Фтор. Хлор

Jeremiah
20 Мар 2018, 00:15

82513
0

Фтор

Фтор – газ светло-зеленого цвета (t_пл = — 220^оС t_кип = — 188^оС). По поводу истинного цвета фтора возникало немало разногласий: из-за необычайно высокой реакционной способности редко кто осмеливался получать его в достаточном количестве в прозрачном сосуде. Но последующие исследования подтвердили окраску фтора, о которой сообщал ещё Муассан.

Фтор в запаянной ампуле

Фтор взаимодействует почти со всеми простыми веществами, включая тяжелые инертные газы (Kr, Xe). В его атмосфере загорается даже стекловата (SiO₂ + 2F₂ = 4HF + O₂) и вода (2H₂O + 2F₂ = 4HF + O₂). При этом наряду с кислородом в продуктах реакции присутствуют фториды кислорода OF₂, O₂F₂ и озон O₃.

Фтор используют для получения некоторых ценных фторпроизводных углеводородов, обладающих уникальными свойствами, как, например, смазочных веществ, выдерживающих высокую температуру, пластической массы, стойкой к химическим реагентам (тефлон), жидкостей для холодильников (фреонов).

В организме человека фтор содержится в виде нерастворимых фторидов, главным образом фторапатита, и входит в состав костной ткани и зубной эмали. Для укрепления эмали рекомендуют использовать специальные фторсодержащие зубные пасты. С этой же целью фторируют питьевую воду, доводя концентрацию фторид-ионов примерно до 1 мг/л. Однако следует помнить, что в больших количествах растворимые в воде фториды ядовиты.

Фториды – соли слабой плавиковой кислоты HF, представляющей собой водный раствор фтороводорода. Молекулы HF в плавиковой кислоте связаны друг с другом настолько прочными водородными связями, что ее состав правильнее было бы передать формулой (HF)n. Поскольку эта кислота (наряду с газообразным фтороводородом) обладает уникальной способностью разъедать стекло, её хранят в полиэтиленовой, свинцовой или парафиновой посуде.

Применение фтористого водорода довольно разнообразно. Безводный HF используют, главным образом, при органических синтезах, а плавиковую кислоту – при получении фторидов, травления стекла, удалении песка с металлических отливок, при анализах минералов и т.д.

Хлор

Физические свойства

При обычных условиях хлор – газ жёлто-зеленого цвета с резким запахом. Он в 2,5 раза тяжелее воздуха, ядовит. Вдыхание даже небольших количеств хлора вызывает раздражение дыхательных путей и кашель. В одном объёме воды при 20^оС растворяется 2,5 объема хлора. Раствор хлора в воде называется хлорной водой.

Нахождение в природе

Хлор в природе в свободном состоянии практически не встречается. Широко распространены его соединения: каменная соль NaCl, сильвинит KCl ∙ NaCl и карналлит KCl ∙ MgCl₂. Большое количество хлоридов содержится в морской воде. Хлор входит в состав зеленого вещества растений – хлорофилла.

Минерал сильвинит

Получение

В промышленности хлор получают электролизом водного раствора или расплава хлорида натрия:

2NaCl + 2H₂O → Cl₂↑ + H₂↑ + 2NaOH

2NaCl → Cl₂↑ + 2Na

В лаборатории хлор можно получить действием концентрированной соляной кислоты (при нагревании) на различные окислители, такие как оксид марганца (IV) MnO₂, перманганат калия KMnO₄, бертолетова соль KClO₃ и др.:

4HCl + MnO₂ = MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

2KMnO₄ + 16HCl = 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O

KClO₃ + 6HCl = KCl + 3Cl₂↑ + 3H₂O

Химические свойства

Хлор – химически активное вещество, взаимодействует с простыми и сложными веществами.

