1.مقدمه
گروه VIA (گروه 16) شامل پنج عنصر مهم یعنی اکسیژن (O)، گوگرد (S)، سلنیوم (Se)، تلوریوم (Te) و پولونیوم (Po) است. این عناصر از نظر خواص فیزیکی و شیمیایی شباهت‌هایی دارند اما در فعالیت‌های زیستی و صنعتی، نقش‌های متفاوتی ایفا می‌کنند.
2. خواص فیزیکی و شیمیایی نافلزات گروه VIA
– اکسیژن و گوگرد به‌طور عمده در طبیعت به‌صورت گاز و جامد یافت می‌شوند.
– سلنیوم و تلوریوم در طبیعت به‌صورت ترکیبات معدنی و در برخی مواد آلی وجود دارند.
-پولونیوم به دلیل خاصیت رادیواکتیویته، در مقادیر بسیار کم و بیشتر در مواد معدنی اورانیوم یافت می‌شود.
– این عناصر تمایل به تشکیل ترکیبات کووالانسی و در برخی موارد ترکیبات یونی دارند.
3. منابع طبیعی و تولید صنعتی عناصر گروه VIA
3.1 اکسیژن
– جو زمین: تقریباً 21٪ جو را تشکیل می‌دهد.
– آب (H₂O): فراوان‌ترین ترکیب حاوی اکسیژن است.
– ترکیبات معدنی: مانند سیلیکات‌ها و کربنات‌ها.
3.2 گوگرد
– منابع زمینی: مانند سنگ‌های سولفیدی (پیریت، گالن) و چشمه‌های گوگردی.
– بیولوژیکی: در اسیدهای آمینه و ترکیبات آلی موجود است.
3.3 سلنیوم و تلوریوم
– معادن مس و نقره: اغلب به‌عنوان محصول جانبی استخراج این فلزات به‌دست می‌آیند.
– خاک و گیاهان: به مقدار کم در برخی گونه‌های گیاهی یافت می‌شوند.
3.4 پولونیوم
– رادیواکتیو: در سنگ‌های حاوی اورانیوم و طی فرآیند واپاشی رادیواکتیو تولید می‌شود.
4. روش‌های تولید صنعتی
4.1 اکسیژن
-تقسیم‌سازی هوای مایع از طریق فرآیند تقطیر جزء‌به‌جزء.
– الکترولیز آب برای تولید اکسیژن خالص.
4.2 گوگرد
– روش فراش: استخراج گوگرد از عمق زمین با استفاده از بخار آب.
– احیای سولفیدها: تبدیل سولفیدها به گوگرد عنصری در صنایع پالایشگاهی.
4.3 سلنیوم و تلوریوم
– استخراج از محصولات جانبی تصفیه مس و نقره.
4.4 پولونیوم
– تولید مصنوعی: با بمباران بریلیوم توسط نوترون در راکتورهای هسته‌ای.
5. تهیه اکسیژن در آزمایشگاه
– تجزیه حرارتی پتاسیم کلرات (KClO₃) در حضور کاتالیزور منگن دی‌اکسید.
– الکترولیز آب با استفاده از الکترودهای خنثی.
6. واکنش‌های اکسیژن
– اکسیداسیون فلزات و نافلزات برای تشکیل اکسیدها.
– واکنش با ترکیبات آلی در احتراق و تنفس سلولی.
7. اوزون و آلودگی هوا
– تشکیل اوزون (O₃) در لایه استراتوسفر و نقش آن در محافظت از زمین در برابر اشعه فرابنفش.
– تأثیر آلاینده‌های نیتروژنی و گوگردی در تشکیل مه دود فتوشیمیایی و باران اسیدی.
8. شکل‌های آلوتروپی گوگرد، سلنیوم و تلوریوم
-گوگرد: شامل گوگرد مونوکلینیک و رومبیک.
– سلنیوم: شامل سلنیوم آمورف و کریستالی.
– تلوریوم: دارای ساختارهای مختلف بلوری.
9. ترکیبات هیدروژنی این سه عنصر
– هیدروژن سولفید (H₂S): گازی با بوی تخم‌مرغ فاسد.
– هیدروژن سلنید (H₂Se) و هیدروژن تلورید (H₂Te): ترکیبات گازی سمی و خورنده.
10. حالت‌های اکسایش گوگرد، سلنیوم و تلوریوم
– گوگرد: -2، 0، +4، +6
– سلنیوم: -2، 0، +4، +6
– تلوریوم: -2، 0، +4، +6
11. کاربردهای صنعتی عناصر گروه VIA
11.1 اکسیژن
– پزشکی: استفاده در دستگاه‌های تنفسی و بیهوشی.
– صنایع متالورژی: برای احتراق شدید در فرآیندهای ذوب فلزات.
– فضاپیماها: سوخت اکسید‌کننده در راکت‌ها.
11.2 گوگرد
– تولید اسید سولفوریک: پرکاربردترین اسید صنعتی.
– کشاورزی: به‌عنوان قارچ‌کش و کودهای سولفاته.
– لاستیک‌سازی: برای فرآیند ولکانیزاسیون لاستیک.
11.3 سلنیوم و تلوریوم
– الکترونیک: در سلول‌های خورشیدی و نیمه‌رساناها.
– شیشه‌سازی: بهبود کیفیت رنگ شیشه‌ها.
– صنایع عکاسی: در فیلم‌های عکاسی و حسگرهای نوری.
12. نتیجه‌گیری
نافلزات گروه VIA دارای اهمیت ویژه‌ای در صنایع مختلف از پزشکی تا هوافضا و کشاورزی هستند. اکسیژن، به‌عنوان حیاتی‌ترین عنصر این گروه، در فرآیندهای زیستی و صنعتی نقشی اساسی دارد. گوگرد، سلنیوم و تلوریوم نیز به‌عنوان عناصر کلیدی در تولید مواد شیمیایی، شیشه، و الکترونیک کاربرد دارند. پولونیوم، گرچه کمیاب و رادیواکتیو است، اما در انرژی هسته‌ای استفاده می‌شود.
با توجه به اهمیت این عناصر، درک بهتر منابع، روش‌های تولید و کاربردهای آن‌ها می‌تواند به توسعه فناوری‌های جدید و پایدار کمک کند.
