinium Thorium Protactinium Uran Neptunium Plutonium Amerika Kurium Berkelium Kalifornien Einsteinium Fermium Mendelevium Nobelium Lawrencium Rutherfordium Dubnium Seaborgium Bohrium Hassium Meitnerium Darmstadtium Röntgenium Copernicium Nihonium Flerovium Moskau Lebermorium Tennessine Oganesson
Pniktogene  Halogene
IUPAC-Gruppennummer 16
Name nach Element Sauerstoffgruppe
Trivialname Chalkogene
CAS-Gruppennummer
(USA, Muster ABA)
ÜBER
alte IUPAC-Nummer
(Europa, Muster AB)
VIB

↓  Zeitraum
2
Bild: Sauerstoff
Sauerstoff (O)
8 Andere Nichtmetalle
3
Bild: Schwefel
Schwefel (S)
16 Sonstige Nichtmetalle
4
Bild: 2 Allotrope Selen: schwarz und rot.  3 weitere nicht gezeigt.
Selen (Se)
34 Andere Nichtmetalle
5
Bild: Tellur in metallischer Form
Tellur (Te)
52 Metalloid
6 Polonium (Po)
84 Andere Metalle
7 Lebermorium (Lv)
116 Anderes Metall

Legende

Urelement
natürlich durch radioaktiven Zerfall
synthetisches Element
Farbe der Ordnungszahl:
rot=gasschwarz=fest

Die Chalcogene (ore forming) ( / k æ l k ə ə n z / KAL -kə-jənz ) sind die chemischen Elemente in Gruppe 16 des Periodensystems . Diese Gruppe wird auch als Sauerstofffamilie bezeichnet . Es besteht aus den Elementen Sauerstoff (O), Schwefel (S), Selen (Se), Tellur (Te) und dem radioaktiven Element Polonium (Po). Auch das chemisch nicht charakterisierte synthetische Element Lebermorium (Lv) soll ein Chalkogen sein. Sauerstoff wird oft getrennt von den anderen Chalkogenen behandelt, manchmal sogar ganz aus dem Geltungsbereich des Begriffs "Chalkogen" ausgenommen, da sein chemisches Verhalten sich von Schwefel, Selen, Tellur und Polonium unterscheidet. Das Wort "Chalcogen" leitet sich aus einer Kombination des griechischen Wortes khalkόs ( χαλκός ) ab, das hauptsächlich Kupfer bedeutet (der Begriff wurde auch für Bronze / Messing verwendet , jedes Metall im poetischen Sinne, Erz oder Münze ) und dem lateinisierten griechischen Wort genēs , was bedeutet geboren oder produziert .

Schwefel ist seit der Antike bekannt und Sauerstoff wurde im 18. Jahrhundert als Element erkannt. Selen, Tellur und Polonium wurden im 19. Jahrhundert entdeckt, Lebermorium im Jahr 2000. Alle Chalkogene haben sechs Valenzelektronen , sodass ihnen zwei Elektronen einer vollen äußeren Hülle fehlen. Ihre häufigsten Oxidationsstufen sind -2, +2, +4 und +6. Sie haben relativ niedrige Atomradien , insbesondere die leichteren.

Leichtere Chalkogene sind in ihrer elementaren Form typischerweise ungiftig und oft lebenswichtig, während die schwereren Chalkogene typischerweise toxisch sind . Alle natürlich vorkommenden Chalkogene haben eine gewisse Rolle bei biologischen Funktionen, entweder als Nährstoff oder Toxin. Selen ist ein wichtiger Nährstoff (unter anderem als Baustein von Selenocystein ), aber auch häufig giftig. Tellur hat oft unangenehme Wirkungen (obwohl einige Organismen es verwenden können) und Polonium (insbesondere das Isotop Polonium-210 ) ist aufgrund seiner Radioaktivität immer schädlich.

Schwefel hat mehr als 20 Allotrope , Sauerstoff hat neun, Selen hat mindestens acht, Polonium hat zwei, und nur eine Kristallstruktur von Tellur wurde bisher entdeckt. Es gibt zahlreiche organische Chalkogenverbindungen. Abgesehen von Sauerstoff sind organische Schwefelverbindungen im Allgemeinen am häufigsten, gefolgt von organischen Selenverbindungen und organischen Tellurverbindungen. Dieser Trend tritt auch bei Chalkogen- Pniktiden und Verbindungen auf, die Chalkogene und Elemente der Kohlenstoffgruppe enthalten.

Sauerstoff wird im Allgemeinen durch Zerlegung von Luft in Stickstoff und Sauerstoff gewonnen. Schwefel wird aus Erdöl und Erdgas gewonnen. Selen und Tellur fallen als Nebenprodukte der Kupferraffination an. Polonium und Lebermorium sind am häufigsten in Teilchenbeschleunigern verfügbar. Elementarer Sauerstoff wird hauptsächlich in der Stahlerzeugung verwendet . Schwefel wird hauptsächlich in Schwefelsäure umgewandelt , die in der chemischen Industrie stark verwendet wird. Die häufigste Anwendung von Selen ist die Glasherstellung. Tellurverbindungen werden hauptsächlich in optischen Platten, elektronischen Geräten und Solarzellen verwendet. Einige der Anwendungen von Polonium sind auf seine Radioaktivität zurückzuführen.

Eigenschaften

Atomar und physikalisch

Chalkogene zeigen ähnliche Muster in der Elektronenkonfiguration , insbesondere in den äußersten Schalen , wo sie alle die gleiche Anzahl von Valenzelektronen haben , was zu ähnlichen Trends im chemischen Verhalten führt:

Z Element Anzahl Elektronen/Schale
8 Sauerstoff 2, 6
16 Schwefel 2, 8, 6
34 Selen 2, 8, 18, 6
52 Tellur 2, 8, 18, 18, 6
84 Polonium 2, 8, 18, 32, 18, 6
116 Lebermorium 2, 8, 18, 32, 32, 18, 6 (vorhergesagt)
Element Schmelzpunkt

(°C)

Siedepunkt

(°C)

Dichte bei STP

(g / cm 3 )

Sauerstoff -219 −183 0,00143
Schwefel 120 445 2,07
Selen 221 685 4.3
Tellur 450 988 6.24
Polonium 254 962 9.2
Lebermorium 220 (vorhergesagt) 800 (voraussichtlich) 14 (vorhergesagt)

Alle Chalkogene haben sechs Valenzelektronen . Alle festen, stabilen Chalkogene sind weich und leiten die Wärme nicht gut. Die Elektronegativität nimmt zu den Chalkogenen mit höheren Ordnungszahlen ab. Dichte, Schmelz- und Siedepunkte sowie Atom- und Ionenradien nehmen tendenziell zu den Chalkogenen mit höheren Ordnungszahlen zu.

