Halogeni: fizikalne lastnosti, kemijske lastnosti. Uporaba halogenov in njihovih spojin

Halogeni v periodični tabeli se nahajajo levo od plemenitih plinov. Ti pet strupenih nekovinskih elementov so vključeni v 7. skupino periodične tabele. Med njimi so fluor, klor, brom, jod in astatin. Čeprav je astat radioaktiven in ima le kratkotrajne izotope, se obnaša kot jod in se pogosto šteje kot halogen. Ker imajo halogenski elementi sedem valenčnih elektronov, potrebujejo le en dodaten elektron, ki tvori celoten oktet. Ta značilnost jih naredi bolj aktivna kot druge skupine nekovin.

Splošne značilnosti

Halogeni tvorijo diatomske molekule (oblike X₂, kjer je X atom halogena) je stabilna oblika obstoja halogenov v obliki prostih elementov. Vezi teh diatomskih molekul so nepolarne, kovalentne in enojne. Kemijske lastnosti halogenov jim omogočajo, da se zlahka pridružijo večini elementov, tako da se nikoli ne pojavijo nevezani v naravi. Fluorid je najbolj aktiven halogen, astat pa je najmanj aktiven.

Vsi halogeni tvorijo soli skupine I s podobnimi lastnostmi. V teh spojinah so halogeni prisotni v obliki halidnih anionov s polnilom -1 (npr. Cl^-, Br^-). Končni -id označuje prisotnost halidnih anionov, na primer Cl^- se imenuje "klorid".

Poleg tega kemijske lastnosti halogenov omogočajo, da delujejo kot oksidanti - oksidirajo kovine. Večina kemičnih reakcij, pri katerih sodelujejo halogeni, sta oksidacijsko redukcija v vodni raztopini. Halogeni tvorijo enojne vezi z ogljikom ali dušikom v organske spojine, kjer je njihova stopnja oksidacije (CO) -1. Ko substituirana z atomom halogena kovalentno vezana atoma vodika v organskem spojine lahko halo predpono se uporablja v splošnem smislu ali predpone fluoro, kloro, bromo, jodo - posebne halogeni. Halogenski elementi imajo lahko navzkrižno povezavo s tvorbo diatomskih molekul s polarnimi kovalentnimi enojnimi vezmi.

Klor (Cl₂) je postal prvi halogen, odkrit leta 1774, potem je bil odkrit jod (I₂), brom (Br₂), fluor (F₂) in astat (At, je bil nazadnje odkrit leta 1940). Ime "halogen" izhaja iz grških korenin hal- ("sol") in -gen ("oblika"). Skupaj te besede pomenijo "oblikovanje soli", ki poudarja, da halogeni, ki reagirajo s kovinami, tvorijo soli. Galit je ime kamene soli, naravnega mineralnega natrijevega klorida (NaCl). Končno, halogen uporablja v gospodinjstvu - vsebuje fluorid v zobno pasto, kloro razkužiti pitne vode, jod in spodbuja razvoj ščitničnih hormonov.

Kemični elementi

Fluoro - elementa z vrstnim številom 9, ki je označena z F. elementarnega fluora bil prvič odkrili leta 1886 g, ki jih izoliranja iz fluorovodikove kisline.. V prostem stanju fluor obstaja v obliki diatomske molekule (F₂) in je najpogostejši halogen v zemeljski skorji. Fluor je najbolj elektronegativni element v periodični tabeli. Pri sobni temperaturi je bledo rumen plin. Fluor ima tudi relativno majhen atomski polmer. Njegov CO-1, razen osnovnega diatomskega stanja, pri katerem je njena stopnja oksidacije nič. Fluor je izredno kemijsko aktiven in neposredno komunicira z vsemi elementi, razen za helij (He), neon (Ne) in argon (Ar). V raztopini H₂O, fluorovodikova kislina (HF) je šibka kislina. Čeprav močno elektro fluorom, ne določi elektronegativnost kislotnost- HF je šibka kislina zaradi dejstva, da je fluoridnimi ioni osnovna (pH> 7). Poleg tega fluor proizvaja zelo močne oksidante. Na primer, fluor lahko reagira z inertnim plinom s ksenonom in tvori močan ksenon difluoridni oksidant (XeF₂). Fluor ima veliko uporab.

