Галогены

Элементы главной подгруппы VII группы периодической системыфтор, хлор, бром, йод и астат – называют галогенами, что в переводе с греческого означает «рождающие соли». Действительно, продукты взаимодействия галогенов с металлами представляют собой соли.

Одна из дорог, ведущих в Рим к местам соледобычи, так и называлась – Via Salaria (Соляная дорога). Это древнее название сохранилось и по сей день. Почему же обычной поваренной соли, знакомой каждому с детства, воздают такие почести?

Сегодня она общедоступна, а в древности ее ценили наравне с золотом: римским легионерам порой платили не деньгами, а поваренной солью. Интересно, что английское слово salary – «зарплата» происходит от латинского sal (соль).

Добыча соли из морской воды. Гравюра из книги Г.Агриколы «О горном деле и металлургии». Издание 1557 г. Недалеко от морского берега выкапывают несколько бассейнов, сообщающихся друг с другом и соединенных с морем каналом. Под действием солнечного тепла вода испаряется, а в бассейнах кристаллизуется соль. Её сгребают деревянными граблями и перекладывают в кадки лопатами.

В древности соль добывали из соляных озёр, расположенных неподалеку от устья реки Тибр. Позже ее стали получать из морской воды. Для этого участки суши, затопляемые во время прилива, специально огораживали. По мере испарения воды первой кристаллизовалась поваренная соль. Ее собирали, а остававшийся рассол, содержащий прочие соли, выливали обратно в море.

Соляную кислоту HCl в Средние века называли соляным спиртом. Впервые она упоминается в сочинениях немецкого алхимика Василия Валентина во второй половине XV в. Им описан метод получения соляного спирта сухой перегонкой смеси, состоящей из купороса, квасцов и поваренной соли. Алхимики изучали действие соляного спирта на металлы и оксиды. А вот состав этого вещества долгое время был для учёных загадкой.

Как открывали галогены

Согласно теории кислот, выдвинутой А.Л. Лавуазье, особые их свойства обусловлены присутствием не водорода, а кислорода. Лавуазье высказал гипотезу, что соляная кислота содержит вместе с кислородом (а возможно, и водородом) еще и новый элемент, который он назвал мурием (от лат. muria – «рассол»). Сегодня известно, что этот элемент – хлор.

Свободный хлор (от греч. «хлорос» — «жёлто-зеленый») впервые получен в 1774 г. К.В.Шееле действием соляной кислоты на минерал пиролюзит MnO2:

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O

Но еще долго хлор считали «окисленной соляной кислотой», оксидом элемента мурия, основываясь на свойстве этого газа взаимодействовать с растворами щелочей, подобно кислотным оксидам. В течение многих лет учёные безуспешно пытались восстановить «оксид мурия», пока наконец Г. Дэви в 1810 г. не высказал предположение, что это новое простое вещество. Дэви дал ему название «хлорин» (Chlorine). Оно до сих пор используется в английском языке. Слово «хлор» предложил в 1812 г. Ж.Л. Гей-Люссак. Тогда же была установлена формула соляной кислоты, а кислородную теорию кислот сменила водородная, согласно которой обязательно составной частью является водород.

Флюорит, или плавиковый шпат, CaF2 издревле использовали в качестве флюса – вещества, которое при выплавке металлов добавляют в руду, чтобы понизить ее температуру плавления. Раствор, образующийся при воздействии на флюорит серной кислоты, содержит плавиковую кислоту HF. Уже в XVII в. он служил для вытравливания узоров на стеклянной посуде. В чистом виде эту кислоту в 1771 г. выделил Шееле, а ее состав установил французский ученый Андре Мари Ампер в 1810 г. Он же предложил назвать содержащийся в этой кислоте элемент фтором (от греч. «фторос» — «гибель»).

Минерал флюорит
Минерал флюорит

Заветной мечтой многих поколений химиков было выделить фтор в свободном виде. Одним из первых такую попытку предпринял Дэви, однако проведенный им электролиз плавиковой кислоты не принёс результатов. Скорая смерть помешала учёному продолжить начатые исследования. Химики, посвятившие себя вслед за Дэви проблеме выделения свободного фтора, получили серьёзные отравления, так и не достигнув желаемого, ведь многие из них не представляли, насколько сильным окислителем является этот газ. Профессор Политехнической школы в Париже Эдмонд Фреми даже наблюдал в 1854 – 1856 гг., как образуются отдельные пузырьки фтора при электролизе расплавленного флюорита, но не сумел его собрать. Впервые это удалось в 1886 г. французскому химику Анри Муассану, который в 1887 г. выделил жидкий фтор. Незадолго до смерти Муассану присудили Нобелевскую премию за получение химически чистого фтора.

Бром открыт в 1826 г. французским химиком А.Ж. Баларом. Это была его первая самостоятельная работа, и так случилось, что она увенчалась выдающимся результатом – обнаружением нового химического элемента. Пропуская хлор через соляной рассол, полученный при упаривании морской воды, Балар заметил, что раствор окрашивается в бурый цвет. Современный химик без труда объяснит это явление: хлор вытесняет бром из бромидов, содержащихся в морской воде: 2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2.