Isotope

Von den sechs bekannten Chalkogenen hat eines (Sauerstoff) eine Ordnungszahl, die einer magischen Kernzahl entspricht , was bedeutet, dass ihre Atomkerne dazu neigen, eine erhöhte Stabilität gegenüber radioaktivem Zerfall zu haben. Sauerstoff hat drei stabile Isotope und 14 instabile. Schwefel hat vier stabile Isotope, 20 radioaktive und ein Isomer . Selen hat sechs beobachtungsstabile oder nahezu stabile Isotope, 26 radioaktive Isotope und 9 Isomere. Tellur hat acht stabile oder nahezu stabile Isotope, 31 instabile und 17 Isomere. Polonium hat 42 Isotope, von denen keines stabil ist. Es hat zusätzlich 28 Isomere. Neben den stabilen Isotopen kommen einige radioaktive Chalkogenisotope in der Natur vor, entweder weil sie Zerfallsprodukte sind, wie 210 Po , weil sie ursprünglich sind , wie 82 Se, aufgrund von kosmischer Strahlungsspallation oder durch Kernspaltung von Uran. Livermorium-Isotope 290 Lv bis 293 Lv wurden entdeckt; das stabilste Lebermorium-Isotop ist 293 Lv mit einer Halbwertszeit von 0,061 Sekunden.

Unter den leichteren Chalkogenen (Sauerstoff und Schwefel) unterliegen die neutronenärmsten Isotope einer Protonenemission , die mäßig neutronenarmen Isotope unterliegen einem Elektroneneinfang oder β + -Zerfall , die mäßig neutronenreichen Isotopen unterliegen einem β -Zerfall und die neutronenreichsten Isotope unterliegen einer Neutronenemission . Die mittleren Chalkogene (Selen und Tellur) haben ähnliche Zerfallstendenzen wie die leichteren Chalkogene, aber ihre Isotope unterliegen keiner Protonenemission und einige der neutronenärmsten Isotope von Tellur unterliegen einem Alpha-Zerfall . Die Isotope von Polonium neigen dazu, mit Alpha- oder Beta-Zerfall zu zerfallen. Isotope mit Kernspins sind bei den Chalkogenen Selen und Tellur häufiger als bei Schwefel.

Allotrope

Phasendiagramm von Schwefel, das die relativen Stabilitäten mehrerer Allotrope zeigt
Die vier stabilen Chalkogene bei STP

Das häufigste Allotrop von Sauerstoff ist zweiatomiger Sauerstoff oder O 2 , ein reaktives paramagnetisches Molekül, das für aerobe Organismen allgegenwärtig ist und in flüssigem Zustand eine blaue Farbe hat . Ein weiteres Allotrop ist O 3 oder Ozon , das aus drei Sauerstoffatomen besteht, die in einer gebogenen Formation miteinander verbunden sind. Es gibt auch ein Allotrop namens Tetrasauerstoff oder O 4 und sechs Allotrope von festem Sauerstoff, einschließlich "roter Sauerstoff", der die Formel O 8 hat .

Schwefel hat über 20 bekannte Allotrope, was mehr als jedes andere Element außer Kohlenstoff ist . Die gebräuchlichsten Allotrope liegen in Form von Acht-Atom-Ringen vor, aber auch andere molekulare Allotrope, die nur zwei oder 20 Atome enthalten, sind bekannt. Andere bemerkenswerte Schwefelallotrope umfassen rhombischen Schwefel und monoklinen Schwefel. Rhombischer Schwefel ist das stabilere der beiden Allotrope. Monokliner Schwefel hat die Form langer Nadeln und entsteht, wenn flüssiger Schwefel bis knapp unter seinen Schmelzpunkt abgekühlt wird. Die Atome in flüssigem Schwefel liegen im Allgemeinen in Form von langen Ketten vor, aber ab 190° Celsius beginnen die Ketten zu zerfallen. Wenn flüssige Schwefel über 190 ° Celsius wird gefroren sehr schnell, ist die sich ergebende amorphe oder Schwefel „Kunststoff“ Schwefel. Gasförmiger Schwefel ist eine Mischung aus zweiatomigem Schwefel (S 2 ) und 8-atomigen Ringen.

Selen hat mindestens acht verschiedene Allotrope. Das graue Allotrop, das allgemein als "metallisches" Allotrop bezeichnet wird, ist, obwohl es kein Metall ist, stabil und hat eine hexagonale Kristallstruktur . Das graue Allotrop von Selen ist weich mit einer Mohs-Härte von 2 und spröde. Vier weitere Allotrope von Selen sind metastabil . Dazu gehören zwei monokline rote Allotrope und zwei amorphe Allotrope, von denen eines rot und eines schwarz ist. Das rote Allotrop wandelt sich in Gegenwart von Wärme in das schwarze Allotrop um. Das graue Allotrop von Selen besteht aus Spiralen auf Selenatomen, während eines der roten Allotrope aus Stapeln von Selenringen (Se 8 ) besteht.

Von Tellur sind keine Allotrope bekannt, obwohl seine typische Form hexagonal ist. Polonium hat zwei Allotrope, die als α-Polonium und β-Polonium bekannt sind. α-Polonium hat eine kubische Kristallstruktur und wandelt sich bei 36 °C in das rhomboedrische β-Polonium um.

Die Chalkogene haben unterschiedliche Kristallstrukturen. Die Kristallstruktur von Sauerstoff ist monoklin , die von Schwefel ist orthorhombisch , Selen und Tellur haben die hexagonale Kristallstruktur, während Polonium eine kubische Kristallstruktur hat .

Chemisch

Sauerstoff, Schwefel und Selen sind Nichtmetalle und Tellur ist ein Halbmetall , was bedeutet, dass seine chemischen Eigenschaften zwischen denen eines Metalls und denen eines Nichtmetalls liegen. Es ist nicht sicher, ob Polonium ein Metall oder ein Halbmetall ist. Einige Quellen beziehen sich auf Polonium als Metalloid, obwohl es einige metallische Eigenschaften hat. Außerdem zeigen einige Allotrope von Selen die Eigenschaften eines Metalloids, obwohl Selen normalerweise als Nichtmetall angesehen wird. Obwohl Sauerstoff ein Chalkogen ist, unterscheiden sich seine chemischen Eigenschaften von denen anderer Chalkogene. Ein Grund dafür ist, dass die schwereren Chalkogene freie d-Orbitale haben . Die Elektronegativität von Sauerstoff ist auch viel höher als die der anderen Chalkogene. Dadurch ist die elektrische Polarisierbarkeit von Sauerstoff um ein Vielfaches geringer als die der anderen Chalkogene.

Für eine kovalente Bindung kann ein Chalkogen nach der Oktettregel zwei Elektronen aufnehmen, so dass zwei freie Elektronenpaare übrig bleiben . Wenn ein Atom zwei Einfachbindungen eingeht , bilden sie einen Winkel zwischen 90° und 120° . In 1+ Kationen wie H
3
Ö+
, bildet ein Chalkogen drei Molekülorbitale, die trigonal-pyramidal angeordnet sind, und ein einsames Paar. Auch in Chalkogenverbindungen sind Doppelbindungen üblich, beispielsweise in Chalkogenaten (siehe unten).

Die Oxidationszahl der häufigsten Chalkogenverbindungen mit positiven Metallen beträgt -2. Allerdings nimmt die Tendenz der Chalkogene, Verbindungen im –2-Zustand zu bilden, zu den schwereren Chalkogenen hin ab. Andere Oxidationszahlen, wie –1 in Pyrit und Peroxid , treten auf. Die höchste formale Oxidationszahl ist +6. Diese Oxidationszahl findet sich in Sulfaten , Selenaten , Telluraten , Polonaten und ihren entsprechenden Säuren wie Schwefelsäure .

