Лекция № 19. Элементы VII-A-подгрупы (галогены)

 

Элементы VIIA-подгруппы: фтор - F, хлор - Cl, бром - Br, иод - I (галогены)и радиоактивный астат - At. Фтор и иод представлены в природе одним изотопом - 19F и 127I, хлор и бром имеют по два природных изотопа: 35Cl (75,5%) и 37Cl (24,5%); 79Br (50,5%) и 82Br (49,5%). Радиоактивный изотоп 131I (период полураспада 8 суток) - один из наиболее опасных продуктов деления урана, поскольку накапливается в щитовидной железе. Общая электронная формула галогенов - ns2np5 - и высокая электроотрицательность обуславливает проявление в большинстве их соединений степени окисления -1. Для фтора, обладающего самой высокой электроотрицательностью (4,0 по Полингу), данная степень окисления и валентность 1 являются единственными. Хлор, бром и иод могут проявлять более высокие валентности и положительные степени окисления (в основном +1, +3, +5 и +7) за счет использования вакантных орбиталей d-подуровня, как показано на схеме для атома хлора.

Фтор и хлор - распространенные элементы земной коры (0,03 и 0,02 мол.%, соответственно). Кларки брома и иода выражаются значительно более скромными числами (1,5×10-5 и 4×10-6 мол.%). Основные минералы фтора и хлора: CaF2 - плавиковый шпат (флюорит), Na3[AlF6] - криолит, Ca5(PO4)3F - фторапатит, NaCl - каменная соль (галит), KCl - сильвин, NaCl×KCl - сильвинит, KCl×MgCl2×6H2O - карналлит. Бром и иод самостоятельных минералов не образуют и обычно сопутствуют хлору. Иод накапливается некоторыми морскими водорослями.

Все галогены играют важную биологическую роль. Фтор входит в состав зубной эмали. Пониженное содержание фтора в питьевой воде (меньше 0,5 мг/л) способствует развитию кариеса. Однако, повышенное содержание фтора приводит к другому заболеванию зубов - флюорозу. Хлор поступает в организм человека в основном в виде поваренной соли (дневная норма составляет 4 - 8 г) и участвует в образовании желудочного сока, содержащего 0,3% хлороводорода. Иод концентрируется в основном в щитовидной железе и входит в состав тироксина - гормона щитовидной железы. Недостаточное поступление иода в организм приводит к нарушению обмена веществ, замедлению роста и ослаблению умственного развития (кретинизм), а также к развитию базедовой болезни. Содержание брома в организме среднего человека (масса тела 70 кг) составляет 260 мг, но биологическая роль данного элемента в настоящее время еще не изучена.

Галогены образуют простые вещества, образованные двухатомными молекулами. F2 - желто-зеленый газ, т.кип. -188 °С, т.пл. -220 °С. Cl2 - зеленовато-желтый газ, т.кип. -34 °С, т.пл. -101 °С. Хлор легко сжижается при давлении более 6 атм. и комнатной температуре. Br2 - тяжелая красно-бурая жидкость, т.кип. 59 °С. I2 - черно-фиолетовые кристаллы с металлическим блеском, легко переходящие в газообразное состояние, минуя жидкое (сублимация, возгонка). Хлор, бром и иод плохо растворимы в воде, хорошо растворимы в некоторых органических растворителях. Фтор с водой реагирует.

Фтор и хлор чрезвычайно токсичны, вызывают глубокое поражение органов дыхания, отек слизистых и легких. Бром сильно разъедает кожу и резину. Иод в больших концентрациях токсичен и может вызвать поражение органов дыхания (иодный насморк), в умеренных концентрациях обладает дезинфицирующим действием.

Получение галогенов. Фтор получают электролизом раствора фторида калия в жидком фтористом водороде. Хлор в промышленности обычно получают электролизом раствора хлорида натрия или калия:

эл.ток

2КСl + 2H2O ® H2 + Cl2 + 2КОН

катод анод

Лабораторным методом получения хлора является окисление соляной кислоты перманганатом калия или диоксидом марганца (при нагревании):

t

2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O;

t

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Бром и иод получают действием окислителей на растворы бромидов или хлоридов. В промышленных условиях дешевым и удобным окислителем является хлор:

 

2KI + Cl2 = 2KCl + I2

Химические свойства. В виде простых веществ галогены исключительно активные неметаллы. Особенно активен фтор, что обусловлено малой энергией диссоциации молекулы F2 (159 кДж/моль) и низкой энергией активации реакций с ее участием (меньше 4 кДж/моль). С водородом фтор реагирует уже при -252 °С.

H2 + F2 = 2HF

При температуре -190 °С фтор реагирует с серой и фосфором:

S + 3F2 = SF6; 2P + 5F2 = 2PF5

Активность фтора столь высока, что при высоких температурах он окисляет платину и тяжелые инертные газы:

t t

Pt + 2F2 = PtF4; Xe + 2F2 = XeF4

Непосредственно со фтором не взаимодействуют только гелий, неон, аргон, азот и углерод в виде алмаза.

Легко взаимодействует фтор с оксидами. В его атмосфере горят даже стекло и вода:

 

SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2; 2H2O + 2F2 = 4HF + O2

Хлор по активности незначительно уступает фтору. Не взаимодействует только с инертными газами, кислородом и азотом. При низкой температуре реагирует с фосфором, мышьяком, сурьмой, кремнием, натрием и магнием. Фосфор и сера реагируют с хлором ступенчато:

 

2P + 3Cl2 = 2PCl3; 2S + Cl2 = S2Cl2;

PCl3 + Cl2 = PCl5 ; S2Cl2 + Cl2 = SCl2

При растворении в воде хлор частично с ней реагирует, диспропорционируя:

Cl2 + H2O HCl + HOCl

В растворах щелочей данное равновесие смещается вправо, при этом состав продуктов реакции определяется температурой:

0 °C

Cl2 + 2NaOH ¾® NaCl + NaClO + H2O;

>70 °C

3Cl2 + 6NaOH ¾® 5NaCl + NaClO3 + 3H2O

Химическая активность брома и иода по сравнению с хлором понижена, но вполне достаточна для взаимодействия с большинством неметаллов и металлов. В то же время бром и иод, равно как и хлор, окисляются фтором:

Br2 + 3F2 = 2BrF3

Иод окисляется также азотной кислотой:

3I2 + 10HNO3(конц) = 6HIO3 + 10NO­ + 2H2O

Хлор и бром довольно легко замещают атомы водорода в органических соединениях и присоединяются по кратным связям углерод - углерод:

hn

CH4 + Cl2 ® CH3Cl + HCl;

HCºCH + 2Cl2 ® Cl2HC-CHCl2

Фтор обычно разрушает органические соединения с выделением сажи и фтористого водорода. Реакции органических веществ с иодом осложняются неустойчивостью иодорганических соединений.






Дата добавления: 2017-10-04; просмотров: 979; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2022 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.03 сек.