Bài giảng Hóa đại cương vô cơ - Chương 8: Nguyên tố nhóm VI

Chương này giúp sinh viên:  Hiểu rõ mối liên quan giữa cấu tạo nguyên tử và tính chất các đơn chất và hợp chất của O, S, Se.  Viết được các phản ứng oxy hoá khử của các hợp chất Cr (III) và Cr (VI).  Nắm vững vai trò trong sinh học và những ứng dụng trong Y - Dược của O, S, Se và Cr. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI Mục tiêu 8.1. Nhóm 6A (O - S - Se - Te – Po) 8.1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất 8.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý 8.1.3. Các phản ứng chính 8.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng 8.1.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược. Độc tính 8.2. Nhóm 6B : (Cr – Mo – W) 8.2.1. Trạng thái thiên nhiên 8.2.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý 8.2.3. Đơn chất 8.2.4. Hợp chất 8.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược Chương 8: Nguyên tố nhóm VI Nội dung Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất Nguyên tố Nguồn thiên nhiên chủ yếu Chế tạo nguyên tố Ứng dụng của đơn chất Oxy Không khí Cất phân đoạn không khí lỏng Tác nhân oxy hoá để chế tạo gang, thép; làm sạch nước; tay màu bột giấy; làm nhiến liệu tên lửa; dùng trong Y hoc Lưu huỳnh Mỏ S tự do (vùng có núi lửa); khí thiên nhiên H2S hoặc dầu mỏ; [hợp chất pho biến là các sulfid FeS2, FeCuS2, galen PbS, ZnS] Hóa lỏng S trong mỏ ngấm bang hơi nước nóng ở áp suất cao và hút lên mặt đất; oxy hoá H2S có xúc tác Dùng chế tạo H2S04; lưu hoá cao su; chế tạo các hoá chất cho dược phẩm, vải sợi và thuốc diệt côn trùng Selen Dạng tạp chất trong quặng sulfid; bun lắng ở anod trong tinh chế Cu Khử H2Se03 bằng SO2Trong ngành điện tử, photocopy; thuốc nhuộm Cadmi Telur Hôn hợp tellurid và sulfid thành nhóm của 8 đến 11 kim loại; bùn lắng ở anod trong tinh chế Cu Oxy hoá đến Na2Te03, sau đó điện phân Làm thép Poloni Nguyên tố vết tạo thành trong phân huỷ phóng xạ radi Mới tách được lượng nhỏ Làm nguồn nhiệt cho các trạm không gian Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý 8.1. Nhóm 6A: O - S - Se - Te - Po Nhóm VI A Tên nguyên tô Bán kính nguyên tư (A°) Bán kính ion (A°) Năng lượng ion hoá thứ nhất (eV) Độ âm điện (thang Pauling) Khối lượng riêng (g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy (°C) Nhiệt đô sôi (°C) % trong vỏ quả đất 8 0 16,00 2s22p4 (-1,-2) Oxy (oxygen) 0,73 1,40 (O2-) 13,61 3,5 1,50 -219 -183 -50 16 s 32,07 3s23p4 (-2, +6, +4, +2) Lưu huỳnh (sulfur) 1,03 1,84 (S2-) 10,36 2,5 2,07 113 445 0,052 Cấu hình electron của nhóm: ns2np1. Trạng thái oxy hoá thấp hơn +4 trở nên phổ biến hơn ở nguyên tố cuối nhóm. Càng xuống dưới nhóm, kích thước nguyên tử và ion tăng dần; thế ion hoá Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) Nhóm VI A Tên nguyên tô Bán kính nguyên tư (A°) Bán kính ion (A°) Nằng lượng ion hoá thứ nhất (eV) Độ âm điện (thang Pauling ) Khối lượng riêng (g/cm3) Nhiệt độ nóng chảy (°C) Nhiệt đô sôi (°C) % trong vỏ quả đất 34 Se 78,96 4s24p4 (-2, +6, +4, +2) Selen 1,19 1,98 (Se2-) 9,75 2,4 4,28 217 685 10-7 52 Te 127,6 5s25p4 (-2, +6, +4, +2) Telur 1,42 2,21 (Te2-) 9,0 2,1 6,25 452 990 10-7 84 Po 210 6s26p4 (+4, +2) Poloni 1,68 0,94 (Po4+) 7,9 2,0 9,14 254 962 10-14 8.