Галогены (от греч. halos - соль и genes - образующий) - элементы главной подгруппы VII группы периодической системы: фтор, хлор, бром, йод, астат.
Таблица. Электронное строение и некоторые свойства атомов и молекул галогенов
|
Символ элемента |
F |
Cl |
Br |
I |
At |
|
Порядковый номер |
9 |
17 |
35 |
53 |
85 |
|
Строение внешнего электронного слоя |
2s22p5 |
3s23p5 |
4s24p5 |
5s25p5 |
6s26p5 |
|
Энергия ионизации, эв |
17,42 |
12,97 |
11,84 |
10,45 |
~9,2 |
|
Сродство атома к электрону, эв |
3,45 |
3,61 |
3,37 |
3,08 |
~2,8 |
|
Относительная электроотрицательность (ЭО) |
4,0 |
3,0 |
2,8 |
2,5 |
~2,2 |
|
Радиус атома, нм |
0,064 |
0,099 |
0,114 |
0,133 |
√ |
|
Межъядерное расстояние в молекуле Э2, нм |
0,142 |
0,199 |
0,228 |
0,267 |
√ |
|
Энергия связи в молекуле Э2 (25╟С), кДж/моль |
159 |
243 |
192 |
157 |
109 |
|
Степени окисления |
-1 |
-1, +1, +3, |
-1, +1, +4, |
-1, +1, +3, |
√ |
|
Агрегатное состояние |
Бледно-зел. |
Зел-желт. |
Бурая |
Темн-фиол. |
Черные |
|
t╟пл.(╟С) |
-219 |
-101 |
-8 |
114 |
227 |
|
t╟кип.(╟С) |
-183 |
-34 |
58 |
185 |
317 |
|
r (г*см-3 ) |
1,51 |
1,57 |
3,14 |
4,93 |
√ |
|
Растворимость в воде (г / 100 г воды) |
реагирует |
2,5 : 1 |
3,5 |
0,02 |
√ |
1) Общая электронная конфигурация внешнего энергетического уровня - nS2nP5.
2) С возрастанием порядкового номера элементов увеличиваются радиусы атомов, уменьшается электроотрицательность, ослабевают неметаллические свойства (увеличиваются металлические свойства); галогены - сильные окислители, окислительная способность элементов уменьшается с увеличением атомной массы.
3) Молекулы галогенов состоят из двух атомов.
4) С увеличением атомной массы окраска становится более темной, возрастают температуры плавления и кипения, а также плотность.
5) Сила галогеноводородных кислот возрастает с увеличением атомной массы.
6) Галогены могут образовывать соединения друг с другом (например, BrCl)
Фтор F2 - открыл А. Муассан в 1886 г.
Газ светло-желтого цвета; t╟пл.= -219╟C, t╟кип.= -183╟C.
Получение
Электролиз расплава гидрофторида калия KHF2:
2F- - 2ē ╝ F20
F2 - самый сильный окислитель из всех веществ:
1. 2F2 + 2H2O ╝ 4HF + O2
2. H2 + F2 ╝ 2HF (со взрывом)
3. Cl2 + F2 ╝ 2ClF
Бесцветный газ, хорошо растворим в воде t╟пл. = - 83,5╟C; t╟кип. = 19,5╟C;
Получение
CaF2 + H2SO4(конц.) ╝ CaSO4 + 2HF╜
1) Раствор HF в воде - слабая кислота (плавиковая):
HF ╚ H+ + F-
Соли плавиковой кислоты - фториды
2) Плавиковая кислота растворяет стекло:
SiO2 + 4HF ╝ SiF4╜+ 2H2O
SiF4 + 2HF ╝ H2[SiF6] гексафторкремниевая кислота
Хлор Cl2 - открыт К. Шееле в 1774 г.
Газ желто-зеленого цвета, t╟пл. = -101╟C, t╟кип. = -34╟С.
Получение
Окисление ионов Cl- сильными окислителями или электрическим током:
MnO2 + 4HCl ╝ MnCl2 + Cl2╜ + 2H2O
2KMnO4 + 16HCl ╝ 2MnCl2 + 5Cl2╜ + 2KCl + 8H2O
K2Cr2O7 + 14HCl ╝ 2CrCl3 + 2KCl + 3Cl2╜ + 7H2O
электролиз раствора NaCl (промышленный способ):
2NaCl + 2H2O ╝ H2╜ + Cl2╜ + 2NaOH
Хлор - сильный окислитель.
