Галогены

Реферат

Галогены

Содержание

Введение

Глава I. Свойства галогенов

1.1. Физические свойства

А) Фтор

Б) Хлор

В) Бром

Г) Иод

Д) Астат

1.2. Химические свойства

Глава II. Получение и применение

Заключение

Литература

Введение

Галогены (от греч. halos - соль и genes - рождающий, рождённый) находятся в главной подгруппе VII группы периодической системы химических элементов.

К галогенам относят фтор, хлор, бром, иод и астат.

На наружном энергетическом уровне атомов галогенов находятся семь электронов:

До восьми электронов (октета) на наружном энергетическом уровне, т.е. до устойчивого состояния атомов, характерного для благородных газов, атомам галогенов недостаёт по одному электрону. К тому же атомы галогенов по сравнению с атомами металлов того же периода обладают б?льшим зарядом ядра, меньшим атомным радиусом и имеют по одному неспаренному электрону. Поэтому атомы всех галогенов энергично присоединяют недостающий электрон. Например,

Cl0 + з > Cl-.

Галогены являются сильными окислителями. Их молекулы состоят из двух атомов:

Фтор в химических реакциях проявляет только окислительные свойства, и для не-го характерна степень окисления -1. Остальные галогены мо-гут проявлять и восстановительные свойства при взаимодейст-вии с более электроотрицательными элементами - фтором, кислородом, азотом, при этом степени их окисления могут принимать значения +1, +3, +5, +7. Восстановительные свой-ства галогенов усиливаются от хлора к йоду, что связано с рос-том радиусов их атомов: атомы хлора примерно вдвое меньше, чем у йода.

Глава I. Свойства галогенов

1.1. Физические свойства

А) Фтор

Фтор (лат. Fluorum), F - химический элемент VII группы периодической си-стемы Менделеева, относится к галогенам, атомный номер 9, атомная масса 18,998403; при нормаль-ных условиях (0 С; 0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2) - газ бледно-жёлтого цвета с резким запахом.

Природный фтор состоит из одного ста-бильного изотопа 19F. Искусственно полу-чены пять радиоактивных изотопов: 16F с периодом полураспада Т1/2 < 1 сек, 17F(Т1/2 = 70 сек), 18F (Т1/2 = 111 мин), 20F (Т1/2 = 11,4 сек), 21F(Т1/2 = 5 сек).

Среднее содержание фтора в земной коре 6,25*10-2% по массе; в кислых изверженных породах (гра-нитах) оно составляет 8*10-2%, в ос-новных - 3,7*10-2%, в ультраоснов-ных - 10-2%. Фтор присутствует в вулка-нических газах и термальных водах. Важ-нейшие соединения фтора - флюорит, крио-лит и топаз. Всего известно 86 фторсодержащих мине-ралов. Соединения фтора находятся также в апатитах, фосфоритах и других. Фтор - важный биогенный элемент. В истории Земли источником поступления фтора в био-сферу были продукты извержения вулка-нов (газы и др.).

Газообразный фтор имеет плотность 1,693 г/л (0 С и 0,1 Мн/м2, или 1 кгс/см2), жидкий - 1,5127 г/см3 (при температуре кипения); tпл -219,61 °С; tкип -188,13 °С. Молекула фтора состоит из двух атомов (F2); при 1000 °С 50% молекул диссоциирует, энер-гия диссоциации около 155±4 кдж/моль (37±1 ккал/моль). Фтор плохо раство-рим в жидком фтористом водороде; раст-воримость 2,5*10-3 г в 100 г НF при -70 °С и 0,4*10-3 г при -20 °С; в жидком виде неограниченно растворим в жидком кислороде и озоне. Конфигурация внешних электронов атома фтора 2s2 2р5. В соеди-нениях проявляет степень окисления -1. Ковалентный радиус атома 0,72А, ион-ный радиус 1,33А. Сродство к электрону 3,62 эв, энергия ионизации (F F+) 17,418 эв. Высокими значениями сродства к электрону и энергии ионизации объяс-няется сильная электроотрицательность атома фтора, наибольшая среди всех других элементов. Высокая реакционная спо-собность фтора обусловливает экзотермичность фторирования, которая, в свою очередь, определяется аномально малой ве-личиной энергии диссоциации молекулы фтора и большими величинами энергии связей атома фтора с другими атомами.

Б) Хлор

Хлор (лат. Chlorum), Cl - химический элемент VII группы периодической системы Менде-леева, атомный номер 17, атомная масса 35,453; относится к семейству галогенов. При нормальных условиях (0 °С, 0,1 Мн/м2) жёлто-зелёный газ с резким раздражающим запахом. Природный хлор состоит из двух стабильных изотопов: 35Cl (75,77%) и 37Cl (24,23%). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми чис-лами 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 и периодами полураспада Т1/2 соответственно 0,31; 2,5; 1,56 сек; 3,1*105 лет; 37,3; 55,5 и 1,4 мин. 36Cl и 38Cl используются как изотопные индикаторы.

Xлор встречается в природе только в виде соединений. Среднее содержание хлора в земной коре 1,7*10-2% по массе, в кислых изверженных поро-дах - гранитах 2,4*10-2, в основ-ных и ультраосновных 5*10-3. Основную роль в истории хлора в земной коре играет вод-ная миграция. В виде иона Cl- он содер-жится в Мировом океане (1,93%), под-земных рассолах и соляных озерах. Число собственных минералов (преимущественно природных хлоридов) 97, главный из них - галит NаCl. Изве-стны также крупные месторождения хлоридов калия и магния и смешанных хлоридов: сильвин КCl, сильвинит (Nа, К) Cl, карналлит КCl*МgCl2*6Н2О, каинит КCl*МgSO4*ЗН2О, бишофит МgCl2*6Н2О. В истории Земли большое значение имело поступление содержаще-гося в вулканических газах НCl в верхние ча-сти земной коры.