Sauerstoff ist das elektronegativste Element außer Fluor und bildet Verbindungen mit fast allen chemischen Elementen, einschließlich einiger der Edelgase . Es verbindet sich gewöhnlich mit vielen Metallen und Halbmetallen , um Oxide zu bilden , einschließlich Eisenoxid , Titanoxid und Siliziumoxid . Die häufigste Oxidationsstufe von Sauerstoff ist –2, und die Oxidationsstufe –1 ist ebenfalls relativ häufig. Mit Wasserstoff bildet es Wasser und Wasserstoffperoxid . Organische Sauerstoffverbindungen sind in der organischen Chemie allgegenwärtig .

Die Oxidationsstufen von Schwefel sind -2, +2, +4 und +6. Schwefelhaltige Analoga von Sauerstoffverbindungen haben oft das Präfix thio- . Die Chemie von Schwefel ähnelt in vielerlei Hinsicht der von Sauerstoff. Ein Unterschied besteht darin, dass Schwefel-Schwefel -Doppelbindungen viel schwächer sind als Sauerstoff-Sauerstoff-Doppelbindungen, aber Schwefel-Schwefel- Einfachbindungen stärker sind als Sauerstoff-Sauerstoff-Einfachbindungen. Organische Schwefelverbindungen wie Thiole haben einen starken spezifischen Geruch, und einige wenige werden von einigen Organismen verwertet.

Die Oxidationsstufen von Selen sind -2, +4 und +6. Selen bindet wie die meisten Chalkogene an Sauerstoff. Es gibt einige organische Selenverbindungen , wie zum Beispiel Selenoproteine . Die Oxidationsstufen von Tellur sind -2, +2, +4 und +6. Tellur bildet die Oxide Tellurmonoxid , Tellurdioxid und Tellurtrioxid . Die Oxidationsstufen von Polonium sind +2 und +4.

Wasser tropft in ein Glas und zeigt Tropfen und Blasen.
Wasser ( H
2
O
) ist die bekannteste chalkogenhaltige Verbindung.

Es gibt viele Säuren, die Chalkogene enthalten, darunter Schwefelsäure, schweflige Säure , Selensäure und Tellursäure . Alle Hydrogenchalkogenide außer Wasser sind giftig . Sauerstoffionen liegen oft in Form von Oxidionen vor ( O2−
), Peroxidionen ( O2−
2
) und Hydroxidionen ( OH
). Schwefelionen liegen im Allgemeinen in Form von Sulfiden vor ( S2−
), Sulfite ( SO2−
3
), Sulfate ( SO2−
4
) und Thiosulfate ( S
2
Ö2−
3
). Selenionen kommen normalerweise in Form von Seleniden ( Se2−
) und Selenate ( SeO2−
4
). Tellur-Ionen liegen oft in Form von Telluraten vor ( TeO2−
4
). Moleküle, die an Chalkogene gebundenes Metall enthalten, sind als Mineralien üblich. Beispielsweise Pyrit (FeS 2 ) ist ein Eisenerz und das seltene Mineral Calaverit ist die ditellurid ( Au , Ag ) Te 2 .

Obwohl alle Elemente der Gruppe 16 des Periodensystems, einschließlich Sauerstoff, als Chalkogene definiert werden können, werden Sauerstoff und Oxide normalerweise von Chalkogenen und Chalkogeniden unterschieden . Der Begriff Chalkogenid ist eher für Sulfide , Selenide und Telluride als für Oxide reserviert .

Abgesehen von Polonium sind sich die Chalkogene chemisch alle ziemlich ähnlich. Sie alle bilden bei der Reaktion mit elektropositiven Metallen X 2− -Ionen .

Sulfidminerale und analoge Verbindungen erzeugen bei Reaktion mit Sauerstoff Gase.

Verbindungen

Mit Halogenen

Chalkogene bilden auch Verbindungen mit Halogenen, die als Chalkogenide oder Chalkogenhalogenide bekannt sind . Die meisten einfachen Chalkogenhalogenide sind bekannt und werden häufig als chemische Reagenzien verwendet . Kompliziertere Chalkogenhalogenide wie Sulfenyl-, Sulfonyl- und Sulfurylhalogenide sind der Wissenschaft jedoch weniger bekannt. Von den rein aus Chalkogenen und Halogenen bestehenden Verbindungen sind insgesamt 13 Chalkogenfluoride, neun Chalkogenchloride, acht Chalkogenbromide und sechs Chalkogeniodide bekannt. Die schwereren Chalkogenhalogenide haben oft signifikante molekulare Wechselwirkungen. Schwefelfluoride mit niedrigen Wertigkeiten sind ziemlich instabil und über ihre Eigenschaften ist wenig bekannt. Schwefelfluoride mit hohen Wertigkeiten, wie Schwefelhexafluorid , sind jedoch stabil und bekannt. Schwefeltetrafluorid ist auch ein bekanntes Schwefelfluorid. Bestimmte Selenfluoride, wie Selendifluorid , wurden in kleinen Mengen hergestellt. Die Kristallstrukturen von Selentetrafluorid und Tellurtetrafluorid sind bekannt. Chalkogenchloride und -bromide wurden ebenfalls untersucht. Insbesondere Selendichlorid und Schwefeldichlorid können zu organischen Selenverbindungen reagieren . Es ist auch bekannt, dass Dichalkogendihalogenide wie Se 2 Cl 2 existieren. Es gibt auch gemischte Chalkogen-Halogen-Verbindungen. Dazu gehört SeSX, wobei X Chlor oder Brom ist. Solche Verbindungen können sich in Mischungen aus Schwefeldichlorid und Selenhalogeniden bilden. Diese Verbindungen wurden erst seit 2008 strukturell charakterisiert. Im Allgemeinen sind Diselen- und Dischwefelchloride und -bromide nützliche chemische Reagenzien. Chalkogenhalogenide mit gebundenen Metallatomen sind in organischen Lösungen löslich. Ein Beispiel für eine solche Verbindung ist Mo S 2 Cl 3 . Im Gegensatz zu Selenchloriden und -bromiden wurden Seleniodide bis 2008 nicht isoliert, obwohl sie wahrscheinlich in Lösung vorkommen. Diselendiiodid tritt jedoch im Gleichgewicht mit Selenatomen und Jodmolekülen auf. Einige Tellurhalogenide mit niedriger Wertigkeit, wie Te 2 Cl 2 und Te 2 Br 2 , bilden im festen Zustand Polymere . Diese Tellurhalogenide können durch Reduktion von reinem Tellur mit Superhydrid und Umsetzung des resultierenden Produkts mit Tellurtetrahalogeniden synthetisiert werden. Ditelluriumdihalogenide neigen dazu, weniger stabil zu werden, wenn die Halogenide in Ordnungszahl und Atommasse kleiner werden. Tellur bildet auch Jodide mit noch weniger Jodatomen als Dijodide. Dazu gehören TeI und Te 2 I. Diese Verbindungen haben im Festkörper ausgedehnte Strukturen. Halogene und Chalkogene können auch Halochalcogenat- Anionen bilden .

