Halogener i det periodiska systemet finns till vänster om ädelgaserna. Dessa fem giftiga icke-metalliska grundämnen finns i grupp 7 i det periodiska systemet. Dessa inkluderar fluor, klor, brom, jod och astatin. Även om astatin är radioaktivt och endast har kortlivade isotoper, beter sig det som jod och klassas ofta som en halogen. Eftersom halogenelementen har sju valenselektroner behöver de bara en extra elektron för att bilda en hel oktett. Denna egenskap gör dem mer reaktiva än andra grupper av icke-metaller.
Allmänna egenskaper
Halogener bildar diatomiska molekyler (av typen X2, där X betecknar en halogenatom) - en stabil form av förekomsten av halogener i form av fria grundämnen. Bindningarna av dessa diatomiska molekyler är opolära, kovalenta och enkla. De kemiska egenskaperna hos halogener gör att de enkelt kan kombineras med de flesta grundämnen, så de förekommer aldrig okombinerade i naturen. Fluor är den mest aktiva halogenen och astatin minst.
Alla halogener bildar grupp I-s alter med liknandeegenskaper. I dessa föreningar finns halogener som halogenidanjoner med en laddning av -1 (till exempel Cl-, Br-). Slutet -id indikerar närvaron av halidanjoner; t.ex. Cl- kallas "klorid".
Dessutom tillåter de kemiska egenskaperna hos halogener dem att fungera som oxidationsmedel - för att oxidera metaller. De flesta kemiska reaktioner som involverar halogener är redoxreaktioner i vattenlösning. Halogener bildar enkelbindningar med kol eller kväve i organiska föreningar där deras oxidationstillstånd (CO) är -1. När en halogenatom ersätts med en kovalent bunden väteatom i en organisk förening, kan prefixet halo- användas i allmän mening, eller prefixet fluor-, klor-, brom-, jod- för specifika halogener. Halogenelement kan tvärbindas för att bilda diatomiska molekyler med polära kovalenta enkelbindningar.
Klor (Cl2) var den första halogenen som upptäcktes 1774, följt av jod (I2), brom (Br) 2), fluor (F2) och astatin (At, upptäcktes senast, 1940). Namnet "halogen" kommer från de grekiska rötterna hal- ("s alt") och -gen ("att bilda"). Tillsammans betyder dessa ord "s altbildande", vilket betonar det faktum att halogener reagerar med metaller för att bilda s alter. Halit är namnet på stens alt, ett naturligt mineral som består av natriumklorid (NaCl). Och slutligen, halogener används i vardagen - fluor finns i tandkräm, klor desinficerar dricksvatten och jod främjar produktionen av hormoner.sköldkörteln.
Kemiska element
Fluor är ett grundämne med atomnummer 9, betecknat med symbolen F. Elementärt fluor upptäcktes först 1886 genom att isolera det från fluorvätesyra. I sitt fria tillstånd existerar fluor som en diatomisk molekyl (F2) och är den vanligaste halogenen i jordskorpan. Fluor är det mest elektronegativa grundämnet i det periodiska systemet. Vid rumstemperatur är det en blekgul gas. Fluor har också en relativt liten atomradie. Dess CO är -1, förutom det elementära diatomiska tillståndet, där dess oxidationstillstånd är noll. Fluor är extremt reaktivt och interagerar direkt med alla element utom helium (He), neon (Ne) och argon (Ar). I H2O-lösning är fluorvätesyra (HF) en svag syra. Även om fluor är starkt elektronegativt, bestämmer dess elektronegativitet inte surheten; HF är en svag syra på grund av att fluorjonen är basisk (pH> 7). Dessutom producerar fluor mycket kraftfulla oxidationsmedel. Till exempel kan fluor reagera med den inerta gasen xenon för att bilda ett starkt oxidationsmedel xenondifluorid (XeF2). Fluor har många användningsområden.
Klor är ett grundämne med atomnummer 17 och kemisk symbol Cl. Upptäcktes 1774 genom att isolera den från s altsyra. I sitt elementära tillstånd bildar den en diatomisk molekyl Cl2. Klor har flera CO:er: -1, +1, 3, 5 och7. Vid rumstemperatur är det en ljusgrön gas. Eftersom bindningen som bildas mellan två kloratomer är svag har Cl2-molekylen en mycket hög förmåga att gå in i föreningar. Klor reagerar med metaller och bildar s alter som kallas klorider. Klorjoner är de vanligaste joner som finns i havsvatten. Klor har också två isotoper: 35Cl och 37Cl. Natriumklorid är den vanligaste av alla klorider.
