Свойства элементов и простых веществ галогенов

1. Свойства химических элементов галогенов

К  га­ло­ге­нам  от­но­сят  фтор,  хлор,  бром,  йод  и  астат.  Они  об­ра­зу­ют  VIIА-груп­пу Пе­ри­о­ди­че­ской си­сте­мы хи­ми­че­ских эле­мен­тов.

Рис. 1. Хи­ми­че­ские эле­мен­ты-га­ло­ге­ны и об­ра­зо­ван­ные ими про­стые ве­ще­ства

На внеш­нем элек­трон­ном слое ато­мов га­ло­ге­нов на­хо­дят­ся 7 элек­тро­нов.

Наи­мень­ший ра­ди­ус атома среди всех га­ло­ге­нов имеет фтор, по­это­му у него самая вы­со­кая (даже среди всех хи­ми­че­ских эле­мен­тов) от­но­си­тель­ная элек­тро­от­ри­ца­тель­ность. По этой при­чине не су­ще­ству­ет ве­ществ, в ко­то­рых фтор имел бы по­ло­жи­тель­ную сте­пень окис­ле­ния, не го­во­ря о выс­шей сте­пе­ни окис­ле­ния, со­от­вет­ству­ю­щей но­ме­ру груп­пы (+7). Для фтора воз­мож­ны сте­пе­ни окис­ле­ния толь­ко –1 и 0. Осталь­ные га­ло­ге­ны в со­еди­не­нии с более элек­тро­от­ри­ца­тель­ным кис­ло­ро­дом могут об­ра­зо­вы­вать ве­ще­ства, в ко­то­рых сте­пень окис­ле­ния их ато­мов по­ло­жи­тель­на. Таким об­ра­зом, для Cl, Br, I ха­рак­тер­ны сте­пе­ни окис­ле­ния -1, 0, +1, +3, +5, +7.

Со­дер­жа­ние га­ло­ге­нов в зем­ной коре сни­жа­ет­ся от фтора к аста­ту. При­чем, если фтор, бром и йод можно от­не­сти к рас­про­стра­нен­ным хи­ми­че­ским эле­мен­там, то со­дер­жа­ние аста­та в зем­ной коре крайне мало. Га­ло­ге­ны вхо­дят в со­став мно­гих ми­не­ра­лов.  Ис­клю­че­ние со­став­ля­ет астат. Астат об­на­ру­жен в про­дук­тах ра­дио­ак­тив­но­го рас­па­да урана.

Соли га­ло­ге­нов (га­ло­ге­ни­ды) вхо­дят в со­став мор­ской воды.

2. Свойства простых веществ галогенов

Мо­ле­ку­лы про­стых ве­ществ — га­ло­ге­нов со­сто­ят из двух ато­мов.

Фтор F₂ при нор­маль­ных усло­ви­ях пред­став­ля­ет собой свет­ло-зе­лё­ный газ с очень рез­ким за­па­хом. Чрез­вы­чай­но ядо­вит.

Хлор  Cl₂  —  жёл­то-зе­лё­ный  газ  с  рез­ким  за­па­хом.  Ядо­вит .  Во  время Пер­вой ми­ро­вой войны армия Гер­ма­нии при­ме­ни­ла хлор как бо­е­вое отрав­ля­ю­щее ве­ще­ство. В ре­зуль­та­те мно­гие ты­ся­чи сол­дат армий Ан­тан­ты по­лу­чи­ли отрав­ле­ние.

Хлор рас­тво­ря­ет­ся в воде. При нор­маль­ных усло­ви­ях в одном объ­ё­ме воды может рас­тво­рить­ся до двух объ­ё­мов хлора. Рас­твор хлора в воде на­зы­ва­ет­ся  хлор­ной водой. 

Рис. 2. Вза­и­мо­дей­ствие хлора с водой

Бром Br₂ — крас­но-бу­рая жид­кость с рез­ким за­па­хом. Пары брома ядо­ви­ты.

Йод I₂ — твёр­дое ве­ще­ство. При нор­маль­ных усло­ви­ях пред­став­ля­ет собой кри­стал­лы тём­но-се­ро­го цвета с ме­тал­ли­че­ским блес­ком, ко­то­рые при на­гре­ва­нии легко пе­ре­хо­дят в га­зо­об­раз­ное со­сто­я­ние, прак­ти­че­ски минуя жид­кое (воз­го­ня­ют­ся). Рас­твор йода (5%-ный) в спир­те при­ме­ня­ет­ся в ме­ди­цине для обез­за­ра­жи­ва­ния ран (йод­ная на­стой­ка).

Свой­ства про­сто­го ве­ще­ства аста­та прак­ти­че­ски не изу­че­ны, так как его атомы ко­рот­ко­жи­ву­щие.

Рас­смот­рим хи­ми­че­ские свой­ства га­ло­ге­нов.

Га­ло­ге­ны – ти­пич­ные неме­тал­лы. Они ре­а­ги­ру­ют с ме­тал­ла­ми и во­до­ро­дом, вы­сту­пая в роли окис­ли­те­лей. При вза­и­мо­дей­ствии га­ло­ге­нов с ме­тал­ла­ми об­ра­зу­ют­ся соли – га­ло­ге­ни­ды.

На­при­мер, при вза­и­мо­дей­ствии меди с хло­ром об­ра­зу­ет­ся хло­рид меди(II):

Cu + Cl₂ = CuCl₂

Кри­стал­ли­че­ский йод бурно ре­а­ги­ру­ет с алю­ми­ни­ем при до­бав­ле­нии капли воды (вода в дан­ной ре­ак­ции – ка­та­ли­за­тор):

2Al + 3I₂ = 2AlI₃

Рас­смот­рим  ре­ак­ции  га­ло­ге­нов  с  во­до­ро­дом. Фтор ре­а­ги­ру­ет с во­до­ро­дом со взры­вом. В ре­зуль­та­те об­ра­зу­ет­ся фто­ро­во­до­род:

F₂ + H₂ = 2HF +  Q

Во­до­род  может  го­реть  в  ат­мо­сфе­ре хлора.  Эта  ре­ак­ция  ин­те­рес­на  тем,  что во­до­род и хлор в тем­но­те не вза­и­мо­дей­ству­ют, но их смесь взры­ва­ет­ся от вспыш­ки света:

H₂ + Cl₂ = 2HCl +  Q

Бром и иод с во­до­ро­дом ре­а­ги­ру­ют не так энер­гич­но, как фтор и хлор.

Окис­ли­тель­ная спо­соб­ность га­ло­ге­нов в ряду F₂ – Cl₂ – Br₂ – I₂  убы­ва­ет. Это за­ко­но­мер­ность могут под­твер­дить и дру­гие экс­пе­ри­мен­таль­ные факты. Более ак­тив­ный га­ло­ген может вы­тес­нить менее ак­тив­ный из его соли. На­при­мер, фтор вы­тес­ня­ет хлор, бром, йод из со­от­вет­ству­ю­щих га­ло­ге­ни­дов:

F₂ + 2NaCl = 2NaF + Cl₂

F₂ + 2NaBr = 2NaF + Br₂

F₂ + 2NaI= 2NaF + I₂

Хлор может вы­тес­нять толь­ко бром и йод, а бром вы­тес­ня­ет из солей толь­ко йод.