Bio

Alkohole , Phenole und andere ähnliche Verbindungen enthalten Sauerstoff. Jedoch in Thiolen , Selenolen und Tellurolen ; Schwefel, Selen und Tellur ersetzen Sauerstoff. Thiole sind bekannter als Selenole oder Tellurole. Thiole sind die stabilsten Chalkogenole und Tellurole sind die am wenigsten stabil, da sie bei Hitze oder Licht instabil sind. Andere organische Chalkogenverbindungen umfassen Thioether , Selenoether und Telluroether. Einige davon, wie Dimethylsulfid , Diethylsulfid und Dipropylsulfid, sind im Handel erhältlich. Selenoether liegen in Form von R 2 Se oder R SeR vor. Telluroether wie Dimethyltellurid werden typischerweise auf die gleiche Weise wie Thioether und Selenoether hergestellt. Organische Chalkogenverbindungen, insbesondere organische Schwefelverbindungen, neigen dazu, unangenehm zu riechen. Auch Dimethyltellurid riecht unangenehm und Selenophenol ist bekannt für seinen "metaphysischen Gestank". Es gibt auch Thioketone , Selenoketone und Telluroketone . Von diesen sind Thioketone die am besten untersuchten mit 80 % der Veröffentlichungen über Chalkogenoketone. Selenoketone machen 16% dieser Papiere aus und Telluroketone machen 4% davon aus. Thioketone haben gut untersuchte nichtlineare elektrische und photophysikalische Eigenschaften. Selenoketone sind weniger stabil als Thioketone und Telluroketone sind weniger stabil als Selenoketone. Telluroketone haben die höchste Polarität der Chalkogenoketone.

Mit Metallen

Elementare Chalkogene reagieren mit bestimmten Lanthanoid-Verbindungen zu Lanthanoid-Clustern, die reich an Chalkogenen sind. Es gibt auch Uran (IV)-chalkogenol-Verbindungen. Es gibt auch Übergangsmetallchalkogenole, die das Potenzial haben, als Katalysatoren zu dienen und Nanopartikel zu stabilisieren.

Es gibt eine sehr große Anzahl von Metallchalkogeniden. Eine der neueren Entdeckungen in dieser Gruppe von Verbindungen ist Rb 2 Te . Es gibt auch Verbindungen, in denen Alkalimetalle und Übergangsmetalle wie die Übergangsmetalle der vierten Periode außer Kupfer und Zink enthalten sind . In stark metallreichen Metallchalkogeniden wie Lu 7 Te und Lu 8 Te weisen Chalkogenatome enthaltende Domänen des Kristallgitters des Metalls auf. Obwohl diese Verbindungen existieren, wurden bis 2008 keine analogen Chemikalien entdeckt, die Lanthan , Praseodym , Gadolinium , Holmium , Terbium oder Ytterbium enthalten . Die Metalle der Borgruppe Aluminium, Gallium und Indium bilden auch Bindungen zu Chalkogenen. Das Ti 3+ -Ion bildet Chalkogenid- Dimere wie Ti Tl 5 Se 8 . Metallchalkogenid-Dimere kommen auch als niedere Telluride vor, wie z. B. Zr 5 Te 6 .

Mit Pniktogenen

Wismutsulfid, ein pniktogenes Chalkogenid

Verbindungen mit Chalkogen- Phosphor- Bindungen werden seit mehr als 200 Jahren erforscht. Diese Verbindungen umfassen einfache Phosphorchalkogenide sowie große Moleküle mit biologischen Funktionen und Phosphor-Chalkogen-Verbindungen mit Metallclustern. Diese Verbindungen haben zahlreiche Anwendungen, einschließlich Streichhölzer und Quantenpunkte . Insgesamt wurden 130.000 Verbindungen mit mindestens einer Phosphor-Schwefel-Bindung, 6000 Verbindungen mit mindestens einer Phosphor-Selen-Bindung und 350 Verbindungen mit mindestens einer Phosphor-Tellur-Bindung entdeckt. Der Rückgang der Zahl der Chalkogen-Phosphor-Verbindungen weiter unten im Periodensystem ist auf die abnehmende Bindungsstärke zurückzuführen. Solche Verbindungen neigen mindestens ein Phosphoratom im Zentrum, umgeben von vier Chalkogenen und Seitenketten . Einige Phosphor-Chalkogen-Verbindungen enthalten jedoch auch Wasserstoff (wie sekundäre Phosphinchalkogenide ) oder Stickstoff (wie Dichalcogenoimidodiphosphate). Phosphorselenide sind typischerweise schwieriger zu handhaben als Phosphorsulfide, und Verbindungen in der Form P x Te y wurden nicht entdeckt. Chalkogene verbinden sich auch mit anderen Pniktogenen wie Arsen , Antimon und Wismut . Schwerere Chalkogenpniktide neigen dazu, anstelle einzelner Moleküle bandförmige Polymere zu bilden . Chemische Formeln dieser Verbindungen umfassen Bi 2 S 3 und Sb 2 Se 3 . Ternäre Chalkogen-Pniktide sind ebenfalls bekannt. Beispiele hierfür umfassen P 4 O 6 Se und P 3 SbS 3 . Es gibt auch Salze, die Chalkogene und Pniktogene enthalten. Fast alle Chalkogen-Pniktid-Salze liegen typischerweise in Form von [Pn x E 4x ] 3− vor , wobei Pn ein Pniktogen und E ein Chalkogen ist. Tertiäre Phosphine können mit Chalkogenen reagieren, um Verbindungen in Form von R 3 PE zu bilden, wobei E ein Chalkogen ist. Wenn E Schwefel ist, sind diese Verbindungen relativ stabil, aber weniger, wenn E Selen oder Tellur ist. In ähnlicher Weise können sekundäre Phosphine mit Chalkogenen reagieren, um sekundäre Phosphinchalkogenide zu bilden. Diese Verbindungen befinden sich jedoch in einem Gleichgewichtszustand mit Chalkogenophosphinigsäure. Sekundäre Phosphinchalkogenide sind schwache Säuren . Binäre Verbindungen bestehend aus Antimon oder Arsen und einem Chalkogen. Diese Verbindungen neigen dazu, bunt zu sein und können durch eine Reaktion der konstituierenden Elemente bei Temperaturen von 500 bis 900 ° C (932 bis 1.652 ° F) erzeugt werden.

Sonstiges

Chalkogene bilden Einfachbindungen und Doppelbindungen mit anderen Kohlenstoffgruppenelementen als Kohlenstoff, wie Silizium , Germanium und Zinn . Solche Verbindungen , die typischerweise aus einer Reaktion von Kohlenstoff - Gruppe Halogenide und Salze oder chalcogenol chalcogenol bilden Basen . Zyklische Verbindungen mit Chalkogenen, Kohlenstoffgruppenelementen und Boratomen existieren und entstehen aus der Reaktion von Bordichalkogenaten und Kohlenstoffgruppenmetallhalogeniden. Es wurden Verbindungen in Form von ME entdeckt, wobei M Silizium, Germanium oder Zinn ist und E Schwefel, Selen oder Tellur ist. Diese bilden sich, wenn Hydride der Kohlenstoffgruppe reagieren oder wenn schwerere Versionen von Carbenen reagieren. Schwefel und Tellur können sich mit organischen Verbindungen verbinden, die sowohl Silizium als auch Phosphor enthalten.

Alle Chalkogene bilden Hydride . In einigen Fällen tritt dies bei Chalkogenen auf, die mit zwei Wasserstoffatomen verbunden sind. Jedoch Tellur Hydrid und Polonium Hydrid beide flüchtig sind und sehr labil . Außerdem kann Sauerstoff wie in Wasserstoffperoxid im Verhältnis 1:1 an Wasserstoff binden , aber diese Verbindung ist instabil.

