כלקוגנים: מה הם, מה הם, תכונות

אתה כולקוגנים הם היסודות הכימיים השייכים לקבוצה 16 של טבלה מחזורית. הם מזוהים מכיוון שיש להם רק שישה אלקטרונים במעטפת הערכיות ויש להם כמאפיין בולט הירידה באופי הלא מתכתי עם העלייה במספר האטומי בקבוצה.

קראו גם: תורת האוקטטים - התיאוריה על מספר האלקטרונים במעטפת הערכיות של גז אציל

סיכום כלקוגן

• כלקוגנים הם יסודות השייכים לקבוצה 16 של הטבלה המחזורית.
• הם היסודות חמצן (O), גופרית (S), סלניום (Se), טלוריום (Te) ופולוניום (Po).
• האופי הלא מתכתי נופל לאורך הקבוצה, כאשר פולוניום הוא יסוד הנחשב מתכתי.
• חמצן הוא היסוד הכי מובחן מבחינה כימית מבין אלה עם איזוטופים יציבים, כאשר S, Se ו-Te הם הכי קרובים מבחינה כימית.
• לפולוניום אין איזוטופים יציבים, והמניפולציה שלו קשה.
• ליברמוריום התגלה לאחרונה, ועדיין אין מידע חזק על תכונותיו.
• לכולקוגנים יש שישה אלקטרונים ערכיים.
• אין לבלבל ביניהם עם ההלוגנים, שהם יסודות השייכים לקבוצה 17 של הטבלה המחזורית.

מה הם כולקוגנים?

קלוגן הוא א מונח המשמש לציון ה יסודות כימיים מקבוצה 16 של הטבלה המחזורית. שמו בא מיוונית וניתן לתרגם אותו כ"עבר עפרה". הקלוגנים הובאו לראשונה בשנת 1930, על ידי קבוצת העבודה של המדען הגרמני וילהלם בליץ, מהמכון לכימיה אנאורגנית של אוניברסיטת הנובר, גֶרמָנִיָה.

מה הם כולקוגנים?

• חמצן (O), מספר אטומי 8.
• גופרית (S), מספר אטומי 16.
• סלניום (Se), מספר אטומי 34.
• טלוריום (Te), מספר אטומי 52.
• פולוניום (Po), מספר אטומי 84.
• ליברמוריום (Lv), מספר אטומי 116.

דגימת גופרית.

מאפיינים של כולקוגנים

המאפיין העיקרי של קבוצת הכלקוגן הוא נפילה של אופי לא מתכתי לאורך הקבוצה. זה מוצדק על ידי המאפיין המוליך של האיזוטופים של היסודות. חמצן מתרחש באופן טבעי דרך שני איזוטופים טבעיים: O₂ וה₃, שני הגזים בטמפרטורת החדר.

לגופרית יש כמה איזוטופים, כולם נחשבים למבודדים. האיזוטופים היציבים של Se ו-Te הם מוליכים למחצה, בעוד שפולוניום ידוע כמוליך מתכתי. פו הוא, אגב, היסוד שהכימיה שלו פחות ידועה, מאחר והאיזוטופים היציבים שלו אינם ידועים ובשל העובדה שהוא ²¹⁰פו, האיזוטופ הנפוץ ביותר, קשה לתמרן.

דגימת סלניום.

החמצן בולט בקבוצה, בעיקר בגלל הגבוה מאוד אלקטרושליליות (בסביבות 3.5), מה שמתאם עם הגבוה שלו אנרגיית יינון קטן רדיוס אטומי. למעשה, שאר הקלוגנים (גופרית, סלניום וטלוריום) דומים זה לזה יותר מאשר לחמצן.

ההבדל הזה יכול להיות מוסבר, למשל, בתחום הגיאוכימיה. ישנם יסודות הנקראים כלקופילים, שיש להם פחות זיקה לחמצן ובסופו של דבר נקשרים ל-S, Se ו-Te. ליתופילים, באופן כללי מתכות בְּסִיסִי, מתכות אלקליות זה סִילִיקוֹן - בסופו של דבר מעדיף להיקשר עם חמצן.

