Реферат: Галогены

/>/>/>

Всемизвестно, что фтор вводят в состав зубной пасты, а хлором дезинфицируют воду вплавательных бассейнах. Бром применяют в качестве успокоительного средства, аспиртовой раствор йода как антисептическое средство. Фтор, хлор, бром и йод образуютсемейство галогенов. Галогены относятся к неметаллическим элементам. Они входятв VII группу периодической системы (см. рис.).

/> <td/> />
О происхождении названий галогенов

Названия всехгалогенов, за исключением фтора, происходят от греческих слов:

Название Исходное слово Значение Галоген

галс (греч.)

ген (греч.)

Соль

Образующий

Фтор флуо (лат.) Течь, текучий (в старину минерал поле­вой шпат CaF, использовали в ме­таллургии в качестве флюса для при­дания легкоплавкости шлакам) Хлор хлорос (греч.) Зеленовато-желтый Бром бромос (греч.) Зловонный Иод иодес (греч.) Фиолетовый Астат астатос (греч.) Неустойчивый

Слог «ген» в качестве приставки либо суффиксавходит во многие научные термины, например в слова генератор и антиген. Обычноон 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 семьэлектронов. Они легко присоединяют еще один электрон, образуя галогенидные ионы.Галогенид-ион имеет устойчивый октет электронов. Галогены характеризуютсявысокой электроотрица­тельностью и реакционной способностью и поэтому в свободномвиде не встречаются в природе. Однако галогенид-ионы широко распространены вприроде.

/>

Галогены всвободном виде существуют в форме двухатомных молекул. Атомы в этих молекулахсвязаны между собой простой ковалентной связью. Каждая такая связь образуется врезультате обобществления пары электронов — по одному от каждого атома:

В табл. 1приведены некоторые данные о структуре атомов и молекул галоге­нов. Обратимвнимание на то, что атомные и ионные радиусы галогенов, а также длины связи вих молекулах последовательно возрастают при перемещении к нижней части группы.Однако энергии диссоциации связи и, следовательно, прочность связи в молекулахгалогенов при этом, наоборот, уменьшаются. Исключением в этом отноше­нииявляется только фтор. Небольшая прочность связи фтора, по-видимому, обус­ловленаслишком близким расположением атомов в его молекуле. Это приводит к сильномуотталкиванию между несвязывающими электронами, что вызывает ослаб­ление связи.

Таблица 1. Электронное строение и свойства галогеновЭлемент Атомный номер Электронная конфигурация атомов Конфигурация внешней оболочки Атомный радиус, нм Ионный радиус, нм Длина связи, нм

Энергия диссоциации связи,

кДж/моль

Фтор 9 2.7

2s22p5

0,072 0,136 0,142 158 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 влабораторных условиях окислением концентрированной соляной кислоты манганатом(VII) калия:

/>

Выделяющийсяхлор пропускают через воду, чтобы удалить следы хлороводородов, а затем черезконцентрированную серную кислоту, чтобы осушить его. Полученный хлор собирают вперевернутом сосуде, из которого он вытесняет воздух.

Другой способлабораторного получения хлора основан на реакции между отбели­вающим порошком(гипохлоритом кальция) и разбавленной соляной кислотой:

/>

Бром.Для получения брома влабораторных условиях добавляют оксид марган-Ha(IV) к смеси концентрированнойсерной кислоты с бромидом калия. Бромоводород-ная кислота, обоазуюшаяся воеакции между сеоной кислотой и бромидом калия:

/>

окисляетсяоксидом марганца(IV)

/>

Бром отделяютот реакционной смеси перегонкой.

Иод.Иод получают тем жеспособом, 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.

Отравлениехлором.Жидкий хлор вызывает серьезные ожоги кожи. Газообраз­ный хлор оказывает сильноераздражающее действие, особенно на глаза и дыха­тельную систему. Он реагирует сводой, содержащейся в глазах, легких и слизистых оболочках органов дыхания,образуя соляную кислоту и хлорноватистую кислоту (см. ниже «Реакции с водой ищелочами»). Симптомами отравления хлором являются жжение глаз и органовдыхания, непрекращающийся кашель и, в тяжелых случаях, кровавая мокрота. Влегких, отравленных хлором, может развиваться бронхиальная пневмония. Предельнодопустимая концентрация хлора в воздухе составляет 0,005 мг/дм3.Уровень 0,2 мг/дм3 считается опасным, а концентрация 2 мг/дм3может вызвать быструю смерть. Однако случаи отравления хлором со смертельнымисходом в аварийной обстановке нечасты, поскольку людей, на­дышавшихся этимгазом, обычно удается вовремя удалить из отравленной зоны.

Галогеныимеют характерный резкий запах, хорошо знакомый тем, кто посещает плавательныебассейны.

Все галогеныимеют большую летучесть. Она объясняется тем, что их молекулы удерживаютсявместе лишь слабыми вандерваальсовыми силами. Хотя вандерваальсовы силыпостепенно возрастают при перемещении к нижней части группы галогенов, они остаютсяочень слабыми даже в кристаллах иода, которые поэтому легко возгоняются принагревании. При этом образуются фиолетовые пары иода. Темпе­ратуры плавления икипения галогенов указаны в табл. 2.

Таблица 2. Физические свойства галогенов

Элемент Температура плавления, °С Температура кипения, °С Агрегатное состояние и внешний вид при 20°С Фтор -220 -188 Бледно-желтый газ Хлор -101 -34 Желто-зеленый газ Бром -7 58 Коричневая жидкость с тяжелы­ми коричневыми парами Иод 114 183 Блестящие серо-черные кристал­лы

Все галогены — окрашенные вещества. Интенсивность ихокраски возрастает по мере перемещения к нижней части группы.

Галогеныобладают небольшой растворимостью в воде. Раствор хлора в воде называетсяхлорной 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 реакционноспособнуюгруппу элементов в периодической системе. Они состоят из молекул с оченьнизкими энергиями диссоциа­ции связи (см. табл. 1), а их атомы имеют во внешнейоболочке семь электронов и поэтому очень электроотрицательны. Фтор-наиболееэлектроотрицательный и наи­более реакционноспособный неметаллический элемент впериодической системе. Реак­ционная способность галогенов постепенноуменьшается при перемещении к нижней части группы. В следующем разделе будетрассмотрена способность галогенов окис­лять металлы и неметаллы и показано, какэта способность уменьшается в направле­нии от фтора к иоду.

ГАЛОГЕНЫ КАК ОКИСЛИТЕЛИ

При пропускании газообразного сероводорода черезхлорную воду происходит осаж­дение серы. Реакция протекает по уравнению

/>

В этой реакции хлор окисляет сероводород, отнимая унего водород. Хлор окисляет также железо (II) до железа (III). Например, еслиперемешивать встряхиванием хлор с водным раствором сульфата железа (II),образуется сульфат железа (III):

/>

Происходящая при этом окислительная полуреакцияописывается уравнением

/>

В качестве другого примера окислительного действияхлора приведем синтез хлорида натрия при сжигании натрия в хлоре:

/>

В этой реакции происходит окисление натрия,поскольку каждый атом натрия теряет электрон, образуя ион натрия:

/>

Хлор присоединяет эти электроны, образуяхлорид-ионы:

/>