第 16 组元素 – 出现、属性、趋势、同素异形体

p 块位于元素周期表的右侧，由前六列（第 3A 到 8A 列）（或某些版本的周期表中的第 13-18 列）的元素组成。 p-block 不包括氦，它位于第 8A 列的顶部。它们的价电子（最外层电子）位于 p 轨道中的事实将 P 块元素结合在一起。 p 轨道由六个叶状结构组成，这些叶状结构从中心点以相等的角度辐射。 p 轨道只能存储六个电子，这就是 p 块有六列的原因。 p 块的第一列，第 3A 列，只有一个价电子。第 4A 列，即 p 块的第二列，包含具有两个价电子的元素。这种模式一直持续到第 8A 列，其中包含六个价电子。 p块是唯一包含所有三类元素的块：金属、非金属和准金属，它具有最大的元素多样性。表征 p 块元素的最简单方法是根据元素类型或列数。

第 16 组元素

从第 13 族到第 18 族，p 区元素位于元素周期表的右侧。第16族有五种元素，分别是氧（O）、硫（S）、selenium（Se）、碲（Te）和钋（Po）。

氧气家族以该组的第一个成员命名。该组的前四种元素统称为硫属元素，意思是成矿元素，因为许多金属矿石以氧化物和硫化物的形式存在。

Oxygen 8 O

Sulphur 16 S

Selenium 34 Se

Tellurium 52 Te

Polonium 84 Po

氧气：氧气用化学符号O表示。它是一种无色无味的气体，在人体呼吸过程中会转化为二氧化碳。氧分子是双原子分子（O2）。在痕量中，氧也可能以三原子分子 (O3) 的形式存在，即臭氧。许多元素很容易与氧气混合。热能的释放随着特定成分的结合而发生，这个过程被称为燃烧。

硫：硫由字母 S 表示。它是一种非金属，在宇宙丰度方面排名第九。硫原子约占每 20,000-30,000 个原子中的一个。硫可能存在于结合态和游离态中。海水中含有约 0.09% 的硫酸盐形式的硫。在圆顶状地层中存在的纯硫的地下沉积物中发现了大量的硫，陨石含有 12% 的硫。厌氧菌对硫酸盐矿物如石膏的活动产生硫。

Selenium：Selenium比氧或硫都稀缺。在一些矿物中，它既可以游离，也可以与重金属（如铅、银或汞）结合。在典型设置下，selenium的灰色金属形式是元素最稳定的形式。

碲：碲是一种原子序数为 52 的化学元素，具有与金属和非金属相似的特性。它是地球表面最罕见的稳定元素之一。它通常以游离形式存在，也存在于与其他元素（包括铜、铅、银和金）的化合物中。

钋：在16族元素中，是最稀有的。它是一种放射性物质。钋偶尔被用于科学目的的α辐射。

第 16 组元素的出现

1. 元素氧是自然界中最普遍的元素。作为硅酸盐和其他化合物，如碳酸盐、氧化物和硫酸盐，它贡献了 20.946% 的空气体积和 46.6% 的地壳质量。
2. 空气中的绝大多数氧气是通过植物的光合作用产生的。它也可以以臭氧的形式存在。
3. 硫是地球上第十六种最常见的元素。硫以混合状态存在于矿石中。
4. 硫酸盐矿石包括石膏 CaSO ₄ .2H ₂ O、泻盐 MgSO ₄ .7H ₂ O 和重晶石 BaSO ₄ 。
5. 硫化矿石包括方铅矿 (PbS)、闪锌矿 (ZnS) 和铜黄铁矿 (CuFeS ₂ )。
6. 芥末、鸡蛋、种子、洋葱、羊毛、大蒜和头发以及其他生物化合物中也可能存在硫。
7. 硫化矿含有金属硒化物和selenium和碲的碲化物。
8. 钋是自然界中存在的放射性元素。

第 16 组元素的趋势

• 第 16 族元素的电子配置 - 第16 族元素在其价壳层中有六个电子，并具有基本的电结构 ns ² np ⁴ 。

Elements	Atomic Number	Electronic Configuration	Group Number	Period Number
Oxygen	8	[He] 2s2 2p4	16	2
Sulphur	16	[Ne] 3s2 3p4	16	3
Selenium	34	[Ar] 3d10 4s2 4p4	16	4
Tellurium	52	[Kr] 4d10 5s2 5p4	16	5
Polonium	84	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4	16	6