1) Реакции с металлами:
2Na + Cl2 ╝ 2NaCl
Ni + Cl2 ╝ NiCl2
2Fe + 3Cl2 ╝ 2FeCl3
2) Реакции с неметаллами:
H2 + Cl2═ √hn╝ 2HCl
2P + 3Cl2 ╝ 2PClЗ
3) Реакция с водой:
Cl2 + H2O ╚ HCl + HClO
4) Реакции со щелочами:
Cl2 + 2KOH═ √5╟C╝ KCl + KClO + H2O
3Cl2 + 6KOH═ √40╟C╝ 5KCl + KClOЗ + 3H2O
Cl2 + Ca(OH)2 ╝ CaOCl2(хлорная известь) + H2O
5) Вытесняет бром и йод из галогеноводородных кислот и их солей.
Cl2 + 2KI ╝ 2KCl + I2
Cl2 + 2HBr ╝ 2HCl + Br2
Бесцветный газ с резким запахом, ядовитый, тяжелее воздуха, хорошо
растворим в воде (1 : 400).
t╟пл. = -114╟C, t╟кип. = -85╟С.
Получение
1) Синтетический способ (промышленный):
H2 + Cl2 ╝ 2HCl
2) Гидросульфатный способ (лабораторный):
NaCl(тв.) + H2SO4(конц.) ╝ NaHSO4 + HCl╜
1) Раствор HCl в воде - соляная кислота - сильная кислота:
HCl ╚ H+ + Cl-
2) Реагирует с металлами, стоящими в ряду напряжений до водорода:
2Al + 6HCl ╝ 2AlCl3 + 3H2╜
3) с оксидами металлов:
MgO + 2HCl ╝ MgCl2 + H2O
4) с основаниями и аммиаком:
HCl + KOH ╝ KCl + H2O
3HCl + Al(OH)3 ╝ AlCl3 + 3H2O
HCl + NH3 ╝ NH4Cl
5) с солями:
CaCO3 + 2HCl ╝ CaCl2 + H2O + CO2╜
HCl + AgNO3 ╝ AgCl¯ + HNO3
Образование белого осадка хлорида серебра, нерастворимого в минеральных кислотах используется в качестве качественной реакции для обнаружения анионов Cl- в растворе.
Хлориды металлов - соли соляной кислоты, их получают взаимодействием металлов с хлором или реакциями соляной кислоты с металлами, их оксидами и гидроксидами; путем обмена с некоторыми солями
2Fe + 3Cl2 ╝ 2FeCl3
Mg + 2HCl ╝ MgCl2 + H2╜
CaO + 2HCl ╝ CaCl2 + H2O
Ba(OH)2 + 2HCl ╝ BaCl2 + 2H2O
Pb(NO3)2 + 2HCl ╝ PbCl2¯ + 2HNO3
Большинство хлоридов растворимы в воде (за исключением хлоридов серебра, свинца и одновалентной ртути).
Хлорноватистая кислота═ HCl+1O
H√O√Cl
Существует только в виде разбавленных водных растворов.
Получение
Cl2 + H2O ╚ HCl + HClO
HClO - слабая кислота и сильный окислитель:
1) Разлагается, выделяя атомарный кислород
HClO═ √на свету╝ HCl + O╜
2) Со щелочами дает соли - гипохлориты
HClO + KOH ╝ KClO + H2O
3)
2HI + HClO ╝ I2¯ + HCl + H2O
Хлористая кислота HCl+3O2
H√O√Cl=O
Существует только в водных растворах.
Получение
Образуется при взаимодействии пероксида водорода с оксидом хлора (IV), который получают из бертоллетовой соли и щавелевой кислоты в среде H2SO4:
2KClO3 + H2C2O4 + H2SO4 ╝ K2SO4 + 2CO2╜ + 2СlO2╜ + 2H2O
2ClO2 + H2O2 ╝ 2HClO2 + O2╜
HClO2 - слабая кислота и сильный окислитель; соли хлористой кислоты - хлориты:
1)
HClO2 + KOH ╝ KClO2 + H2O
2) Неустойчива, при хранении разлагается
4HClO2 ╝ HCl + HClO3 + 2ClO2╜ + H2O
Хлорноватая кислота HCl+5O3
|
|
Устойчива только в водных растворах.
