Строение и свойства галогеноводородов

В га­ло­ге­но­во­до­ро­дах и га­ло­ге­ни­дах га­ло­ге­ны про­яв­ля­ют свою низ­шую сте­пень окис­ле­ния – -1. Га­ло­ге­но­во­до­ро­ды – это бес­цвет­ные со­еди­не­ния во­до­ро­да с га­ло­ге­на­ми со­ста­ва НГ (где «Г» – атом га­ло­ге­на).

При н. у. HCl, HBr и HI – га­зо­об­раз­ные ве­ще­ства, HF – лег­ко­ле­ту­чая жид­кость, тем­пе­ра­ту­ра ки­пе­ния ко­то­рой +19,5°С. Все эти ве­ще­ства ядо­ви­ты и тре­бу­ют очень осто­рож­но­го об­ра­ще­ния!

Га­ло­ге­но­во­до­ро­ды хо­ро­шо рас­тво­ря­ют­ся в воде, а фто­ро­во­до­род сме­ши­ва­ет­ся с водой в любых со­от­но­ше­ни­ях (т. е. неогра­ни­чен­но рас­тво­рим). Вод­ные рас­тво­ры га­ло­ге­но­во­до­ро­дов яв­ля­ют­ся кис­ло­та­ми. Сила этих кис­лот уве­ли­чи­ва­ет­ся свер­ху вниз, т. е. самая силь­ная кис­ло­та – иодо­во­до­род­ная, а самая сла­бая – фто­ро­во­до­род­ная (рис. 1).

Рис. 1. Срав­не­ние кис­лот­ных свойств га­ло­ге­но­во­до­род­ных кис­лот

По­про­бу­ем объ­яс­нить эту за­ко­но­мер­ность. Кис­лот­ные свой­ства га­ло­ге­но­во­до­род­ных кис­лот будут тем боль­ше, чем мень­ше проч­ность связи Н–Г. От HF к HI умень­ша­ет­ся сте­пень пе­ре­кры­ва­ния элек­трон­ных об­ла­ков ато­мов во­до­ро­да и га­ло­ге­на, а об­ласть пе­ре­кры­ва­ния будет на­хо­дить­ся на боль­шем рас­сто­я­нии от ядер ато­мов. Кроме того, элек­тро­от­ри­ца­тель­ность ато­мов га­ло­ге­нов свер­ху вниз по груп­пе, т. е. от F к I, умень­ша­ет­ся. По­это­му в мо­ле­ку­ле HF элек­трон­ное об­ла­ко атома во­до­ро­да сме­ща­ет­ся в сто­ро­ну атома га­ло­ге­на в боль­шей сте­пе­ни. Это при­во­дит к уси­ле­нию связи между ато­ма­ми (рис. 2). За­пом­ним, фто­ро­во­до­род­ная кис­ло­та – сла­бая, осталь­ные га­ло­ге­но­во­до­род­ные кис­ло­ты – силь­ные, при­чем их сила уве­ли­чи­ва­ет­ся от HCl к HI.

Рис. 2. Об­ра­зо­ва­ние хи­ми­че­ской связи в мо­ле­ку­лах га­ло­ге­но­во­до­ро­дов

Плавиковая кислота

Фто­ро­во­до­род­ная кис­ло­та имеет еще одно на­зва­ние – пла­ви­ко­вая кис­ло­та. Уни­каль­ным свой­ством пла­ви­ко­вой кис­ло­ты яв­ля­ет­ся спо­соб­ность рас­тво­рять стек­ло. По­это­му пла­ви­ко­вую кис­ло­ту хра­нят не в стек­лян­ной по­су­де, а в со­су­дах из пла­сти­ка или в стек­лян­ной по­су­де, по­кры­той слоем па­ра­фи­на.

В пла­сти­ко­вый ста­кан на­ли­ва­ем рас­твор пла­ви­ко­вой кис­ло­ты. По­ме­ща­ем в рас­твор тон­кую стек­лян­ную тру­боч­ку. Тру­боч­ка так тонка, что по­на­до­бит­ся груз, чтобы за­фик­си­ро­вать мо­мент ее рас­тво­ре­ния. Через неко­то­рое время тру­боч­ка рас­тво­ря­ет­ся, и груз па­да­ет на дно ста­ка­на. Спо­соб­ность пла­ви­ко­вой кис­ло­ты рас­тво­рять стек­ло объ­яс­ня­ет­ся тем, что фто­ро­во­до­род ре­а­ги­ру­ет с ок­си­дом крем­ния, вхо­дя­щим в со­став стек­ла. В ре­ак­ции об­ра­зу­ет­ся фто­рид крем­ния

4 HF + SiO₂ = SiF₄↑ + 2H₂O.

Пла­ви­ко­вая кис­ло­та ис­поль­зу­ет­ся для на­не­се­ния на стек­лян­ные из­де­лия ри­сун­ков, над­пи­сей, меток, а также для по­ли­ров­ки стек­ла.

