4.4. Вода и сероводород. Сульфиды

Вода и сероводород являются термодинамически стабильными соединениями (благодаря высокой устойчивости О и S в ст.ок. – 2), поэтому могут быть получены из исходных простых веществ.

В отличие от газообразного H₂S, вода при об.у. – жидкость, несмотря на меньшую, чем у сероводорода, молекулярную массу. Это противоречие объясняется тем, что частицы H₂S связаны между собой с помощью сравнительно слабых ММС, а молекулы соединены прочными водородными связями. Причем в твердой воде (т.е. во льду) каждая частица с соседними образует четыре Н-связи: две – двумя атомами Н и еще две – двумя электронными парами кислорода (на s- и на p-орбиталях).

Отметим, что водородные связи длиннее, чем ХС, поэтому структура льда является ажурной (рыхлой), т.е. с большими пустотами. А при нагревании льда выше 0⁰С часть Н-связей разрывается и отдельные молекулы Н₂О входят в пустоты, в результате чего плотность воды растет (вплоть до 4°С). Вот почему она тяжелее льда. (Хотя под давлением 2 115 атм. получен настолько плотный лед, что он тонет в воде; а при 40 000 атм. образуется «горячий лед», плавящийся лишь при +175°С.)

Структура воды легко изменяется даже при слабых воздействиях, благодаря чему возможны различные методы «активации» воды (в частности, магнитом). И видимо, поэтому именно в воде зародилась жизнь (недаром все растительные и животные организмы на 50-99% состоят из Н₂О).

Однако, если вода необходима для жизни, то сероводород является сильным ядом¹⁶. Поэтому при ощущении его запаха (тухлых яиц¹⁷) надо срочно проветрить помещение.

Вода – слабый окислитель () и слабый восстановитель (). А сероводород (из-за большего радиуса S) как восстановитель гораздо сильнее () – легко окисляется даже иодом:

а также серной кислотой (продукты S и S) и кислородом воздуха (но медленно):

Подчеркнем, что связи длиннее, чем , поэтому менее прочны и, значит, легче поляризуются до ионных с последующим отщеплением протонов. Вследствие чего раствор в ¹⁸ является кислотой (сероводородной). Причем двухосновной, поэтому она образует и кислые соли (NaHS), и средние (). Из средних сульфидов растворимы лишь соли ЩМ и ЩЗМ.

Многие малорастворимые сульфиды имеют характерный цвет: ZnS – белый, MnS – розовый, CdS – желтый, HgS – красный, Sb₂S₅ – оранжевый, PbS – черный. Это используется для проведения качественных реакций на соответствующие катионы М, а также на сульфид-анион. В частности, влажная свинцовая бумага (т.е. пропитанная растворимой солью свинца) белого цвета является индикатором на сероводород, т.к. чернеет в присутствии даже небольших количеств H₂S из-за образования PbS.

4.5. Перхалькогениды

Кислород в соединениях с водородом, кроме степени окисления –2 (в Н₂О), может иметь и другие ее значения, в частности, –1 в . Это вещество, как и вода, является жидкостью при об.у. Его графическая формула: Н–О–О–Н, т.е. имеет гомоядерную связь О–О; поэтому называется пероксидом водорода¹⁹.

Данное соединение в свободном состоянии неустойчиво: при нагревании взрывается (). Благодаря способности отщеплять атомарный кислород (даже при об.у.) пероксид водорода легко воспламеняет опилки и т.п. (поэтому применяется как окислитель ракетного топлива).

При разбавлении водой устойчивость повышается, но даже 3%-й раствор пероксида водорода – сильный окислитель, поэтому используется для отбеливания волос, х/б тканей, для обеззараживания сточных жидкостей и т.д.

Получают из пероксида бария по реакции:

.

А синтезируют, сжигая барий на воздухе. При сгорании натрия тоже образуется пероксид (). Он используется в противогазах пожарников и на космических кораблях для «освежения» воздуха, т.к. превращает СО₂ в О₂:

.

Поскольку атомы S более, чем O, склонны формировать гомоядерные σ-связи, то персульфиды устойчивее пероксидов. Например, персульфид железа(II) стабилен настолько, что встречается в природе – в виде минерала пирита. Из него обжигом (т.е. прокаливанием в присутствии кислорода воздуха) получают в промышленности оксид серы(IV):

. (Этот процесс – первая стадия производства серной кислоты.)