Klor je element z atomsko številko 17 in kemijski simbol Cl. Najdeno leta 1774, ga ločimo od klorovodikove kisline. V svojem osnovnem stanju tvori diatomsko molekulo, Cl₂. Klor ima več CO: -1, +1, 3, 5 in 7. Pri sobni temperaturi je svetlo zelen plin. Ker je vez, ki tvori med dvema atomoma klora, šibka, molekula Cl₂ ima zelo visoko sposobnost, da se pridruži. Klorov reagira s kovinami, da tvori soli, ki se imenujejo kloridi. Klorovi ioni so najpogostejši ioni, ki jih vsebujejo morske vode. Klor ima tudi dva izotopa: ³⁵Cl in ³⁷Cl. Natrijev klorid je najpogostejša spojina vseh kloridov.

Brom je kemijski element z atomsko številko 35 in simbol Br. Prvič je bil odkrit leta 1826. V osnovni obliki je brom diatomski Br₂. Pri sobni temperaturi je rdečkasto rjava tekočina. Njegov CO je -1, + 1, 3, 4 in 5. Brom je bolj aktiven kot jod, vendar manj aktiven kot klor. Poleg tega ima brom dva izotopa: ⁷⁹Br in ⁸¹Vg. Brom se pojavlja oblika soli bromid, raztopljen v morska voda. V zadnjih letih se je svetovna proizvodnja bromida znatno povečala zaradi svoje razpoložljivosti in dolgo življenjske dobe. Tako kot drugi halogeni je brom oksidant in zelo strupen.

Jod je kemijski element z atomsko številko 53 in simbolom I. Jod ima oksidacijsko stanje: -1, +1, +5 in +7. Obstaja v obliki diatomske molekule, I₂. Pri sobni temperaturi je trdna snov vijolične barve. Jod ima en stabilen izotop - ¹²⁷I. Prvič je bil odkrit leta 1811 s pomočjo morskih alg in žveplove kisline. Trenutno se jodovi ioni lahko izolirajo v morski vodi. Kljub temu, da jod ni zelo topen v vodi, se njegova topnost lahko poveča z uporabo posameznih jodidov. Jod igra pomembno vlogo v telesu, ki sodeluje pri proizvodnji ščitničnih hormonov.

Astat je radioaktivni element z atomsko številko 85 in simbol At. Njena možna oksidacijska stanja so: -1, +1, 3, 5 in 7. Edini halogen, ki ni diatomska molekula. V normalnih pogojih je kovinska trdna s črno barvo. Astat je zelo redek element, zato je o tem malo znanega. Poleg tega ima astatin zelo kratko razpolovno dobo, ki ni daljša od nekaj ur. Dobljena leta 1940 kot rezultat sinteze. Menimo, da je astatin podoben jodu. Razlika kovinske lastnosti.

Spodnja tabela prikazuje strukturo atomov halogenov, strukturo zunanje plasti elektronov.

Podobna struktura zunanje plasti elektronov povzroča, da so fizikalne in kemične lastnosti halogenov podobne. Istočasno se pri primerjavi teh elementov opazijo tudi razlike.

Periodične lastnosti v skupini halogenov

Fizikalne lastnosti preprostih halogenih snovi se spreminjajo s povečanjem atomskega števila elementa. Za boljše razumevanje in večjo jasnost vam ponujamo več tabel.

Tališča in vrelišča v skupini se povečajo z velikostjo molekule (F

Tabela 1. Halogeni. Fizikalne lastnosti: tališče in vrelišče

• Narašča atomski polmer.

Velikost jedra se poveča (F < Cl < Br < Jaz < At), saj se število protonov in nevtronov poveča. Poleg tega se z vsakim obdobjem dodaja vedno več ravni energije. To vodi do večje orbite in posledično do povečanja polmera atoma.

Tabela 2. Halogeni. Fizične lastnosti: atomski radii

• Energija ionizacije se zmanjša.

Če zunanji valenčni elektroni niso blizu jedra, potem ne potrebujejo veliko energije, da bi jih odstranili. Tako energija, potrebna za potiskanje zunanjega elektronika, ni tako visoka v spodnjem delu skupine elementov, saj je tukaj več energije. Poleg tega visoka energija ionizacije povzroči, da celica kaže nekovinske lastnosti. Jod in zaslon astata kažejo kovinske lastnosti, ker se energija ionizacije zmanjša (At < Jaz < Br < Cl < F).

Tabela 3. Halogeni. Fizične lastnosti: energija ionizacije

• Elektronegativnost se zmanjša.

Število valenčnih elektronov v atomu se povečuje s povečanjem ravni energije pri postopno nižjih nivojih. Elektroni so postopoma dlje od jedra, zato se jedro in elektroni med seboj ne privlači. Opažamo povečanje presejalnega testa. Zato se elektronegativnost s časom narašča (At < Jaz < Br < Cl < F).