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý Các halogenid được tạo thành từ phản ứng trực tiếp: E (r) + X2 (k) —> EX khác nhau (E = S, Se, Te; X = F, Cl) Các nguyên tố trong nhóm bị oxy hoá bởi oxy: E (r) + 02 (k) -> E02 (E = s, Se, Te, Po) Chú ý: SO2 còn bị oxy hoá tiếp thành SO3 2S02 (k) + 02(k) -> 2 SO 3 (k) Chế tạo S bằng cách oxy hoá hydro sulfid: 8H2S(k) + 402(k) -> s8(r) + 8H20 (k) Chế tạo Thiosulfat: S8(r) + 8Na2SO3(aq) —> 8Na2S203 (aq) Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.3. Các phản ứng chính Oxy là một khí lưỡng nguyên tử, sôi ở nhilưu huỳnh là chất rắn, phân tử gồm nhiều nguyên tử. Selen là một á kim màu xám. Helur hơi có tính kim loại hơn các nguyên tố phía trên nhóm, nhưng vẫn còn liên kết mạng cộng hoá trị. Poloni có cấu trúc tinh thể kim loại. Độ dẫn điện tăng dần từ trên xuống dưới nhóm khi có sự thay đổi liên kết từ dạng phân tử đơn lẻ Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng  Tính chất vật lý Những thay đổi về tính chất hoá học của nhóm VIA cũng có nhiều tương tự như ở nhóm trước (VA). - Tác dụng với axit: FeSe (r) + 2HC1 (aq) -> H2Se (k) + FeCỊ> (aq) Những điểm nổi bật về hoá học của oxy Oxy thiên nhiên là hỗn hợp của 3 đồng vị với các tỷ lệ: 16O 17O 18O (99,76%) (0,04%) (0,2%) Ớ điều kiện thường oxy là chất khí không màu, không mùi, không vị, hoá lỏng và hoá rắn ở nhiệt độ rất thấp Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng  Tính chất hóa học Những điểm nổi bật về hoá học của oxy Ở trạng thái lỏng và rắn, oxy có màu xanh nhạt. Ngược với 02, ozon là khí màu hơi xanh, vị đắng, mùi khét, tan trong nước nhiều hơn oxy 15 lần, độc. Ozon có hoạt tính hoá học mạnh hơn 02 nhiều. Ag + 02 -> Ag20 + 02 PbS + 403 -> PbS04 + 402 2KI + 03 + H20 —» I2 + 2KOH + 02 Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Những điểm nổi bát về hoá học của lưu huỳnh Ở điều kiện thường, phân tử lưu huỳnh là một vòng hình ―vương miện‖ gồm 8 nguyên tử (S8) Dạng thù hình ổn định nhất (bền nhất) của lưu huỳnh là a-S8 vòng, hệ thoi thẳng. Đó là chất rắn, màu vàng, cách điện, nghịch từ, có khối lượng riêng 2,07 g/cm3. Còn có y-S8 vòng (đơn tà) bền ở ~100 oC. Ở nhiệt độ cao hơn nữa, các vòng s8 bị đứt và nối lại vối nhau thành chuỗi Sn tạo nhiều dạng thù hình khác Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Selen và telur Các hợp chất của Se và Te giống với các hợp chất của S. Sự khác nhau phần lớn là do khác về kích thước nguyên tử và độ âm điện. Selen dioxyd Se02 dễ tan trong nưốc và tạo thành acid selenơ: Se02 + H20 -> H2Se03 Acid này cho 2 muối là hydroselenit HSeO3 - và selenit Se03 2-. Khác với S4+, Se4+ có tính oxy hoá mạnh dễ bị khử về nguyên tố Ví dụ: Se02 + 2S02 —> Se + 2SO3 Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.4. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Oxy Trừ một số sinh vật đơn bào kỵ khí, tất cả các động vật, thực vật và vi khuẩn đều cần 02 cho quá trình sản xuất năng lượng bằng cách sử dụng chuỗi vận chuyển electron phụ thuộc 02. Oxygen được dùng trong điều trị phải chứa ít nhất 99,0%; dùng để hít trong các trường hợp khó thở, bị hen, đau tim, ngạt thỏ, lao, ngộ độc do carbon monooxyd (CO) và do một sô khí độc khác, trẻ sơ sinh đẻ non cần nuôi trong lồng ấp. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược. Độc tính Thở bằng khí oxy Lưu huỳnh Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược. Độc tính Ở người trưởng thành, S chiếm khoảng 0,25% khối lượng cơ thể (~150 g). S tham gia cấu tạo protein từ 3 amino acid chứa nó là methionin, cystein và cystin Các hợp chất của s, các enzym chứa nhóm thiol (-SH) tham gia quá trình khử độc, quá trình oxy hoá khử trong cơ thể Với chế độ dinh dưỡng bình thường con người hầu như không bị thiếu S vì nó rất sẵn trong thực phẩm (hải sản, hành tỏi, cây có dầu, thịt, trứng...). Lưu huỳnh Selen Ngày nay, Se được khẳng định là nguyên tố vi lượng rất quan trọng, không thể thiếu cho hệ thông bảo vệ cơ thế chống oxy hoá, loại bỏ các gốc tự do. Selen tăng cường toàn diện hệ thông bảo vệ, giúp ngăn ngừa nhiều dạng ung thư, bảo vệ hệ tim mạch Selen cần cho sự tạo thành glutation tái tạo vitamin C; vừa hiệp đồng vừa tái tạo vitamin E. