р-ЭЛЕМЕНТЫ

Общая характеристика p-элементов 7 группы

Фтор, хлор, бром, йод и астат носят общее название галогенов (“солерождающие”). Атомы галогенов имеют на внешнем энергетическом уровне по 7 электронов и их общая электронная конфигурация ns²np⁵.

Исходя из физических констант атомов можно сделать следующие выводы:

• Кажущиеся радиусы нейтральных атомов правильно растут с увеличением числа квантовых слоев, т.е. в сторону повышения порядкового номера элемента.

• Величина ОЭО уменьшается с увеличением кажущихся радиусов нейтральных атомов, следовательно, окислительные свойства уменьшаются, а восстановительные повышаются у нейтральных атомов.

• С увеличением порядковых номеров элементов наблюдается постепенное ослабление неметаллических свойств и усиление металлических свойств.

Наличие 7 электронов на внешнем энергетическом уровне характеризует способность галогенов проявлять отрицательную степень окисления 1- и все галогены способны образовывать однозарядные отрицательные ионы. Склонность к образованию отрицательно заряженных ионов в ряду галогенов от фтора к иоду ослабевает. Невозможность возбудить спаренные электроны фтора (отсутствие во втором квантовом уровне вакантной d-орбитали) объясняет тот факт, что фтор проявляет постоянную степень окисления 1-. У других атомов галогенов можно возбудить последовательно спаренные электроны на вакантные d-орбитали. И для них характерно проявление степеней окисления 1+,3+,5+,7+ ( у астата нет +7).

РАСПРОСТРАНЕННОСТЬ В ПРИРОДЕ

Среди галогенов самым распространенным является хлор (0,19%) и фтор(0,03%). Хлор и бром концентрируются в водах океанов, морей и соляных озер.

Бром, йод и астат – рассеянные элементы, своих минералов не образуют. Йода в природе меньше, чем урана германия лютеция и других элементов. В свободном виде галогены в природе не встречаются. Основные минералы, содержащие фтор: флюорит CaF₂ (плавиковый шпат), Na₃[AlF₆] криолит и фторапатит 3Ca₃(PO₄)₂•Ca(F,Cl)₂. Хлор входит в состав таких важных минералов как галит NaCl, сильвин KCl, карналлит KCl • MgCl₂ • 6H₂O.

Астат – один из самых редких на Земле элементов. В поверхностном слое земной коры толщиной 1,6 км содержится около 70 мг астата. Астат – от греческого астатос (неустойчивый).

Фтор содержится в организме животных и человека (кости, зубная эмаль), из растений наиболее богаты фтором лук и чечевица.

Бром - в виде солей K ,Na, Mg в морской воде, в воде некоторых озер (Сакское в Крыму) и буровых нефтяных водах.

Йод - зола водорослей служит исходным сырьем для получения йода.

Простые вещества

Молекулы простых веществ, образуемые галогенами, двухатомны с одной сигма-связью, порядок связи равен 1.Некоторые сведения о простых веществах p-элементов 7 группы приведены в таблице.

Физические константы простых веществ галогенов

Физические константы	Фтор	Хлор	Бром	Йод	Астат
Состав молекулы	F2	Cl2	Br2	I2	At2
Агрегатное состояние	Светло-зел. газ	Желто-зел. газ	Красно-бурая жид.	Черно-фиолет.кристаллы	Черно-синие кристаллы
Т.плавл.С	-223	-101,4	-7,2	113,5	299
Т.кип.С	-188	-34,6	58,8	184,5 расплава	411
Межъяд. расстояние, А	1,42	1,99	2,28	2,67	-
Энергия дис, кДж/моль	151	239	199	150,7	117

Сравнивая данные физических констант молекул галогенов, можно сделать следующие выводы:

• Температуры плавления и кипения закономерно возрастают от фтора к йоду.

• Межъядерное расстояние от фтора к йоду увеличивается, уменьшается степень перекрывания связывающих электронных облаков и энергия диссоциации молекул уменьшается. Аномальные свойства фтора по сравнению с хлором объясняются тем, что в молекуле хлора в образовании связей частично участвуют 3d-орбитали, в результате чего прочность связи в молекуле возрастает.

• Все галогены - типичные неметаллы. Молекулы галогенов неполярны, поэтому растворимость в воде галогенов незначительна, они лучше растворяются в органических растворителях - спирте, бензоле, эфире, сероуглероде.

Фтор - “разрушающий”(греч.)

Фтор - сильнейший окислитель, химически очень активен и взаимодействует с большинством элементов непосредственно, за исключением кислорода и азота. Это объясняется низкой энергией диссоциации молекулы фтора, сравнительно малыми размерами атома фтора, большой величиной энергии сродства к электрону и малой энергией активации реакций с участием фтора.

Фтор энергично реагирует как с простыми (кроме гелия, неона, аргона), так и со сложными веществами. Большинство оксидов разлагается фтором с выделением кислорода. В атмосфере фтора горит даже такое стойкое вещество, как стеклянная вата:

SiO₂ + 2F ₂ = 2SiF ₄ + 2O

Вода в атмосфере фтора горит бледно-фиолетовым пламенем

H₂ O(кр) + F ₂ (г) = HOF(г) + HF(ж)

H₂ O(ж) + 2F ₂ (г) = OF₂↑ + 2HF

H₂ O(вод.пар) + F ₂ = 2HF + O₂

В атмосфере фтора горят неметаллы - S, P, Si, металлы - Na, K, Ca, Mg, Al и др.

2Al + 3F₂ = 2 AlF₃

Zn + F₂ = ZnF₂

2B + 3F₂ = 2BF₃

2P + 5 F₂ = 2PF₅

С водородом соединятся в темноте со взрывом.

H ₂ + F ₂ = 2 HF

Пламя фтороводородной смеси имеет температуру больше 4000 С.

Фтор легко вытесняет хлор из его соединений

F ₂ + 2 NaCl = Cl ₂ + 2 NaF