عناصر المجموعة السادسة

المجموعة السادسة تحتوي على ستة عناصر كالتالي: عنصر الأكسجين (O)، عنصر الكبريت (S)، عنصر السيلينيوم (Se)، عنصر التيلوريوم (Te) وعنصر البولونيوم (Po) وعنصر الليفرموريوم (Lv) وتسمى هذه المجموعة بالكالكوجينات، كما وتعرف باسم مجموعة الأكسجين.

مقدمة عامة عن عناصر المجموعة السادسة:

يحتل عنصر الأكسجين موقعًا مركزيًا جدًا في أي علاج في الكيمياء غير العضوية، والتي تناقش العديد من المركبات ويتم التعامل معها في إطار عناصر أخرى، أما بالنسبة للانخفاض في الخصائص الغير معدنية فيلاحظ كلما ذهبنا  أسفل المجموعة ويسهل التعرف عليها في العناصر:

• يوجد عنصر الأكسجين فقط على هيئة اثنين من المتآصلات الغازية وهما: (O2 و O3).

• يحتوي عنصر الكبريت على العديد من المتآصلات، وكلها عبارة عن مواد عازلة.

• الأشكال المستقرة من السيلينيوم والتيلوريوم هي عبارة عن أشباه موصلات.

• البولونيوم عبارة عن موصل معدني.

معرفة كيمياء عنصر البولونيوم (Po) ومركباته محدودة؛ وذلك بسبب عدم وجود نظير مستقر له بالإضافة إلى صعوبة التعامل مع (210 نظير Po)، وهو الأكثر توافراً بين نظائر البولونيوم، كما أنه ينتج نظير البولونيوم 210 من خلال قصف (209 نظير Bi) بالنيوترونات الحرارية (أو البطيئة)، ويتم إنتاج النيوترونات عن طريق انشطار نوى (235 نظير U)، حيث أنه تقل طاقتها الحركية عن طريق الاصطدامات المرنة مع نوى (12 نظير C) أو (2 نظير H)  أثناء المرور من خلال الجرافيت أو D2O. كما أن المزيج من (209 نظير Bi) مع نيوترون (210 نظير Bi)، والتي تخضع لاضمحلال من نوع بيتا β تشكل (210 نظير Po).

نظير البولونيوم 210 هو باعث مكثف، يمتلك  (½t يساوي 138 يوم ) والذي يحرر 520 كيلو جول لكل (جرام * ساعة)، وهذا الفقدان الكبير للطاقة؛ لأن العديد من مركبات Po تتحلل، وحتى تتحلل مركبات Po، يجب أن يتحلل الماء، ووجد أن إجراء دراسات للتفاعلات الكيميائية في الماء هو عبارة عن حل صعب. كما أنه وجد أن البولونيوم هو عبارة عن موصل معدني ويتبلور في شبكة مكعبة بسيطة.

هذه المركبات تشكل مواد متطايرة، كما أن الهاليدات تتحلل بسهولة في الماء (PoCl2 ،PoCl4 ،PoBr2 PoBr4 ،PoI4)، بالإضافة إلى الأيونات المعقدة -2(PoX6)، حيث أن (X = Cl، Br، I). ويتكون أكسيد البولونيوم (IV) من خلال التفاعل الذي يحدث بين (Po و O2) عند درجة حرارة تساوي 520 كلفن، وتتبنى هيكل من نوع الفلوريت، كما أنه هيكل قابل للذوبان في القلويات المائية.

ظهور عناصر المجموعة السادسة ووفرتها:

يشكل جزيء الأكسجين نسبة 21٪ من الغلاف الجوي للأرض ويعد من العناصر الأكثر وفرة على القشرة الأرضية، كما أنه هناك نسبة 47٪ من مكونات قشرة الأرض عبارة عن مركبات تحتوي على عنصر الأكسجين O، مثل: الماء، الحجر الجيري، السيليكا، السيليكات، البوكسيت والهيماتيت، ويعد عنصر الأكسجين مكون أساسي من مركبات لا حصر لها في الحياة، وهو ضروري جدا للنظام الحيوي، حيث يتم تحويله إلى ثاني أكسيد الكربون أثناء التنفس.

يتواجد الكبريت الأصلي في الرواسب حول البراكين والينابيع الساخنة، كما أن المعادن المحتوية على عنصر الكبريت تشمل على البيريتات الحديدية (الذهب الكاذب FeS2)، والغالينا (PbS)، والسفاليريت أو مزيج الزنك (ZnS)، والسينابار (HgS)، والريالغار (As4S4)، orpiment (As2S3)، والستيبنيت (Sb2S3)، موليبدينيت (MoS2)، والكالكوسيت (Cu2S).

بالنسبة لعنصر السيلينيوم وعنصر التيلوريوم Te يظهر عنصر السيلينيوم النادر نسبيًا في عدد قليل فقط المعادن، بينما عادة ما يتم دمج التيلوريوم مع معادن أخرى، على سبيل المثال في سلفانيت (AgAuTe4).