Получение
Ba (ClO3)2 + H2SO4 ╝ 2HClO3 + BaSO4¯
HClO3 - Сильная кислота и сильный окислитель; соли хлорноватой кислоты - хлораты:
6P + 5HClO3 ╝ 3P2O5 + 5HCl
HClO3 + KOH ╝ KClO3 + H2O
KClO3 - Бертоллетова соль; ее получают при пропускании хлора через подогретый (40╟C) раствор KOH:
3Cl2 + 6KOH ╝ 5KCl + KClO3 + 3H2O
Бертоллетову соль используют в качестве окислителя; при нагревании она разлагается:
4KClO3═ √без кат╝ KCl + 3KClO4
2KClO3═ √MnO2 кат╝ 2KCl + 3O2╜
Хлорная кислота HCl+7O4
|
|
Бесцветная жидкость, t╟кип. = 25╟C, t╟пл.= -101╟C.
Получение
KClO4 + H2SO4 ╝ KHSO4 + HClO4
HClO4 - очень сильная кислота и очень сильный окислитель; соли хлорной кислоты - перхлораты.
1)
HClO4 + KOH ╝ KClO4 + H2O
2) При нагревании хлорная кислота и ее соли разлагаются:
4HClO4═ √t╟╝ 4ClO2╜ + 3O2╜ + 2H2O
KClO4═ √t╟╝ KCl + 2O2╜
Бром Br2 - открыт Ж. Баларом в 1826 г.
Бурая жидкость с тяжелыми ядовитыми парами; имеет неприятный запах; r= 3,14 г/см3; t╟пл. = -8╟C; t╟кип. = 58╟C.
Получение
Окисление ионов Br -═ сильными окислителями:
MnO2 + 4HBr ╝ MnBr2 + Br2 + 2H2O
Cl2 + 2KBr ╝ 2KCl + Br2
В свободном состоянии бром - сильный окислитель; а его водный раствор - "бромная вода" (содержащий 3,58% брома) обычно используется в качестве слабого окислителя.
1) Реагирует с металлами:
2Al + 3Br2 ╝ 2AlBr3
2) Реагирует с неметаллами:
H2 + Br2 ╚ 2HBr
2P + 5Br2 ╝ 2PBr5
3) Реагирует с водой и щелочами :
Br2 + H2O ╚ HBr + HBrO
Br2 + 2KOH ╝ KBr + KBrO + H2O
4) Реагирует с сильными восстановителями:
Br2 + 2HI ╝ I2 + 2HBr
Br2 + H2S ╝ S + 2HBr
Бесцветный газ, хорошо растворим в воде; t╟кип. = -67╟С; t╟пл. = -87╟С.
Получение
1)
2NaBr + H3PO4═ √t╟╝═ ══Na2HPO4 + 2HBr╜
2)
PBr3 + 3H2O ╝ H3PO3 + 3HBr╜
Водный раствор бромистого водорода - бромистоводородная кислота еще более сильная, чем соляная. Она вступает в те же реакции, что и HCl:
1) Диссоциация:
HBr ╚ H+ + Br -
2) С металлами, стоящими в ряду напряжения до водорода:
Mg + 2HBr ╝ MgBr2 + H2╜
3) с оксидами металлов:
CaO + 2HBr ╝ CaBr2 + H2O
4) с основаниями и аммиаком:
NaOH + HBr ╝ NaBr + H2O
Fe(OH)3 + 3HBr ╝ FeBr3 + 3H2O
NH3 + HBr ╝ NH4Br
5) с солями:
MgCO3 + 2HBr ╝ MgBr2 + H2O + CO2╜
AgNO3 + HBr ╝ AgBr¯ + HNO3
Соли бромистоводородной кислоты называются бромидами. Последняя реакция - образование желтого, нерастворимого в кислотах осадка бромида серебра служит для обнаружения аниона Br - в растворе.
6) HBr - сильный восстановитель:
2HBr + H2SO4(конц.) ╝ Br2 + SO2╜ + 2H2O
2HBr + Cl2 ╝ 2HCl + Br2
Из кислородных кислот брома известны слабая бромноватистая HBr+1O и сильная бромноватая HBr+5O3.
Йод I2 - открыт Б. Куртуа в 1811 г.