Про­ве­дем опыт трав­ле­ния стек­ла фто­ро­во­до­ро­дом.

По­лу­чим фто­ро­во­до­род. Для этого в пла­сти­ко­вую кю­ве­ту на­сы­па­ем немно­го фто­ри­да на­трия. Затем при­ли­ва­ем кон­цен­три­ро­ван­ную сер­ную кис­ло­ту. Сразу же вы­де­ля­ет­ся фто­ро­во­до­род.

2NaF + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HF↑

За­кро­ем кю­ве­ту крыш­кой, к ко­то­рой при­креп­ле­на стек­лян­ная пла­сти­на. Через пять минут от­кро­ем крыш­ку. Из­вле­чем стек­ло и про­мо­ем водой. Стек­ло стало ма­то­вым. Вы­де­лив­ший­ся фто­ро­во­до­род про­ре­а­ги­ро­вал с ок­си­дом крем­ния, вхо­дя­щим в со­став стек­ла. Этот про­цесс ис­поль­зу­ет­ся для по­лу­че­ния ма­то­вых сте­кол.

Соляная кислота

В от­ли­чие от фто­ро­во­до­ро­да хло­ро­во­до­род огра­ни­чен­но рас­тво­рим в воде, но его рас­тво­ри­мость до­ста­точ­но вы­со­ка – в 1 объ­е­ме воды при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре рас­тво­ря­ет­ся около 450 объ­е­мов хло­ро­во­до­ро­да. Рас­твор хло­ро­во­до­ро­да в воде на­зы­ва­ет­ся со­ля­ной, или хло­ро­во­до­род­ной кис­ло­той.

Кон­цен­три­ро­ван­ная со­ля­ная кис­ло­та дымит на воз­ду­хе (рис. 3). Это силь­ная кис­ло­та. Для нее ха­рак­тер­ны все общие свой­ства кис­лот: из­ме­не­ние окрас­ки ин­ди­ка­то­ров, вза­и­мо­дей­ствие с ме­тал­ла­ми, ос­нов­ны­ми и ам­фо­тер­ны­ми ок­си­да­ми, ос­но­ва­ни­я­ми, неко­то­ры­ми со­ля­ми.

Рис. 3. «Ды­мя­щая» со­ля­ная кис­ло­та

Галогениды металлов

Соли га­ло­ге­но­во­до­род­ных кис­лот на­зы­ва­ют­ся га­ло­ге­ни­да­ми. Для рас­по­зна­ва­ния рас­тво­ри­мых в воде га­ло­ге­ни­дов, кроме фто­ри­дов, ис­поль­зу­ют ре­ак­цию с нит­ра­том се­реб­ра. В ре­зуль­та­те этого вза­и­мо­дей­ствия вы­па­да­ет оса­док нерас­тво­ри­мо­го га­ло­ге­ни­да се­реб­ра.

Как раз­ли­чить рас­тво­ры хло­ри­да на­трия NaCl, бро­ми­да на­трия NaBr и иоди­да калия KI? Их можно рас­по­знать по цвету осад­ков, об­ра­зу­ю­щих­ся при дей­ствии нит­ра­та се­реб­ра. От­ли­ва­ем в три про­бир­ки пробы рас­тво­ров и до­бав­ля­ем рас­твор нит­ра­та се­реб­ра AgNO₃. Вы­па­да­ют осад­ки раз­ных цве­тов. В про­бир­ке с рас­тво­ром хло­ри­да на­трия об­ра­зу­ет­ся белый тво­ро­жи­стый оса­док хло­ри­да се­реб­ра

NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃

с рас­тво­ром бро­ми­да на­трия – жел­то­ва­тый оса­док бро­ми­да се­реб­ра

NaBr + AgNO₃ = AgBr↓ + NaNO₃

с иоди­дом калия – жел­тый оса­док иоди­да се­реб­ра

KI + AgNO₃ = AgI↓ + NaNO₃.

Га­ло­ге­ни­ды се­реб­ра раз­ла­га­ют­ся на свету. Это свой­ство ис­поль­зу­ет­ся в фо­то­гра­фии. На фо­то­плен­ке и фо­то­бу­ма­ге изоб­ра­же­ние по­яв­ля­ет­ся вслед­ствие раз­ло­же­ния на свету бро­ми­да се­реб­ра.