Справочники / Врублевский А.И. Химия. Теоретический курс для подготовки к ЕГЭ

320 Химия элементов и их соединений

Для атома фтора как самого электроотрицательного эле­ мента в соединениях возможна только одна степень окисления

(-1), атомы остальных галогенов проявляют как положительные

+7 +3 —1 —1

(C12O7, IF3), так и отрицательные (SC12, CuBr9) степени окис­ ления. Для атомов всех галогенов низшая степень окисления равна -1, а высшая -—1-7 (кроме атома фтора).

Для атома фтора, как элемента второго периода, высшая теоретическая ковалентность равна IV, для атомов остальных галогенов — VII. Это объясняется распариванием спаренных ns2- и пр5-электронов в случае атомов С1, Вг и I на вакантные

подуровни. С ростом атомного номера радиус атомов галогена закономерно возрастает, а электроотрицательность атомов свер­ ху вниз по группе уменьшается.

Из-за высокой химической активности галогены в природе существуют только в виде соединений (наиболее распростра­ нены хлор (0,19 %) и фтор (0,03 %):

•NaCl — каменная (поваренная) соль, или галит;

•КС1 • MgCl2 • 6Н2О — карналлит;

•КС1 • NaCl — сильвинит;

•CaF2 — флюорит (плавиковый шпат);

•Na3AlF6 — криолит;

•КС1 — сильвин;

•ЗСа3(РО4)2 • CaF2 — апатит.

Бром и иод собственных минералов не образуют, а в виде бромидов и иодидов калия, натрия и магния концентрируются в морских и подземных водах, накапливаются морскими во­ дорослями. Иод в виде КЮ3 содержится в залежах селитры.

Заметим, что, несмотря на созвучие названий, хлор не входит в состав зеленого пигмента растений — хлорофилла.

Простые вещества галогены состоят из двухатомных мо­ лекул, имеют в твердом состоянии молекулярную кристалли­ ческую решетку, поэтому характеризуются сравнительно

низкими температурами кипения и плавления, которые зако­ номерно, с ростом молярной массы галогена повышаются при переходе от фтора к иоду.

При обычных условиях фтор — светло-желтый газ с резким раздражающим запахом; хлор — желто-зеленый газ с резким удушливым запахом; бром — красно-бурая жидкость с резким зловонным запахом; иод — блестящие темно-серые (в парах иод фиолетовый) кристаллы с резким запахом. Все галогены ядовиты, хорошо растворяются в органических растворителях,

хуже — в воде, с которой они взаимодействуют.

Хлорной водой называется раствор хлора в воде, а бромной водой — раствор брома в воде.

12.4.2.Химические свойства галогенов

Сростом атомного номера галогена окислительные свойства простых веществ ослабевают, поэтому галоген с меньшим за­ рядом ядра атома способен окислить анионы всех галогенов

сбольшим зарядом ядра атома. Например, фтор окисляет анио­

ны всех других галогенов (С1“, Вг и I-), хлор — только анио­ ны Вг- и I-, бром — только анионы I-:

2NaBr + С12 = 2NaCl + Вг2,

2NaI + Br2 = 2NaBr + 12.

В ряду F", С“, Вг“, 1“ восстановительная активность анио­ нов возрастает, поскольку при этом растет радиус аниона и электроны слабее притягиваются к ядру (легче отрываются).

Наибольшей химической активностью обладает фтор.’ при обычных условиях он реагирует даже с такими малоактивны­ ми металлами, как золото и платина; алюминий и цинк в его атмосфере воспламеняются; с водородом фтор реагирует даже при очень низкой (около -150 °C) температуре. Фтор окисля­ ет атом кислорода, находящийся в степени окисления —2:

2Н2О + 2F2 = 4HF + О2Т,

SiO2 + 2F2 = SiF4T + О2Т.

Впарах брома сгорает раскаленная медная проволока, а иод

вприсутствии воды как катализатора бурно реагирует с алю­ минием и цинком:

Си + Вг, = СиВг2,

н,о

Zn + I2 — ~ Znl2,

н,о 2А1 + 312 =^= 2АИ3.

Галогены образуют интергалогениды — соединения друг с другом, например, BrF — фторид брома(1), IF3 — фторид иода(Ш).

Х.Хлор непосредственно не взаимодействует с благо­ родными газами, углеродом, кислородом и азотом.

2.Хлор окисляет золото.

Ватмосфере хлора сгорают сурьма, магний, железо и дру­ гие металлы:

2Sb + ЗС12 = 2SbCl3 (или SbCl5), Mg + Cl2 = MgCl2,

2Fe + ЗС12 = 2FeCl3,

2Au + 3C12 = 2AuCl3.

Хлор реагирует с неметаллами, в том числе с другими га­ логенами:

2Р + ЗС12 = 2РС13 (или РС15),

Si + 2С12 = SiCl4,

S + С12 = SC12 (или S2C12, SC14),

Н2 + С12 = 2НС1,

L, + ЗС12 = 21С13.

Хлор взаимодействует с рядом сложных веществ:

•вытесняет бром и иод из их солей и водородных соеди­ нений:

С12 + 2KI = 2КС1 + 12, С12 + 2HBr = 2НС1 + Вг2;

12.6.КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИЕ КИСЛОТЫ ХЛОРА

ИИХ СОЛИ

Хлор образует ряд следующих кислородсодержащих кислот'.

•хлорноватистая НСЮ (соли — гипохлориты);

•хлористая НС1О? (соли — хлориты);

•хлорноватая НС1О3 (соли — хлораты);

•хлорная НС1О4 (соли — перхлораты).

В свободном виде известна только хлорная кислота, осталь­ ные существуют в разбавленных растворах. Сила этих кислот возрастает при переходе от НСЮ к НС1О4 по мере роста сте­ пени окисления атома хлора: первые две кислоты слабые, причем НСЮ слабее, чем НПСО3; НСЮ4 — одна из самых сильных кислот.

Из-за неустойчивости и образования атомарного кислорода хлорноватистая кислота (а также ее соли) — сильный окис­ литель. Сильными окислительными свойствами обладает и хлорат калия КСЮ3, или бертолетова соль'.

5КС1О3 + 6Р = 5КС1 + ЗР2О5 (химизм воспламенения спички),

2КСЮ3 + ЗС (или S, Al) = 2КС1 + ЗСО2 (или SO2, А12О3).

При нагревании бертолетова соль разлагается (особенно хорошо в присутствии МпОД с выделением кислорода:

2КСЮ3 МП°2- > 2КС1 + ЗО2Т.

12.7. ОБНАРУЖЕНИЕ ГАЛОГЕНИД-ИОНОВ

Для качественного обнаружения в растворе хлорид-, бро­ мид- и иодид-ионов используется нитрат серебра(1), в резуль­ тате реакции образуются осадки разного цвета, нерастворимые в разбавленных сильных кислотах: AgCl — белый творожистый, AgBr — светло-желтый, Agl — желтый.

Нитрат серебра является качественным реактивом на хлорид-, бромид- и иодид-ионы.

Поскольку AgF в воде растворяется, фторид-ион обнару­ живают по реакции, например, с ионами Са2+, так как обра­ зуется CaF2 — осадок белого цвета:

Са2+ + 2F- = СаР2Ф.

12.8.БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ ГАЛОГЕНОВ

ИИХ ПРИМЕНЕНИЕ

Галогены играют важную роль в процессах роста и разви­ тия растений и животных:

•фтор необходим для нормального развития костных тка­ ней, зубов (вот почему поваренную соль часто «фтори­ руют», т. е. добавляют в нее NaF);

•хлор стимулирует обмен веществ, рост волос; в составе NaCl хлор поддерживает нормальную деятельность кле­ ток, кроме того, хлорид натрия является источником соляной кислоты, входящей в состав желудочного сока;

•соединения брома регулируют процессы возбуждения и торможения центральной нервной системы;

•иод необходим для нормального функционирования щи­ товидной железы (в пищу следует употреблять иодиро­

ванную соль).

Однако известны и ядовитые соединения галогенов: диок­ син (содержит хлор) и фреоны (соединения хлора и фтора с углеродом, например CC12F9). Фреоны разрушают озоновый слой Земли, а фосген СОС12 оказывает удушающее действие на живые организмы.

Галогены, особенно хлор, широко используются в промыш­ ленности. Хлор применяют для получения хлорной извести и соляной кислоты, обесцвечивания (отбеливания) тканей, обез­ зараживания воды (лучше с этой целью использовать озон), получения брома и иода, многочисленных органических хлор­ содержащих веществ: синтетических волокон, лекарств, кра­ сителей, пластмасс, растворителей, каучуков, средств защиты растений.