Халогенна група - част 1
I. ХАРАКТЕРИСТИКА
Това са р-елементи с електронна конфигурация ns2np5 , поради което имат значително електронно сродство, лесно присъединяват електрон и добиват електронната конфигурация на стоящия след тях инертен газ.Те са типични неметали с изразени окислителни свойства. Особено място сред халогенните елементи заема флуорът, който за разлика от останалите , няма d-подслой. Той се явява само в степен на окисление (& #61485;1) и е окислител дори спрямо кислорода. Останалите халогенни елементи проявяват променлива степен на окисление - освен най-характерната (& #61485;1), също така от (+1) до (+7). В реда от F към I нараства атомният радиус и респективно намалява електронното средство и свързаните с него неметални и окислителни способности на елементите. Това разбира се е относително за групата. Като цяло халогенните елементи са химически много активни, поради което се срещат само под форма на съединения.
II. ФИЗИЧНИ СВОЙСТВА.
Когато се намират в газообразно състояние халогенните елементи са под форма на двуатомни молекули (Х2 ) и имат много задушлив мирис. При вдишване причиняват тежки отравяния - увреждат дихателната система.
Разтворимостта им във вода е малка. Водните разтвори на хлор и бром имат окислително действие и се наричат респективно “хлорна вода” и “бромна вода”. Използват се като по-безопасни реактиви (окислители) от газообразните прости вещества. Флуорът не се разтваря във водата, защото я разлага - вж. по-долу. Бромът и йодът се разтварят лесно в много органични разтворители. Спиртният разтвор на йод (10%) се нарича “йодна тинктура”.
III. ХИМИЧНИ СВОЙСТВА
Свободните халогени имат извънредна химическа активност. Реагират с почти всички прости вещества. Въпреки че бромът и йодът не са толкова активни като флуора и хлора, то химическата им активност е твърде голяма.
1. Реакции с водорода. Окисляват го до съответните халогеноводороди НХ, като флуорът реагира с взрив при обикновени условия, а хлорът при пряка слънчева светлина реагира също с взрив по механизъм на верижна реакция.
Н2 + Х2 = 2НХ
Н2 & #61485; 2е & #61614; 2Н+ .1
2
Х2 + 2е & #61614; 2Х& #61485; .1
За разлика от металните хидриди, НХ са молекули с ковалентна полярна връзка. Всички те имат неприятна задушлива миризма, разтварят се добре във вода, като водните им разтвори имат кисели свойства, поради дисоциацията им до водородни йони и халогенидни аниони, предизвикана от диполните молекули на водата:
НХ + Н2О & #61630;& #61614; Н3О+ + Х& #61485;
С изключение на HF , останалите халогениди се дисоцират пълно във вода по горното уравнение – те са силни киселини.
Тук трябва да се отбележи, че процесът на взаимодействие между Н2 и Х2 по същество представлява горене и преди години е дал основание да бъде оборена т.нар. “Kислородна теория” на горенето, развита от френския химик Лавуазие.
2. С метали - халогенните елементи реагират активно с всички метали, като се получават съответните соли, наречени халогениди.
2Na + Cl2 = 2NaCl (баланс!)
Ако в цилиндър с хлор се поръсят железни стърготини, то се наблюдава много ефектна реакция - т.нар. “огнен дъжд”:
2Fe + 3Cl2 = 2FeCl3 (баланс!)
Металните халогениди са съединения с йонна кристална решетка. С изключение на сребърните халогениди (AgX) те се разтварят във вода и са силни електролити.
=> AgCl - бяла утайка
=> AgBr - бледожълта утайка
=> AgI - жълта утайка
Активността към металите е толкова голяма, че може да се прояви при взаимодействие между метал и хлорна (или бромна) вода. Напр. Zn обезцветява бромна вода:
Zn + Br2 (бромна вода, кафяв цвят) = ZnBr2 (баланс!)
3. С неметали - проявяват също така голяма химическа активност. Напр. флуорът реагира с всички неметали - S, P, C, Si, дори и с бром и йод, като винаги е в степен на окисление (& #61485;1). Останалите халогенни елементи също встъпват във взаимодействия, но не толкова активно както флуора.
2P + 3Cl2 2PCl3 , a в излишък от Cl2 & #61614; PCl3 + Cl2 PCl5
(баланс!) (баланс!)
4. Спрямо вода.
Флуорът реагира с водата, като я разлага, т.е. водата гори в среда от флуор:
2F2 + 2H2O = 4HF + O2& #61613;
(баланс!)
Хлорът не е толкова активен, но реагира по уравнението:
Cl2 + H2O = HCl + HOCl
(баланс - диспропорциониране!)
Хипохлористата киселина HOCl има силно окислително и избелващо действие, тъй като при слънчева светлина отделя атомен кислород (насцентен):
HOCl & #61614; HCl + O
O2& #61485; & #61485;2e & #61614; Oo .1
2
Cl+ +2e & #61614; Cl& #61485; .1
5. С водни разтвори на основи - реагират активно, като се диспропорционират до съответните соли - халогениди и хипохалогениди (Флуорът не реагира с основите, защото реагира с водата - вж. по-горе):
Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaOCl + H2O
(баланс - диспропорциониране!)
При насищане на воден разтвор на NaOH с хлор се получава т.нар “белина”. Нейното избелващо действие се дължи на реакциите:
NaOCl + H2O = NaOH + HOCl
HOCl & #61614; HCl + O
Ако на суха гасена вар се действа с хлор, то се получава т.нар. “хлорна вар”, която има силно окислително действие и се използва като дезинфектор:
Ca(OH)2 + Cl2 = CaOCl2 + H2O
Cl & #61485;1e & #61614; Cl+
Cl2 (диспропорциониране!)
Cl +1e & #61614; Cl& #61485;
O & #61630; Cl
Структурната формула на калциевия хипохлорит е: Ca
Cl
Хлорната вар представлява бял прах с остра миризма на хлор. На влажен въздух и под действието на СО2 се разлага:
2CaOCl2 + CO2 + H2O = CaCO3& #61615; + CaCl2 + 2HOCl
IV. КАЧЕСТВЕНИ РЕАКЦИИ
1. Със сребърен нитрат:
Х& #61485; + Ag+ = AgX& #61615;
AgCl - бяла утайка, която се използва за доказване на хлоридни йони Cl-
2. Йодът оцветява в характерно интензивен син цвят скорбялата (нишестето).
V.ПОЛУЧАВАНЕ
MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2& #61613; + 2H2O
Mn4+ +2e & #61614; Mn2+ .1
2
2Cl& #61485; & #61485;2e & #61614; Cl2 .1
В реакцията 2Cl& #61485; се изразходват за солеобразуване на MnCl2 и не участват в окислително-редукционния процес, респективно в електронния баланс.
Бром и йод се получават най-често от водни разтвори на техни соли под действието на някакъв окислител - например хлорна вода:
2NaBr + Cl2(хлорна вода) = 2NaCl + Br2 (баланс!)
2NaI + Cl2 (хлорна вода) = 2NaCl + I2 (баланс!)
Страница 2