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.1. Nhóm 6A: (O - S - Se - Te – Po) 8.1.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược. Độc tính Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.2. Nhóm 6B: (Cr – Mo – W) 8.2.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý Nhóm VI B Tên nguyên tố Bán kính nguyên tử(A°) Bán kính ion (A°) Năng lượng ion hoá thứ nhất (eV) Độ âm điện (thang Pauling) Khôi lượng riêng (g/cm3) To nóng chảy (°C) Nhiệt độ sôi (°C) % trong vỏ quả đất 24 Cr 52,00 3d54s1 (+2, +3, +6) Crom 1,28 0,57 (+3) 0,52 (+6) 6,77 1,66 7,2 1850 25302.10 2 42 Mo 95,94 4d55s1 (+2 ... +6) Molybden 1,39 0,80 (+4) 0,76 (+6) 7,38 2,2 10,2 2621 4810- 5.10 - 4 74 W 183,85 5d56s2 (+2 ... +6) Wolfram (tungsten) 1,39 0,80 (+4) 0,77 (+6) 7,98 2,36 19,1 3390 56501,5.104 Ở điểu kiện thường, Cr - Mo - W là những kim loại màu xám. Chúng đứng đầu các kim loại về nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và nhiệt độ thăng hoa. Crom, molybden và wolfram được sử dụng chủ yếu làm một trong những cấu tử tạo ra hợp kim có độ rắn cao, bền với các tác nhân ăn mòn và chịu nhiệt. Crom còn được dùng để mạ; wolfram làm dây tóc đèn điện. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.2. Nhóm 6B: (Cr – Mo – W) 8.2.3. Đơn chất Wolfram  Các hợp chất của crom  Với 6 electron hoá trị ([Ar]3d54s1), crom thể hiện tất cả các trạng thái oxy hóa có thể có: 0, +1, +2, +3, +4, +5, +6; nhưng quan trọng nhất là 3 trạng thái +2, +3 và +6.  Crom tạo rất nhiều các hợp chất có màu (tiếng Hy Lạp, croma là màu sắc). Crom (II) oxyd CrO có liên kết ion điển hình, chỉ hoà tan trong dung dịch acid: CrO(r) + 2H+ (aq) -> Cr2+ (aq) + H20 (1) Crom (III) oxyd Cr203 dạng tinh thể màu đen ánh kim rất cứng (tương tự corandum Al203-a), là hợp chất bền nhất của crom. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.2. Nhóm 6B: (Cr – Mo – W) 8.2.4. Hợp chất  Hợp chất của molybden và wolfram: Molybden và Wolfram tồn tại các oxyd ở trạng thái oxy hoá +6 là MoO3 và W03 (giống như crom) MoO3 và W03 bền hơn Cr03 nhiều. Chúng dễ tan trong kiềm và tạo thành các muối molybdat MoO4 2- và wolframat WO4 2- Hợp chất thường dùng nhất của Mo:  Acid molybdic: H2Mo04  Muối molybdat: Na2MoO4, (NH4)2Mo04. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.2. Nhóm 6B: (Cr – Mo – W) 8.2.4. Hợp chất Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.2. Nhóm 6B: (Cr – Mo – W) 8.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược Crom Trong cơ thể người, hàm lượng crom khoảng 0,1 mg cho mỗi kg thể trọng. Crom tham gia vào quá trình dung nạp glucose bằng cách tăng số lượng các yếu tố thụ cảm với insulin trên màng tế bào. Crom và molybden là những nguyên tố vi lượng thiết yếu cho cơ thể. Chương 8: Nguyên tố nhóm VI 8.2. Nhóm 6B: (Cr – Mo – W) 8.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược  Molybden  Cơ thể người có từ 5 - 10 mg Mo. Molybden có vai trò khử độc cho cơ thể trong nhiều cơ chế. Enzym xanthin oxydase chứa Mo có tác dụng điều hoà lượng acid uric - chất chống oxy hoá Crom và molybden là những nguyên tố vi lượng thiết yếu cho cơ thể.