Halogeenit

17 (VIIA)

9	Fluori
F18,9984
2s 2 2p 5

17	Kloori
Cl35.45
3s 2 3p 5

neljä

35	Bromi
Br79.904
3d 10 4s 2 4p 5

53	jodi
minä126.9045
4p 10 5s 2 5p 5

85	Astatiini
klo(210)
4f 14 5p 10 6s 2 6p 5

117	Tennessee
Ts(294)
5f 14 6p 10 7s 2 7p 5

Halogeenit ( kreikan kielestä ἁλός - "suola" ja γένος - "syntymä, alkuperä"; joskus käytetään vanhentunutta nimeä halogeenit ) - D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollisen taulukon 17. ryhmän kemialliset alkuaineet ( vanhentuneen luokituksen mukaan - pääalaryhmän VII ryhmien osat) [1] .

Reagoi lähes kaikkien yksinkertaisten aineiden kanssa, paitsi joidenkin ei-metallien kanssa . Kaikki halogeenit ovat energisiä hapettimia , joten niitä esiintyy luonnossa vain yhdisteiden muodossa . Sarjanumeron kasvaessa halogeenien kemiallinen aktiivisuus laskee, halogenidi-ionien F- , Cl- , Br- , I- , At- kemiallinen aktiivisuus pienenee .

Halogeeneja ovat fluori F, kloori Cl, bromi Br, jodi I, astatiini At ja (muodollisesti) keinotekoinen alkuaine tennessiini Ts.

Fluori F	Kloori Cl	Bromi Br	Jodi I

Kaikki halogeenit ovat ei-metalleja ja voimakkaita hapettimia . Ulkoisella energiatasolla on 7 elektronia . Vuorovaikutuksessa metallien kanssa syntyy ionisidos ja muodostuu suoloja. Halogeeneilla (paitsi fluorilla) voi olla myös pelkistäviä ominaisuuksia korkeimpaan hapetusasteeseen +7 asti , kun ne ovat vuorovaikutuksessa elektronegatiivisempien alkuaineiden kanssa.

Kemiallisissa kaavoissa halogeeneja, samoin kuin pseudohalogeeneja , merkitään joskus [2] [3] . IUPAC suosittelee kuitenkin nimityksen [ 4] käyttöä molemmille ryhmille . ${\ce {Hal))$ ${\ce {X}}$

Etymologia

Ruotsalainen kemisti J. Berzelius ehdotti vuonna 1841 termiä "halogeenit" koskien koko alkuaineryhmää (tuohon aikaan tunnettiin fluori, kloori, bromi ja jodi) . Alun perin saksalainen tiedemies I. Schweigger ehdotti vuonna 1811 sanaa "halogeeni" (käännettynä kirjaimellisesti kreikasta - "suola") nimeksi äskettäin löydetylle kloorille, mutta G. Davyn ehdottama nimi vahvistettiin kemiassa [ 5] .

Atomirakenne ja hapetustilat

Halogeeniatomien ulomman elektronikuoren elektronikonfiguraatio ns 2 np 5 : fluori - 2 s 2 2 p 5 , kloori - 3 s 2 3 p 5 , bromi - 4 s 2 4 p 5 , jodi - 5 s 2 5 p 5 , astatiini - 6 s 2 6 p 5 .

Koska ulkoisessa elektronikuoressa on 7 elektronia, kaikkien halogeenien atomit kiinnittävät helposti 1 puuttuvan elektronin ennen kuoren valmistumista ja niiden yhdisteissä on hapettumistila −1 . Kloorilla, bromilla, jodilla ja astatiinilla yhdisteissä, joissa on enemmän elektronegatiivisia alkuaineita, on positiivisia hapettumisasteita: +1, +3, +5, +7 . Fluorille on ominaista jatkuva hapetusaste −1 .

Alkuaineiden yleisyys ja yksinkertaisten aineiden tuotanto

Kuten edellä mainittiin, halogeenit ovat erittäin reaktiivisia, joten niitä esiintyy yleensä luonnossa yhdisteiden muodossa .