Chalkogenverbindungen bilden eine Reihe von Interchalkogenen . Schwefel bildet beispielsweise das giftige Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid . Tellur bildet auch Oxide. Es gibt auch einige Chalkogensulfide. Dazu gehört Selensulfid , ein Inhaltsstoff einiger Shampoos .

Seit 1990 wurden eine Reihe von Boriden mit daran gebundenen Chalkogenen nachgewiesen. Die Chalkogene in diesen Verbindungen sind hauptsächlich Schwefel, obwohl einige stattdessen Selen enthalten. Ein solches Chalkogenborid besteht aus zwei Molekülen Dimethylsulfid, die an ein Bor-Wasserstoff-Molekül gebunden sind. Andere wichtige Bor-Chalkogen-Verbindungen umfassen makropolyedrische Systeme. Solche Verbindungen neigen dazu, Schwefel als Chalkogen zu enthalten. Es gibt auch Chalkogenboride mit zwei, drei oder vier Chalkogenen. Viele davon enthalten Schwefel, aber einige, wie Na 2 B 2 Se 7 enthalten stattdessen Selen.

Geschichte

Frühe Entdeckungen

Griechisches Feuer, eine frühe Entdeckung im Zusammenhang mit Schwefel

Schwefel ist seit der Antike bekannt und wird in der Bibel fünfzehnmal erwähnt. Es war den alten Griechen bekannt und wurde häufig von den alten Römern abgebaut . Es wurde auch historisch als Bestandteil des griechischen Feuers verwendet . Im Mittelalter war es ein wichtiger Bestandteil alchemistischer Experimente. In den 1700er und 1800er Jahren bewiesen die Wissenschaftler Joseph Louis Gay-Lussac und Louis-Jacques Thénard , dass Schwefel ein chemisches Element ist.

Frühe Versuche, Sauerstoff aus Luft zu trennen, wurden dadurch behindert, dass Luft bis ins 17. und 18. Jahrhundert als ein einziges Element betrachtet wurde. Robert Hooke , Mikhail Lomonosov , Ole Borch und Pierre Bayden haben alle erfolgreich Sauerstoff erzeugt, aber zu diesem Zeitpunkt nicht realisiert. Sauerstoff wurde 1774 von Joseph Priestley entdeckt, als er Sonnenlicht auf eine Quecksilberoxidprobe fokussierte und das resultierende Gas sammelte. Auch Carl Wilhelm Scheele hatte 1771 nach der gleichen Methode Sauerstoff erzeugt, aber Scheele veröffentlichte seine Ergebnisse erst 1777.

Tellur wurde erstmals 1783 von Franz Joseph Müller von Reichenstein entdeckt . Er entdeckte Tellur in einer Probe von dem, was heute als Calaverit bekannt ist. Müller ging zunächst davon aus, dass es sich bei der Probe um reines Antimon handelte, aber Tests, die er an der Probe durchführte, stimmten nicht damit überein. Muller vermutete dann, dass es sich bei der Probe um Wismutsulfid handelte , aber Tests bestätigten, dass die Probe nicht das war. Einige Jahre lang dachte Müller über das Problem nach. Schließlich stellte er fest, dass die Probe mit einem unbekannten Element goldgebunden war. 1796 schickte Müller einen Teil der Probe an den deutschen Chemiker Martin Klaproth , der das unentdeckte Element reinigte. Klaproth beschloss, das Element Tellur nach dem lateinischen Wort für Erde zu nennen.

Selen wurde 1817 von Jöns Jacob Berzelius entdeckt . Berzelius bemerkte in einer Schwefelsäurefabrik ein rotbraunes Sediment. Es wurde angenommen, dass die Probe Arsen enthält. Berzelius dachte zunächst, dass das Sediment Tellur enthielt, stellte jedoch fest, dass es auch ein neues Element enthielt, das er nach der griechischen Mondgöttin Selene Selen nannte.

Platzierung des Periodensystems

Das 1871 von Dmitri Mendeleev vorgeschlagene Periodensystem zeigt Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur als Teil seiner Gruppe VI

Drei der Chalkogene (Schwefel, Selen und Tellur) waren Teil der Entdeckung der Periodizität , da sie zu einer Reihe von Triaden von Elementen derselben Gruppe gehören , die von Johann Wolfgang Döbereiner mit ähnlichen Eigenschaften beschrieben wurden. Um 1865 produzierte John Newlands eine Reihe von Veröffentlichungen, in denen er die Elemente in der Reihenfolge ihres zunehmenden Atomgewichts und ähnlicher physikalischer und chemischer Eigenschaften auflistete, die in Abständen von acht wiederkehrten; er verglich diese Periodizität mit den Oktaven der Musik. Seine Version umfasste eine "Gruppe b", bestehend aus Sauerstoff, Schwefel, Selen, Tellur und Osmium .

Johann Wolfgang Döbereiner war einer der ersten, der Ähnlichkeiten zwischen den heutigen Chalkogenen bemerkte.

Nach 1869 schlug Dmitri Mendeleev sein Periodensystem vor, Sauerstoff an die Spitze der "Gruppe VI" über Schwefel, Selen und Tellur zu setzen. Chrom , Molybdän , Wolfram und Uran wurden manchmal in diese Gruppe aufgenommen, aber sie wurden später als Teil der Gruppe VIB neu angeordnet ; Uran wurde später in die Aktinidenreihe überführt . Sauerstoff wurde zusammen mit Schwefel, Selen, Tellur und später Polonium in die Gruppe VIA eingeordnet , bis der Name der Gruppe 1988 in Gruppe 16 geändert wurde .

Moderne Entdeckungen

Ende des 19. Jahrhunderts entdeckten Marie Curie und Pierre Curie , dass eine Probe Pechblende viermal so viel Radioaktivität emittiert, wie allein durch das Vorhandensein von Uran erklärt werden könnte. Die Curies sammelten mehrere Tonnen Pechblende und verfeinerten sie mehrere Monate lang, bis sie eine reine Poloniumprobe hatten. Die Entdeckung fand offiziell im Jahr 1898 statt. Vor der Erfindung der Teilchenbeschleuniger bestand die einzige Möglichkeit zur Herstellung von Polonium darin, es über mehrere Monate aus Uranerz zu gewinnen.

Der erste Versuch, Lebermorium zu erzeugen, war von 1976 bis 1977 beim LBNL , der Curium-248 mit Calcium-48 bombardierte, aber nicht erfolgreich war. Nach mehreren gescheiterten Versuchen 1977, 1998 und 1999 von Forschungsgruppen in Russland, Deutschland und den USA wurde im Jahr 2000 am Joint Institute for Nuclear Research erfolgreich Lebermorium hergestellt, indem Curium- 248-Atome mit Calcium-48-Atomen beschossen wurden . Das Element war als Ununhexium bekannt, bis es 2012 offiziell Lebermorium genannt wurde.