Tabela 4. Halogeni. Fizične lastnosti: elektronegativnost

• Affinity za elektron zmanjša.

Ker se velikost atoma z naraščajočim časom poveča, se naklonost elektronu praviloma zmanjša (B < Jaz < Br < F < Cl). Izjema je fluor, katerega afiniteta je manjša kot pri kloru. To je mogoče pojasniti z manjšo velikostjo fluora v primerjavi s klorjem.

Tabela 5. Afiniteta halogenov za elektron

• Reaktivnost elementov se zmanjša.

Reaktivnost halogenov se z naraščajočim obdobjem zmanjšuje (At

Anorganska kemija. Vodik + halogeni

Halogenid nastane, ko halogen reagira z drugim, manj elektronegativnim elementom, da tvori binarno spojino. Vodik reagira s halogeni, da tvori halide tipa HX:

• vodikov fluorid HF;
• vodikov klorid HCl;
• hidrobromid HBr;
• vodikov hidrid HI.

vodikovi halogenidi so lahko raztopimo v vodi, da se tvori halogenovodikovo (fluorovodikova, klorovodikova, bromovodikova, jodovodikova kislina). Lastnosti teh kislin so podane spodaj.

Kisline nastanejo z naslednjo reakcijo: HX (aq) + H₂O (l) → X^- (aq) + H₃O⁺ (aq).

Vse halogenidi vodika tvorijo močne kisline, z izjemo HF.

Kislost hidrokhaličnih kislin se poveča: HF

Fluorovodikova kislina lahko dolgo časa etikira steklo in nekatere anorganske fluoride.

Morda se zdi nelogično, da je HF najšibkejša hidrohalogenska kislina, saj ima fluor največjo elektronegativnost. Kljub temu je vez H-F zelo močna, zaradi česar je kislina zelo šibka. Močno vez se določi s kratko dolžino vezi in visoko disociacijsko energijo. Od vseh vodikovih halidov ima HF najkrajšo dolžino vezi in največjo energijo disociacijske vezi.

Halogenske oksoacide

Halogenske okso kisline so kisline z atomi vodika, kisika in halogena. Njihova kislost se lahko določi z analizo strukture. Halogenske okso kisline so navedene spodaj:

• Hipoklorova kislina HOCl.
• Klorovodikova kislina HClO₂.
• Klorovodikova kislina HClO₃.
• Klorovodikova kislina HClO₄.
• HOBOBUTRIČNA KISLINA HOBr.
• Bromonska kislina HBrO₃.
• Bromova kislina HBrO₄.
• Jodna kislina HOI.
• Jodonska kislina HIO₃.
• Metionska kislina HIO4, H5IO6.

V vsaki od teh kislin je proton vezan na atom kisika, zato je primerjava dolžin protonskih vezi tukaj neuporabna. Prevladujoča vloga je elektronegativnost. Aktivnost kisline se poveča s številom atomov kisika, vezanih na osrednji atom.

Videz in stanje snovi

Glavne fizikalne lastnosti halogenov lahko povzamemo v naslednji tabeli.

Pojasnilo videza

Barva halogenov je posledica absorpcije vidne svetlobe z molekulami, kar povzroča vzbujanje elektronov. Fluor absorbira vijolično svetlobo in zato izgleda bledo rumena. Jod, nasprotno, absorbira rumeno luč in izgleda vijolično (rumene in vijolične - dopolnilne barve). Barva halogenov postane temnejša, saj se obdobje povečuje.

Zaprtih vsebnikov tekoči brom in trdno snov joda v ravnotežju s paro, ki jo je mogoče opaziti, kot obarvano plin.

Čeprav barva astatina ni znana, se domneva, da bi moral biti temen kot jod (tj. Črna) v skladu s opazovanim vzorcem.

Zdaj, če vas vpraša: "Opišite fizične lastnosti halogenov," boste imeli kaj povedati.

Stopnja oksidacije halogenov v spojinah

Stopnja oksidacije se pogosto uporablja namesto pojma "valenčnost halogenov". Stopnja oksidacije je praviloma -1. Ampak, če je halogen vezan na kisik ali drug halogen, lahko vzame še druga stanja: prednost ima CO kisik-2. V primeru dveh različnih atomov halogenov, spojenih skupaj, prevlada elektronegativni atom in vzame CO-1.

Na primer, v kloridu joda (ICl) ima klor CO-1 in jod +1. Klor je bolj elektronegativ kot jod, zato je njegov CO -1.

