酸素と硫黄の化学

酸素の化学は、この惑星上で最も豊富な元素です。 地球の地殻は重量で46.6％の酸素であり、海洋は重量で86％の酸素であり、大気は体積で21％の酸素である。 名前の酸素はギリシャの茎oxys、”酸”およびgennanから、”orgenerateを形作るために来ます。”酸素”とは文字通り”酸”を意味します。”この名前はLavoisierによって導入され、SO2やP4O10などの酸素が豊富な化合物が水に溶解して酸を与えることができます。

酸素原子2s22p4の電子配置は、中性酸素原子が二対の電子を共有してO=O二重結合を形成することによって価電子のオクテ このルイス構造によれば、O2分子内のすべての電子は対になっている。 そのため、化合物は反磁性反磁性によって反発されるべきである。 実験的に、O2は常磁性であることが判明しましたそれは磁場に引き込まれます。 これは、O2分子の*反結合分子軌道に2つの不対電子が存在すると仮定することによって説明することができる。

-183℃以下の温度で、O2は特徴的な水色の色を持つ液体を形成するために凝縮します波長630nmの光の吸収 この吸収は気相では見られず、液体中でも比較的弱く、三体二つのO2分子と光子が同時に衝突する必要があるため、液体相でも非常にまれな現象である。

オゾンの化学

O2分子は酸素の唯一の元素形態ではありません。 雷またはアスパルクの別の供給源の存在下で、O2分子は解離して酸素原子を形成する。

These O atoms can react with O2 molecules to formozone, O3,

whose Lewis 構造は図に示されています以下。

酸素（O2）とオゾン（O3）は同素体の例です（ギリシャ語の「別の方法で」という意味から）。 定義上、同素体は異なる要素の形。 それらは異なる構造を有するので、同素体は異なる化学的および物理的性質を有する（下記参照）。

Properties of Allotropes of Oxygen

Ozone is an unstable compound with a sharp, pungent odor thatslowly decomposes to oxygen.

At low concentrations, ozone can be relatively pleasant. （夏の雷雨に関連する特徴的な清潔な臭いは、少量のO3の形成によるものである。）

高濃度でのO3への曝露は、心臓の痛み、急速な鼓動、胸痛、および全身の痛みをもたらす。 1ppm以上の濃度では、オゾンは毒性があります。

オゾンの特徴的な特性の一つは、スペクトルの紫外線部分（300nm）の放射線を吸収する能力であり、それによって太陽から放出される高エネル私たちが考えるならば、このフィルターの重要性を理解することができます太陽からの放射線が私たちの肌に吸収されたときに何が起こるか。

赤外線、可視、および紫外線スペクトルの低エネルギー部分（<300nm）は、分子内の電子をより高いエネルギー軌道に励起するのに十分 この電子は最終的にそれが励起された軌道に戻り、エネルギーは熱の形で周囲の組織に放出される。 日焼けからhassufferedだれでもこの放射の苦痛なconsequencesofの余分な量を認めることができます。

紫外線の高エネルギー部分の放射線スペクトル（300nm）は、吸収されたときに異なる効果を有する。この放射線は、原子をイオン化するのに十分なエネルギーを運びます。 これらの反応で形成されるイオンは奇数である電子のうち、非常に反応性が高い。 それらは、細胞組織への永続的な損傷を引き起こし、最終的に皮膚癌につながるプロセスを誘発する可能性がある。 従ってこの放射の比較的少量は生きているティッシュに対する徹底的な効果をもたらすことができます。

1974年、MolinaとRowlandは、エアロゾル中の冷媒や推進剤として使用されていたCfcl3やCf2Cl2などのクロロフルオロカーボンが大気中に蓄積し始めていることを指摘した。 地球表面の高度10-50kmでは、クロロフルオロカーボンが分解してcl原子を形成し、cloなどの塩素酸化物が太陽光を吸収するとcloなどの酸化物が形成される。 Cl原子とClO分子は、次の図に示すように、奇数の電子を持っています。 p>