Brom är ett kemiskt grundämne med atomnummer 35 och symbolen Br. Den upptäcktes första gången 1826. I sin elementära form är brom en diatomisk molekyl Br2. Vid rumstemperatur är det en rödbrun vätska. Dess CO är -1, +1, 3, 4 och 5. Brom är mer aktivt än jod, men mindre aktivt än klor. Dessutom har brom två isotoper: 79Br och 81Br. Brom förekommer som bromids alter lösta i havsvatten. Under de senaste åren har produktionen av bromid i världen ökat markant på grund av dess tillgänglighet och långa livslängd. Liksom andra halogener är brom ett oxidationsmedel och är mycket giftigt.
Jod är ett kemiskt grundämne med atomnummer 53 och symbol I. Jod har oxidationstillstånd: -1, +1, +5 och +7. Finns som en diatomisk molekyl, I2. Vid rumstemperatur är det ett lila fast ämne. Jod har en stabil isotop, 127I. Upptäcktes första gången 1811med tång och svavelsyra. För närvarande kan jodjoner isoleras i havsvatten. Även om jod inte är särskilt lösligt i vatten, kan dess löslighet ökas genom att använda separata jodider. Jod spelar en viktig roll i kroppen och deltar i produktionen av sköldkörtelhormoner.
Astatin är ett radioaktivt grundämne med atomnummer 85 och symbolen At. Dess möjliga oxidationstillstånd är -1, +1, 3, 5 och 7. Den enda halogenen som inte är en diatomisk molekyl. Under normala förhållanden är det en svart metallisk fast substans. Astatin är ett mycket sällsynt grundämne, så lite är känt om det. Dessutom har astatin en mycket kort halveringstid, inte längre än några timmar. Mottogs 1940 som ett resultat av syntes. Man tror att astatin liknar jod. Har metalliska egenskaper.
Tabellen nedan visar strukturen för halogenatomer, strukturen för det yttre lagret av elektroner.
| Halogen | Elektronkonfiguration |
| Fluor | 1s2 2s2 2p5 |
| Klor | 3s2 3p5 |
| Brom | 3d10 4s2 4p5 |
| Jod | 4d10 5s2 5p5 |
| Astatine | 4f14 5d106s2 6p5 |
Liknande struktur hos det yttre lagret av elektroner bestämmer att halogenernas fysikaliska och kemiska egenskaper liknar varandra. Men när man jämför dessa element observeras också skillnader.
Periodiska egenskaper i halogengruppen
Fysikaliska egenskaper hos enkla ämnen halogener förändras med ökande antal element. För bättre förståelse och större tydlighet erbjuder vi flera bord.
Smält- och kokpunkterna för gruppen ökar när storleken på molekylen ökar (F <Cl
Tabell 1. Halogener. Fysikaliska egenskaper: smält- och kokpunkter
| Halogen | Smältande T (˚C) | Kokpunkt (˚C) |
| Fluor | -220 | -188 |
| Klor | -101 | -35 |
| Brom | -7.2 | 58.8 |
| Jod | 114 | 184 |
| Astatine | 302 | 337 |
Atomradien ökar
Storleken på kärnan ökar (F < Cl < Br < I < At), när antalet protoner och neutroner ökar. Dessutom tillkommer fler och fler energinivåer för varje period. Detta resulterar i en större omloppsbana och därför en ökning av atomens radie.
Tabell 2. Halogener. Fysiska egenskaper: atomradier
| Halogen | Kovalent radie (pm) | Ionic (X-) radie (pm) |
| Fluor | 71 | 133 |
| Klor | 99 | 181 |
| Brom | 114 | 196 |
| Jod | 133 | 220 |
| Astatine | 150 |
Joniseringsenergin minskar
Om de yttre valenselektronerna inte är nära kärnan, kommer det inte att ta mycket energi att ta bort dem från den. Energin som krävs för att trycka ut den yttre elektronen är alltså inte lika hög i botten av elementgruppen, eftersom det finns fler energinivåer. Dessutom gör den höga joniseringsenergin att elementet uppvisar icke-metalliska egenskaper. Jod- och astatindisplay uppvisar metalliska egenskaper eftersom joniseringsenergin reduceras (På < I < Br < Cl < F).
Tabell 3. Halogener. Fysikaliska egenskaper: joniseringsenergi
| Halogen | Joniseringsenergi (kJ/mol) |
| fluor | 1681 |
| klor | 1251 |
| brom | 1140 |
| jod | 1008 |
| astatine | 890±40 |
Elektronegativiteten minskar
Antalet valenselektroner i en atom ökar med ökande energinivåer på progressivt lägre nivåer. Elektronerna är progressivt längre bort från kärnan; Sålunda attraheras inte kärnan och elektronerna båda till varandra. En ökning av avskärmningen observeras. Därför minskar elektronegativiteten med ökande period (Vid < I < Br < Cl < F).
