Cоединения галогенов

Наиболее важными соединениями галогенов в степени окисления -1 являются галогеноводороды, галогеноводородные кислоты и их соли.

Галогеноводороды, кроме HF, представляют собой токсичные газы с резким удушающим запахом. Молекулы фтороводорода сильно ассоциированы за счет прочных водородных связей, по этой причине HF имеет аномально высокую температуру кипения (19,6 °С). Фтороводород получают действием концентрированной серной кислоты на фториды. Эта же реакция используется для лабораторного получения хлороводорода. В промышленности хлороводород получают прямым синтезом, бромоводород и иодоводород - гидролизом тригалогенидов фосфора, которые получают непосредственно в реакторе:

t

2P + 3Br₂ + 6H₂O = 2H₃PO₃ + 6HBr

Жидкий фтороводород является прекрасным ионизирующим растворителем, в котором многие вещества ведут себя как основания, поскольку взаимодействуя с HF, увеличивают концентрацию отрицательных ионов растворителя:

2HF H⁺ + HF₂^-

HNO₃ + 2HF NO₃H₂⁺ + HF₂^-

основание

Кислотами в жидком фтористом водороде являются акцепторы фторид-аниона, например, фториды некоторых металлов:

SbF₅ + HF H⁺ + [SbF₆]^-

Галогеноводороды хорошо растворимы в воде, образуя растворы соответствующих кислот: HF - фтороводородная или плавиковая кислота, HCl - хлороводородная или соляная кислота, HBr - бромоводородная и HI - иодоводородная кислоты. Плавиковая кислота - кислота средней силы (К = 7×10^-4), остальные галогеноводородные кислоты - сильные, при переходе от HCl к HI сила кислоты увеличивается.

Концентрированная соляная кислота обычно представляет собой 37% раствор хлороводорода.

Бромистоводородная и иодистоводородная кислоты напоминают соляную, но менее устойчивы к окислению. Иодистый водород окисляется уже кислородом воздуха:

4HI + O₂ = 2I₂ + 2H₂O

Фтороводород, а также плавиковая кислота энергично разрушают стекло, поэтому кислоту хранят в пластиковой или парафинированной посуде:

SiO₂ + 6HF = H₂[SiF₆] + 2H₂O

Плавиковая кислота и фториды металлов токсичны, кислота при попадании на кожу вызывает сильные и долго не заживающие ожоги. Большинство солей плавиковой кислоты в воде плохо растворимы. Хорошо растворимы фториды натрия, калия, алюминия, олова и серебра. В отличие от других галогеноводородных кислот, плавиковая кислота образует кислые соли - производные димера H₂F₂, например, KHF₂ или KF×HF.

Большинство хлоридов (солей соляной кислоты) хорошо растворимы в воде. Малорастворимы AgCl, PbCl₂, CuCl, Hg₂Cl₂. Образование белого творожистого осадка хлорида серебра используется как качественная реакция на хлорид-анион:

Ag⁺ + Cl^- = AgCl¯

Хлорид натрия применяется для консервации и как пищевкусовая добавка. Хлорид калия используется в качестве удобрения. Бромиды натрия и калия используют в медицине в качестве транквилизаторов. Иодид калия применяют при лечении заболеваний щитовидной железы. Бромид серебра используется в фотоделе в качестве светочувствительного материала.

Из кислородсодержащих соединений галогенов наибольший интерес представляют фториды кислорода, оксиды и кислородсодержащие кислоты хлора.

Газообразный OF₂ получают, пропуская фтор через разбавленный раствор гидроксида натрия при охлаждении:

2NaOH + 2F₂ = 2NaF + H₂O + OF₂­

При пропускании через смесь фтора и кислорода электрического разряда образуется O₂F₂ - желто-оранжевое кристаллическое вещество. Фториды кислорода - сильные окислители и фторирующие реагенты.

Из оксидов хлора наиболее устойчивы оксид хлора(I) - Cl₂O, оксид хлора(IV) - ClO₂ и оксид хлора(VII) - Cl₂O₇. Все эти вещества нестабильны, сильнейшие окислители, типичные кислотные оксиды.

Cl₂O + H₂O = 2HClO

2ClO₂ + H₂O = HClO₂ + HClO₃

Cl₂O₇ + H₂O = 2HClO₄

Хлор образует четыре кислородсодержащие кислоты.

С увеличением степени окисления сила кислоты и ее устойчивость увеличивается. Хлорноватистая и хлористая кислота - слабые кислоты, хлорная - одна из самых сильных минеральных кислот. В свободном виде выделена только хлорная кислота (очень неустойчива и взрывоопасна), остальные кислоты существуют только в разбавленных растворах. Хлорноватистая кислота и гипохлориты - очень сильные окислители. При переходе к хлорной кислоте и перхлоратам окислительная способность соединений уменьшается.

Из солей кислородсодержащих кислот хлора наибольшее применение находит хлорная известь - смешанный гипохлорит- хлорид кальция, Ca(ClO)Cl.

Литература: [1] с. 338 - 359, [2] с. 415 - 423, [3] с. 270 - 296