その結果、これらの物質は異常に反応性があります。 Theatmosphereでは、それらはオゾンまたは酸素原子と反応しますthatareはオゾンを形作るのに必要としました。

Molina and Rowland postulated that these substances wouldeventually deplete the ozone shield in the stratosphere, withdangerous implications for biological systems that would beexposed to increased levels of high-energy 紫外線。

無酸素化剤としての酸素

フッ素は、酸素よりも電気陰性である唯一の元素です。 その結果、酸素は事実上すべての電子を得る化学反応。 各O2分子は、下の図に示すように、電子を共有せずに2つの酸素原子のオクテットを満たすために、フーレレクトロンを獲得しなければなりません。 したがって、酸素は金属を酸化して、酸素原子が正式にO2-イオンとして存在する塩を形成する。 例えば、鉄が水の存在下で酸素と反応してFe3+とO2-イオンを正式に含む塩を与えると、この固体中の各Fe3+イオンに平均3つの水分分子が配位する。

Oxygen also oxidizes nonmetals, such as carbon, to formcovalent compounds in which the oxygen formally has an oxidationnumber of -2. /td>

CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(G) CO2(G) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g) CO2(g)

酸素は酸化剤の完璧な例ですそれはそれが反応するほぼすべてのSubstancewithの酸化状態を増加させるので。 その反応の過程で、酸素は還元される。 従ってそれがと反応する物質はreducingagentsです。

過酸化物

それはO2分子をo2イオンの対に還元するために4つの電子を必要とする。 O2分子が二つの電子しか得られなかった後に反応が停止すると、下の図に示すO22イオンが生成される。

このイオンは、酸素原子が原子価電子のオクテットを達成するために結合電子の唯一のasingleペアを共有しなければならないこ O22イオンはこのイオンを含んでいる混合物が異常に豊富なinoxygenであるので過酸化物イオンと呼ばれます。 それらは単なる酸化物ではありませんそれらは（hy-）過酸化物です。

The easiest way to prepare a peroxide is to react sodium orbarium metal with oxygen.

When these peroxides are allowed to react with a strong acid,hydrogen peroxide (H2O2) is produced.

The Lewis structure of hydrogen peroxide contains an O-Osingle bond, as shown in the figure below.

The VSEPR theory predicts that the geometry around each oxygenatom in H2O2 should be bent. しかし、この理論は、四つの原子が同じ平面にあるべきかどうか、または分子が二つの交差する平面にlyinginとして視覚化されるべきかどうかを予測するこ H2O2の実験的に決定された構造は、以下の図に示されています。

この分子のH-O-O結合角は、酸素原子上の隣接する2p原子軌道の対の間の角度よりもわずかに大きいだけであり、planesthatの間の角は、分子が四面体角よりもわずかに大きい。

The oxidation number of the oxygen atoms in hydrogen peroxideis -1. H2O2 can therefore act as anoxidizing agent and capture two more electrons to form a pair ofhydroxide ions, in which the oxygen has an oxidation number of-2.

Or, it can act as a reducing agent and lose a pair ofelectrons to form an O2 molecule.

Reactions in which a compound simultaneously undergoes bothoxidation and reduction are called disproportionationreactions. The products of the disproportionation of H2O2are oxygen and water.

The disproportionation of H2O2 is anexothermic reaction.

この反応は、ほこりや金属表面などの触媒が存在しない場合、比較的遅いです。 主な使用ofh2o2は酸化のまわりで回転しますability.It 希釈（3％）溶液で消毒剤として使用されます。 Moreconcentrated解決（30%）では、それはペーパーを作るのに使用されるbleaching代理店のforhair、毛皮、革、または木材パルプとして使用されます。 非常に集中された解決では、H2O2はtogive O2を分解する容易さのためにロケット燃料として使用されました。

Methods ofPreparing O2

Small quantities of O2 gas can be prepared in anumber of ways.

