Урок 18 Бесплатно Галогены

Положение галогенов в периодической системе и строение атомов

Слово «галоген» произошло от греческих «хальс» –соль и «генос» –рождаю, буквально – рождающий соль.

Это название изначально было предложено для хлора, так как хлор был получен электролизом поваренной соли.

А уже в дальнейшем это название распространилось на фтор F, бром Br и йод I.

Таким образом, галогены – это химические элементы главной подгруппы VII группы периодической системы химических элементов:

  • фтор F
  • хлор Сl
  • бром Вг
  • йод I
  • астат At

 

Галогены – элементы, у которых наиболее ярко выражены свойства неметаллов.

В свободном виде они в природе не встречаются!

 

Наиболее распространенные минералы, в состав которых входят галогены:

CaF2– флюорит (плавиковый шпат)

NaCl– галит (каменная соль)

КСl х NaCl– сильвинит

MgClх 6Н20 – бишофит.

Бром Br и йод I встречаются в виде соединений в природных водах.

Морские водоросли ламинарии активно накапливают йод и поэтому являются источником для его получения.

Астат At – радиоактивный элемент и поэтому его свойства не изучены.

Название «астат» переводится с греческого языка «неустойчивый».

Он был предсказан ещё Дмитрием Менделеевым, который назвал его «эка-йод».

По оценкам учёных, во всей земной коре этого элемента насчитывается около 1 грамма (!), он постоянно образуется в процессе распада урана, но и столь же быстро распадается.

Электронное строение атома фтора:

 

На внешнем энергетическом уровне у всех атомов галогенов по семь электронов.

Этим объясняется общность их свойств.

Атомы галогенов легко присоединяют по одному электрону, проявляя в соединениях степень окисления -1

Однако эти элементы, за исключением фтора, могут проявлять и положительные степени окисления: +1, +3, +5, +7

Разнообразие значений степеней окисления объясняется электронным строением атомов, а точнее – внешними электронами.

Из электронного строения атома фтора следует, что фтор может принять только один электрон на 2s-подуровень.

Поэтому он одновалентен и его степень окисления всегда -1

Кроме того, это самый электроотрицательный элемент – ни один другой элемент просто-напросто не способен отнять у атома фтора электрон.

 

Атом хлора Cl в обычном состоянии имеет один электрон и может принять один электрон, проявляя степень окисления -1

Однако у атома хлора имеется еще пять пустых 3d-орбиталей, и поэтому, если сообщить атому энергию, то возможен перескок электронов c 3s и 3p орбиталей на 3d орбитали, и тогда количество неспаренных электронов увеличивается и может быть 3, 5 или 7

Поэтому возможные степени окисления хлора: +1, +3, +5, +7

На схеме ниже показано электронное строение атома хлора в основном и в возбужденном состояниях.

Из схемы видно, почему максимальная валентность хлора равна 7

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Галогены – простые вещества

В свободном состоянии молекулы галогенов состоят из двух атомов.

Некоторые физические свойства галогенов собраны в таблице.

Галоген

Фтор

Хлор

Бром

Йод

Внешний вид

Бледно-желтый газ с резким запахом

Желто-зеленый газ с резким запахом

Коричневая жидкость с резким удушающим запахом

Тёмно-серые кристаллы

Относительная атомная масса

19

35,4

79,9

126,9

Температура плавления

–220 °С

–101 °С

–7 °С

114 °С

Температура кипения

–188 °С

–35 °С

59 °С

184 °С

Растворимость в воде

Окисляет воду

Небольшая

Небольшая

Небольшая

Растворимость в органических растворителях

Окисляет растворитель

Небольшая

Хорошая

Хорошая

Астат в связи с его очень большой скоростью радиоактивного распада не был получен в значительных количествах.

Водные растворы галогенов называют соответственно:

  • хлорной водой
  • бромной водой
  • йодной водой

 

Все галогены ядовиты.

Физиологическое действие галогенов определяется сильными окислительными свойствами.

 

Особенно опасен фтор F -при вдыхании даже небольших количеств фтора развивается отек легких, разрушается костная ткань.

 

Хлор Cl применялся как боевое отравляющее вещество во время Первой мировой войны. Отравление хлором вызывает легочные и бронхиальные заболевания.

 

Токсичность йода I используется при хлорировании воды – одном из способов очистки питьевой воды и обеззараживания сточных вод.

Однако в последнее время из-за токсичности хлора всё чаще применяют озонирование – обработку воды озоном.

Озон при разложении даёт кислород, который в небольших концентрациях не ядовит.

