Tlenowcami nazywamy pierwiastki należące do 16 grupy układu okresowego. Są to: tlen, siarka, selen, tellur, polon i liwermor ( Rys. 1 ). Pierwsze dwa są typowymi niemetalami, zostały zatem omówione w osobnym rozdziale – Tlenowce (tlen, siarka). W tym module omówiono pozostałe tlenowce.

Występowanie i otrzymywanie

Selen i tellur towarzyszą minerałom siarczkowym, w których zastępują siarkę.

Polon został odkryty przez Marię Skłodowską-Curie w 1898 roku. Uczona nadała mu nazwę na cześć Polski, która była wtedy pod zaborami. Występuje on w śladowych ilościach w rudach uranowych.

Liwermor jest pierwiastkiem otrzymanym sztucznie w reakcji syntezy jądrowej.

Selen i tellur otrzymuje się jako produkt uboczny podczas rafinacji rud miedzi i siarki. Selen szary otrzymuje się w wyniku łagodnego ogrzewania innych odmian alotropowych, powolnego chłodzenia stopionego \( Se \) lub kondensacji pary selenu tuż poniżej temperatury topnienia [1]. Szlamy anodowe zawierają selenki i tellurki metali szlachetnych \( M_2Se \) lub \( M_2Te \) (gdzie \( M = Cu, Ag, Au \)). Następnie szlamy anodowe prażone są na powietrzu z węglanem sodu. Jony metali są redukowane do postaci metalicznej, a tellurek jest przekształcany w telluran (IV):

Następnie telluran (IV) jest ługowany z mieszaniny wodą i w roztworze wodnym występuje jako wodorotelluran (IV). Z takiego roztworu, przy użyciu kwasu siatkowego wytrąca się \( TeO_2 \), podczas gdy seleniany pozostają w roztworze:

Czysty metal otrzymuje się przez redukcję tlenku:

Polon na skalę przemysłową otrzymuje się przez bombardowanie bizmutu neutronami, ponieważ jego ilość w skorupie ziemskiej jest bardzo mała.

Właściwości fizyczne

Właściwości fizyczne tlenowców z wyjątkiem tlenu i siarki zostały zebrane w Tabela 1.

Selen występuje w trzech odmianach alotropowych. Selen otrzymywany w reakcjach chemicznych jest zwykle czerwonym amorficznym proszkiem. Gdy szybko się topi, tworzy czarną szklistą formę. Struktura czarnego selenu jest nieregularna i złożona. Składa się z polimerowych pierścieni zawierających do 1000 atomów w pierścieniu. Czarny selen jest kruchym i błyszczącym ciałem stałym. Najbardziej stabilną odmianą jest selen szary z heksagonalną siecią krystalograficzną składającą się ze spiralnych łańcuchów polimerowych. Selen szary jest półprzewodnikiem, a pozostałe odmiany alotropowe są izolatorami.
Selen w śladowych ilościach jest niezbędny do poprawnego funkcjonowania komórek ludzi i zwierząt, w większych dawkach jest toksyczny [1].
Selen zapewnia prawidłowe funkcjonowanie układów enzymatycznych. Jest odpowiedzialny za tworzenie antyutleniacza, który chroni organy przed działaniem wolnych rodników. Niski poziom selenu wiąże się ze zwiększoną zachorowalnością na raka i choroby serca [2].

Tellur posiada dwie odmiany alotropowe, krystaliczną i amorficzną. Krystaliczny tellur jest srebrzystobiałym, miękkim i kruchym metaloidem. Tellur amorficzny ma postać czarnobrązowego proszku. Tellur jest półprzewodnikiem.

Polon i liwermor są pierwiastkami promieniotwórczymi. Polon jest silnym emiterem promieniowania alfa. Metal ten emanuje niebieską poświatą – jest to efekt wzbudzenia powietrza otaczającego próbkę polonu. Jest to metal silnie toksyczny. Cząstki alfa, które emituje niszczą strukturę tkanek.

Właściwości chemiczne

Aktywność chemiczna tlenowców maleje wraz ze wzrostem masy atomowej. Tlenowce są pierwiastkami bardziej aktywnymi od azotowców. Reagują bardzo szybko z litowcami, woniej z berylowcami, z metalami i powoli z metalami szlachetnymi. W reakcjach tych otrzymujemy sole: selenki, tellurki czy polonki.
Właściwości chemiczne selenu zależą od odmiany alotropowej. Selen (szary) jest odporny na utlenianie powietrzem i nie reaguje z wodą, reaguje natomiast z zasadami i kwasami. Selen czerwony jest bardzo reaktywny, gwałtownie reaguje z wodą i spala się w powietrzu do tlenku selenu (IV) [1], [3].

Selen nie reaguje z rozcieńczonymi kwasami nieuteniającymi. W reakcji z kwasem azotowym daje kwas selenowy (IV) [1]:

Selen reaguje z halogenkami, dając halogenki selenu (I) i selenu (IV) [4]:

Tellur w stanie stopionym działa korozyjnie na miedź, żelazo i stal nierdzewną. Jest odporny na utlenianie przez powietrze [5].
Analogicznie jak selen, tellur z kwasem azotowym daje kwas tellurowy:

Reakcja z fluorem daje fluorek telluru (IV) i fluorek telluru (VI) [6]:

Reaguje z chlorem, bromem i jodem dając chalogenki telluru (IV):

Polon rozpuszcza się w stężonym kwasie solnym \( \ce{HCl} \), kwasie siarkowym \( \ce{H_2SO_4} \) oraz w stężonym kwasie azotowym \( \ce{HNO_3} \) [7].
Reaguje z chlorem, bromem i jodem dając chalogenki polonu (IV):

Najważniejsze związki

\( \ce{SeS_2} \) siarczek selenu – stosowany w szamponach przeciwłupieżowych i lekach przeciwgrzybicznych.
\( \ce{Na_2SeO_3} \) selenian (IV) sodu – hamuje wnikanie wirusów do zdrowych komórek [2], stosowany jako środek owadobójczy.
\( \ce{CdTe} \) tellurek kadmu – używany do produkcji paneli fotowoltaicznych.
\( \ce{Bi_2Te_3} \) tellurek bizmutu – używany do konstrukcji termoogniw.
Selen, tellur i polon tworzą szereg związków z fluorowcami [9]. Zebrano je w Tabela 2.

Spośród tych związków na uwagę zasługuje czterofluorek selenu, który jest dymiącą cieczą i łatwo wstępuje w reakcje chemiczne. Znalazł zastosowanie jako środek fluorujący.