Межгалогенные соединения

Межгалогенные соединения, межгалоидные соединения, соединения галогенов друг с другом. Известные М. с. можно разделить на следующие группы: фториды (ClF, ClF3, BrF, BrF3, BrF5, IF, IF5 и IF7), хлориды (BrCl, ICl и ICl3) и бромиды (IBr). В состав молекул М. с. обычно входит не более двух различных элементов. Как правило, галогены могут образовать М. с. с тем большим числом атомов в молекуле, чем дальше они отстоят друг от друга в периодической системе Менделеева. Все М. с. можно синтезировать взаимодействием элементов; кроме того, М. с., состав которых выражается формулами от AB3 до AB7, образуются при присоединении соответствующих галогенов к М. с. состава AB. При обычных условиях ClF, ClF3 и IF3 находятся в газообразном состоянии, ICl, ICl3, IBr и BrClF6 — в твёрдом, остальные — в жидком. Из всех М. с. наименее устойчивы BrF и BrCl; другие М. с. при обычных условиях относительно стабильны, хотя в большей или меньшей степени диссоциируют на составляющие их галогены уже при температуре 25—50 °С.

По физическим и химическим свойствам М. с. имеют много общего со свободными галогенами. Однако молекулы М. с. полярны, так как состоят из элементов с различной электроотрицательностью. Поэтому, например, электропроводность твёрдых и жидких М. с. значительно выше, чем галогенов, а в растворах и расплавах молекулы М. с. всегда ассоциированы.

Химическая активность некоторых М. с. выше, чем составляющих их галогенов; ClF более реакционноспособен по отношению ко многим органическим соединениям, чем свободный фтор. Особенностью М. с. является и их ярко выраженная способность к образованию комплексных соединений как с неорганическими галогенидами (известны, например, комплексы М. с. состава KCl·ICl, BrF3·SbF3 и т. д.), так и с органическими веществами (анилином, пиридином, диоксаном и другими). Применение М. с. ограничено в основном количественным химическим анализом, где используются солянокислые растворы ICl и ICl3.

Взаимодействие галогенов с водой - сложный процесс, включающий растворение, образование сольватов и диспропорционирование.

Фтор в отличие от других галогенов воду окисляет:

2H2O + 2F2 = 4HF + O2.

Однако при насыщении льда фтором при -400С образуется соединение HFO

(Возможны также реакции: 2HFO 2HF + O2; HFO + H2O HF + H2O2,

а при избытке фтора (см. 8) : F2 +HFO OF2 + HF.)

Можно отметить два типа взаимодействия молекул воды с молекулами галогенов. К первому относится процесс образования клатратов, например, 8Cl2. 46H2O при замораживании растворов. Молекулы галогена в клатратах занимают свободные полости в каркасе из молекул H2O, связанных между собой водородными связями.

Ко второму типу можно отнести гетеролитическое расщепление и окислительно-восстановительное диспропорционирование

При взаимодействии же хлора с неохлаждаемым раствором щелочи происходит разогревание раствора и получаются хлораты, например, бертолетова соль KClO3:

6KOH + 3Cl2 KClO3 +5KCl + 3H2O.

Таким образом, совокупность термодинамических и кинетических факторов обуславливает следующий состав продуктов взаимодействия в системе Cl2+H2O: растворенный в воде хлор (он преобладает), HCl, HClO, HClO3. При насыщении хлором холодной воды (0-20оС) часть молекул Cl2 диспропорционирует:

Cl2 + H2O = HCl + HClO,

при этом кислотность раствора постепенно увеличивается.

Биологическая роль галогенов:

Фтор

В качестве микроэлемента фтор входит в состав всех организмов. У животных и человека фтор присутствует в костной ткани (у человека — 0,2-1,2%) и, особенно, в дентине и эмали зубов. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 2,6 г фтора; суточная потребность составляет 2-3 мг и удовлетворяется, главным образом, с питьевой водой. Недостаток фтора приводит к кариесу зубов. Поэтому соединения фтора добавляют в зубные пасты, иногда вводят в состав питьевой воды. Избыток фтора в воде, однако, тоже вреден для здоровья. Он приводит к флюорозу — изменению структуры эмали и костной ткани, деформации костей. ПДК для содержания в воде фторид-ионов составляет 0,7 мг/л. ПДК газообразного фтора в воздухе 0,03 мг/м3. Роль фтора в растениях неясна.

Хлор

Хлор относится к важнейшим биогенным элементам и входит в состав всех живых организмов. У животных и человека, ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия и регуляции водно-солевого обмена. Хлорные каналы представлены во многих типах клеток и скелетных мышцах. Эти каналы выполняют важные функции в регуляции объема жидкости, участвуют в поддержании рН клеток. Человек потребляет 5-10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. NaCl необходим для выработки в желудке соляной кислоты, которая способствует пищеварению и уничтожению болезнетворных бактерий. Мышечная ткань человека содержит 0,20-0,52 % хлора, костная - 0,09 %; в крови - 2,89 г/л. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) 95 г хлора. Ежедневно с пищей человек получает 3-6 г хлора, что с избытком покрывает потребность в этом элементе. Ионы хлора жизненно необходимы растениям. Хлор участвует в энергетическом обмене у растений.

Бром

Многие аспекты биологической роли брома в настоящее время еще не выяснены. В организме человека бром участвует в регуляции деятельности щитовидной железы, так как является конкурентным ингибитором иода. Соединения брома участвуют в деятельности клеток иммунной системы. Недостаток брома в пище приводит к бессоннице, замедлению роста и уменьшению числа эритроцитов в крови. Ежедневное поступление брома в организм человека с пищей составляет 2–6 мг. Особенно богаты бромом рыба, злаки и орехи.

Йод

Йод относится к микроэлементам и присутствует во всех живых организмах. Его содержание в растениях зависит от присутствия его соединений в почве и водах. Некоторые морские водоросли (морская капуста, или ламинария, фукус и другие) накапливают до 1% иода. У животных и человека йод входит в состав гормонов щитовидной железы — тироксина и трииодтиронина, оказывающих многостороннее воздействие на рост, развитие и обмен веществ организма (особенно — на интенсивность основного обмена, окислительные процессы, теплопродукцию). В организме среднего человека (масса тела 70 кг) содержится 12-20 мг йода, суточная потребность составляет около 0,2 мг. Микроколичества йода жизненно необходимы человеку, дефицит йода в организме приводит к заболеванию щитовидной железы — эндемическому зобу, встречающемуся в местностях с низким содержанием йода в воздухе, почве, водах. Для того чтобы обеспечить поступление в организм необходимых количеств иода, используют йодированную поваренную соль.