 

Пары брома Br вызывают удушье, головокружение, головную боль. При попадании брома на кожу образуются сильные, не заживающие длительное время ожоги.

 

Наименее ядовит из галогенов йод I , однако и с ним необходимо обращаться осторожно, так как вдыхание паров йода оказывает раздражающее действие на дыхательные пути, нервную систему.

Кристаллический йод также может вызвать ожог кожи. Именно из-за небольшой токсичности йод применяется как антисептик в медицине.

 

Галогены химически очень активны – реагируют с очень многими простыми и сложными веществами.

С водородом они образуют бинарные соединения – HF, HCl, HBr, HI

Это ядовитые газы с резким запахом, напоминающим запах соответствующих галогенов.

Эти газы хорошо растворяются в воде и диссоциируют на ионы, образуя кислоты, которые реагируют с металлами с образованием галогенидов и выделением водорода.

 

Первые две кислоты используются больше двух других и поэтому имеют собственные названия:

хлороводородная кислота HCl  (соляная)

фтороводородная кислота HF  (плавиковая)

 

Своё название они получили из-за того, что хлороводородная кислота HCl  (соляная) образует поваренную соль:

фтороводородная кислота HF (плавиковая), хотя и не очень сильная именно как кислота, но способна растворять стекло, а именно – фтор в составе кислоты вытесняет кислород из оксида кремния (основного компонента стекла):

Это свойство плавиковой кислоты используется при нанесении надписей и рисунков на стекло.

 

Галогены активно реагируют с металлами, образуя соли:

  • фториды
  • хлориды
  • бромиды
  • йодиды

 

При повышенной температуре хлор реагирует с медью, железом и некоторыми другими не очень активными металлами.

Металлы, как правило, горят в галогенах ярким пламенем с образованием большого количества искр.

Интересна реакция горения алюминия в броме.

Реакция сопровождается выделением большого количества энергии, образующийся бромид алюминия сразу же гидролизуется во влаге воздуха с образованием большого количества дыма – выглядит это очень эффектно.

Тем не менее, хлор вполне можно хранить в стальных баллонах, потому что при отсутствии влаги реакция не идёт – главное, чтобы хлор был сухим. Баллоны с хлором окрашивают в зеленый цвет с тёмно-зеленой полосой или в желтый цвет с зеленой полосой.

Большинство неметаллов непосредственно взаимодействуют с галогенами.

С хлором и бромом энергично взаимодействуют сера и фосфор:

Галогены взаимодействуют и со сложными веществами (водой, сероводородом).

Причем активность галогенов в подгруппе убывает сверху вниз.

 Если вам когда-нибудь зададут вопрос – «а может ли гореть вода?» – смело отвечайте «да, может».

Всё дело в том, что более сильный окислитель вытесняет более слабый из его соединений.

Точно также происходит и с водой, если на неё воздействовать фтором: фтор – более сильный окислитель, чем кислород.

В атмосфере фтора вода в прямом смысле горит.

Химическая реакция горения воды в струе фтора выглядит так:

Галогены также способны вытеснять друг друга из солей – более активный элемент вытесняет менее активный.

На этом основан промышленный метод получения йода: хлор пропускают через насыщенный раствор морской соли, который содержит большое количество йодидов, и йод выделяется в виде простого вещества:

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Хлороводород, соляная кислота и их свойства

Среди галогенов особое значение имеет хлор и его производное – хлороводород HCl

В лаборатории хлороводород обычно получают нагреванием твердого хлорида натрия с концентрированной серной кислотой:

Хлороводород HCl – это газ, который хорошо растворяется в воде, но не растворяется в концентрированной серной кислоте, поэтому улетучивается.

Из-за его хорошей растворимости в воде хлороводород нельзя собирать способом вытеснения воды, как например собирают водород или кислород.

Его собирают методом вытеснения воздуха, а чтобы он сам не попал в воздух – пробирку закрывают мокрой ватой.

Как видишь, одно и то же свойство (хорошая растворимость в воде) может быть и вредным, и полезным – человек научился приручать химические вещества.

 

В промышленности хлороводород получают синтетическим путем, прямым соединением хлора с водородом:

Свойства хлороводорода HCl :

  • бесцветный газ с резким запахом
  • во влажном воздухе образует дым из-за физико-химической реакции с водой – он хорошо растворяется даже в мельчайших капельках влаги, которые не видны нашему глазу.
  • Этот газ ядовит, о чём кстати вам может сказать его резкий запах. Наше обоняние опознаёт токсичный газ и даёт нам об этом знать именно таким образом – интенсивным нервным импульсом в мозг, который для нашего сознания преобразуется в резкий запах.