1. By decomposing a dilute solution of hydrogen peroxide withdust or a metal surface as the catalyst.

2. By reacting hydrogen peroxide with a strong oxidizingagent, such as the permanganate ion, MnO4-.

3. By passing an electric current through water.

4. By heating potassium chlorate (KClO3) in thepresence of a catalyst until it decomposes. Tr>

2kcl(s)

+ 3O2(g)

硫黄の化学

硫黄があるので、

周期律表の酸素の真下には、これらの元素は同様の電子配置を有する。 その結果、硫黄は、以下の表に示すように、酸素化合物の類似体である多くの化合物を形成する。 この表の例は、硫黄が酸素原子を置換する化合物を示すためにprefix thio-がどのように使用され得るかを示す。 例えば、チオシアン酸塩（SCN-）イオンは、シアン酸塩（OCN-）イオンの硫黄含有類似体である。

Oxygen Compounds and Their Sulfur Analogs

硫黄と酸素の化学の間に四つの主な違いがあります。

1. O=O二重結合は、S=S二重結合よりもはるかに強い。

2. S-S単結合はO-O単結合のほぼ2倍の強さである。

3. 硫黄(EN=2.58)は電気陰性度がはるかに低い酸素(EN=3.44)である。

4. 硫黄はその原子価殻を拡張して8以上を保持することができます電子が、酸素はできません。

これらの一見マイナーな違いは重要な結果を持っていますこれらの要素の化学のために。

x-XおよびX=X結合の強度の違いの影響

硫黄原子の半径は、酸素原子の半径よりも約60％大きい。その結果、硫黄原子が十分に接近して結合を形成することは困難である。

その結果、硫黄原子が十分に接近して結合を形成するこ そのため、S=S二重結合はO=O二重結合よりもはるかに弱い。 硫黄と酸素または炭素原子との間の二重結合は、SO2およびCS2などの化合物中に見出すことができる（下記参照）。

硫黄と酸素または炭素原子との間の二重結合は、SO2およびCS2のような化合物中に見出すことができる。 しかし、これらの二重結合は、O3またはCO2中の酸素原子と同等の二重結合よりもはるかに弱い。例えば、Ｃ＝Ｓ二重結合の結合解離エンタルピーは４ ７ ７ｋＪ／ｍｏｌであるのに対し、Ａ ｃ＝Ｏ二重結合の結合解離エンタルピーは７ ４ ５ｋＪ／ｍｏｌである。

元素酸素は、各原子が単一の隣接する原子と電子の二対を共有することによって価電子のオクテットを完了するO2分子 硫黄は強いS=S二重結合を形成しないため、元素硫黄は通常、図に示すように、各原子が隣接する二つの原子に単結合を形成することによってそのオクテットを結合させる環状S8分子の化合物である。 P>

S8分子は、onecrystalよりも多くを形成するためにパックすることができます。 最も安定な形態の硫黄は、斜方晶S8分子の結晶であり、しばしば近くに見出されるvolcanoes。 これらの結晶が溶融するまで加熱され、モルテン硫黄が冷却されると、S8分子の単斜晶系結晶からなる硫黄の同素体が形成される。 これらの単斜晶系結晶は、一定の期間にわたって、より安定な斜方晶構造にゆっくりと変換される。

要素がそれ自身に結合を形成する傾向は、カテネーション（ラテン語のカテナ、”鎖”から）と呼ばれています。 硫黄は非常に強いS-S単結合を形成するため、炭素以外のどの元素よりも優れている。 その結果、硫黄の理論的な斜方晶および単斜晶の形態は唯一のものではない元素の類似体。 硫黄の同素体もまた存在する結晶を形成する分子の大きさが異なる。 6、7、8、10、および12個の硫黄原子を含む環状分子が知られている。 硫黄は119.25℃で溶けて黄色の液体を形成する水よりも粘性が低い。

