Галогены

Всем известно, что фтор вводят в состав зубной пасты, а хлором
дезинфицируют воду в плавательных бассейнах. Бром применяют в качестве
успокоительного средства, а спиртовой раствор йода как антисептическое
средство. Фтор, хлор, бром и йод образуют семейство галогенов. Галогены
относятся к неметаллическим элементам. Они входят в VII группу
периодической системы (см. рис.).

О происхождении названий галогенов
Названия всех галогенов, за исключением фтора, происходят от греческих
слов:

Слог «ген» в качестве приставки либо суффикса входит во многие научные
термины, например в слова генератор и антиген. Обычно он означает рост или
образование чего-либо. Таким образом, слово галоген (гало + ген) означает
«образующий соль».

ЭЛЕКТРОННАЯ СТРУКТУРА АТОМОВ ГАЛОГЕНОВ

Атомы всех галогенов имеют во внешней оболочке семь электронов. Они
легко присоединяют еще один электрон, образуя галогенидные ионы. Галогенид-
ион имеет устойчивый октет электронов. Галогены характеризуются высокой
электроотрицательностью и реакционной способностью и поэтому в свободном
виде не встречаются в природе. Однако галогенид-ионы широко распространены
в природе.
[pic]
Галогены в свободном виде существуют в форме двухатомных молекул.
Атомы в этих молекулах связаны между собой простой ковалентной связью.
Каждая такая связь образуется в результате обобществления пары электронов —
по одному от каждого атома:
В табл. 1 приведены некоторые данные о структуре атомов и молекул
галогенов. Обратим внимание на то, что атомные и ионные радиусы галогенов,
а также длины связи в их молекулах последовательно возрастают при
перемещении к нижней части группы. Однако энергии диссоциации связи и,
следовательно, прочность связи в молекулах галогенов при этом, наоборот,
уменьшаются. Исключением в этом отношении является только фтор. Небольшая
прочность связи фтора, по-видимому, обусловлена слишком близким
расположением атомов в его молекуле. Это приводит к сильному отталкиванию
между несвязывающими электронами, что вызывает ослабление связи.

Таблица 1. Электронное строение и свойства галогенов

|Хлор |17 |2.8.7 |Зs23p5 |0,099 |0,181 |0,200 |242 |
|Бром |35 |2.8.18.7 |4s24р5 |0,114 |0,195 |0,229 |193 |
|Иод |53 |2.8.18.18.7 |5s25р5 |0,133 |0,216 |0,266 |151 |

ЛАБОРАТОРНЫЕ МЕТОДЫ ПОЛУЧЕНИЯ ГАЛОГЕНОВ

Хлор. Хлор можно получить в лабораторных условиях окислением
концентрированной соляной кислоты манганатом(VII) калия:
[pic]
Выделяющийся хлор пропускают через воду, чтобы удалить следы
хлороводородов, а затем через концентрированную серную кислоту, чтобы
осушить его. Полученный хлор собирают в перевернутом сосуде, из которого он
вытесняет воздух.
Другой способ лабораторного получения хлора основан на реакции между
отбеливающим порошком (гипохлоритом кальция) и разбавленной соляной
кислотой:
[pic]
Бром. Для получения брома в лабораторных условиях добавляют оксид
марган-Ha(IV) к смеси концентрированной серной кислоты с бромидом калия.
Бромоводород-ная кислота, обоазуюшаяся в оеакции между сеоной кислотой и
бромидом калия:
[pic]
окисляется оксидом марганца(IV)
[pic]
Бром отделяют от реакционной смеси перегонкой.
Иод. Иод получают тем же способом, что и бром, только вместо бромида
калия используется иодид калия. Полученный иод отделяют от реакционной
смеси возгонкой.

ФИЗИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА

Все галогены — токсичные вещества.

Отравление хлором. Жидкий хлор вызывает серьезные ожоги кожи.
Газообразный хлор оказывает сильное раздражающее действие, особенно на
глаза и дыхательную систему. Он реагирует с водой, содержащейся в глазах,
легких и слизистых оболочках органов дыхания, образуя соляную кислоту и
хлорноватистую кислоту (см. ниже «Реакции с водой и щелочами»). Симптомами
отравления хлором являются жжение глаз и органов дыхания, непрекращающийся
кашель и, в тяжелых случаях, кровавая мокрота. В легких, отравленных
хлором, может развиваться бронхиальная пневмония. Предельно допустимая
концентрация хлора в воздухе составляет 0,005 мг/дм3. Уровень 0,2 мг/дм3
считается опасным, а концентрация 2 мг/дм3 может вызвать быструю смерть.
Однако случаи отравления хлором со смертельным исходом в аварийной
обстановке нечасты, поскольку людей, надышавшихся этим газом, обычно
удается вовремя удалить из отравленной зоны.