 

Хлороводород относится к числу наиболее растворимых в воде газообразных веществ.

В 1 л воды при комнатной температуре может раствориться 500 л хлороводорода!

 

Раствор хлороводорода в воде называют соляной кислотой HCl.

Именно в виде раствора это вещество повсеместно применяется.

Концентрированная соляная кислота – бесцветный раствор, но чаще всего используемая соляная кислота бледно-желтая из-за примесей.

Соляную кислоту вы можете легко встретить в хозяйственных магазинах в отделе бытовой химии.

В быту её используют для смывания ржавчины и для прочистки засоров.

Дымит во влажном воздухе.

Максимальная концентрация соляной кислоты 40 %.

Соляная кислота имеет ряд общих свойств, характерных для неорганических кислот.

В ней растворяются многие металлы (кроме самых неактивных, таких как золото, платина, палладий).

Она так же, как и все кислоты, реагирует с основными и амфотерными оксидами, основаниями, солями (реакция идет только в тех случаях, если образуется осадок или газ).

 

Соли соляной кислоты называются хлоридами.

Они все растворимы в воде, за исключением хлорида серебра и хлорида свинца (II).

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Кстати, хлорид серебра используется в фотографии, поскольку уже при действии света легко разлагается на простые вещества!

Соляную кислоту используют в разных областях нашей жизни.

В большом количестве ее расходуют:

  • при травлении стали
  • при покрытии стальных изделий слоем защитного металла (лужение, никелирование, хромирование). Перед этими процессами необходимо удалить пленку оксидов с поверхности изделия
  • в производстве лекарств, красителей, ядохимикатов, пластмасс и других полимеров
  • для получения в лаборатории хлора и некоторых хлоридов

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

Очень слабый раствор соляной кислоты 0,5 % назначают больным с пониженной кислотностью желудочного сока.

А всё дело тут в том, что в желудочном соке человека уже содержится соляная кислота.

Её концентрации достаточно, чтобы полностью растворить бритвенное лезвие за 2-3 дня.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Биологическая роль галогенов

Галогены (в виде химических соединений, конечно) входят в состав организмов человека и животных, выполняя различные функции.

Они являются для организма жизненно важными элементами – незначительные отклонения содержания микроэлементов от нормы вызывают тяжелые заболевания.

 

Фтор

В организме человека фтор содержится в волосах, ногтях, костях, зубной эмали.

В состав зубной ткани входит до 0,02 % фтора, который поступает в организм с питьевой водой.

Хорошая питьевая вода должна содержать около 2 мг фтора в литре.

Недостаточное содержание фтора в питьевой воде вызывает разрушение зубов – кариес.

Поэтому во многих местах, где содержание фтора ниже нормы, проводят искусственное фторирование воды, используют специальные зубные пасты.

Но и повышенное содержание фтора тоже вредно – это ведет к флюорозу, который выражается в появлении на зубах коричневых пятен, а в дальнейшем – к разрушению зубов.

 

Хлор

Основным источником поступления хлора в организм является поваренная соль (хлорид натрия).

Потребность человека в хлориде натрия 4-8 грамм в сутки.

Ионы хлора активизируют ферменты, создают благоприятную среду для действия ферментов желудочного сока.

Как я говорил ранее- соляная кислота входит в состав желудочного сока.

Изменение концентрации соляной кислоты в желудке приводит к гастриту.

У меня есть дополнительная информация к этой части урока!

Закрыть

В медицине широко используется физиологический раствор, который представляет собой не что иное, как 0,9 % раствор хлорида натрия!

физиологический раствор

 

Бром

В организме человека бром содержится в крови, почках, печени, но больше всего – в головном мозге.

Бром регулирует нервную деятельность, усиливает процессы торможения в коре головного мозга.

Бромиды (соли бромоводородной кислоты HBr) обладают успокаивающим и противосудорожным действием, применяются при неврастении, неврозах, повышенной раздражимости, бессоннице.

 

 

Йод

В организме сосредоточен главным образом в щитовидной железе и входит в состав вырабатываемых ею гормонов.

Снижение содержания йода в щитовидной железе приводит к тяжелому заболеванию – эндемическому зобу, которое сопровождается нарушением обмена веществ.

Для предотвращения заболевания в поваренную соль добавляют йодат калия KIO3.

Дело в том, что в обычных продуктах питания йода обычно очень мало и поэтому его следует добавлять в пищу дополнительно.

Много йода содержится в морепродуктах. Морская вода – самый легкодоступный источник йода.

Пройти тест
Закрыть тест

Пройти тест и получить оценку можно после входа или регистрации

Заключительный тест

Пройти тест