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.

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.