Namen und Etymologie

Im 19. Jahrhundert, Jons Jacob Berzelius vorgeschlagen , um die Elemente in der Gruppe 16 „amphigens“ nennen, wie die Elemente in der Gruppe gebildet amphid Salze (Salz von Oxysäuren . Früher als aus zwei Oxide angesehen, eine Säure und ein basisches Oxid) Der Begriff wurde Anfang des 19. Jahrhunderts verwendet, ist aber heute veraltet. Der Name Chalkogen leitet sich von den griechischen Wörtern χαλκος ( chalkos , wörtlich „ Kupfer “) und γενές ( Gene , geboren, Geschlecht, entzünden) ab. Es wurde erstmals 1932 von der Gruppe um Wilhelm Biltz an der Leibniz Universität Hannover verwendet , wo es von Werner Fischer vorgeschlagen wurde . Das Wort "Chalkogen" gewann in den 1930er Jahren in Deutschland an Popularität, da der Begriff analog zu "Halogen" war. Obwohl die wörtliche Bedeutung der neugriechischen Wörter impliziert, dass Chalkogen "Kupferbildner" bedeutet, ist dies irreführend, da die Chalkogene nichts mit Kupfer im Besonderen zu tun haben. "Erzbildner" wurde als bessere Übersetzung vorgeschlagen, da die überwiegende Mehrheit der Metallerze Chalkogenide sind und das Wort χαλκος im Altgriechischen mit Metallen und metallhaltigem Gestein im Allgemeinen in Verbindung gebracht wurde; Kupfer und seine Legierung Bronze waren eines der ersten Metalle, die vom Menschen verwendet wurden.

Der Name Oxygen leitet sich von den griechischen Wörtern oxy genes ab , was „Säure bildend“ bedeutet. Der Name von Sulphur kommt entweder vom lateinischen Wort Sulfurium oder dem Sanskrit- Wort sulvere ; Beide Begriffe sind alte Wörter für Schwefel. Selen ist nach der griechischen Mondgöttin Selene benannt , um dem zuvor entdeckten Element Tellur zu entsprechen, dessen Name vom lateinischen Wort telus stammt , was Erde bedeutet. Polonium ist nach dem Geburtsland von Marie Curie, Polen, benannt. Livermorium ist nach dem Lawrence Livermore National Laboratory benannt .

Auftreten

Die vier leichtesten Chalkogene (Sauerstoff, Schwefel, Selen und Tellur) sind alle Urelemente der Erde. Schwefel und Sauerstoff kommen als konstituierende Kupfererze vor und Selen und Tellur kommen in kleinen Spuren in solchen Erzen vor. Polonium entsteht auf natürliche Weise durch den Zerfall anderer Elemente, obwohl es nicht ursprünglich ist. Livermorium kommt in der Natur überhaupt nicht vor.

Sauerstoff macht 21 Gewichtsprozent der Atmosphäre, 89 Gewichtsprozent Wasser, 46 Gewichtsprozent der Erdkruste und 65 Gewichtsprozent des menschlichen Körpers aus. Sauerstoff kommt auch in vielen Mineralien vor, in allen Oxidmineralien und Hydroxidmineralien und in zahlreichen anderen Mineralgruppen. Auch Sterne mit einer mindestens achtfachen Sonnenmasse produzieren in ihrem Kern durch Kernfusion Sauerstoff . Sauerstoff ist das dritthäufigste Element im Universum und macht 1 % des Gewichts des Universums aus.

Schwefel macht 0,035% der Erdkruste nach Gewicht aus, ist damit das 17. häufigste Element und macht 0,25% des menschlichen Körpers aus. Es ist ein wesentlicher Bestandteil des Bodens. Schwefel macht 870 Teile pro Million Meerwasser und etwa 1 Teil pro Milliarde der Atmosphäre aus. Schwefel kann in elementarer Form oder in Form von Sulfidmineralien , Sulfatmineralien oder Sulfosalzmineralien gefunden werden . Sterne mit mindestens 12-facher Sonnenmasse produzieren in ihren Kernen durch Kernfusion Schwefel. Schwefel ist das zehnthäufigste Element im Universum und macht 500 Gewichtsteile pro Million des Universums aus.

Selen macht 0,05 Gewichtsteile pro Million der Erdkruste aus. Damit ist es das 67. häufigste Element der Erdkruste. Selen macht durchschnittlich 5 ppm der Böden aus . Meerwasser enthält etwa 200 Teile pro Billion Selen. Die Atmosphäre enthält 1 Nanogramm Selen pro Kubikmeter. Es gibt Mineralgruppen, die als Selenate und Selenite bekannt sind , aber es gibt nicht viele Mineralien in diesen Gruppen. Selen wird nicht direkt durch Kernfusion hergestellt. Selen macht 30 Gewichtsteile pro Milliarde des Universums aus.

Es gibt nur 5 ppm Tellur in der Erdkruste und 15 ppm Tellur im Meerwasser. Tellur ist eines der acht oder neun am wenigsten vorkommenden Elemente in der Erdkruste. Es gibt einige Dutzend Telluratminerale und Telluridmineralien , und Tellur kommt in einigen Mineralien mit Gold vor, wie Sylvanit und Calaverit. Tellur macht 9 Gewichtsteile pro Milliarde des Universums aus.

Polonium kommt auf der Erde nur in Spuren vor, durch radioaktiven Zerfall von Uran und Thorium. Es kommt in Uranerzen in Konzentrationen von 100 Mikrogramm pro Tonne vor. Polonium kommt in sehr geringen Mengen im Boden und damit in den meisten Nahrungsmitteln und somit im menschlichen Körper vor. Die Erdkruste enthält weniger als 1 Teil pro Milliarde Polonium und ist damit eines der zehn seltensten Metalle der Erde.

Livermorium wird in Teilchenbeschleunigern immer künstlich hergestellt . Selbst bei der Herstellung werden nur wenige Atome gleichzeitig synthetisiert.

Chalkophile Elemente

Chalkophile Elemente sind solche, die auf oder nahe der Oberfläche verbleiben, weil sie sich leicht mit anderen Chalkogenen als Sauerstoff verbinden und Verbindungen bilden, die nicht in den Kern sinken. Chalkophile ("chalkogen-liebende") Elemente sind in diesem Zusammenhang solche Metalle und schwerere Nichtmetalle, die eine geringe Affinität zu Sauerstoff haben und sich bevorzugt als Sulfide mit dem schwereren Chalkogen-Schwefel verbinden. Da Sulfidminerale viel dichter sind als die von lithophilen Elementen gebildeten Silikatmineralien , trennten sich die Chalkophilen zum Zeitpunkt der ersten Kristallisation der Erdkruste unterhalb der lithophilen Elemente. Dies hat zu ihrer Erschöpfung in der Erdkruste im Verhältnis zu ihren solaren Häufigkeiten geführt, obwohl diese Erschöpfung nicht das Niveau erreicht hat, das bei siderophilen Elementen gefunden wird.

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Produktion

Jährlich werden etwa 100 Millionen Tonnen Sauerstoff produziert. Sauerstoff wird am häufigsten durch fraktionierte Destillation hergestellt , bei der Luft zu einer Flüssigkeit abgekühlt und dann erwärmt wird, sodass alle Bestandteile der Luft außer Sauerstoff in Gase umgewandelt und entweichen können. Durch mehrmaliges fraktioniertes Destillieren von Luft kann 99,5% reiner Sauerstoff erzeugt werden. Eine andere Methode zur Sauerstofferzeugung besteht darin, einen Strom trockener, sauberer Luft durch ein Molekularsiebbett aus Zeolith zu schicken , das den Stickstoff der Luft absorbiert und 90 bis 93% reinen Sauerstoff hinterlässt.