• 第 16 族Ionic的原子和离子半径 - 该族元素的原子和离子半径小于第 15 族元素的原子半径和离子半径。元素的原子和离子半径随着族群的递减而增长。
• 第 16 组元素电离焓 - 该组元素的电离焓低于第 15 组元素的电离焓。元素的电离焓随着沿组的向下移动而减小。第 16 族成员的第二电离焓大于第 15 族的。这是因为在去除第一个电子之后，第二个电子必须取自更对称的半填充状态，这种状态更稳定。
• 第 16 族元素的电子增益焓 -随着原子尺寸沿基团向下增长，电子增益焓下降。氧的电子增益焓比硫的负值小。由于其紧凑的结构，氧气在已经存在的电子和进入的电子之间具有更高的排斥力。由于这些电子 - 电子排斥，氧原子比硫原子更不可能接收额外的电子。
• 第 16 族元素的熔点和沸点 -从氧到碲，熔点和沸点随着原子尺寸的减小而增加。氧和硫之间熔化和沸腾温度的巨大差异可能是由于氧是双原子分子而硫是多原子分子的事实。
• 第 16 族元素电负性 - 第 16 族元素的电负性值大于第 15 族元素。氧是电负性第二大的元素，仅次于氟。电负性随着一个组的进展而减小。元素的电负性随着其原子半径的增加而降低。
• 第 16 族元素的金属字符-随着它的进展，该组变得更具金属性。非金属氧和硫是前两种元素。selenium和碲等准金属以及钋都是金属。
• 第 16 族元素的连接 - 连接是原子通过与相同原子形成键来构建长链结构的能力。在这一类别中，只有硫具有很强的连锁倾向。这种趋势也出现在氧气中，但数量较少。
• 第 16 族元素的元素状态- 氧分子是双原子分子。它具有气体的形状。一个氧分子在两个氧原子之间有一个 pπ-pπ 重叠，产生一个双键，O=O。氧气以气体形式存在，因为它的分子间相互作用小于范德华力。该家族的其余成员缺乏稳定的 pπ-pπ 键，不作为双原子分子存在。单键连接其他原子，形成多原子复合化合物。

第 16 族元素的同素异形体

该组的所有元素都表现出同素异形体。

1. 氧气和臭氧是氧气的两种形式。
2. 硫以黄色斜方晶系、α 和 β 单斜晶系形式出现。
3. selenium有八种同素异形体，其中三种是带有Se ₈环的红色单斜晶系。selenium的热力学稳定形式是具有聚合螺旋链的灰色六方金属selenium。无定形黑selenium是元素的最普遍形式。唯一能导电的selenium同素异形体是灰selenium。
4. 碲只有一种结晶形式，具有类似于灰selenium的链状结构。

第 16 族元素的氧化态

16族元素的外壳构型为ns ² np ⁴ ，它们可以通过获得两个电子产生M ^-2离子或通过共享两个电子建立两个共价键来获得惰性气体构型。结果，这些元素代表了负氧化态和正氧化态。第 16 族元素的氧化态为 2、+2、+4 和 +6。

Elements	Atomic Number	Electronic Configuration	Oxidation State
Oxygen	8	[He] 2s2 2p4	-2,-1,+1,+2
Sulphur	16	[Ne] 3s2 3p4	-2,+2,+4,+6
Selenium	34	[Ar] 3d10 4s2 4p4	-2,+2,+4,+6
Tellurium	52	[Kr] 4d10 5s2 5p4	-2,+2,+4,+6
Polonium	84	[Xe] 4f14 5d10 6s2 6p4	+2,+4,+6

氧气的异常行为

该组的主要元素的属性通常与其他组件的属性不同。氧的特性不同于该组中其他元素的特性。氧气的非凡品质归因于以下因素：

1. 其微小的核尺寸、高电离焓或电负性
2. 高电离焓或电负性
3. 缺乏 d 轨道。

氧气和其他成员之间的差异点

1. 其他是双原子气体，而氧气是复杂的固体。
2. 氧是非常非金属的，因为它具有很强的电负性。
3. 其他成员的双负阴离子较少；氧气迅速转化为O ^2–离子。
4. 由于两个原子通过具有高键能的非常强的多重键结合在一起，氧分子非常稳定。因此，在典型设置下，常规氧气是不活跃的。
5. 氧分子是顺磁性的，并且在其气相、液相和固相中拥有两个不成对的电子。其余部分是抗磁性的。

