44. Халькогениды. Растворимость и гидролиз сульфидов металлов. Полисульфиды.

Халькогени́ды (от греч. χαλκος — руда и γενος — рождающий) — бинарные химические соединения халькогенов (элементов 16-й группы^[1] периодической системы, к которым относятся кислород, сера, селен, теллур, полоний и ливерморий) с металлами.

Халькогениды были названы так, потому что в природе чаще всего встречаются в виде различных руд металлов в виде соединений цинка, меди, железа, свинца, молибдена и др. — сульфидов, селенидов, теллуридов.

Несмотря на то, что кислород формально относится к семейству халькогенов, оксиды обычно не причисляют к халькогенидам, выделяя их в отдельный класс.

Халькогениды щелочных металлов и щёлочноземельных металлов растворимы в воде и подвержены гидролизу. Многие из них разлагаются водой с образованием соответствующей кислоты (сероводородной, селеноводородной, теллуроводородной).

Большинство халькогенидов переходных металлов нерастворимы в воде или труднорастворимы (так как их кристаллы часто имеют плотнейшую упаковку атомов).

Сульфиды, селениды и теллуриды таких металлов как цинк, кадмий, ртуть, свинец и другие обладают многими полезными полупроводниковыми, фотополупроводниковыми, люминесцентными и сцинтилляционными свойствами и используются в соответствующих применениях.

Дисульфид молибдена по механическим свойствам напоминает графит и используется в качестве термостойкой смазки трущихся поверхностей.

Особый класс материалов — халькогенидные стёкла, находят применение в твердотельных лазерах, устройствах использующих нелинейные оптические эффекты. Также эти материалы применяются в качестве запоминающей среды компакт-дисков и DVD (в частности, CD-RW).

Некоторые халькогениды используются как фоторезист в фотолитографии.

Также применяются в качестве катализаторов в органическом синтезе.

Теллурид сурьмы-германия применяется в резистивных элементах PCRAM — энергонезависимой памяти, использующей эффект переключения агрегатного состояния при нагреве, свойственный халькогенидным стёклам.

Растворимость и гидролиз сульфидов. Поскольку сероводород является двухосновной кислотой, от него производятся два ряда сульфидов: кислые сульфиды или гидросульфиды MHS и нормальные сульфиды M2S. Все кислые сульфиды очень легко растворимы в воде. Из нормальных сульфидов также легко растворимы сульфиды щелочных металлов

Нейтральные сульфиды щелочноземельных металлов как таковые в воде не растворяются. Однако при действии воды они претерпевают гидролитическое расщепление, например,

2CaS + 2HOH = Ca(HS)2 + Ca(OH)2 (8)

а образующийся при этом кислый сульфид переходит в раствор. При кипячении раствора он также разлагается:

Ca(HS)2 + 2HOH = Ca(OH)2 + 2H2S (9)

Еще легче гидролизуются сульфиды некоторых многовалентных металлов, например сульфид алюминия AI2S3, сульфид хрома, сульфид кремния Cr2S3 SiS2 . Кислоты разлагают все эти сульфиды с выделение сероводорода.

Большинство сульфидов тяжелых металлов настолько мало растворимы в воде, что гидролитическое расщепление их не происходит. Некоторые сульфиды, разбавленные сильными кислотами не разлагаются. Произведение растворимости этих сульфидов настолько мало, что даже при понижении концентрации ионов S2- в растворе за счет прибавления ионов H+ концентрация ионов металла в растворе, находящемся в равновесии с сульфидом (донной фазой), очень незначительна. Поэтому, при пропускании сероводорода такие сульфиды будут выпадать в осадок даже из очень кислых растворов.

Полисульфиды, производные многосернистого водорода H₂S_x, где х может иметь значения от 2 до 9; твёрдые вещества с окраской от светло-жёлтой до коричнево-красной и со специфическим неприятным запахом. Известны полисульфиды аммония, щелочных и щёлочноземельных металлов, например калий образует K₂S₂, K₂S₃, K₂S₄, K₂S₅ и K₂S₆. В молекулах полисульфидов атомы серы расположены цепочкой —S—S—S—. Температуры плавления полисульфидов ниже, чем сульфидов. Так, t_пл K₂S 835 °С, a K₂S₆ 183 °С. Химически полисульфиды весьма нестойки; при нагревании разлагаются с образованием сульфидов. При действии кислот выделяют H₂S_x, который тут же распадается на H₂S и S. Для получения полисульфидов сплавляют сульфиды, гидроокиси или карбонаты с серой; можно добавлять серу в водный раствор сульфида. Полисульфиды кальция и бария применяют для борьбы с вредителями с.-х. культур. Полисульфиды бария — эффективное средство для удаления волос.