Aus der Ölraffination in Alberta gewonnener Schwefel, der für den Versand in North Vancouver , Britisch-Kolumbien , gelagert wird

Schwefel kann in seiner elementaren Form abgebaut werden, obwohl diese Methode nicht mehr so ​​beliebt ist wie früher. 1865 wurde in den US-Bundesstaaten Louisiana und Texas eine große Lagerstätte elementaren Schwefels entdeckt, die jedoch zu dieser Zeit schwer zu fördern war. In den 1890er Jahren kam Herman Frasch auf die Lösung, den Schwefel mit überhitztem Dampf zu verflüssigen und an die Oberfläche zu pumpen. Stattdessen wird Schwefel heute häufiger aus Erdöl , Erdgas und Teer gewonnen .

Die Weltproduktion an Selen beträgt etwa 1500 Tonnen pro Jahr, von denen etwa 10 % recycelt werden. Japan ist der größte Produzent und produziert 800 Tonnen Selen pro Jahr. Andere große Produzenten sind Belgien (300 Tonnen pro Jahr), die Vereinigten Staaten (über 200 Tonnen pro Jahr), Schweden (130 Tonnen pro Jahr) und Russland (100 Tonnen pro Jahr). Selen kann aus den Abfällen der elektrolytischen Kupferraffination gewonnen werden. Eine andere Methode zur Herstellung von Selen besteht darin, selensammelnde Pflanzen wie Milchwicke zu züchten . Diese Methode könnte drei Kilogramm Selen pro Morgen produzieren, wird aber nicht allgemein praktiziert.

Tellur fällt meist als Nebenprodukt bei der Kupferverarbeitung an. Tellur kann auch durch elektrolytische Reduktion von Natriumtellurid veredelt werden . Die Weltproduktion von Tellur liegt zwischen 150 und 200 Tonnen pro Jahr. Die Vereinigten Staaten sind einer der größten Tellurproduzenten mit einer Produktion von rund 50 Tonnen pro Jahr. Peru, Japan und Kanada sind ebenfalls große Tellurproduzenten.

Bis zur Errichtung von Kernreaktoren musste das gesamte Polonium aus Uranerz gewonnen werden. Heutzutage werden die meisten Isotope von Polonium durch Beschuss von Wismut mit Neutronen hergestellt. Polonium kann auch durch hohe Neutronenflüsse in Kernreaktoren erzeugt werden . Jährlich werden etwa 100 Gramm Polonium produziert. Das gesamte für kommerzielle Zwecke produzierte Polonium wird im Kernreaktor Ozersk in Russland hergestellt. Von dort wird es zur Reinigung nach Samara, Russland , und von dort zur Verteilung nach St. Petersburg gebracht . Die Vereinigten Staaten sind der größte Verbraucher von Polonium.

Alles Lebermorium wird künstlich in Teilchenbeschleunigern hergestellt . Die erste erfolgreiche Produktion von Lebermorium wurde durch Beschuss von Curium-248-Atomen mit Calcium-48- Atomen erreicht. Bis 2011 wurden ungefähr 25 Atome von Lebermorium synthetisiert.

Anwendungen

Die Stahlerzeugung ist die wichtigste Verwendung von Sauerstoff; 55 % des gesamten produzierten Sauerstoffs gehen in diese Anwendung. Auch die chemische Industrie verwendet große Mengen an Sauerstoff; 25 % des gesamten produzierten Sauerstoffs gehen in diese Anwendung. Die restlichen 20 % des produzierten Sauerstoffs verteilen sich hauptsächlich auf medizinische Zwecke, Wasseraufbereitung (da Sauerstoff einige Arten von Bakterien abtötet), Raketentreibstoff (in flüssiger Form) und Metallschneiden.

Der meiste produzierte Schwefel wird in Schwefeldioxid umgewandelt , das weiter in Schwefelsäure umgewandelt wird , eine sehr verbreitete Industriechemikalie. Andere gebräuchliche Verwendungen sind ein wichtiger Bestandteil von Schießpulver und griechischem Feuer sowie die Verwendung zur Änderung des pH-Werts des Bodens . Schwefel wird auch in Gummi eingemischt, um es zu vulkanisieren . Schwefel wird in einigen Arten von Beton und Feuerwerkskörpern verwendet . 60 % der gesamten produzierten Schwefelsäure werden zur Herstellung von Phosphorsäure verwendet . Schwefel wird als Pestizid (insbesondere als Akarizid und Fungizid ) auf "Obst-, Zier-, Gemüse-, Getreide- und anderen Feldfrüchten" verwendet.

Schießpulver , eine Anwendung von Schwefel

Etwa 40 % des gesamten produzierten Selens gehen in die Glasherstellung . 30% des gesamten produzierten Selens gehen in die Metallurgie , einschließlich der Manganproduktion . 15% des gesamten produzierten Selens gehen in die Landwirtschaft . Elektronik wie photovoltaische Materialien beanspruchen 10 % des gesamten produzierten Selens. Pigmente machen 5 % des gesamten produzierten Selens aus. In der Vergangenheit verbrauchten Maschinen wie Fotokopierer und Belichtungsmesser ein Drittel des gesamten produzierten Selens, aber diese Anwendung nimmt stetig ab.

Telluriumsuboxid , eine Mischung aus Tellur und Tellurdioxid, wird in der wiederbeschreibbaren Datenschicht einiger CD-RW-Disks und DVD-RW-Disks verwendet . Wismuttellurid wird auch in vielen mikroelektronischen Geräten wie Photorezeptoren verwendet . Tellur wird manchmal als Alternative zu Schwefel in vulkanisiertem Gummi verwendet . Cadmiumtellurid wird als hocheffizientes Material in Sonnenkollektoren verwendet.

Einige der Anwendungen von Polonium beziehen sich auf die Radioaktivität des Elements. Polonium wird beispielsweise als Alpha-Partikel- Generator für die Forschung verwendet. Mit Beryllium legiertes Polonium bietet eine effiziente Neutronenquelle. Polonium wird auch in Atombatterien verwendet. Das meiste Polonium wird in antistatischen Geräten verwendet. Livermorium hat aufgrund seiner extremen Seltenheit und kurzen Halbwertszeit keinerlei Verwendung.

Organo-Chalkogen-Verbindungen sind am Halbleiterprozess beteiligt. Diese Verbindungen spielen auch in der Ligandenchemie und Biochemie eine Rolle . Eine Anwendung von Chalkogenen selbst ist die Manipulation von Redoxpaaren in der supramolaren Chemie (Chemie mit nicht-kovalenten Bindungswechselwirkungen). Diese Anwendung führt zu Anwendungen wie Kristallpackung, Zusammenbau großer Moleküle und biologischer Mustererkennung. Die sekundären Bindungswechselwirkungen der größeren Chalkogene, Selen und Tellur, können organische Lösungsmittel enthaltende Acetylen- Nanoröhren erzeugen . Chalkogenwechselwirkungen sind unter anderem für Konformationsanalysen und stereoelektronische Effekte nützlich. Chalkogenide mit durchgehenden Bindungen haben auch Anwendungen. Zum Beispiel kann zweiwertiger Schwefel Carbanionen, kationische Zentren und Radikale stabilisieren . Chalkogene können Liganden (wie DCTO) Eigenschaften verleihen, wie beispielsweise die Fähigkeit, Cu(II) in Cu(I) umzuwandeln . Die Untersuchung von Chalkogen-Wechselwirkungen ermöglicht den Zugang zu Radikalkationen, die in der Mainstream- Synthesechemie verwendet werden . Metallische Redoxzentren von biologischer Bedeutung sind durch Wechselwirkungen von Liganden, die Chalkogene enthalten, wie Methionin und Selenocystein, abstimmbar . Chalkogen-Durchgangsbindungen können auch Einblicke in den Prozess des Elektronentransfers geben.