第 16 组元素的用途

1. 钢铁、塑料和纺织品制造、钢铁和其他金属的钎焊、焊接和切割、火箭推进剂、氧气治疗以及飞机、潜艇、航天和潜水中的生命支持系统都是氧气的常见应用。
2. 硫磺被用作杀菌剂、杀虫剂和熏蒸剂，以及用于生产黑火药、火柴和烟花。也用于橡胶的硫化，用作杀菌剂、杀虫剂和熏蒸剂。
3. Selenium用于制造陶瓷、油漆和塑料颜料。它用于光伏电池、太阳能电池和复印机。
4. 碲用于橡胶硫化、玻璃和陶瓷着色、太阳能电池、可重写 CD 和 DVD，以及作为炼油催化剂。
5. 钋只有少数几个应用，所有这些都与它的放射性有关：太空探测器加热器、抗静电装置、中子和 α 粒子产生器以及毒药，仅举几例。

示例问题

问题 1：第 16 组元素叫什么？

回答

After the group’s earliest member, Group 16 is known as the oxygen family. The first four elements of this group are known as chalcogens, which means ore-forming elements, because many metal ores are oxides and sulphides.

问题 2：第 16 族元素的原子和物理性质是什么？

回答

• As we move down the group-16 from oxygen to polonium, the atomic and ionic radii grow.
• As you move down the group, the ionisation enthalpies of the elements diminish.
• As the atom’s size lowers, the electron gain enthalpy drops, yet oxygen has the least negative electron gain enthalpy.
• As the atomic size increases from oxygen to tellurium, the melting and boiling points increase.
• The non-metals oxygen and sulphur are the first two elements. Metalloids include selenium and tellurium, whereas polonium might be categorised as a metal.
• The oxidation states of the elements in group 16 are 2,+2,+4, and +6.

问题 3：第 16 族元素的用途是什么？

回答

1. The usage of oxygen is required in the manufacture of steel, polymers, and textiles, as well as brazing, welding, and cutting steel and other metals.
2. Black gunpowder, matches, and pyrotechnics are all made using sulphur.
3. Selenium pigments are employed in the manufacture of ceramics, paints, and polymers. It’s used in photovoltaic cells, solar cells, and photocopiers.
4. Tellurium has been utilised in rubber vulcanization, glass and ceramic tinting, solar cells, rewritable CDs and DVDs, and as an oil refining catalyst.
5. Polonium is employed in a limited number of applications, such as space probe heaters, antistatic devices, neutron and alpha particle producers, and poison.

问题 4：解释第 16 组元素的出现。

回答

When looking at the elements in Group 16, it’s clear that oxygen is the most prevalent, accounting for 46.6 percent of the earth’s crust. The oxygen content of dry air is around 20.946 percent. Sulphur is found in volcanoes as sulphides, organic materials such as hair, mustard, and wood, and as sulphates such as gypsum, epsom, and baryte, and is found in volcanoes as sulphides, organic materials such as hair, mustard, and wood, and as sulphates such as gypsum, epsom, and baryte. Metal selenides and tellurides include selenium and tellurium, respectively, whereas polonium is a decay product of uranium and thorium.

问题 5：第 16 族元素的化学性质是什么？

回答

Group 16 elements have the following chemical properties:

1. Reactivity with Hydrogen: Group 16 elements generate hydrides when they react with hydrogen. H2E is the formula, and E can be O, S, Se, Te, or Po.
2. Oxygen Reactivity: These elements are for oxides of type EO3 or EO2. E can be O, S, Se, Te, or Po, as previously stated. Ozone and sulfur dioxide are gases, but selenium dioxide is a solid.
3. Halides can be generated with types EX6, EX4, and EX2 due to their halogen reactivity. E stands for a Group 16 lament, while X stands for a halogen.

问题 6：什么是臭氧？

回答

Ozone is a gas that may be found in the high atmosphere. It’s an essential component that protects the crust from harmful UV rays. Ozone is another oxygen allotrope. Ozone is a pale blue gas in its pure state, a dark blue liquid, and a violet-black solid in its liquid state. CFCs, such as freons, aerosols, and refrigerants, pose a hazard to the ozone layer.

问题 7：如何制备分子氧？

回答

• When you heat oxygen-containing salts like nitrates, chlorates, and permanganates.
• From the thermal degradation of low-electrochemical-series metal oxides, as well as higher-electrochemical-series metal oxides.
• In the breakdown of hydrogen peroxide into water and dioxygen, catalysts such as finely split metals and magnesium dioxide are used.
• Water electrolysis