Галогены — интересные факты

Элементы, входящие в 17 группу (VIIA) таблицы Менделеева: фтор (F2), хлор (CI2), бром (Br2), йод (I2) и астат (At2), это – галогены, что означает «солероды». Названы так за свойство реагировать с металлами с получением солей – KCl, NaCl. Число электронов на внешнем электронном слое у атомов этой группы семь, для завершения не достаёт одного. Степень окисления этих элементов -1. Положительные значения +1, +3, +5, +7 проявляют CI2, Br2, I2, At2. Постоянную –1 имеет только F2.

Кристалл

В природе

Из-за ярко выраженной реакционной способности галогены встречаются в мире только в связанном состоянии.

Фтор – в составе плавикового шпата CaF2 (применяется в плавке чугуна), криолита Na3AlF6 и фторапатита Ca5F(PO4)3.

Хлор – в поваренной соли NaCl, в морской воде, солёных озёр, подземных источников, в недрах земли в пластах каменной соли, минералов сильвина KCl и карналлита KCl·MgCl2·6H2O.

Бром – встречается везде: в бромидах калия, натрия и магния, в морской воде, в подземных буровых водах, горных породах, растениях.

Йод – в чистом виде есть в морской воде в мизерных концентрациях, а также получают из минеральных буровых вод и морских водорослей, солей – йодата калия KIO3 и периодата калия KIO4, сопутствующим залежам селитры.

Астат получается при осуществлении искусственных ядерных реакций, изотоп 210At обнаруживается при самопроизвольном распаде урана.

Свойства

Физические

Фтор F2 – светло-желтый газ, ядовитый, не сжижается в обычных условиях, с резким запахом, плавиться при -220, кипит при -188 градусах Цельсия.

Хлор CI2 – зеленовато-жёлтый газ, ядовитый, сжижающийся при нормальной температуре под давлением, с резким, удушливым запахом, растворим в воде, не горит, но поддерживает горение, плавится при -101, кипит при -34 градусах.

Бром Br2 – тяжёлая летучая жидкость, ядовитая, буро-коричневая, с резким, неприятным запахом, плавится при -7, а кипит при 58 градусах.

Йод I2 – блестящие тёмно-фиолетовые кристаллы, с резким запахом, не растворим в воде, но хорошо растворим в этиловом спирте, плавиться при 113,5 и кипит при 184,9 градусах.

Астат At2 – твёрдое вещество, радиоактивен, темно-синий с металлическим блеском, плавится при 244 и кипит при 309 градусах.

Химические

Галогены в свободном виде феноменально реакционноспособны. Они реагируют почти со всеми простыми веществами. Реакции галогенов с металлами протекают бурно с выбросом большого количества теплоты.

Натрий сгорает в хлоре с яркой вспышкой, оставляя на поверхности белые хлопья хлорида натрия:

2Na + Cl₂ = 2Na­Cl + Q

Таким образом реагируют с металлами бром и йод. Способность галогенов присоединять электроны, то есть восстанавливаться, характеризует их как сильные окислители.

Фтор – самый сильный окислитель, кислород занимает второе место после него. Учёный А. Е. Ферсман охарактеризовал его «всесъедающим». Он вступает в реакцию со всеми металлами, даже с золотом и платиной.

Реакции с неметаллами: другими галогенами, водородом, серой, фосфором, углеродом протекают при обычной температуре со взрывом или возникновением пламени. С благородными газами реагирует при нагревании:

1) H2 + F₂ = 2HF + Q

2) S + 3F₂ = 2SF6 + Q

В потоке фтора сгорает стекло и пары воды, при этом выделяется кислород:

1) SiO2 + 2F₂ = 2SiF4 + O2 + Q

2) H2O+ 2F₂ = 4HF + O2 + Q

Не взаимодействует фтор только с кислородом, азотом и алмазом – аллотропной разновидностью углерода.

Хлор – ненамного отличается своей реакционной способностью от фтора, реагирует с теми же веществами, с кислородом, азотом и инертными газами не взаимодействуют.

Активность брома и йода ниже, чем хлора, но всё равно достаточно высока, причём снижается от брома к йоду. Окислительная способность галогенов уменьшается от F₂ к At2.

Получение

Фтор F2 получают методом электролиза. Впервые его получили в 1886 году, путём разложения электротоком смеси жидкого фтористого водорода и фторида калия. Электролиз проводят в никелевом резервуаре, который служит катодом, а уголь – анодом. Во избежание взрыва, катод и анод разделены мембраной, чтобы предотвратить смешение продуктов электролиза – водорода и фтора. Этот метод используется даже сейчас.

Хлор получают путём окисления соляной кислоты диоксидом марганца. В Швеции в 1774 году К. В. Шееле получил хлор осуществлением следующей реакции:

MnO2 + HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Хлор Cl2 в мировых масштабах получают электролизом водного раствора хлорида натрия (поваренной соли) или хлорида калия.

Бром Br2 открыт в 1825-1826 году сразу двумя химиками (К. Я. Лёвих и А. Ж. Балар). Бром и йод получают воздействием различных окислителей на галогеноводороды HBr и HI.

Йод I2 адсорбируют из разбавленных растворов активированным углем со следующим извлечением едкой щёлочью или восстановителем, а затем выделением кристаллического йода.

Применение

Фтор используют для производства:

  • химически стойких пластических масс;
  • высокотемпературных смазочных материалов;
  • хладонов, фреонов для холодильных установок.

Хлор необходим для получения:

  • хлористого водорода HCl;
  • белильной извести (хлорки), гипохлоритов для обеззараживания питьевых и сточных вод;
  • для беления тканей и целлюлозы, из которой делают бумагу;
  • дихлорэтана и тетрахлорметана, используемых для экстракции жиров и обезжиривания металлов;
  • в синтезировании пластмасс, каучуков, кожзаменителей и других синтетических материалов;
  • химикатов для уничтожения вредителей сельскохозяйственных культур.

Бром используют в производстве красителей, в лекарственных препаратах, для изготовления фотоматериалов.

Йод идёт на приготовление 10% спиртового раствора, используемого в качестве кровоостанавливающего и антисептического средства, а также в других препаратах фармакологии.

Вред

Галогены, это токсичные вещества, вызывают удушье и химический ожог слизистых тканей дыхательных путей. При попадании в организм вызывают сильнейшие отравления, сопровождающиеся тошнотой, слабостью, судорогами, способны накапливаться в организме, что приводит к возникновению онкологии.

Впервые хлор был применён немцами, как боевое отравляющее вещество, в войне 1914 года.

Хладоны, хлорфторуглеводороды, попадая в атмосферу разлагаются под воздействием лучей солнца, с образованием веществ, разрушающих озоновый слой.

Польза

  1. Хлор является важным элементом во внеклеточной жидкости, он необходим в виде соляной кислоты в желудке для пищеварения.
  2. Йод требуется для синтеза гормонов щитовидной железы, его дефицит опасен для организма также, как и его избыток.
  3. Бром необходим в малых дозах для нормального функционирования живого организма, его содержат лекарственные препараты.
  4. Фтор входит в состав заменителей крови.