Галогены

Галогены (греч. hals - соль + genes - рождающий) - химические элементы VIIa группы: F, Cl, Br, I, At. Реагируют с большинством других элементов и органических соединений.

Галогены широко распространены в природе. Их химическая активность падает от фтора к астату.

Хлор
Общая характеристика элементов VIIa группы

От F к At (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Все галогены относятся к неметаллам, являются сильными окислителями.

Галогены

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns2np5:

  • F - 2s22p5
  • Cl - 3s23p5
  • Br - 4s24p5
  • I - 5s25p5
  • At - 6s26p5

Для галогенов характерны нечетные степени окисления: -1, +1, +3, +5, +7. Это связано с электронной конфигурацией атомов в возбужденном состоянии.

Основное и возбужденное состояние атома хлора
Природные соединения
  • NaCl - галит (каменная соль)
  • CaF2 - флюорит, плавиковый шпат
  • NaCl*KCl - сильвинит
  • 3Ca3(PO4)2*CaF2 - фторапатит
  • MgCl2*6H2O - бишофит
  • KCl*MgCl2*6H2O - карналлит
Галит, флюорит, сильвинит и карналлит
Простые вещества - F2, Cl2, Br2, I2

Галогены в чистом виде можно получить путем электролиза водных растворов и расплавов их солей. Например, хлор в промышленности получают электролизом водного раствора хлорида натрия.

NaCl + H2O → (электролиз) NaOH + H2↑ + Cl2

Электролизом расплава гидрофторида калия KHF2 в безводной плавиковой кислоте - HF - был впервые получен фтор.

HF → F2 + H2

Более активные галогены способны вытеснять менее активные. Активность галогенов убывает: F → Cl → Br → I.

Cl2 + KBr → Br2 + KCl

Cl2 + KI → I2 + KCl

Йод

В лабораторных условиях галогены могут быть получены следующими реакциями.

HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 + H2O

HCl + KMnO4 → MnCl2 + Cl2 + KCl + H2O

Химические свойства

  • Реакции с металлами
  • Для галогенов характерна высокая реакционная способность. Фтор реагирует со всеми металлами без исключения, некоторые из них в атмосфере фтора самовоспламеняются.

    Al + F2 → AlF3

    Cu + Cl2 → CuCl2

    Na + Br2 → NaBr

  • Реакции с неметаллами
  • Хлор, как и фтор, химически весьма активен. Не реагирует только с кислородом, азотом и благородными газами.

    Cl2 + Si → SiCl4

    Cl2 + H2 → HCl (на свету)

    Горение водорода в хлоре

    F2 + H2 → HF (в темноте со взрывом)

    Галогены вступают в реакцию друг с другом. Чтобы определить степени окисления в получающихся соединениях, вспомните электроотрицательность ;)

    Br2 + F2 → BrF (фтор более электроотрицателен, чем бром - F-)

    Br2 + I2 → IBr3 (бром более электроотрицателен, чем йод - Br-)

  • Реакции с водой
  • Реакция фтора с водой протекает очень энергично, носит взрывной характер.

    H2O + F2 → HF + O2

    Хлор реагирует с водой обратимо, образуя хлорную воду - смесь хлорноватистой и соляной кислоты. Бром вступает в те же реакции, что и хлор.

    Cl2 + H2O → HCl + HClO

    H2O + Br2 → HBr + HBrO

    Бром

    Замечу, что активность йода существенно ниже, чем у остальных галогенов. С неметаллами йод почти не реагирует, а с металлами - только при нагревании.

  • Реакции с щелочами
  • Cl2 + NaOH → NaCl + NaClO + H2O

    Cl2 + NaOH → (t) NaCl + NaClO3 + H2O

  • Окислительные способности
  • Галогены способны вытеснять друг друга из солей. Более активные вытесняют менее активные.

    KCl + F2 → KF + Cl2

    KBr + Cl2 → KCl + Br2

    KBr + I2 ⇸ (реакция не идет, так как йод менее активен, чем бром)

Галогеноводороды

Соединения, образованные из галогенов и водорода. К галогеноводородам относятся следующие вещества:

  • HF - фтороводород (газ), фтороводородная (плавиковая) кислота (жидкость)
  • HCl - хлороводород (газ), соляная кислота (жидкость)
  • HBr - бромоводород, бромоводородная кислота
  • HI - йодоводород, йодоводородная кислота
  • HAt - астатоводород, астатоводородная кислота

При н.у. HCl, HBr, HI - газы, хорошо растворимые в воде.

Получение

В промышленности применяют получение прямым методом: реакцией водорода с галогенами.

H2 + Cl2 → HCl

В лабораторных условиях галогеноводороды можно получить в реакциях обмена между галогенсодержащими солями и сильными кислотами.

NaCl + H2SO4 → NaHSO4 + HCl↑

CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + HF

PBr3 + H2O → HBr↑ + H3PO3

H2S + I2 → S + HI

Химические свойства

  • Кислотные свойства
  • HF - является слабой кислотой, HCl, HBr, HI - сильные кислоты. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

    Mg + HBr → MgBr2 + H2

    Zn + HCl → ZnCl2 + H2

    Цинк и соляная кислота

    Галогеноводороды реагируют с основными, амфотерными оксидами и основаниями с образованием соответствующих солей.

    Na2O + HCl → NaCl + H2O

    ZnO + HI → ZnI2 + H2O

    KOH + HCl → KCl + H2O (реакция нейтрализации)

    Реакция нейтрализации

    Cr(OH)3 + HCl → CrCl3 + H2O

  • С солями
  • Реакции протекают в тех случаях, если в результате выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

    AgNO3 + HCl → AgCl + HNO3

    Li2CO3 + HBr → LiBr + H2CO3

  • Восстановительные свойства
  • В некоторых реакциях проявляют себя как сильные восстановители, особенно HI.

    HI + MnO2 → I2 + MnI2 + H2O

    HI + H2SO4 → I2 + H2S + H2O

    HI + O2 → H2O + I2

    HI + Br2 → HBr + I2

    HCl + H2SO4 → Cl2 + SO2 + H2O

    Йодоводород
  • Реакция с оксидом кремния
  • В целом взаимодействие галогеноводородов с оксидами неметаллов нехарактерно. В этой связи важно выделить реакцию SiO2 с плавиковой кислотой.

    SiO2 + HF → SiF4 + H2O

Пройдите тест для закрепления знаний

1. Газообразный хлор имеет цвет

Газообразный хлор имеет зеленый цвет.

2. Количество валентных электронов у элементов VIIa группы (в основном состоянии)

В основном состоянии элементы VIIa группы имеют один валентный (неспаренный) электрон.

3. Выберите формулу плавикового шпата

Плавиковый шпат (флюорит) - CaF2

4. Может ли I2 вытеснить хлор из KCl

Йод, как менее активный галоген, чем хлор, не может вытеснить хлор из хлорида калия.

5. Может ли F2 вытеснить бром из KBr

Фтор, как более активный галоген, чем бром, может вытеснить бром из бромида калия.

Ваш результат