Niiden määrä maankuoressa vähenee atomin säteen kasvaessa fluorista jodiksi . Astatiinin määrä maankuoressa mitataan grammoina, ja tennessiiniä ei esiinny luonnossa. Fluoria, klooria, bromia ja jodia tuotetaan teollisessa mittakaavassa, ja kloorin tuotantomäärät ovat huomattavasti suuremmat kuin kolmen muun stabiilin halogeenin.

Luonnossa näitä alkuaineita esiintyy pääasiassa halogenideina (lukuun ottamatta jodia, jota esiintyy myös natrium- tai kaliumjodaattina alkalimetallinitraattikertymissä ) . Koska monet kloridit , bromidit ja jodidit liukenevat veteen, näitä anioneja on valtamerissä ja luonnollisissa suolavedessä . Pääasiallinen fluorin lähde on kalsiumfluoridi , joka on hyvin niukkaliukoinen ja löytyy sedimenttikivistä ( fluoriitti CaF 2 :na ).

Pääasiallinen tapa saada yksinkertaisia aineita on halogenidien hapetus . Korkeat positiiviset standardielektrodipotentiaalit E o (F 2 /F - ) = +2,87 V ja E o (Cl 2 /Cl - ) = +1,36 V osoittavat, että F - ja Cl - ionit voidaan hapettaa vain vahvoilla hapettimilla . Teollisuudessa käytetään vain elektrolyyttistä hapetusta . Fluoria hankittaessa ei voida käyttää vesiliuosta , koska vesi hapettuu paljon pienemmällä potentiaalilla (+1,32 V) ja tuloksena oleva fluori reagoisi nopeasti veden kanssa. Ranskalainen kemisti Henri Moissan sai fluoria ensimmäisen kerran vuonna 1886 kaliumhydrofluoridin KHF 2 liuoksen elektrolyysin aikana vedettömässä fluorivetyhapossa HF .

Teollisuudessa klooria saadaan pääasiassa elektrolyysillä natriumkloridin vesiliuoksesta erityisissä elektrolyysaattoreissa . Tässä tapauksessa tapahtuu seuraavat reaktiot :

anodin puolireaktio : katodin puolireaktio : _ $\mbox{2Cl}{^-}\mbox{(aq)} \rightarrow \mbox{Cl}{_2}\mbox{(g)} + \mbox{2e}{^-}$
$\mbox{H}{_2}\mbox{O(l)} + \mbox{2e}{^-} \rightarrow \mbox{2OH}{^-}\mbox{(aq)} + \mbox{H} {_2(g)}$

Veden hapettumista anodilla tukahdutetaan käyttämällä elektrodimateriaalia , jolla on suurempi ylipotentiaali suhteessa 02:een kuin Cl2 :lla ( sellainen materiaali on erityisesti Ru02 ) .

Nykyaikaisissa elektrolysaattoreissa katodi- ja anoditilat on erotettu polymeerisellä ioninvaihtokalvolla . Kalvo sallii Na + -kationien kulkea anodista katoditilaan. Kationien siirtyminen säilyttää sähköisen neutraaliuden kennon molemmissa osissa, koska elektrolyysin aikana negatiiviset ionit poistuvat anodista (2Cl - muuntaminen Cl 2 :ksi ) ja kerääntyvät katodille ( OH- muodostuu ) . OH : n siirtäminen vastakkaiseen suuntaan voisi myös säilyttää sähköisen neutraaliuden , mutta OH-ioni - reagoisi Cl 2 :n kanssa ja mitätöisi koko tuloksen.

Bromia tuotetaan meriveden bromidi-ionin kemiallisella hapetuksella. Samanlaista menetelmää käytetään myös jodin saamiseksi luonnollisista suolavedistä , joissa on runsaasti I − . Molemmissa tapauksissa hapettimena käytetään klooria , jolla on vahvemmat hapettavat ominaisuudet ja syntyneet Br 2 ja I 2 poistetaan liuoksesta ilmavirran avulla .