Xлор имеет tкип - 34,05 °С, tпл - 101 °С. Плотность газообразного хлора при нормальных условиях 3,214 г/л; насыщенного пара при 0 °С 12,21 г/л; жид-кого хлора при температуре кипения 1,557 г/см3; твёрдого хлора при -102 °С 1,9 г/см3. Давление насыщенных паров хлора при 0 °С 0,369; при 25 °С 0,772; при 100 °С 3,814 Мн/м2 или соответственно 3,69; 7,72; 38,14 кгс/см2. Те-плота плавления 90,3 кдж/кг (21,5 кал/г); теплота испарения 288 кдж/кг (68,8 кал/г); теплоёмкость газа при постоянном давле-нии 0,48 кдж/(кг*К) [0,11 кал/(г*°С)]. Xлор хорошо растворяется в ТiСl4, SiCl4, SnCl4 и некоторых органических растворителях (особенно в гексане и четырёххлористом углероде). Мо-лекула хлора двухатомна (Cl2). Степень термической диссоциации Cl2+243 кдж 2Cl при 1000 К равна 2,07*10-4%, при 2500 К 0.909%.

Внешняя электронная конфигурация атома Сl Зs2 3р5. В соответствии с этим хлор в соединениях проявляет степени окис-ления -1, +1, +3, +4, +5, +6 и +7. Ковалентный радиус атома 0,99А, ионный радиус Сl- 1,82А, сродство атома хлора к электрону 3,65 эв, энергия ионизации 12,97 эв.

В) Бром

Бром (лат. Bromum), Br - химический эле-мент VII группы периодической системы Мен-делеева, относится к галогенам, атомный номер 35, атомная масса 79,904; красно-бурая жид-кость с сильным неприятным запа-хом. Бром открыт в 1826 французским химиком А. Ж. Баларом при изучении рассолов средиземноморских соляных промыслов; назван от греческого bromos - зловоние. При-родный бром состоит из 2 стабильных изо-топов 79Br (50,34%) и 81Br (49,46%). Из искусственно полученных радиоактив-ных изотопов брома наиболее интересен 80Вr, на примере которого И. В. Курчатовым открыто явление изомерии атомных ядер.

Содержание брома в земной коре (1,6*l0-4% по массе) оценивается в 1015-1016 т. В главной своей массе бром находится в рас-сеянном состоянии в магматических породах, а также в широко распространённых галогенидах. Бром - постоянный спутник хлора. Бромистые соли (NaBr, KBr, MgBr2) встречаются в отложениях хлористых солей (в поваренной соли до 0,03% Br, в калийных солях - сильвине и карналлите - до 0,3% Вr), а также в морской воде (0,065% Br), рапе соляных озёр (до 0,2% Br) и подземных рассолах, обычно связанных с соляными и нефтя-ными месторождениями (до 0,1% Br). Благодаря хорошей растворимости в воде бромистые соли накопляются в остаточ-ных рассолах морских и озёрных водоё-мов. Бром мигрирует в виде легко раство-римых соединений, очень редко образуя твёрдые минеральные формы, представ-ленные бромиритом AgBr, эмболитом Ag (Сl, Br) и иодэмболитом Ag (Сl, Вr, I). Образование минералов происходит в зонах окисления сульфидных серебро-содержащих месторождений, формирую-щихся в засушливых пустынных облас-тях.

При -7,2°С жид-кий бром застывает, превращаясь в красно-коричневые игольчатые кристаллы со слабым металлическим блеском. Пары брома жёлто-бурого цвета, tкип 58,78°С. Плот-ность жидкого брома (при 20°С) 3,1 г/см3. В воде бром растворим ограниченно, но лучше других галогенов (3,58 г брома в 100 г Н2О при 20°С). Ниже 5,84°С из воды осаждаются гранатово-красные кристаллы Br2*8H2O. Особенно хорошо растворим бром во многих органических раство-рителях, чем пользуются для извлечения его из водных растворов. Бром в твердом, жидком и газообразном состоянии состо-ит из 2-атомных молекул. Заметная диссоциация на атомы начинается при температуре около 800°С; диссоциация наблю-дается и при действии света.

Г) Иод

Иод (лат. Iodium), I - химический элемент VII группы периодической системы Менделе-ева, относится к галогенам (в литературе встречается также символ J); атомный номер 53, атомная масса 126,9045; кри-сталлы черно-серого цвета с металлическим блеском. Природный иод состоит из одного стабильного изотопа с массовым числом 127. Иод открыл в 1811 французский химик Б. Куртуа. Нагревая маточный рассол золы морских водорослей с концентриро-ванной серной кислотой, он наблюдал выде-ление фиолетового пара (отсюда название иод - от греческого iodes, ioeides - похожий цветом на фиалку, фиолетовый), который конденсировался в виде темных блестя-щих пластинчатых кристаллов. В 1813 - 1814 французский химик Ж.Л. Гей-Люссак и английский химик Г. Дэви доказали элементар-ную природу иода.

Страницы: 1, 2