Il gruppo 16 o gruppo dell’ossigeno detto anche gruppo dei calcogeni è costituito da ossigeno, zolfo, selenio, tellurio, polonio e livermorio che è un elemento artificiale radioattivo
Gli elementi del gruppo 16 appartengono al blocco p e hanno una configurazione elettronica che termina in ns2,np4. I calcogeni sono il primo gruppo del blocco p che non presenta elementi metallici stabili infatti il polonio che è l’unico metallo del gruppo presenta isotopi radioattivi.
Contrariamente all’ossigeno, selenio, tellurio e polonio lo zolfo era conosciuto fin dall’antichità e viene citato nel libro della Genesi, Omero menziona lo zolfo, usato come agente purificatore dopo la strage dei Proci e Plinio il Giovane riferisce che lo zolfo era un “singolare tipo di terra” con grande potere su altre sostanze, ricco di “virtù medicinali”.
L’ossigeno fu scoperto solo nel 1771 dal chimico svedese Karl Wilhelm Scheele che solo nel 1777 lo riconobbe come un componente dell’aria.
Il selenio fu scoperto nel 1816 dal chimico svedese Jöns Jakob Berzelius nei fanghi accumulati nel fondo delle camere dove si produceva acido solforico.
Il mineralogista austriaco Franz-Joseph Müller Freiherr von Reichenstein scoprì il tellurio in una roccia aurifera mentre nel 1902 i coniugi Pierre e Marie Curie scoprirono il polonio.
I numeri di ossidazione più comuni dei calcogeni sono -2, +2, +4, +6.
Proprietà periodiche
Gli elementi del gruppo 16 seguono il trend previsto dalle proprietà periodiche: il raggio atomico aumenta dall’alto verso il basso come il carattere metallico. L’energia di ionizzazione diminuisce dall’alto verso il basso.
Le proprietà degli elementi tuttavia varia notevolmente: l’ossigeno e lo zolfo sono non metalli, il selenio e il tellurio sono semimetalli e il polonio è un metallo.
Gli elementi del gruppo 16 , ad eccezione del polonio si possono trovare in diverse forme allotropiche. L’ossigeno ha come forma allotropica l’ozono O3, lo zolfo allo stato gassoso si presenta sia come S2 che come S3 mentre allo stato cristallino in cui è presente come S8 si presenta come zolfo rombico, zolfo monoclino e zolfo γ.
Il selenio si presenta nella sua forma termodinamicamente più stabile nota come selenio grigio. Può presentarsi anche nelle forme α e β di colore rosso con struttura cristallina monoclina. Il tellurio ha due forme allotropiche di cui una amorfa nera e l’altra cristallina.
Sintesi dell’ossigeno
L’ossigeno è tra gli elementi più abbondanti in natura ed è ottenuto a livello industriale per distillazione frazionata dell’aria liquida. In laboratorio può essere ottenuto per elettrolisi dell’acqua, per decomposizione di perossidi e superossidi di metalli alcalini o metalli alcalino-terrosi o per decomposizione termica di alcuni sali inorganici come il clorato di potassio in presenza di una quantità catalitica di MnO2 secondo la reazione
2 KClO3(s) → 2 KCl(s) + 3 O2(g)
Come avviene nel caso degli elementi del Gruppo 14 e 15 anche l’elemento meno pesante del Gruppo 16 ha un’elevata tendenza a formare legami multipli.
L’ossigeno infatti si trova in natura sotto forma di una molecola biatomica in cui è presente un doppio legame ossigeno-ossigeno. L’ossigeno, oltre ad essere presente in numerosi composti inorganici e organici è presente negli ossidi, subossidi, perossidi e superossidi.
La reattività degli elementi decresce dall’alto verso il basso lungo il gruppo. Ad esempio il selenio e il tellurio reagiscono più lentamente rispetto allo zolfo con la maggior parte degli elementi.
Lo zolfo, il selenio e il tellurio non reagiscono con l’acqua, con acidi e basi diluite ma reagiscono con agenti ossidanti come HNO3. Il polonio si comporta come un metallo e si solubilizza in HCl diluito per formare ioni Po2+.
Il fluoro reagisce con tutti i calcogeni ad eccezione dell’ossigeno per formare esafluoruri del tipo YF6 . Essi sono stabili e scarsamente reattivi grazie alla possibilità di espansione dell’ottetto.
Lo zolfo e il selenio reagiscono con il carbonio per dare una serie di composti strutturalmente simili a quelli che forma l’ossigeno. Ad esempio CS2 e CSe2 in cui sono presenti due doppi legami e che hanno la stessa geometria molecolare lineare di CO2.
Lo zolfo, il selenio e il tellurio formano con elementi elettropositivi i calcoalogenuri. In tali composti come Na2S il calcogeno ha numero di ossidazione -2.
I calcogeni sono presenti in molti acidi ternari come H2SO4, H2SO3, H2SeO4, H2TeO4 e formano composti binari con l’idrogeno.