3. Галогены как простые вещества

Галогены (от греч. ἁλός — соль и γένος — рождение, происхождение) – химические элементы VII-й группы главной подгруппы Периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева. К галогенам относятсяфтор F, хлор Cl, бром Br, йод I, астат At, а также (формально) искусственный элемент унунсептий Uus.

Все галогены — энергичные окислители, поэтому встречаются в природе только в виде соединений.

С увеличением порядкового номера химическая активность галогенов уменьшается, химическая активность галогенид-ионов F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻, At⁻ уменьшается. Электронная конфигурация валентного слоя данных элементов – …ns²np⁵. Для получения электронной конфигурации благородного газа им не хватает одного электрона, который они получают от других элементов ns²np⁵  ns²np⁶.

и существуют в форме аниона Hal^-

Все галогены, кроме фтора, могут образовывать соединения, в которых они обладают положительными степенями окисления. Например, кислородсодержащие кислоты хлора. См. табл. 1.

Табл. 1.

Галогены в природе

Галогены в свободном виде в природе не встречаются из-за своей химической активности. Они входят в состав многих минералов. См. табл. 2.

Минералы фтора	Минералы хлора.

Табл. 2.

Галогены – простые вещества

Рис. 2.

Молекулы галогенов состоят из двух атомов, с ковалентной неполярной связью между ними. Галогенам не присуща аллотропия. Кристаллическая решетка простых веществ галогенов – молекулярная. Фтор – это зеленовато-желтый газ. Хлор – тоже газ желтого цвета. Бром – красно-бурая жидкость. Йод – черно-фиолетовые кристаллы с характерным металлическим блеском. Рис. 2, 3, 4. Температура кипения и плавления галогенов увеличивается по группе сверху вниз. Все эти вещества обладают резким, характерным запахом. Все они вредны для организма.

 

Рис. 3-4.

4. Получение и химические свойства галогенов

Химические свойства галогенов

1. Реагируют с металлами

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃(кр) + 1405 кДж,

2Fe + ЗCl₂ = 2FeCl₃(кр) + 804 кДж,

Активность галогенов уменьшается с увеличением атомного радиуса. Это можно наблюдать  при взаимодействии их с железом.

2. Взаимодействуют с неметаллами (кроме  N₂, O₂, благородных газов). Свободный хлор очень реакционноспособен, хотя его активность и меньше, чем у фтора. Он непосредственно реагирует со всеми простыми веществами, за исключением кислорода, азота и благородных газов.

Н₂ + Cl₂ = 2HCl(г)+185 кДж.

Галогеноводороды – это типичные кислоты-неокислители. Но так как в их состав входят атомы галогенов в низших степенях окисления, то эти кислоты способны окисляться.

3. Взаимодействие с фосфором

2P + 5F₂ → 2PF₅

2P + 3Cl₂ → 2PCl₃

2P + 5Cl₂ → 2PCl₅

2P + 3Br₂ → 2PBr₃

2P + 5Br₂ → 2PBr₅

По мере повышения температуры глубина окисления возрастает.

4. Взаимодействие с графитом

С + 2F₂ CF₄  реагирует только с F₂. Остальные галогены не реагируют с простыми веществами, образованными углеродом.

5. Со сложными веществами

5.1. С водой

3F₂ + ЗН₂О = OF₂↑ + 4HF + Н₂О₂.

2F₂ + 2Н₂О = 4HF + O₂

Cl₂ + Н₂О ↔HCl + HClO (Хлорная вода)

Br₂ + Н₂О ↔ HBr + HBrO (Бромная вода)

I₂ + Н₂О ↔HI + HIO

5.2.   Реагируют со щелочами

Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + Н₂О (на холоде),

3Cl₂ + 6КОН = 5KCl + KClO₃ + 3Н₂О (при нагревании).

6. Галогены способны вытеснять друг друга из солей галогенидов и галогеноводородов. Более активный галоген вытесняет менее активный. Химическая активность галогенов последовательно уменьшается от фтора к астату. Каждый галоген в ряду F–At может вытеснять последующий из его соединений с водородом или металлами, то есть каждый галоген в виде простого вещества способен окислять галогенид-ион любого из последующих галогенов. Астат ещё менее реакционноспособен, чем йод.

2NaI + Cl₂ = 2NaCl + I₂

Качественная реакция на галогениды

Качественная реакция – это реакция, которая позволяет доказать присутствие в пробе того или иного вещества или иона.

При растворении растворимых галогенидов с раствором нитрата серебра выпадают осадки – нерастворимые галогениды серебра. Рис. 5.

NaCl + AgNO₃ = NaNO₃ + AgCl↓ (белый осадок)

NaBr + AgNO₃ = NaNO₃ + AgBr↓ (желтоватый осадок)

NaI + AgNO₃ = NaNO₃ + AgI↓ (желтый осадок)                                                             

Рис. 5

Галогениды можно определить также по окраске пламени. Если взять пробу и внести её в пламя горелки, то галогениды  меди окрашивают пламя в зеленый или сине-зеленый цвет.