ליברמוריום הוא יסוד סינתטי שהתגלה לאחרונה, נכלל בטבלה המחזורית רק ב-2012. לאיזוטופים שלה יש זמן מחצית חיים קצר, ולכן ערכי הרכוש שלהם עדיין לא ידועים.

תכונות של כולקוגנים

הטבלה הבאה מביאה מאפיינים של האלמנטים של קבוצה 16|1|.

תכונות של כולקוגנים
יסוד כימי	אנרגיית יינון (kJ.mol^-1)	זיקה אלקטרונית (kJ.mol^-1)	נקודת התכה (°C)	נקודת רתיחה (°C)	אלקטרושליליות
O	1314	141	-218,8	-183,0	3,610
ס	1000	200	112,8	444,7	2,589
אם	941	195	217	685	2,424
אתה	869	190	452	990	2,158
אָבָק	812	180	250	962	2,19

מבחינים בכך ערכי החמצן מרוחקים למדי משאר הכולקוגנים, מסביר את ההבדל ביניהם ביחס לשאר הקבוצה.

תכונה מעניינת של כמה קלוגנים, ליתר דיוק S, Se ו-Te, היא העובדה שהם יכול ליצור שרשראות או טבעות הומאטומיות, הן בצורה מולקולרית והן בצורה יונית.

דגימת טלוריום.

הפצה אלקטרונית של כולקוגנים

לכל הכולקוגנים יש שישה אלקטרונים בְּ- מעטפת ערכיות.

• ₈O: [הוא] 2s² 2 עמ'⁴
• ₁₆S: [Ne] 3s² 3 עמ'⁴
• ₃₄אם: [אוויר] תלת מימד¹⁰ 4 שניות² 4 עמ'⁴
• ₅₂אתה: [Kr] 4ד¹⁰ 5 שניות² 5 עמ'⁴
• ₈₄אָבָק: [Xe] 4f¹⁴ 5ד¹⁰ 6 שניות² 6 עמ'⁴
• ₁₁₆Lv: [Rn] 5f¹⁴ 6ד¹⁰ 7 שניות² 7 עמ'⁴

יישום של כולקוגנים

החמצן משמש לסביבות ולמצבים שבהם האוויר מופחת.

• חַמצָן: משמש בעיקר בתור דלק (לגבי אוקסיאצטילן או להבות מ מֵימָן), בנוסף לשימוש כתמיכה לנשימה בסביבות ספציפיות ובייצור של פְּלָדָה.
• גוֹפרִית: קיים באחד החומרים הכימיים החשובים ביותר ב כדור הארץ, שהוא ה חומצה גופרתית. רמות ייצור חומצה גופרתית של אומה משמשות אפילו כאינדיקטור לצמיחה כלכלית. גופרית עדיין משמשת לייצור של דשנים מבוסס על פוספט ומגנים חקלאיים אחרים, בנוסף לשימוש בזיקוק נֵפט.
• סֵלֶנִיוּם: לסלניום אמורפי יש את היכולת להמיר אור חַשְׁמַל, אז אלמנט זה משמש בתאים פוטו-אלקטריים, מכונות צילום וגלאי רנטגן. הוא משמש גם לייצור זכוכית, על מנת לנטרל את הצבע הירוק הנגרם על ידי זיהומים של בַּרזֶל קיים בסוג הסיליקה סודה ליים. הנוכחות שלו בלוחות זכוכית גם מפחיתה את העברת חום השמש.
• טלוריום: כמעט מחצית מהטלוריום המיוצר משמש כתוסף לפלדות בדרגה נמוכה. פַּחמָן, על מנת להבטיח התנגדות מכנית גדולה יותר. יישומים אחרים כוללים יישומים טכנולוגיים כגון זרזים ותאי תאים, שכן טלוריום הוא מוליך למחצה.
• פולוניום: בולט ברעילותו, שכן זהו אחד היסודות הרעילים ביותר הידועים. עם זאת, זה א יסוד רדיואקטיבי, שלאיזוטופים שלהם, שקשה לסנתז, יש מעט יישומים בתחום המעשי, כשהם מוגבלים למעבדות כימיה.
• ליברמוריום: אלמנט סינטטי שהתגלה לאחרונה, עדיין אין לו יישומים מעשיים ידועים.