Tabell 4. Halogener. Fysiska egenskaper: elektronegativitet
| Halogen | Elektronegativitet |
| fluor | 4.0 |
| klor | 3.0 |
| brom | 2.8 |
| jod | 2.5 |
| astatine | 2.2 |
Elektronaffiniteten minskar
När storleken på en atom ökar med perioden, tenderar elektronaffinitet att minska (B < I < Br < F < Cl). Ett undantag är fluor, vars affinitet är mindre än klor. Detta kan förklaras av den mindre storleken på fluor jämfört med klor.
Tabell 5. Elektronaffinitet för halogener
| Halogen | Elektronaffinitet (kJ/mol) |
| fluor | -328.0 |
| klor | -349,0 |
| brom | -324.6 |
| jod | -295,2 |
| astatine | -270,1 |
Reaktiviteten hos element minskar
Reaktiviteten hos halogener minskar med ökande period (Vid <I
Oorganisk kemi. Väte + halogener
En halogenid bildas när en halogen reagerar med ett annat, mindre elektronegativt element för att bilda en binär förening. Väte reagerar med halogener och bildar HX-halider:
- vätefluorid HF;
- väteklorid HCl;
- vätebromid HBr;
- hydrojod HI.
Vätehalogenider löser sig lätt i vatten och bildar halogenvätesyror (fluorvätesyra, s altsyra, bromvätesyra, jodväte). Egenskaperna för dessa syror anges nedan.
Syror bildas genom följande reaktion: HX (aq) + H2O (l) → Х- (aq) + H 3O+ (aq).
Alla vätehalogenider bildar starka syror utom HF.
Surh alten hos halogenvätesyror ökar: HF <HCl <HBr <HI.
Fluorvätesyra kan gravera glas och vissa oorganiska fluorider under lång tid.
Det kan tyckas kontraintuitivt att HF är den svagaste halogenvätesyran, eftersom fluor har den högstaelektronnegativitet. H-F-bindningen är dock mycket stark, vilket resulterar i en mycket svag syra. En stark bindning bestäms av en kort bindningslängd och en hög dissociationsenergi. Av alla vätehalogenider har HF den kortaste bindningslängden och den största bindningsdissociationsenergin.
Halogenoxosyror
Halogenoxosyror är syror med väte, syre och halogenatomer. Deras surhet kan bestämmas med hjälp av strukturanalys. Halogenoxosyror listas nedan:
- Hypoklorsyra HOCl.
- Klorsyra HClO2.
- Klorsyra HClO3.
- Perklorsyra HClO4.
- Hypoklorsyra HOBr.
- Bromic acid HBrO3.
- Bromoic acid HBrO4.
- Hyjodic acid HOI.
- Jodonsyra HIO3.
- Metajodsyra HIO4, H5IO6.
I var och en av dessa syror är en proton bunden till en syreatom, så att jämföra protonbindningslängder är värdelöst här. Elektronegativitet spelar här en dominerande roll. Syraaktiviteten ökar med antalet syreatomer bundna till centralatomen.
Utseende och tillstånd
De huvudsakliga fysikaliska egenskaperna hos halogener kan sammanfattas i följande tabell.
| Materiens tillstånd (vid rumstemperatur) | Halogen | Utseende |
| hårt | jod | lila |
| astatine | black | |
| liquid | brom | röd-brun |
| gasformigt | fluor | blekbrun |
| klor | blekgrön |
Utseendeförklaring
Färgen på halogener är resultatet av absorption av synligt ljus av molekyler, vilket orsakar excitation av elektroner. Fluor absorberar violett ljus och ser därför ljusgul ut. Jod, å andra sidan, absorberar gult ljus och ser lila ut (gult och lila är komplementfärger). Färgen på halogener blir mörkare när perioden ökar.
I slutna behållare är flytande brom och fast jod i jämvikt med sina ångor, vilket kan observeras som en färgad gas.
Även om färgen på astatin är okänd, antas det att den måste vara mörkare än jod (dvs. svart) i enlighet med det observerade mönstret.
Nu, om du tillfrågas: "Karakterisera halogenernas fysikaliska egenskaper", kommer du att ha något att säga.
Oxidationstillståndet för halogener i föreningar
Oxidationstillstånd används ofta istället för "halogenvalens". Som regel är oxidationstillståndet -1. Men om en halogen är bunden till syre eller en annan halogen, kan den anta andra tillstånd:CO-syre -2 har prioritet. I fallet med två olika halogenatomer bundna tillsammans, råder den mer elektronegativa atomen och tar CO -1.