Halogeenien fysikaaliset ominaisuudet

Aine	Kokoamistila normaaleissa olosuhteissa	Väri	Haju
Fluori F 2	Kaasu, joka ei nesteydy normaalilämpötilassa	Vaaleankeltainen	Karua, ärsyttävää
Kloori CI 2	Kaasu, joka nesteytyy normaalilämpötilassa paineen alaisena	keltainen vihreä	Terävä, tukahduttava
Bromi Br 2	Raskas haihtuva neste	Ruskehtavan ruskea	Terävä, hyökkäävä
Jodi I 2	Kiinteä	Tummanharmaa metallinen kiilto	Leikkaus
Astatiini klo 2	Kiinteä	Sini-musta metallinen kiilto	Luultavasti terävä

yksinkertainen aine	Sulamispiste, °C	Kiehumispiste, °C
F2_ _	-220	-188
Cl2_ _	-101	−34
Br2_ _	−7	58
minä 2	113.5	184,885
Klo 2	244	309 [6]

Halogeenien sublimaatio- tai kiehumispiste ( о С) eri paineissa [8]

lg(P[Pa])	mmHg.	Cl2_ _	Br2_ _	minä 2
sulaa ( noin C)		-100,7	-7.3	112.9
2.12490302	yksi	-118	-48.7	38.7
2,82387302	5	-106.7	-32.8	62.2
3,12490302	kymmenen	-101.6	-25	73.2
3,42593302	kaksikymmentä	-93.3	-16.8	84.7
3,72696301	40	-84,5	-kahdeksan	97.5
3,90305427	60	-79	-0.6	105.4
4.12490302	100	-71.7	9.3	116.5
4,42593302	200	-60.2	24.3	137.3
4,72696301	400	-47.3	41	159,8
5,00571661	760	-33.8	58.2	183
lg(P[Pa])	atm	Cl2_ _	Br2_ _	minä 2
5,00571661	yksi	-33.8	58.2	183
5,30674661	2	-16.9	78.8
5,70468662	5	10.3	110.3
6,00571661	kymmenen	35.6	139,8
6,30674661	kaksikymmentä	65	174
6,48283787	kolmekymmentä	84.8	197
6,6077766	40	101.6	215
6,70468662	viisikymmentä	115.2	230
6,78386786	60	127.1	243,5
sublimaatiolämpötilat on lihavoitu

Halogeeneilla on tyypillinen pistävä haju.

Halogeenien kemialliset ominaisuudet

Kaikilla halogeeneilla on korkea hapettava aktiivisuus, joka heikkenee siirryttäessä fluorista tennessiiniin. Fluori on halogeeneista aktiivisin, se reagoi poikkeuksetta kaikkien metallien kanssa, monet niistä syttyvät spontaanisti fluoriilmakehässä vapauttaen suuren määrän lämpöä, esim.

{\mathsf {2Al+3F_{2}\rightarrow 2AlF_{3}+2989\;{\text{kJ)))).

Ilman kuumennusta fluori reagoi myös monien ei-metallien kanssa (H 2 , S, C, Si, P); kaikki reaktiot ovat erittäin eksotermisiä ja voivat edetä räjähdyksellä, esimerkiksi:

{\mathsf {H_{2}+F_{2}\rightarrow 2HF+547\;{\text{kJ)))).

Kuumennettaessa fluori hapettaa kaikki muut halogeenit kaavion mukaisesti

{\mathsf {Hal_{2}+F_{2}\rightarrow 2HalF,\ Hal=Cl,\ Br,\ I)),

Lisäksi HalF-yhdisteissä kloorin, bromin, jodin ja astatiinin hapetusaste on +1.

Lopuksi, säteilytettynä fluori reagoi jopa raskaiden inerttien (jalo)kaasujen kanssa :

{\mathsf {Xe+F_{2}\rightarrow XeF_{2}+152\;{\text{kJ)))).

Fluorin vuorovaikutus monimutkaisten aineiden kanssa etenee myös erittäin voimakkaasti. Joten se hapettaa vettä, kun taas reaktio on räjähtävä:

{\displaystyle {\mathsf {2F_{2}+2H_{2}O\rightarrow 4HF+O_{2))))

Vapaa kloori on myös erittäin reaktiivista, vaikka sen aktiivisuus on pienempi kuin fluorin. Se reagoi suoraan kaikkien yksinkertaisten aineiden kanssa paitsi hapen, typen ja jalokaasujen kanssa:

{\mathsf {Si+2Cl_{2}\rightarrow SiCl_{4}+662\;{\text{kJ)))),

{\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl+185\;{\text{kJ)))).