ראה גם: מהם השימושים בחומצה גופרתית לפי התעשייה?

כלקוגנים מול הלוגנים

אתה הלוגנים שונים מקלקוגנים בכמה נקודות ספציפיות. במקום הראשון, הלוגנים הם יסודות כימיים השייכים לקבוצה 17 של הטבלה המחזורית., קבוצה שיזמה האטום של פלואור (F).

יש להם שבעה אלקטרונים במעטפת הערכיות, בנוסף להיותו יותר אלקטרושליליים ובעל יותר משיכת אלקטרון בהשוואה לקלקוגנים מאותה תקופה.

הבדל נוסף שניתן להזכיר הוא העובדה ש כל ההלוגנים הם לא מתכות, ולכן, ליסודות שלו יש פחות אופי מתכתי בהשוואה לקלקוגנים של אותה תקופה.

פתרו תרגילים על כולקוגנים

שאלה 1

יסודות קבוצה 16 ידועים ככלקוגנים. כדי ליסוד כימי ייחשב כלקוגן, כמה אלקטרונים צריכים להיות לו במעטפת הערכיות?

א) 2

ב) 4

ג) 6

ד) 7

ה) 8

פתרון הבעיה:

חלופה C

לכל הכלקוגנים יש שישה אלקטרונים ערכיים, כפי שניתן לראות, למשל, כאשר מעריכים את ההתפלגות האלקטרונית של חמצן (1s² 2 שניות² 2 עמ'⁴) וגופרית (1s² 2 שניות² 2 עמ'⁶ 3 שניות² 3 עמ'⁴).

שאלה 2

לגבי כולקוגנים, ענה:

אני. פולוניום הוא הכולקוגן המתכתי ביותר.

II. לחמצן יש את האלקטרושליליות הנמוכה ביותר מבין הכולקוגנים.

III. יש להם שישה אלקטרונים בקליפת הערכיות שלהם.

IV. לטלוריום יש אלקטרושליליות נמוכה יותר מגופרית.

ההצהרות נכונות

א) I, II ו-IV.

ב) I, III ו-IV.

ג) א' ו-ג'.

ד) II, III ו-IV.

ה) ב' ו-ג'.

פתרון הבעיה:

חלופה ב'

אני. פולוניום הוא הכולקוגן המתכתי ביותר. (נָכוֹן)

פולוניום הוא אפילו יסוד מתכתי.

II. לחמצן יש את האלקטרושליליות הנמוכה ביותר מבין הכולקוגנים. (שֶׁקֶר)

לחמצן יש האלקטרושליליות הגבוהה ביותר מבין הכולקוגנים והשנייה בגובהה בכל הטבלה המחזורית.

III. יש להם שישה אלקטרונים בקליפת הערכיות שלהם. (נָכוֹן)

כלקוגנים מאופיינים בכך שיש להם שישה אלקטרונים ערכיים.

IV. לטלוריום יש אלקטרושליליות נמוכה יותר מגופרית. (נָכוֹן)

לטלוריום יש אלקטרושליליות נמוכה יותר מגופרית מכיוון שהרדיוס האטומי שלו גדול יותר.

ציוני

|1| מיסלר, ג. ל.; פישר, פ. י.; טארר, ד. א. כימיה אנאורגנית. מהדורה 5. סאו פאולו: Pearson Education do Brasil, 2014.

מאת סטפנו אראוחו נובאיס
מורה לכימיה