V bromovi kislini (HBrO₄) ima kisik CO-8 (-2 x 4 atomi = -8). Vodik ima skupno oksidacijsko stanje +1. Dodajanje teh vrednosti daje CO-7. Ker mora biti končni CO spojine nič, je CO broma +7.

Tretja izjema pravila je stopnja oksidacije halogena v elementarni obliki (X₂), kjer je njegov CO nič.

Zakaj CO fluora vedno -1?

Elektronegativnost se poveča z rastjo obdobja. Zato ima fluor najvišjo elektronegativnost vseh elementov, kar potrjuje tudi njegov položaj v periodični tabeli. Njegova elektronska konfiguracija je 1s² 2s² 2p⁵. Če fluor dobi drugi elektron, so ekstremni p-orbitali popolnoma napolnjeni in sestavljajo celoten oktet. Ker ima fluor visoko elektronegativnost, lahko zlahka vzame elektron iz sosednjega atoma. Fluor v tem primeru je izoelektronski za inertni plin (s osmimi valenčnimi elektroni), vse svoje zunanje orbitale so napolnjene. V tem stanju je fluorid veliko bolj stabilen.

Priprava in uporaba halogenov

V naravi so halogeni v stanju anionov, zato se oksidacija z elektrolizo ali oksidanti pridobi brez halogenov. Na primer, klor se proizvede s hidrolizo raztopine običajne soli. Uporaba halogenov in njihovih spojin je raznolika.

• Fluorid. Kljub dejstvu, da je fluor zelo reaktiven, se uporablja na mnogih področjih industrije. Na primer, je ključna sestavina politetrafluoretilena (teflona) in nekaterih drugih fluoropolimerov. Klorofluoroogljikovodiki so organski kemične snovi, ki so se prej uporabljali kot hladilna sredstva in pogonske snovi v aerosolih. Njihova uporaba se je ustavila zaradi njihovega morebitnega vpliva na okolje. Zamenjali so jih delno halogenirani klorofluoroogljikovodiki. Fluoridu dodamo zobno pasto (SnF₂) in pitno vodo (NaF), da preprečite razpadanje zoba. Ta halogen se nahaja v glini, ki se uporablja za izdelavo določenih vrst keramike (LiF), se uporablja v jedrski elektrarni (UF₆), za pripravo antibiotika fluorokinolona, ​​aluminija (Na₃AlF₆), za izolacijo visokonapetostne opreme (SF₆).
• Klor našli tudi različne aplikacije. Uporablja se za dezinfekcijo pitne vode in plavalnih bazenov. Natrijev hipoklorit (NaClO) je glavna sestavina belila. Klorovodikova kislina se pogosto uporablja v industriji in laboratorijih. Klor prisotna v polivinil klorida (PVC) in drugih polimerov, ki se uporabljajo za izolacijo žic, cevi in ​​elektronike. Poleg tega je bil klor uporaben tudi v farmacevtski industriji. Zdravila, ki vsebujejo klor, se uporabljajo za zdravljenje okužb, alergij in diabetesa. Nevtralna oblika hidroklorida je sestavina številnih zdravil. Klor se uporablja tudi za sterilizacijo bolnišnične opreme in dezinfekcijo. V kmetijstvu, klorom je sestavni del mnogih komercialnih pesticidov DDT (dihlorodifeniltrihloretan) smo uporabili kot kmetijsko insekticid, toda njena uporaba je bila prekinjena.

• Brom, zaradi svoje negorljivosti, se uporablja za zatiranje gorenja. Prav tako se nahaja v metilbromidu, pesticidu, ki se uporablja za shranjevanje pridelkov in zavira bakterije. Vendar je bila prekomerna uporaba metilbromida prekinjena zaradi vpliva na ozonski plašč. Brom se uporablja pri proizvodnji bencina, fotografskih filmov, gasilnih aparatov, zdravil za zdravljenje pljučnice in Alzheimerjeve bolezni.
• Jod igra pomembno vlogo pri pravilnem delovanju ščitnice. Če telo ne dobi dovolj joda, se povečuje ščitnična žleza. Da bi preprečili zlat, ta halogen dodamo k namizni soli. Jod se uporablja tudi kot antiseptik. Jod se nahaja v raztopinah, ki se uporabljajo za čiščenje odprte rane, kot tudi v razkužilih za razkužila. Poleg tega je srebro jodid pomemben pri fotografiranju.
• Astat - radioaktivni in redki zemeljski halogen, zato se ne uporablja nikjer drugje. Kljub temu se domneva, da ta element lahko pomaga pri uravnavanju ščitničnih hormonov v jodu.