Till exempel, i jodklorid (ICl) har klor CO -1 och jod +1. Klor är mer elektronegativt än jod, så dess CO är -1.
I bromsyra (HBrO4) har syre CO -8 (-2 x 4 atomer=-8). Väte har ett tot alt oxidationstillstånd på +1. Att lägga till dessa värden ger CO -7. Eftersom den slutliga CO för föreningen måste vara noll, är CO för brom +7.
Det tredje undantaget från regeln är oxidationstillståndet för halogen i elementär form (X2), där dess CO är noll.
| Halogen | CO i föreningar |
| fluor | -1 |
| klor | -1, +1, +3, +5, +7 |
| brom | -1, +1, +3, +4, +5 |
| jod | -1, +1, +5, +7 |
| astatine | -1, +1, +3, +5, +7 |
Varför är SD för fluor alltid -1?
Elektronegativiteten ökar med perioden. Därför har fluor den högsta elektronegativiteten av alla grundämnen, vilket framgår av dess position i det periodiska systemet. Dess elektroniska konfiguration är 1s2 2s2 2p5. Om fluor får en elektron till fylls de yttersta p-orbitalerna helt och utgör en hel oktett. Eftersom fluor harhög elektronegativitet kan den lätt ta en elektron från en angränsande atom. Fluor är i detta fall isoelektroniskt till den inerta gasen (med åtta valenselektroner), alla dess yttre orbitaler är fyllda. I detta tillstånd är fluor mycket stabilare.
Tillverkning och användning av halogener
I naturen är halogener i tillståndet av anjoner, så fria halogener erhålls genom oxidation genom elektrolys eller med hjälp av oxidationsmedel. Till exempel framställs klor genom hydrolys av en s altlösning. Användningen av halogener och deras föreningar är mångsidig.
- Fluor. Även om fluor är mycket reaktivt, används det i många industriella tillämpningar. Till exempel är det en nyckelkomponent i polytetrafluoreten (Teflon) och vissa andra fluorpolymerer. Klorfluorkolväten är organiska kemikalier som tidigare användes som kylmedel och drivmedel i aerosoler. Deras användning har upphört på grund av deras möjliga påverkan på miljön. De har ersatts av klorfluorkolväten. Fluor läggs till tandkräm (SnF2) och dricksvatten (NaF) för att förhindra karies. Denna halogen finns i leran som används för att tillverka vissa typer av keramik (LiF), som används inom kärnkraft (UF6), för att producera antibiotikan fluorokinolon, aluminium (Na 3 AlF6), för högspänningsisolering (SF6).
- Klor har också hittat en mängd olika användningsområden. Det används för att desinficera dricksvatten och simbassänger. Natriumhypoklorit (NaClO)är huvudkomponenten i blekmedel. S altsyra används i stor utsträckning inom industri och laboratorier. Klor finns i polyvinylklorid (PVC) och andra polymerer som används för att isolera ledningar, rör och elektronik. Dessutom har klor visat sig användbart inom läkemedelsindustrin. Läkemedel som innehåller klor används för att behandla infektioner, allergier och diabetes. Den neutrala formen av hydroklorid är en komponent i många läkemedel. Klor används också för att sterilisera sjukhusutrustning och desinficera. Inom jordbruket är klor en ingrediens i många kommersiella bekämpningsmedel: DDT (diklordifenyltrikloretan) användes som insektsmedel för jordbruket, men användningen har upphört.
- Brom, på grund av dess obrännbarhet, används för att undertrycka förbränning. Det finns också i metylbromid, ett bekämpningsmedel som används för att bevara grödor och undertrycka bakterier. Den överdrivna användningen av metylbromid har dock fasats ut på grund av dess effekt på ozonskiktet. Brom används vid tillverkning av bensin, fotografisk film, brandsläckare, läkemedel för behandling av lunginflammation och Alzheimers sjukdom.
- Jod spelar en viktig roll för att sköldkörteln ska fungera korrekt. Om kroppen inte får i sig tillräckligt med jod förstoras sköldkörteln. För att förhindra struma tillsätts denna halogen till bordss alt. Jod används också som ett antiseptiskt medel. Jod finns i lösningar som används förrengöring av öppna sår, samt i desinfektionssprayer. Dessutom är silverjodid viktigt vid fotografering.
- Astatin är en radioaktiv och sällsynt jordartsmetallhalogen, så den används ännu inte någonstans. Man tror dock att detta element kan hjälpa jod i regleringen av sköldkörtelhormoner.