硫黄は119.25℃で溶けて黄色の液体を形成する。

硫黄は水よりも粘性が低い。 この液体を159℃に加熱すると、容器から注ぐことができない暗赤色の液体に変わります。 このえんじ色の液体の粘着性は100,000の硫黄原子としてasmanyの長い鎖を形作るために環状S8分子が開き、一緒につながるので溶解した硫黄のそれより2000

硫黄が活性金属と反応すると、硫化イオンS2-を形成することができる。 /td>

16K2S(s) 16k2S(s) 16k2S(s) 16k2S(s) 16k2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s) 16K2S(s)/td>

しかし、これは得ることができる唯一の製品ではありません。 -2の電荷を有するポリスルフィドイオンの多様性を生成することができるそれは鎖中の硫黄原子の数が異なる。

硫黄と酸素の電気陰性度の違いの効果

硫黄は酸素よりも電気陰性度がはるかに低いため、陽性酸化数を有する化合物を形成する可能性が高い（下の表を参照）。

Common Oxidation Numbers for Sulfur

In practice, combustion of sulfur compounds gives SO2,regardless of whether sulfur or a compound of sulfur is burned.

Although the SO2 formed in these reactions SO3を形成するためにO2と反応する必要があり、この反応の速度は非常に遅いです。 So2Into SO3の転換の率はanappropriateの触媒を加えることによって非常に高めることができます。 /td>

V2O5/K2O 2SO2(g)

V2O5/K2O	V2O5/K2O
2SO2(g)
2SO2(g)
2SO2(g)
2SO2(g)
	2so3(g)

so2の膨大な量は、業界ごとに生産され、その後、硫酸、h2so4を生成するために使用することができるso3に変換されます。 理論的には、硫酸はSO3ガスを水に溶解することによって作ることができる。

実際には、これは便利ではありません。 その代り、付加的なH2So4分子を形作るために水とreactswith98%H2SO4で吸収されるSo3Is。 次に、必要に応じて水を加えて、この溶液の濃縮を96％〜98％のH2So4By重量の間に保つ。

硫酸ははるかに最も重要な産業です化学。 国が消費する硫酸の量とその生活水準との間には直接的な関係があると主張されています。 毎年作り出されるthesulfuric酸の50%以上が肥料を作るのに使用されています。 Therestがペーパー、化学繊維および織物、殺虫剤、洗剤、供給の添加物、染料、薬剤、不凍剤、ペンキおよびエナメル、リノリウム、合成ゴム、印刷インキ、セロハン、写真フィルム、爆薬、自動車電池およびマグネシウム、アルミニウム、鉄および鋼鉄のような金属を作るのに使用されています。 硫酸は水中で解離し、硫酸水素または重硫酸塩イオンとして知られているHSO4-イオンを与える。

硫酸は硫酸水素イオンとして知られているHSO4-イ

10% of these hydrogen sulfate ions dissociate further to givethe SO42-, or sulfate, ion.

A variety of salts can be formed by replacing the H+ions in sulfuric acid with positively charged ions, such as theNa+ or K+ ions.

Sulfur dioxide dissolves in water to form sulfurous acid.

Sulfurous acid doesn’t dissociate in water to as great extentas sulfuric acid, but it is still possible to replace the H+ions in H2SO3 with positive ions to formsalts.

硫酸と亜硫酸は、両方とも酸素を含む文字通り酸であるため、酸素酸として知られるクラスの化合物の例です。 それらは酸素を含む負イオン（または陰イオン）であるため、SO32-およびSO42-イオンはオキシアニオンとして知られている。酸素酸またはオキシアニオンを形成する硫黄の酸化物のいくつかのルイス構造は、以下の表に示されている。

これらのオキシアニオンの一つは、特別な言及に値する。 チオ硫酸塩イオンとして知られているこのイオンは、硫黄と亜硫酸塩（SO32-）イオンとの間の反応によって形成される。

The Effect ofDifferences in the Abilities of Sulfur and Oxygen to Expand TheirValence Shell

The electron configurations of oxygen and sulfur are usuallywritten as follows.

2s2 2p4 S = 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 3s2 3p4 /td>