Все галогены — окрашенные вещества. Интенсивность их окраски
возрастает по мере перемещения к нижней части группы.
Галогены обладают небольшой растворимостью в воде. Раствор хлора в
воде называется хлорной водой. Галогены хорошо растворяются в органических
растворителях, образуя окрашенные растворы. Например, хлор растворяется в
тетрахлоро-метане, образуя желтый раствор, бром образует красный раствор, а
иод-фиолетовый.

РЕАКЦИОННАЯ СПОСОБНОСТЬ ГАЛОГЕНОВ

Галогены представляют собой наиболее реакционноспособную группу
элементов в периодической системе. Они состоят из молекул с очень низкими
энергиями диссоциации связи (см. табл. 1), а их атомы имеют во внешней
оболочке семь электронов и поэтому очень электроотрицательны. Фтор-наиболее
электроотрицательный и наиболее реакционноспособный неметаллический элемент
в периодической системе. Реакционная способность галогенов постепенно
уменьшается при перемещении к нижней части группы. В следующем разделе
будет рассмотрена способность галогенов окислять металлы и неметаллы и
показано, как эта способность уменьшается в направлении от фтора к иоду.

ГАЛОГЕНЫ КАК ОКИСЛИТЕЛИ

При пропускании газообразного сероводорода через хлорную воду
происходит осаждение серы. Реакция протекает по уравнению
[pic]
В этой реакции хлор окисляет сероводород, отнимая у него водород. Хлор
окисляет также железо (II) до железа (III). Например, если перемешивать
встряхиванием хлор с водным раствором сульфата железа (II), образуется
сульфат железа (III):
[pic]
Происходящая при этом окислительная полуреакция описывается уравнением
[pic]
В качестве другого примера окислительного действия хлора приведем
синтез хлорида натрия при сжигании натрия в хлоре:
[pic]
В этой реакции происходит окисление натрия, поскольку каждый атом
натрия теряет электрон, образуя ион натрия:
[pic]
Хлор присоединяет эти электроны, образуя хлорид-ионы:
[pic]
Таблица 3. Стандартные электродные потенциалы галогенов
|Электродная реакция |Стандартный |
| |электродный |
| |потенциал Е(,|
| |В |
|F2 (г.)+2e–(2F– |+2,87 |
|(водн.) | |
|Cl2 (г.)+2e–(2Cl– |+1,36 |
|(водн.) | |
|Br2 (ж.)+2e–(2Br– |+1,09 |
|(водн.) | |
|I2 (тв.)+2e–(2I– |+0,54 |
|(водн.) | |