استخراج معادن المجموعة السادسة:

عملية فراش هي الطريقة التقليدية لاستخراج الكبريت من الرواسب الطبيعية، يتم استخدام ماء مسخن (درجة حرارته تساوي 440 كلفن تحت الضغط) للعمل على إذابة الكبريت وضغط الهواء ثم يجبره على السطح. هذه الطريقة الآن في تراجع وتم إغلاق العديد من العمليات والتوقف عنها. تعد كندا والولايات المتحدة أكبر منتجي الكبريت في العالم.

الاتجاه العام الذي يتم اتباعه في جميع أنحاء العالم هو استرداد الكبريت من النفط الخام، وتكرير البترول وإنتاج الغاز الطبيعي، وتصبح عملية الإنتاج هذه السائدة لأسباب بيئية. في الغاز الطبيعي، مصدر الكبريت هو مركب (H2S) الذي يظهر في تركيزات تصل إلى 30٪. ويتم استرداد الكبريت عن طريق التفاعل الآتي:  2H2S + O2 → 2S + 2H2O ،ويجب استخدام الكربون المنشط أو محفز الألومينا حتى يتم هذا التفاعل.

الطريقة الثالثة للإنتاج هي طريقة  “المنتج الثانوي” وتتم من خلال تصنيع حامض الكبريتيك، وهذا يشير إلى الاقتران المباشر لتصنيع حمض الكبريت (فقط جزء صغير من إجمالي الناتج) إلى عملية الاستخراج من المعادن (مثل النحاس) من خامات الكبريتيد عن طريق التحميص في الهواء، ويتم استخدام (SO2) المتطور للعمل على تصنيع (H2SO4)، الذي يتم تضمينه على أنه مصدر للكبريت (على الرغم من أن عنصر الكبريت لا يتم عزله أبدًا).

أما بالنسبة للمصادر التجارية للسيلينيوم Se والتيلوريوم Te، فهذه المصادر عبارة عن غبار المداخن المترسبة أثناء عملية التكرير، على سبيل المثال: مثل خامات كبريتيد النحاس ومن بقايا الأنود من التنقية الإلكتروليتية للنحاس.

استخدامات عناصر المجموعة السادسة:

الاستخدام الرئيسي للأكسجين O2 هو كوقود (على سبيل المثال للأوكسي أسيتيلين ولهيب الهيدروجين)، كداعم للتنفس تحت ظروف خاصة، (على سبيل المثال في المركبات الجوية والفضائية)، كما ويستخدم في تصنيع الفولاذ.

الكبريت، بشكل رئيسي يستخدم على شكل حامض الكبريتيك، وهو عبارة عن مادة كيميائية صناعية مهمة للغاية، حيث أن كمية حمض الكبريتيك الذي تستهلكه دولة معينة هو عبارة عن مؤشر للتنمية الصناعية في ذلك البلد، والكبريت هو عادة ما يكون موجود على شكل كاشف صناعي، مثل (H2SO4 في إنتاج الأسمدة الفوسفاتية)، وليس بالضرورة أن يكون موجودًا في المنتج النهائي.

من الخصائص المهمة للسيلينيوم غير متبلور Se قدرته على تحويل الضوء إلى كهرباء، ويستخدم السيلينيوم في الخلايا الكهروضوئية، وفي عدادات التعرض الفوتوغرافية وآلات التصوير وكاشفات التصوير بالأشعة السينية. وبالنسبة للاستخدام الرئيسي للسيلينيوم أنه يدخل في صناعة الزجاج، كما ويتم استخدامه لمواجهة اللون الأخضر الناجم عن شوائب الحديد في السيليكا الصودا والجير الزجاج، كما أنه يضاف أيضًا إلى زجاج اللوحة المعمارية لتقليل انتقال الحرارة الشمسية، عندما يكون في شكل (CdSxSe(1-x))، يستخدم السيلينيوم كصبغة حمراء في الزجاج والسيراميك، أما بالنسبة للسيلينيوم البلوري Se يعد من أشباه الموصلات.

يستخدم التيلوريوم كمادة مضافة (0.1٪≥) إلى الفولاذ منخفض الكربون من أجل تحسين صفات آلة المعدن، وهذا يفسر سبب حوالي نصف استهلاك العالم من التيلوريوم، كما أنه يستخدم كمحفز يعد من  التطبيقات المهمة أيضًا، وتنبع التطبيقات الأخرى من خصائصه شبه الموصلة، على سبيل المثال: الكادميوم تيلورايد تم دمجه مؤخرًا في الخلايا الشمسية ومع ذلك، فإن استخدامات التيلوريوم Te محدودة؛ ويرجع ذلك جزئيًا إلى أن المركبات يتم امتصاصها بسهولة في الجسم ويقوم بإخراجها عن طريق التنفس والعرق العضوي كريه الرائحة ومشتقاته.