$16.$ grupa układu okresowego pierwiastków

W $16.$ grupie układu okresowego znajdują się pierwiastki takie jak tlen, siarka, selen, tellur oraz polon. Wszystkie atomy tych pierwiastków posiadają po sześć elektronów walencyjnych. Mimo przynależności do tej samej grupy, różnią się od siebie dość znacznie właściwościami, zwłaszcza, gdy porównamy te przynależne tlenowi i pozostałych pierwiastków z tej grupy. Tlen i siarka to typowe niemetale, selen i tellur wykazują właściwości pośrednie (ale zaliczane są do niemetali), a z kolei polon to metal. Wraz ze wzrostem numeru okresu zwiększa się masa oraz promień atomowy danego tlenowca, zaś elektroujemność maleje. Poza tym elektroujemność tlenu jest znacząco wyższa niż w przypadku pozostałych pierwiastków z tej grupy, co w połączeniu z małym promieniem atomowym i posiadaniem tylko powłok elektronowych s oraz p odpowiada za odmienne właściwości tego pierwiastka. Tylko tlen w warunkach normalnych jest gazem, ponieważ już pozostałe pierwiastki są ciałami stałymi.

Budowa atomów tlenu i siarki

Konfiguracja elektronowa tlenu w stanie podstawowym:

$\left[{}_8\text{O}\right]: 1s^{2}2s^{2}2p^4$

Konfiguracja elektronowa siarki w stanie podstawowym:

$\left[{}_{16}\text{S}\right]: 1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^4$

Atomy tlenu oraz siarki mają identyczną konfigurację walencyjną $n{s}^{2}n{p}^4$, która jest również zgodna z pozostałymi pierwiastkami tej grupy. W związku z tym, że tlen i siarka są niemetalami, będą chętniej przyjmować elektrony, niż je oddawać. W ich przypadku wystarczą tylko dwa, aby osiągnąć konfigurację gazu szlachetnego. Mimo tego, atomy siarki w związkach przyjmują najczęściej $-\text{II}$, $\text{IV}$ lub $\text{VI}$ stopień utlenienia, co wynika ze stosunkowo niewielkiej elektroujemności oraz obecności podpowłoki $3d$, która może zostać wykorzystana do utworzenia wiązań kowalencyjnych.

Z kolei powłoka walencyjna atomu tlenu to ta druga, której nie budują orbitale typu $d$. Dlatego atom tlenu zazwyczaj występuje na $-\text{II}$ stopniu utlenienia i nie ma możliwości wytwarzania dodatkowych wiązań z wykorzystaniem orbitali typu $d$, jak ma to miejsce odnośnie do opisanej już siarki. Tlen może również występować na $-\text{I}$ stopniu utlenienia w nadtlenkach i $-\frac{1}{2}$ stopniu utlenienia w ponadtlenkach. Wyjątkiem są fluorki tlenu ${\text{OF}}_2$ i ${\text{O}}_2{\text{F}}_2$, w których tlen przyjmuje $+\text{II}$ lub $+\text{I}$ stopień utlenienia.

Odmiany alotropowe tlenu i siarki

Tlen zazwyczaj występuje w postaci dwuatomowych cząsteczek ${\text{O}}_2$ lub trójatomowych cząsteczkach ${\text{O}}_3$, nazwanych ozonem, który tworzy się podczas burzy. Siarka występuje głównie w dwóch odmianach alotropowych. Pierwsza, siarka rombowa, to ośmioatomowa cząsteczka – jej atomy ułożone są w zygzakowaty pierścień i jest stabilna w temperaturze pokojowej. Podgrzanie jej powyżej temperatury 368 K powoduje jej przekształcenie w siarkę jednoskośną, która różni się od tej pierwszej sposobem ułożenia atomów oraz np. temperaturą krzepnięcia. Istnieją również inne formy alotropowe, które tworzą się w specyficznych warunkach.

Reaktywność tlenu i siarki

Związki tlenu i siarki

Mimo przynależności tlenu i siarki do tej samej grupy układu okresowego, właściwości tych pierwiastków i związków z nich zbudowanych znacznie się różnią.

Różnice te wynikają ze znacznie wyższej elektroujemności tlenu, małego promienia atomowego tego pierwiastka oraz braku obecności powłoki $d$, mogącej brać udział w tworzeniu wiązań chemicznych. Przez to tlen w odróżnieniu od siarki nie może przyjmować stopni utlenienia wyższych od $\text{II}$ i nie tworzy długich łańcuchów, co sprawia, że w warunkach normalnych jest gazem.

Wynika to także z siły wiązań pojedynczych i podwójnych między atomami tych pierwiastków. Wiązania $\text{S}-\text{S}$ są znacznie silniejsze od wiązań $\text{O}-\text{O}$, co sprzyja tworzeniu łańcuchów, za to wiązania podwójne tworzone przez tlen są silniejsze niż wiązania podwójne tworzone przez siarkę, ponieważ duży promień atomowy siarki uniemożliwia znaczne zbliżenie się związanych w ten sposób atomów do siebie. Woda ma zdolność do tworzenia silnych wiązań wodorowych między swoimi cząsteczkami, co również odróżnia ją od siarkowodoru – stąd właśnie w temperaturze pokojowej woda jest cieczą, a siarkowodór gazem.