Таблица 4. Стандартные энтальпии образования галогенидов натрия
|Галогенид |Стандартная энтальпия |
| |образования, (((обр, m, |
| |кДж/моль |
|NaF |-573 |
|NaCl |-414 |
|NaBr |-361 |
|Nal |-288 |
Окислителями являются все галогены, из них фтор-самый сильный
окислитель. В табл. 3 указаны стандартные электродные потенциалы галогенов.
Из этой таблицы видно, что окислительная способность галогенов постепенно
уменьшается в направлении к нижней части группы. Эту закономерность можно
продемонстрировать, добавляя раствор бромида калия в сосуд с газообразным
хлором. Хлор окисляет бромид-ионы, в результате чего образуется бром; это
приводит к появлению окраски у прежде бесцветного раствора:
[pic]
Таким образом, можно убедиться, что хлор более сильный окислитель, чем
бром. Точно так же, если смешать раствор иодида калия с бромом, образуется
черный осадок из твердого иода. Это означает, что бром окисляет иодид-ионы:
[pic]
Обе описанные реакции являются примерами реакций вытеснения
(замещения). В каждом случае более реакционноспособный, то есть являющийся
более сильным окислителем, галоген вытесняет из раствора менее
реакционноспособный галоген.
Окисление металлов. Галогены легко окисляют металлы. Фтор легко
окисляет все металлы, исключая золото и серебро. Мы уже упоминали о том,
что хлор окисляет натрий, образуя с ним хлорид натрия. Приведем еще один
пример: когда поток газообразного хлора пропускают над поверхностью
нагретых железных опилок, образуется хлорид железа (III), твердое
коричневое вещество:
[pic]
Даже иод способен, хотя и медленно, окислять металлы, расположенные в
электрохимическом ряду ниже его. Легкость окисления металлов различными
галогенами уменьшается при перемещении к нижней части VII группы. В этом
можно убедиться, сравнивая энергии образования галогенидов из исходных
элементов. В табл. 4 указаны стандартные энтальпии образования галогенидов
натрия в порядке перемещения к нижней части группы.
Окисление неметаллов. За исключением азота и большинства благородных
газов, фтор окисляет все остальные неметаллы. Хлор реагирует с фосфором и
серой. Углерод, азот и кислород не вступают в реакции непосредственно с
хлором, бромом или иодом. Об относительной реакционной способности
галогенов к неметаллам можно судить, сравнивая их реакции с водородом
(табл. 5).
Окисление углеводородов. При определенных условиях галогены окисляют
углеводороды. Например, хлор полностью отщепляет водород от молекулы
скипидара:
[pic]
Окисление ацетилена может протекать со взрывом:
[pic]
Таблица 5. Реакции галогенов с водородом
|Реакция |Характер и условия протекания |
|Н2(г.)+F2(г.) ( 2НF (г.) |Протекает со взрывом |
|Н2(г.)+Сl2(г.) ( 2НСl (г.) |Протекает со взрывом на свету, но медленно в |
| |темноте |
|Н2(г.)+Вr2(г.) ( 2НВr (г.) |Протекает только при нагревании и в |
| |присутствии катализатора |
|Н2(г.)+I2(г.) ( 2НI (г.) |Протекает медленно даже при нагревании |

Реакции с водой и щелочами

Фтор реагирует с холодной водой, образуя фтороводород и кислород:
[pic]
Хлор медленно растворяется в воде, образуя хлорную воду. Хлорная вода
имеет небольшую кислотность вследствие того, что в ней происходит
диспропорционирование хлора с образованием соляной кислоты и хлорноватистой
кислоты:
[pic]
Бром и иод диспропорционируют в воде аналогичным образом, но степень
диспропорционирования в воде уменьшается от хлора к иоду.
Хлор, бром и иод диспропорционируют также в щелочах. Например, в
холодной разбавленной щелочи бром диспропорционирует на бромид-ионы и
гипобромит-ионы (бромат (I)-ионы):
[pic]
При взаимодействии брома с горячими концентрированными щелочами
диспропорционирование протекает дальше:
[pic]
Иодат (I), или гипоиодит-ион, неустойчив даже в холодных разбавленных
щелочах. Он самопроизвольно диспропорционирует с образованием иодид-иона и
иодат(V)-иона.
Реакция фтора со щелочами, как и его реакция с водой, не похожа на
аналогичные реакции других галогенов. В холодной разбавленной щелочи
протекает следующая реакция:
[pic]
В горячей концентрированной щелочи реакция с фтором протекает так:
[pic]

Анализ на галогены и с участием галогенов

Качественный и количественный анализ на галогены обычно выполняется с
помощью оаствора нитрата серебра. Например
[pic]
Для качественного и количественного определения иода может
использоваться раствор крахмала. Поскольку иод очень мало растворим в воде,
его обычно анализируют в присутствии иодида калия. Так поступают по той
причине, что иод образует с иодид-ионом растворимый трииодидный ион I3–:
[pic]
Растворы иода с иодидами используются для аналитического определения
различных восстановителей, например тиосульфат (VI)-ионов, а также
некоторых окислителей, например манганат(VII)-ионов. Окислители смещают
указанное выше равновесие влево, высвобождая иод. Иод затем титруют
тиосульфатом (VI).

————————
Ковчегин Игорь 10б

Москва, 2001 год.

Положение галогенов в периодической системе.

————————
[pic]

[pic]

Патриот — север.

Патриот — север. Рефераты, курсовые, дипломы.

Галогены

Добавить комментарий Отменить ответ