Взаимодействие с простыми веществами

Как сильный окислитель хлор реагирует:

а) с водородом:

Cl₂ + H₂ = 2HCl

б) с металлами:

Cl₂ + Na = 2NaCl

3Cl₂ + 2Fe = 2FeCl₃

в) с некоторыми менее электроотрицательными неметаллами:

3Cl₂ + 2P = 2PCl₃

Cl₂ + S = SCl₂

С кислородом и азотом хлор непосредственно не взаимодействует.

Взаимодействие со сложными веществами

а) Реакция взаимодействия хлора с водой идет в две стадии. На первой стадии процесса образуются две кислоты – соляная HCl и хлорноватистая HClO:

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

Затем происходит процесс разложения хлорноватистой кислоты:

HClO = HCl + [O]→ атомарный кислород

Образованием атомарного кислорода объясняется окисляющее и отбеливающее действие хлора в воде. В хлорной воде погибают микроорганизмы. Органические красители, помещенные в хлорную воду, обесцвечиваются.

б) Обратите внимание, что с кислотами хлор не реагирует.

в) Взаимодействие хлора с растворами щелочей происходит по-разному в зависимости от условий протекания реакции:

на холоде: Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O

при нагревании: 3Cl₂ + 6KOH = 5KCl + KClO₃ + 3H₂O

г) Хлор взаимодействует с бромидами и йодидами металлов:

Cl₂ + 2KBr = 2KCl + Br₂↓

Cl₂ + 2KI = 2KCl + I₂↓

С фторидами металлов хлор не реагирует, так как его окислительная способность ниже окислительной способности фтора:

Cl₂ + KF ≠

д) Хлор легко взаимодействует со многими органическими веществами, например с метаном, бензолом и др.:

Cl₂ + CH₄ → CH₃Cl + HCl

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

Хлороводород и соляная кислота

Хлороводород HCl – бесцветный газ с резким запахом, в воде хорошо растворяется, при 0^оС в 1 л воды растворяется около 400 л HCl. Раствор хлороводорода в воде имеет кислую реакцию и называется хлороводородной, или соляной кислотой. Соляная кислота является сильной кислотой, обладает всеми общими свойствами кислот.

Соляная кислота – активный химический реагент, она взаимодействует:

с основаниями и амфотерными гидроксидами:

HCl + NaOH = NaCl + H₂O

2HCl + Zn(OH)₂ = ZnCl₂ + 2H₂O

с основными и амфотерными оксидами:

2HCl + Mg = MgCl₂ + H₂O

2HCl + ZnO = ZnCl₂ + H₂O

Реакция соляной кислоты с цинком

с металлами, которые находятся в ряду напряжений до водорода:

Mg + 2HCl = MgCl₂ + H₂↑

2Al + 6HCl = 2AlCl₃ + 3H₂↑

с солями:

2HCl + Na₂CO₃ = 2NaCl + CO₂↑ + H₂O

HCl + AgNO₃ = AgCl↓ + HNO₃

Последняя реакция является качественной реакцией на хлорид-ион.

Хлороводород можно получать:

а) прямым синтезом водорода и хлора;

б) действием концентрированной серной кислоты на твердые хлориды, например:

NaCl + H₂SO₄(конц) = HCl↑ + NaHSO₄

(Отметим, что аналогичным способом можно получать HF, но нельзя получить HBr и HI, так как они являются сильными восстановителями и окисляются серной кислотой до свободных брома и йода).

Применение хлора и хлороводорода. Физиологическая роль соляной кислоты в организме человека

Хлор используется для отбеливания бумаги и тканей, в производстве пластмасс, для дезинфекции питьевой воды. Хлор является исходным веществом при получении таких важнейших продуктов, как хлорная известь, фосген, хлороформ, определенные виды моющих средств, ядохимикатов, каучуков и т.д. Огромное количество хлора используется для синтеза хлороводорода, растворением которого в воде получают соляную кислоту.

В организме человека соляная кислота вырабатывается клетками слизистой желудка. Она играет важную физиологическую роль, так как способствует перевариванию белков и убивает различные болезнетворные бактерии.