Галогены - Вся химия

  Галогены

Часть 1. Физические свойства галогенов

Галогены в свободном состоянии существуют в виде двухатомных молекул: F2, Cl2, Br2, I2. В твёрдом состоянии имеют молекулярную кристаллическую решётку.

Таблица 1. Физические свойства галогенов
Галоген Агрегатное состояние Цвет Запах tпл, °C tкип, °C
Фтор Газ Светло-жёлтый Резкий, раздражающий –220 –188
Хлор Газ Жёлто-зелёный Резкий, удушливый –101 –34
Бром Жидкость Буро-коричневый Резкий, зловонный –7 59
Йод Твёрдое вещество Чёрно-фиолетовый с металлическим блеском Резкий 114 186

С увеличением молекулярной массы (F2 → I2) усиливаются межмолекулярные взаимодействия, поэтому повышаются температуры плавления и кипения.

Часть 2. Положение галогенов в Периодической системе

Галогены — элементы VIIA группы (17-я группа по новой номенклатуре). Располагаются в порядке: F → Cl → Br → I (сверху вниз).

Электроотрицательность уменьшается от фтора к йоду, что влияет на их химическую активность и окислительные свойства.

Часть 3. Электронное строение

Электронная конфигурация внешнего уровня у всех галогенов: ns2np5.

Примеры:

  • F: 1s22s22p5
  • Cl: [Ne]3s23p5
  • Br: [Ar]3d104s24p5
  • I: [Kr]4d105s25p5

Всем не хватает 1 электрона до устойчивой октетной конфигурации, поэтому они легко образуют ионы Hal и ионные соединения (галогениды). Название «галоген» означает «рождающий соли».

Часть 4. Химические свойства галогенов и их соединений

Общие положения

Галогены — сильные окислители. Фтор проявляет только окислительные свойства (СО = –1). Остальные галогены могут иметь СО: –1, +1, +3, +5, +7. Восстановительные свойства усиливаются от Cl к I.

Получение галогенов

В промышленности:

2NaF → 2Na + F2↑ (электролиз)

2NaCl → 2Na + Cl2

В лаборатории:

4HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

6KI + K2Cr2O7 + 7H2SO4 → 4K2SO4 + Cr2(SO4)3 + 3I2 + 7H2O

Химические свойства галогенов

  1. С металлами:
  2. 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

    Fe + I2 → FeI2 (йод — слабый окислитель)

  3. С неметаллами:
  4. P + 3Cl2 → PCl3 (недостаток Cl2)

    2P + 5Cl2 → 2PCl5 (избыток Cl2)

    P + I2 → PI3 (йод не окисляет P до +5)

    F2 + O2 → OF2

  5. С водой:
  6. F2 + H2O → 2HF + ½O2

    Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO (обратимо)

  7. С щелочами:
  8. Cl2 + 2NaOH(хол) → NaCl + NaClO + H2O

    3Cl2 + 6NaOH(гор) → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O

  9. С кислотами:
  10. Cl2 + 2HBr → 2HCl + Br2

    I2 + 10HNO3(конц) → 2HIO3 + 10NO2↑ + 4H2O

  11. С оксидами:
  12. SO2 + Cl2 + 2H2O → H2SO4 + 2HCl

    2CaO + 2Cl2 → CaCl2 + Ca(ClO)2 (хлорная известь)

  13. С солями:
  14. Br2 + KClO3 → Cl2 + KBrO3

Галогеноводороды (HX)

Кислотные и восстановительные свойства:
HF ≪ HCl < HBr < HI (кислотность и восстановительная способность)

Получение:

NaCl(тв) + H2SO4(конц) → NaHSO4 + HCl↑

H2 + Cl2 → 2HCl

Свойства HF (плавиковая кислота):

4HF + SiO2 → SiF4↑ + 2H2O

6HF(изб) + SiO2 → H2[SiF6] + 2H2O

Свойства HCl, HBr, HI:

2HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

2HI + 2FeCl3 → I2 + 2FeCl2 + 2HCl

Галогениды (соли HX)

Восстановительные свойства: KF < KCl < KBr < KI

2KI + 2H2SO4(конц) → K2SO4 + I2↓ + SO2↑ + 2H2O

8KI + 9H2SO4(конц) → 4K2SO4 + 4I2↓ + H2S↑ + 4H2O

Кислородсодержащие кислоты галогенов (на примере хлора)

Кислотность: HClO < HClO2 < HClO3 < HClO4
Окислительные свойства: HClO > HClO2 > HClO3 > HClO4

HClO + KOH → KClO + H2O

3HClO → 2HCl + HClO3

Кислородсодержащие соли галогенов

Окислительные свойства: KClO > KClO2 > KClO3 > KClO4

2KClO3 → 2KCl + 3O2↑ (с MnO2)

KClO3 + 6HCl → KCl + 3Cl2↑ + 3H2O

KClO3 + 3C → KCl + 3CO↑

KClO3 + Br2 → KBrO3 + Cl2