Erityisen kiinnostava on reaktio vedyn kanssa. Joten huoneenlämpötilassa ilman valaistusta kloori ei käytännössä reagoi vedyn kanssa, kun taas kuumennettaessa tai valaistuna (esimerkiksi suorassa auringonvalossa) tämä reaktio etenee räjähdyksellä seuraavan ketjumekanismin mukaisesti :

{\mathsf {Cl_{2}{\xrightarrow[{}]{h\nu }}2Cl\cdot }}

{\mathsf {Cl\cdot +H_{2}\rightarrow HCl+H\cdot ))

{\mathsf {H\cdot +Cl_{2}\rightarrow HCl+Cl\cdot ))

Tämän reaktion viritys tapahtuu fotonien vaikutuksesta , jotka aiheuttavat Cl2-molekyylien dissosioitumisen atomeiksi - tässä tapauksessa tapahtuu peräkkäisten reaktioiden ketju, joista jokaisessa ilmestyy hiukkanen, joka aloittaa seuraavan vaiheen alun. ${\mathsf {h\nu ))$

H2:n ja Cl2:n välinen reaktio toimi yhtenä ensimmäisistä ketjuvalokemiallisten reaktioiden tutkimuskohteista. Suurimman panoksen ketjureaktioita koskevien ideoiden kehittämiseen antoi venäläinen tiedemies, Nobel-palkinnon voittaja ( 1956 ) N. N. Semjonov .

Kloori reagoi monien monimutkaisten aineiden kanssa, kuten substituutio ja lisäys hiilivedyillä:

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl))

{\mathsf {H_{2}C{\text{=}}CH_{2}+Cl_{2}\rightarrow CH_{2}Cl{\text{-}}CH_{2}Cl}}

Kloori pystyy syrjäyttämään bromia tai jodia yhdisteistään vedyn tai metallien kanssa kuumennettaessa:

{\displaystyle {\mathsf {Cl_{2}+2KBr\rightarrow 2KCl+Br_{2))))

ja reagoi myös palautuvasti veden kanssa muodostaen kloorivedeksi kutsuttujen aineiden tasapainoseoksen :

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}O\rightleftarrows HCl+HClO-25\;{\text{kJ)))).

Kloori voi reagoida (epäsuhtaisesti) alkalien kanssa samalla tavalla:

kylmässä

{\mathsf {Cl_{2}+2NaOH\rightarrow NaCl+NaClO+H_{2}O))

lämmitettynä:

{\mathsf {3Cl_{2}+6KOH\rightarrow 5KCl+KClO_{3}+3H_{2}O))

Bromin kemiallinen aktiivisuus on pienempi kuin fluorilla ja kloorilla, mutta silti melko suuri johtuen siitä, että bromia käytetään yleensä nestemäisessä tilassa, ja siksi sen alkupitoisuudet ovat muiden tekijöiden ollessa samat kuin kloorin. Se osallistuu samoihin reaktioihin kuin kloori. Koska bromi on miedompi reagenssi, sitä käytetään laajalti orgaanisessa kemiassa. Bromi, kuten kloori, liukenee veteen ja muodostaa sen kanssa osittain reagoivan ns. "bromiveden".

Jodin liukoisuus veteen on 0,3395 grammaa litrassa 25 celsiusasteessa [9] , mikä on vähemmän kuin bromin. Jodin vesiliuosta kutsutaan "jodivedeksi" [10] . Jodi pystyy liukenemaan jodidiliuoksiin muodostaen monimutkaisia anioneja:

{\displaystyle {\mathsf {I_{2}+I^{-}\rightarrow [I_{3}]^{-))))

Saatua liuosta kutsutaan Lugolin liuokseksi .

Jodin kemiallinen aktiivisuus eroaa merkittävästi muista halogeeneista. Se ei reagoi useimpien ei-metallien kanssa ja reagoi hitaasti metallien kanssa vain kuumennettaessa. Jodin vuorovaikutus vedyn kanssa tapahtuu vain voimakkaalla lämmityksellä, reaktio on endoterminen ja palautuva:

{\mathsf {H_{2}+I_{2}\rightleftarrows 2HI-53\;{\text{kJ)))).

