Domanda:
Perché lo zolfo, ma non l'ossigeno, catenano?
ManishEarth
2012-05-17 14:00:22 UTC
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L'ossigeno è un elemento piuttosto noioso. Ha solo due allotropi, diossigeno e ozono. Il dioxygen ha un doppio legame e l'ozono ha una nuvola delocalizzata, che dà origine a due "1,5 legami".

D'altra parte, lo zolfo ha molti allotropi stabili e anche un mucchio di quelli instabili. La varietà di allotropi è dovuta principalmente alla capacità dello zolfo di catenarsi.

Ma lo zolfo non ha un allotropo biatomico stabile a temperatura ambiente. Personalmente mi aspetterei che il disulfur fosse più stabile del diossigeno, a causa della possibilità di $ \ mathrm {p} \ pi \ text {-} \ mathrm {d} \ pi $ back-bonding.

Allora, perché lo zolfo e l'ossigeno hanno proprietà così opposte rispetto alla loro capacità di catenare?

Una risposta:
#1
+39
F'x
2012-05-17 17:54:07 UTC
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Innanzitutto, una nota: sebbene l'ossigeno abbia meno allotropi dello zolfo, sicuramente ne ha più di due! Questi includono $ \ ce {O} $, $ \ ce {O_2} $, $ \ ce {O_3} $, $ \ ce {O_4} $, $ \ ce {O_8} $, metallizzato $ \ ce {O} $ e quattro altre fasi solide. Molti di questi hanno effettivamente una corrispondente variante di zolfo. Tuttavia, hai ragione nel senso che lo zolfo ha più tendenza a catenarsi ... proviamo a capire perché!

Ecco i valori delle entalpie a singolo e doppio legame: $$ \ begin {array} {ccc} \ hline \ text {Bond} & \ text {Dissociation energy /} \ mathrm {kJ ~ mol ^ {- 1}} \\ \ hline \ ce {OO} & 142 \\\ ce {S – S} & 268 \\\ ce {O = O} & 499 \\\ ce {S = S} & 352 \\ \ hline \ end {array} $$ Ciò significa che $ \ ce {O = O } $ è più forte di $ \ ce {S = S} $, mentre $ \ ce {O – O} $ è più debole di $ \ ce {S – S} $. Quindi, nello zolfo, i legami singoli sono favoriti e la catenazione è più facile che nei composti dell'ossigeno.

Sembra che la ragione per i doppi legami $ \ ce {S = S} $ più deboli abbia le sue radici nella dimensione dell'atomo: è più difficile per i due atomi arrivare a una distanza sufficientemente piccola, in modo che la sovrapposizione degli orbitali $ \ mathrm {3p} $ sia piccola e il legame $ \ pi $ sia debole. Ciò è attestato guardando la tavola periodica: $ \ ce {Se = Se} $ ha una entalpia di legame ancora più debole di $ \ ce {272 kJ / mol} $. C'è una discussione più approfondita sulle forze di legame relative in questa domanda.

Sebbene non particolarmente stabile, in realtà è anche possibile che l'ossigeno formi molecole discrete con la formula generale $ \ ce {H-O_n-H} $; acqua e perossido di idrogeno sono i primi due membri di questa classe, ma $ n $ arriva ad almeno $ 5 $. Questi "poliossidi di idrogeno" sono descritti ulteriormente in questa domanda.

Gli altri elementi seguono l'ordine previsto? Voglio dire che l'ordine è: S-S> O-O> Se-Se> Te-Te?
Espandendo questa risposta, potremmo aver bisogno di riconsiderare ciò che consideriamo "catenante". Significa che è facile formare legami con se stesso per formare sostanze polimeriche? Se è così, facile a quale temperatura? Credo che l'ossigeno catenati altrettanto facilmente dello zolfo, anche se a temperature inferiori.


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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