Галогены

Галоге́ны (от греч. ἅλς, род. падеж ἁλός – соль и ...генез; галоиды), химические элементы 17-й группы длинной формы периодической системы: фтор, хлор, бром, иод и астат. Теннессин формально относится к галогенам. Молекулы двухатомны. Внешняя электронная оболочка атомов имеет конфигурацию s2 p5 . С увеличением атомной массы галогенов возрастают их ионный и ковалентный радиусы, уменьшаются энергии ионизации и электроотрицательность.

Характеристика галогенов

Показатель F Cl Br I At
Порядковый номер 9 17 35 53 85
Атомная масса 18,9984032 35,453 79,904 126,90447 [209,9871]
Ионный радиус Х (координационное число 6), пм 133 184 182 206
Межъядерное расстояние в молекуле, нм 0,14165 0,1988 0,228107 0,206
Энергия диссоциации молекулы, кДж/моль 158 239,2 190,1 148,8
Энергия ионизации Х0 →Х+ , кДж/моль 1681 1256 1142 1008 914
Сродство к электрону Х, эВ 3,45 3,61 3,37 3,08
Электроотрицательность по Полингу 3,98 3,16 2,8 2,66 2,2
tпл , °C –219,62 –100,98 –7,25 113,7 244
tкип , °C –188,14 –33,97 59,2 184,3 309
Плотность, г/см3 1,5620 (–196 °C) 1,5649 (–35 °C) 3,1055 (25 °C) 3,97 (20 °C)

Галогены характеризуются наибольшими среди всех элементов значениями сродства к электрону. Наиболее электроотрицателен фтор. Сродство атомов галогенов к электрону и энергия диссоциации молекул возрастают от фтора к хлору, а затем уменьшаются к иоду.

Степени окисления галогенов: –1 (наиболее характерная); +1 (НОF, НХО и др.); +3 у Cl и Вr (НХО2 , XF3 ); +4 у Cl, Вr, I (ХO2 ); +5 (НХO3 , XF5 и др.); +6 у Cl (Cl2 Об ); +7 у Cl, Вr и I (HClO4 , Cl2 O7 , НВrO4 , IF7 и др.).

При обычных условиях F2 и Cl2газы, Вr2жидкость, I2 и At2твёрдые вещества.

С увеличением атомной массы окраска галогенов становится более интенсивной − от бледно-жёлтой у фтора до тёмно-красной у брома и тёмно-фиолетовой у иода. В твёрдом состоянии галогены образуют молекулярные кристаллы. Жидкие галогены − диэлектрики. Все галогены, кроме фтора, растворяются в воде; иод растворяется хуже, чем хлор и бром; F2 окисляет воду до О2 , О3 и фторидов кислорода. В водных растворах Cl2 и Вr2 образуют гидраты Х2 ∙nН2 О и гипогалогенитионы ОХ ; Вr2 и I2 хорошо растворяются в хлороформе СНCl3 , сероуглероде CS2 , этаноле и других органических растворителях.

Невысокие энергии диссоциации молекул галогенов (существенно меньшие, чем у О2 , Н2 и N2 ) и большое сродство атомов к электрону определяют их высокую реакционную способность. Галогены − сильные окислители. Наиболее активен фтор, образующий соединения со всеми химическими элементами, кроме Не, Ne и Аr. Реакционная способность галогенов убывает с увеличением атомной массы и обычно возрастает в присутствии влаги и других галогенов. Водород с галогенами образует галогеноводороды НХ. Энтальпии их образования очень мало зависят от температуры и уменьшаются от HF к HI. Термическая устойчивость в этом ряду также уменьшается. Растворы соляной кислоты НСl, бромоводорода НВr и иодоводорода HI в воде – сильные кислоты, раствор фтороводорода HF – кислота средней силы.

С металлами и неметаллами галогены образуют галогениды, друг с другом – межгалогенные соединения. С кислородом Сl2 , Вr2 и I2 дают оксиды, F2 – фториды кислорода. Все галогены (кроме фтора) образуют неустойчивые кислородсодержащие кислоты НХО, НХО2 , НХО3 и НХО4 ; их кислотные свойства в указанном ряду усиливаются, а окислительная активность убывает. Особые группы соединений − гидрогалогениды (среди которых наиболее устойчивы гидрофториды металлов), например МН2 Х3 , и полигалогениды, например K[СlF2 ].

Фтор вытесняет хлор из его соединений с более электроположительными элементами, хлор вытесняет бром, а бром – иод (). С другой стороны, иод вытесняет бром и хлор из кислородсодержащих кислот и их солей, в которых галогены заряжены положительно (). Высшие степени окисления многих химических элементов стабилизируются фтором. Известны, например, NiF3 , AuF5 , ReF7 , дифторид криптона, фториды ксенона, соединения, содержащие в молекуле катион NF4 + , анион FeFg6 2– , CoFg6 2– . Галогены взаимодействуют со многими органическими соединениями, замещая атомы Н, присоединяясь по кратным связям или разлагая органические вещества до галогенопроизводных метана. Многие углеводороды горят или взрываются в атмосфере F2 .

Ионы галогенов в виде лигандов входят в состав молекул многочисленных комплексных соединений, фтор и хлор участвуют в образовании мостиковых связей, например в Аl2 Cl6 , Ta4 F20 . Наиболее активны атомарные и ионизированные галогены, которые получают в плазме, газовых разрядах или термокаталитическим разложением молекул Х2 и используют для синтеза термически нестойких галогенидов или ионного травления поверхностей металлов, полупроводниковых материалов.

Галогены (за исключением астата) широко распространены в природе; они входят в состав многих минералов (например, атакамит, кридит, флуорит и др.), содержатся в морской воде; в свободном виде не встречаются. Все галогены ядовиты и обладают бактерицидными свойствами.

Файл:Сростки пластинчатых кристаллов атакамита на корке хризоколлы. Провинция Копьяпо (регион Атакама, Чили).webp
Сростки пластинчатых кристаллов атакамита на корке хризоколлы. Провинция Копьяпо (регион Атакама, Чили).
Соединения, напоминающие по химическим свойствам галогены, например дициан (CN)2 , диоксоциан (CON)2 , дитиоциан (SCN)2 , называются псевдогалогенами, а соли металлов, содержащие группы CN, CON, SСN, – псевдогалогенидами.

Литература

[править | править код]
  • Неорганическая химия. Химия элементов. Т. 2 / Ю. Д. Третьяков, Л. И. Мартыненко, А. Н. Григорьев, А. Ю. Цивадзе. – 2-е изд., перераб. и доп. – Москва : Издательство Московского университета : Академкнига, 2007.
Материалы портала bigenc.ru переданы в ведение АНО «Интернет-энциклопедия «РУВИКИ» на основе лицензионного соглашения. Возможны неточности в отображении материалов. Если у вас возникли вопросы или вы увидели ошибку, пожалуйста, сообщите нам на info@ruwiki.ru