Siten halogeenien kemiallinen aktiivisuus vähenee jatkuvasti fluorista astatiiniksi. Jokainen F - At -sarjan halogeeni voi syrjäyttää seuraavan yhdisteistään vedyn tai metallien kanssa, eli jokainen halogeeni yksinkertaisen aineen muodossa pystyy hapettamaan minkä tahansa seuraavan halogeenin halogenidi-ionin [11] .

Astatiini on vielä vähemmän reaktiivinen kuin jodi. Mutta se reagoi myös metallien (esimerkiksi litiumin) kanssa:

{\mathsf {2Li+At_{2}\rightarrow 2LiAt))

Dissosiaatiossa ei muodostu ainoastaan anioneja, vaan myös kationeja At + : HAt dissosioituu:

{\displaystyle {\mathsf {H^{+}+At^{-}\rightleftarrows HAt\rightleftarrows At^{+}+H^{-))))

Halogeenien ja niiden yhdisteiden käyttö

Alumiinin valmistuksessa käytetään luonnollista fluorin yhdistettä - kryoliitti Na 3 AlF 6 . Fluoriyhdisteitä käytetään lisäaineina hammastahnoissa estämään kariesta.

Klooria käytetään laajalti suolahapon valmistuksessa, orgaanisessa synteesissä muovien ja synteettisten kuitujen, kumien, väriaineiden, liuottimien jne. valmistuksessa. Maataloudessa tuholaisten torjuntaan käytetään monia klooria sisältäviä yhdisteitä. Klooria ja sen yhdisteitä käytetään pellava- ja puuvillakankaiden, paperin valkaisuun sekä juomaveden desinfiointiin. Totta, kloorin käyttö veden desinfiointiin ei ole läheskään turvallista, näihin tarkoituksiin on parempi käyttää otsonia .

Yksinkertaisia bromin ja jodin aineita ja yhdisteitä käytetään lääke- ja kemianteollisuudessa.

Halogeenimyrkyllisyys

Korkean reaktiivisuuden vuoksi (tämä on erityisen voimakasta fluorissa ) kaikki halogeenit ovat myrkyllisiä aineita, joilla on voimakkaasti korostunut tukehduttava ja kudosta vaurioittava vaikutus.

Fluorihöyryt ja aerosolit ovat suuri vaara, koska, toisin kuin muut halogeenit, niillä on melko heikko haju ja ne tuntuvat vain korkeina pitoisuuksina.

Muistiinpanot

↑ Elementtien kausitaulukko (englanniksi) (linkki ei ole käytettävissä) . IUPAC. – PDF. Haettu 25. lokakuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 22. elokuuta 2015.
↑ Ursula Bunzli-Trepp. Orgaanisen, organometallisen ja koordinaatiokemian systemaattinen nimikkeistö. - EPFL Press, 2007. - S. 215. - 636 s. — ISBN 9781420046151 .
↑ Shabarov Yu. S. Osa 1. Ei-sykliset yhdisteet // Orgaaninen kemia. - 2. painos , korr. - M .: Chemistry, 1996. - S. 115. - 496 s. — ISBN 5-7245-1057-X .
↑ Jonathan Brecher. Graafiset esitysstandardit kemiallisille rakennekaavioille (IUPAC Recommendations 2008) (englanniksi) // Pure and Applied Chemistry. - 2008-01-01. — Voi. 80 , iss. 2 . - s. 277-410 . — ISSN 0033-4545 1365-3075, 0033-4545 . - doi : 10.1351/pac200880020277 . Arkistoitu alkuperäisestä 10. toukokuuta 2022.
↑ Snelders, HAM JSC Schweigger: Hänen romantiikkansa ja hänen kristallisähköinen aineen teoriansa // Isis : päiväkirja. - 1971. - Voi. 62 , nro. 3 . - s. 328 . - doi : 10.1086/350763 . — .
↑ Berdonosov S.S. Astatiini // Chemical Encyclopedia : 5 osassa / Ch. toim. I. L. Knunyants . - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja , 1988. - T. 1: A - Darzana. - S. 211. - 623 s. - 100 000 kappaletta. - ISBN 5-85270-008-8 .
↑ Desmos . (Venäjän kieli)
↑ Fysikaalisten ja kemiallisten määrien lyhyt hakuteos Ravdel, L .: Chemistry, 1974 - 200 sivua \\ sivu 67 välilehti. 24 . Haettu 23. toukokuuta 2022. Arkistoitu alkuperäisestä 7. maaliskuuta 2022. (määrätön)
↑ Stasinevich D.S. Jodi // Lyhyt kemiallinen tietosanakirja / Toim. toim. I. L. Knunyants . - M . : Neuvostoliiton tietosanakirja, 1963. - T. 2. Zh-Malon eetteri .
↑ Yu.V. _ _ - 18. painos - M . : Koulutus , 1987. - S. 197-199. – 240 s. — 1 630 000 kappaletta.
↑ Kuzmenko N. E., Eremin V. V., Popkov V. A. Kemian alku. Moderni kurssi yliopistoihin hakijoille: oppikirja / Kuzmenko, N. E .. - 16. - M . : Tentti, 2013. - P. 343-347. — 831 s. - ISBN 978-5-377-06154-0 .