А. Ж. Балар

По иронии судьбы знаменитый немецкий химик Юстус Либих за несколько лет до Балара фактически держал в руках водный раствор брома, но не обратил на него внимания, приняв за соединение хлора с йодом. Досадуя на свою самонадеянность, Либих впоследствии говорил: «Не Балар открыл бром, а бром открыл Балара».

Комиссия Парижской академии наук рекомендовала назвать новый элемент, исходя из свойств его соединений, аналогично названиям других галогенов. Таким отличительным свойством учёные сочли резкий неприятный запах этого вещества. Название элемента образовано от греческого слова «бромос», что означает «зловоние».

Позднее бром стали получать кипячением подкисленного рассола с пиролюзитом MnO2:

MnO2 + 2NaBr + 2H2SO4 = MnSO4 + Br2 + Na2SO4 + 2H2O.

В 1811 г. французский химик Бернар Куртуа из золы морских водорослей выделил йод (от греч. «иодес» — «фиолетовый», по цвету паров).

Существование самого тяжелого из галогенов – астата было предсказано Д.И. Менделеевым, который назвал его экаиодом, т.е. первым аналогом йода. Однако получен он был лишь в 1940 г. группой американских ученых из Калифорнийского университета. Все изотопы астата радиоактивны и имеют небольшой период полураспада – не более 8,1часа. Отсюда и название элемента, образованное от греческого «астатос» — «неустойчивый».

Общие физические и химические свойства галогенов

Молекулы простых веществ-галогенов при обычных условиях имеют состав Г2, т.е. F2, Cl2, Br2, I2. Все галогены имеют характерный запах, ядовиты.

Сверху вниз в подгруппе с ростом порядкового номера закономерно изменяются физические свойства простых веществ-галогенов: температура кипения и плавления, агрегатное состояние.

Фтор – газ светло – зеленого цвета; хлор – легко сжижающийся газ желто-зеленого цвета; бром – тяжелая жидкость красно-бурого цвета; йод – твердое кристаллическое вещество с металлическим блеском. Растворимость простых веществ-галогенов в воде в подгруппе сверху вниз уменьшается. Фтор активно взаимодействует с водой, хлор – сравнительно мало растворим в воде, еще менее растворимы в воде бром и йод.

Так как у атомов галогенов на внешнем электронном слое имеется один неспаренный электрон, для них характерна валентность I.

Кроме фтора, у атомов всех галогенов в возбужденном состоянии может увеличиваться число неспаренных электронов, а поэтому соответственно числу неспаренных электронов атомы галогенов в соединениях могут проявлять валентность III, V, VII.

Окислительная способность атомов и молекул галогенов сверху вниз в подгруппе уменьшается от фтора к йоду, так как с увеличением радиуса атома способность галогена присоединять электроны уменьшается, т.е. уменьшаются неметаллические свойства галогенов. Фтор – самый сильный окислитель, так как атом фтора имеет наименьший радиус по сравнению с атомами других галогенов.

Окислительную активность галогенов несложно сопоставить, изучив реакции вытеснения одних галогенов другими из водных растворов галогенидов. Наблюдается такая закономерность: галоген с меньшим порядковым номером вытесняет из солей галоген с большим порядковым номером. Например, бром вытесняет йод из йодидов: Br2 + 2KI = I2 + 2KBr, но не реагирует с хлорид-ионами.

Ионы галогенов (кроме F) способны отдавать электроны, поэтому они являются восстановителями. Восстановительная способность галогенид-ионов увеличивается от хлорид-иона к йодид-иону: Cl →Br → I.

Все галогены легко взаимодействуют с водородом по уравнению: Г2 + Н2 = 2НГ

Галогеноводороды (HF – фтороводород, HCl – хлороводород, HBr – бромоводород, HI – йодоводород) – это газообразные соединения, легко растворяются в воде. Водные растворы галогеноводородов являются кислотами: HF – фтороводородная (плавиковая), HCl – хлороводородная (соляная), HBr – бромоводородная, HI – йодоводородная.

В ряду кислот HF→ HCl→ HBr→ HI происходит усиление кислотных свойств. Это можно объяснить тем, что сверху вниз в подгруппе галогенов с увеличением заряда ядра атома увеличиваются радиусы атомов. Из всех бескислородных кислот йодоводородная кислота является самой сильной.

Известен ряд соединений галогенов с кислородом. Однако все эти соединения неустойчивы, не получаются при непосредственном взаимодействии элементов с кислородом и могут быть получены только косвенным путем. Из кислородсодержащих соединений наиболее устойчивы соли кислородсодержащих кислот. Во всех кислородсодержащих соединениях галогены, кроме фтора, проявляют положительные степени окисления +1, +3, +5 и +7.

В ряду кислородсодержащих кислот HClO→ HClO2→ HClO3→ HClO4 наблюдается усиление кислотных свойств.Кислородные соединения хлора

Скачать:

Скачать бесплатно реферат на тему: «Галогены»  Галогены.docx (14 Загрузок)

Скачать рефераты по другим темам можно здесь

*на изображении записи фотография минерала флюорита

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *