Физические свойства галогенов

 

Фтор является трудносжижаемым, а хлор легкосжижаемым газом с удушливым резким запахом. Энергия связи галогенов сверху вниз по ряду изменяется не равномерно. Фтор имеет аномально низкую энергию связи (151 кДж/моль), это объясняется тем, что фтор не имеет d -подуровня и не способен образовывать полуторные связи, в отличие от остальных галогенов (Cl₂ 243, Br₂ 199, I₂ 150,7, At₂ 117 кДж/моль). От хлора к астату энергия связи постепенно ослабевает, что связано с увеличением атомного радиуса. Аналогичные аномалии имеют и температуры кипения (плавления):

Простое вещество	Температура плавления, °C	Температура кипения, °C
F2	−220	−188
Cl2	−101	−34
Br2	−7
I2	113,5	184,885
At2		309^[2]

Химические свойства галогенов

 

Все галогены проявляют высокую окислительную активность, которая уменьшается при переходе от фтора к астату. Фтор— самый активный из галогенов, реагирует со всеми металлами без исключения, многие из них в атмосфере фтора самовоспламеняются, выделяя большое количество теплоты, например:

2Al + 3F₂ = 2AlF₃ + 2989 кДж,

2Fe + 3F₂ = 2FeF₃ + 1974 кДж.

Без нагревания фтор реагирует и со многими неметаллами (H₂, S, С, Si, Р)— все реакции при этом сильно экзотермические, например:

Н₂ + F₂ = 2HF + 547 кДж,

Si + 2F₂ = SiF₄(г) + 1615 кДж.

При нагревании фтор окисляет все другие галогены по схеме

Hal₂ + F₂ = 2НalF

где Hal = Cl, Br, I, At, причем в соединениях HalF степени окисления хлора, брома, йода и астата равны +1.

Взаимодействие фтора со сложными веществамитакже протекает очень энергично. Так, он окисляет воду, при этом реакция носит взрывной характер:

3F₂ + ЗН₂О = OF₂↑ + 4HF + Н₂О₂.

Свободный хлор также очень реакционноспособен, хотя его активность и меньше, чем у фтора. Он непосредственно реагирует со всеми простыми веществами, за исключением кислорода, азота и благородных газов. Для сравнения приведем уравнения реакций хлора с теми же простыми веществами, что и для фтора:

2Al + 3Cl₂ = 2AlCl₃(кр) + 1405 кДж,

2Fe + ЗCl₂ = 2FeCl₃(кр) + 804 кДж,

Si + 2Cl₂ = SiCl₄(Ж) + 662 кДж,

Н₂ + Cl₂ = 2HCl(г)+185кДж.

СН₃-СН₃ + Cl₂ → СН₃-СН₂Cl + HCl,

СН₂=СН₂ + Cl₂ → СН₂Cl — СН₂Cl.:

Cl₂ + 2HBr = 2HCl + Br₂,

Cl₂ + 2HI = 2HCl + I₂,

Cl₂ + 2KBr = 2KCl + Br₂,

Cl₂ + Н₂О = HCl + HClO — 25 кДж.:

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

3Cl₂ + 6КОН = 5KCl + KclO₃ + 3Н₂О (при нагревании).

Si + 2Br₂ = SiBr₄(ж) + 433 кДж,

 

Хлороводород и соляная кислота

 

Хлороводород – это одно из важнейших соединений хлора. Это бесцветный газ с резким запахом. В 1,3 раза тяжелее воздуха. Во влажном воздухе «дымит», т.е. с водяными парами образует мельчайшие капельки тумана. Водный раствор хлороводорода называется соляной или хлороводородной кислотой.

В лабораторных условиях хлороводород получают при взаимодействии хлорида натрия с концентрированной серной кислотой. При этом образуется хлороводород и кислая соль – гидросульфат натрия:

NaCl + H₂SO₄ = HCl + NaHSO₄

Соляная кислота – бесцветная жидкость. Концентрированная содержит до 37% хлороводорода и во влажном воздухе «дымит». Будучи сильной кислотой, она обладает всеми свойствами кислот. Многие металлы, основные оксиды, основания и некоторые соли и газы взаимодействуют с соляной кислотой.

2HCl + Zn = ZnCl₂ + H₂

2HCl + CuO = CuCl₂ + H₂O

3HCl + Al(OH)₃ = AlCl₃ + 3H₂O

HCl + AgNO₃ = AgCl↓ + HNO₃

HCl + NH₃ = NH₄Cl

Соляная кислота применяется для получения ее солей, при травлении металлов, а также в пищевой промышленности и медицине.

 

Соли соляной кислоты

Хлорид натрия (другие названия: каменная соль, поваренная соль, галит) NaCl является приправой к пище, служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.; используется для консервирования пищевых продуктов.

Хлорид калия KCl – ценное калийное удобрение.

Хлорид цинка ZnCl₂ – используется для пропитки древесины в целях предохранения от гниения; применяется при паянии для смачивания поверхности металла (устраняет пленку оксида и припой хорошо пристает к металлу);

Хлорид бария BaCl₂ – ядовитое вещество, применяемое для борьбы с вредителями с/хозяйства (свекловичным долгоносиком, луговым мотыльком и др.)

Хлорид кальция CaCl₂ – безводный широко применяется для осушки газов (при этом образуется кристаллогидрат соли CaCl₂*6H₂O) и в медицине.

Хлорид ртути (II), или сулема, HgCl₂ – сильный яд; очень разбавленные растворы соли применяются как сильнодействующие дезинфицирующее средство; для протравливания семян, дубления кожи, в органическом синтезе.

Качественная реакция на хлорид-анион. Нитрат серебра является реагентом на соляную кислоту и ее соли, точнее, ион серебра – реагент на хлорид-ион выпадает белый творожистый осадок хлорида серебра, нерастворимый в азотной кислоте. По этому признаку можно сделать заключение о присутствии в растворе хлорид-аниона.

Вопросы для контроля.

1. Назовите элементы-галогены и укажите их положение в периодической системе Д.И.Менделеева.

2. Какие валентности и степени окисления характерны для атомов галогенов в различных соединениях?

3. Как изменяются радиусы атомов, сродство к электрону и электроотрицательность галогенов в подгруппе?

4. Какой из галогенов является самым активным и какой – наименее активным окислителем? Почему?

5. Какие свойства – окислительные или восстановительные – проявляют галогенид-ионы?

6. Какой галогенид-ион является самым активным восстановителем? Почему?

7. Назовите все галогеноводороды и охарактеризуйте их физические свойства.

8. Какими свойствами обладают водные растворы галогеноводородов?

9. Напишите формулы известных оксидов хлора и назовите их. Напишите формулы кислот, соответствующих этим оксидам, назовите их.

10. Охарактеризуйте физические свойства и физиологическое действие хлора.

11. Что образуется при взаимодействии хлора со щелочами на холоду и при нагревании? Ответ подтвердить уравнениями реакций.

12. Охарактеризуйте химические свойства соляной кислоты. Какая реакция является качественной на хлорид-ион? Ответ подтвердить записями уравнений реакций.

13. Какова физиологическая роль соляной кислоты в организме человека?

Задачи и упражнения для самостоятельной работы.

1. Какова плотность фтора и хлора по воздуху?

2. Напишите уравнения реакций между натрием и фтором, кальцием и хлором, барием и бромом, алюминием и йодом. Рассмотрите их с точки зрения окислительно-восстановительных процессов. Назовите полученные соли.

3. Как получить хлор, если имеются:

а) оксид свинца (IV) PbO₂ и соляная кислота HCl;

б) оксид марганца (IV), хлорид калия и серная кислота?

Напишите соответствующие уравнения реакций. С помощью электронного баланса подберите коэффициенты.

4.Cмешали 1 л хлора и 2 л водорода (н.у.). сколько граммов хлороводорода можно получить из такой смеси? Чему будет равен объем смеси после реакции?

5. Какой объем хлора может быть получен при взаимодействии 2 моль хлороводорода и 3 моль оксида марганца (IV)?

6. Применяемая в медицине йодная настойка является 5%-м раствором кристаллического йода в спирте. Какой объем спирта, плотность которого равна 0,8 г/мл, требуется для приготовления 250 г такого раствора?