Kirjallisuus

Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan. Alkuaineiden kemia (uuspr.) . – 2. – Butterworth–Heinemann, 1997. - ISBN 0080379419 .

Sanakirjat ja tietosanakirjat

Suuri tanskalainen
Iso venäläinen
Brockhaus ja Efron
Pieni Brockhaus ja Efron
Britannica (verkossa)
Universalis

Bibliografisissa luetteloissa
BNF : 11982008r GND : 4158874-5 J9U : 987007548385105171 LCCN : sh85058508 NDL : 00562982 NKC : ph120637

D. I. Mendelejevin kemiallisten alkuaineiden jaksollinen järjestelmä

klo

vrt

alkalimetallit	maa-alkalimetallit	Lantanidit	aktinidit	siirtymämetallit
kevyet metallit	Puolimetallit	ei-metallit	Halogeenit	jalokaasut

Jaksollinen järjestelmä
Dmitri Ivanovitš Mendelejev Jaksollinen laki Elementtiryhmät
Muodot	lyhyt Lohkojen mukaan Laajennettu laajennettu Elektroniset kokoonpanot Elektronegatiivisuus Vaihtoehtoinen Alkuaineiden isotoopit
Tuoteluettelot tekijän mukaan	...Nimi ... Etymologioita ...avaamis aika ...hapetustilat ... Kovuus ... Yleisyys miehessä : hivenaineet makroravinteet Organogeenit ... Sähkökemiallisten standardipotentiaalien arvo
ryhmät	yksi 2 3 neljä 5 6 7 kahdeksan 9 kymmenen yksitoista 12 13 neljätoista viisitoista 16 17 kahdeksantoista
Jaksot	yksi 2 3 neljä 5 6 7 kahdeksan
Kemiallisten alkuaineiden perheet	ei-metallit Puolimetallit (metallit) Metallit Intransitiiviset elementit siirtymämetallit Siirtymän jälkeiset metallit Sisäiset siirtymämetallit Lantanidit aktinidit Transuraani supersiirtymämetallit kevyet metallit Raskasmetallit Superraskaat alkuaineet (transaktinoidit) Tulenkestävät metallit Platinaryhmän metallit jalometallit Rautaa sisältämättömät metallit radioaktiivisia elementtejä keinotekoisia elementtejä Harvinaisia esineitä harvinaisten maametallien alkuaineita Hivenaineet Monoisotooppiset elementit Polyisotooppiset elementit
Jaksotaulukon lohko	s-elementtejä p-elementtejä d-elementtejä f-elementtejä g-elementtejä
muu	Lantanidi supistuminen aktinoidinen supistuminen Ennustetut elementit Kemiallisten alkuaineiden symbolit lista
Jaksotaulukko Luokka: Jaksollinen järjestelmä Portaali: Kemia {{ Jaksollinen elementtijärjestelmä }}