Biologische Rolle

DNA, eine wichtige sauerstoffhaltige biologische Verbindung

Sauerstoff wird von fast allen Organismen zur ATP- Erzeugung benötigt . Es ist auch ein Schlüsselbestandteil der meisten anderen biologischen Verbindungen wie Wasser, Aminosäuren und DNA . Menschliches Blut enthält eine große Menge an Sauerstoff. Menschliche Knochen enthalten 28% Sauerstoff. Menschliches Gewebe enthält 16% Sauerstoff. Ein typischer 70-Kilogramm-Mensch enthält 43 Kilogramm Sauerstoff, meist in Form von Wasser.

Alle Tiere benötigen erhebliche Mengen an Schwefel . Einige Aminosäuren wie Cystein und Methionin enthalten Schwefel. Pflanzenwurzeln nehmen Sulfationen aus dem Boden auf und reduzieren diese zu Sulfidionen. Metalloproteine ​​verwenden auch Schwefel, um sich an nützliche Metallatome im Körper zu binden, und Schwefel bindet sich in ähnlicher Weise an giftige Metallatome wie Cadmium , um sie in die Sicherheit der Leber zu bringen. Im Durchschnitt nimmt der Mensch täglich 900 Milligramm Schwefel zu sich. Schwefelverbindungen, wie sie in Stinktiersprays vorkommen, haben oft starke Gerüche.

Alle Tiere und einige Pflanzen benötigen Selen in Spuren , jedoch nur für einige spezialisierte Enzyme. Der Mensch nimmt durchschnittlich zwischen 6 und 200 Mikrogramm Selen pro Tag zu sich. Pilze und Paranüsse zeichnen sich besonders durch ihren hohen Selengehalt aus. Selen in Lebensmitteln kommt am häufigsten in Form von Aminosäuren wie Selenocystein und Selenomethionin vor . Selen kann vor Schwermetallvergiftungen schützen .

Es ist nicht bekannt, dass Tellur für das Tierleben benötigt wird, obwohl einige Pilze es anstelle von Selen in Verbindungen einbauen können. Mikroorganismen nehmen auch Tellur auf und geben Dimethyltellurid ab . Das meiste Tellur im Blut wird langsam über den Urin ausgeschieden, aber ein Teil wird in Dimethyltellurid umgewandelt und über die Lunge freigesetzt. Im Durchschnitt nimmt der Mensch täglich etwa 600 Mikrogramm Tellur auf. Pflanzen können etwas Tellur aus dem Boden aufnehmen. Es wurde festgestellt, dass Zwiebeln und Knoblauch bis zu 300 Teile pro Million Tellur im Trockengewicht enthalten.

Polonium hat keine biologische Funktion und ist aufgrund seiner Radioaktivität hochgiftig.

Toxizität

NFPA 704
Feuerdiamant
2
0
0
Feuerdiamant für Selen

Sauerstoff ist im Allgemeinen nicht toxisch , aber es wurde über Sauerstofftoxizität berichtet, wenn er in hohen Konzentrationen verwendet wird. Sowohl in elementarer Gasform als auch als Bestandteil von Wasser ist es für fast alles Leben auf der Erde lebensnotwendig. Trotzdem ist flüssiger Sauerstoff hochgefährlich. Auch gasförmiger Sauerstoff ist im Übermaß gefährlich. Zum Beispiel sind Sporttaucher gelegentlich an Krämpfen ertrunken, die durch das Einatmen von reinem Sauerstoff in einer Tiefe von mehr als 10 Metern (33 Fuß) unter Wasser verursacht wurden. Sauerstoff ist auch für einige Bakterien giftig . Ozon, ein Allotrop von Sauerstoff, ist für die meisten Leben giftig. Es kann zu Verletzungen der Atemwege führen.

Schwefel ist im Allgemeinen ungiftig und sogar ein lebenswichtiger Nährstoff für den Menschen. Es kann jedoch in seiner elementaren Form Rötungen der Augen und der Haut, Brennen und Husten beim Einatmen, Brennen und Durchfall und/oder Katharsis beim Verschlucken verursachen und die Schleimhäute reizen. Ein Überschuss an Schwefel kann für Kühe giftig sein, da Mikroben im Pansen von Kühen bei Reaktion mit Schwefel giftigen Schwefelwasserstoff produzieren. Viele Schwefelverbindungen wie Schwefelwasserstoff (H 2 S) und Schwefeldioxid (SO 2 ) sind hochgiftig.

Selen ist ein Spurennährstoff, der vom Menschen in der Größenordnung von Dutzenden oder Hunderten von Mikrogramm pro Tag benötigt wird. Eine Dosis von über 450 Mikrogramm kann giftig sein und zu Mundgeruch und Körpergeruch führen . Längere, geringe Exposition, die in einigen Branchen auftreten kann, führt zu Gewichtsverlust , Anämie und Dermatitis . In vielen Fällen einer Selenvergiftung wird im Körper Selensäure gebildet. Selenwasserstoff (H 2 Se) ist hochgiftig.

Die Exposition gegenüber Tellur kann unangenehme Nebenwirkungen haben. Bereits 10 Mikrogramm Tellur pro Kubikmeter Luft können einen notorisch unangenehmen Atem verursachen, der als nach verfaultem Knoblauch riechend beschrieben wird. Eine akute Tellurvergiftung kann zu Erbrechen, Darmentzündungen, inneren Blutungen und Atemstillstand führen. Eine längere, geringe Tellur-Exposition führt zu Müdigkeit und Verdauungsstörungen. Natriumtellurit (Na 2 TeO 3 ) ist in Mengen von etwa 2 Gramm tödlich.

Polonium ist als Alphateilchen- Emitter gefährlich . Beim Verschlucken ist Polonium-210 nach Gewicht millionenfach so giftig wie Blausäure ; Es wurde in der Vergangenheit als Mordwaffe verwendet, am bekanntesten , um Alexander Litwinenko zu töten . Eine Polonium-Vergiftung kann Übelkeit , Erbrechen , Anorexie und Lymphopenie verursachen . Es kann auch Haarfollikel und weiße Blutkörperchen schädigen . Polonium-210 ist nur beim Verschlucken oder Einatmen gefährlich, da seine Alphapartikel-Emissionen die menschliche Haut nicht durchdringen können. Polonium-209 ist auch giftig und kann Leukämie verursachen .

Amphidsalze

Amphid-Salze war ein Name, den Jons Jacob Berzelius im 19. Jahrhundert für chemische Salze gab, die aus der 16. Gruppe des Periodensystems stammten, zu der Sauerstoff , Schwefel , Selen und Tellur gehörten . Der Begriff wurde Anfang des 19. Jahrhunderts verwendet, ist aber heute veraltet. Der derzeit gebräuchliche Begriff für die 16. Gruppe ist Chalkogene.

Siehe auch

Verweise

Externe Links