ГАЛОГЕНИ: ВЛАСТИВОСТІ, СТРУКТУРА ТА ВИКОРИСТАННЯ - ХІМІЯ - 2025

Ці галогени не є металевими елементами , що належать до групи VIIA або 17 періодичної таблиці. Вони мають електронегативи і високі електронні спорідненості, що сильно впливають на іонний характер їх зв’язків з металами. Слово "галогени" має грецьке походження і означає "солеутворювачі".

Але що це за галогени? Фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) та радіоактивний та ефемерний елемент астатин (At). Вони настільки реактивні, що реагують між собою, утворюючи діатомічні молекули: F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ і At ₂ . Ці молекули характеризуються тим, що мають схожі структурні властивості (лінійні молекули), хоча і з різними фізичними станами.

Джерело: Автор W. Oelen, через Wikimedia Commons

На зображенні вище зображено три галогену. Зліва направо: хлор, бром та йод. Ні фтор, ні астатин не можуть зберігатися у скляній тарі, оскільки останні не протистоять його корозійності. Зверніть увагу, як змінюються органолептичні властивості галогенів, коли людина рухається вниз до елемента йоду.

Фтор - це газ з жовтуватими відтінками; хлор теж, але зеленувато-жовтий; бром - темно-рудувата рідина; йод, чорне тверда речовина з фіолетовим відтінком; і астастин, темне, блискуче металеве тверде тіло.

Галогени здатні реагувати практично з усіма елементами періодичної таблиці, навіть з деякими благородними газами (такими як ксенон і криптон). Після цього вони можуть окиснювати атоми до найбільш позитивних станів окислення, перетворюючи їх у потужні окислювачі.

Вони також надають молекулам специфічні властивості, коли вони зв'язують або замінюють деякі їх атоми. Такі типи сполук називають галогенідами. Насправді галогеніди є основним природним джерелом галогенів, і багато з них розчиняються в морі або входять до складу мінералу; такий випадок флюориту (CaF ₂ ).

І галогени, і галогеніди мають широкий спектр застосування; від промислових чи технологічних, до простого виділення аромату певних продуктів, таких як кам'яна сіль (хлорид натрію).

Фізичні та хімічні властивості

Атомні ваги

Фтор (F) 18,99 г / моль; Хлор (Cl) 35,45 г / моль; Бром (Br) 79,90 г / моль; Йод (I) 126,9 г / моль і астата (At) 210 г / моль,

Фізичний стан

Газова фаза; Cl газ; Рідкий бр; Я твердий і На твердий.

Колір

F, блідо-жовто-коричневий; Cl, блідо-зелений; Br, червонувато-коричневий; Я, фіолетовий та Ат, металевий чорний * * (передбачається)

Точки плавлення

F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° C; Br -7,3 ° C; I 113,7º C та при 302ºC.

Точки кипіння

F -118,12 ° C; Cl -34,04 ° C; Br 58,8 ° C; I 184,3ºС і? При 337ºС.

Щільність при 25 ° C

F- 0,0017 г / см ³ ; Cl- 0,0032 г / см ³ ; Br- 3,102 г / см ³ ; I- 4,93 г / см ³ і At- 6,2-6,5 г / см ³

Розчинність у воді

Cl- 0,091 ммоль / см ³ ; Br - 0,21 ммоль / см ³ і I - 0,0013 ммоль / см ³ .

Енергія іонізації

F- 1,681 кДж / моль; Cl-1 251 кДж / моль; Br - 1140 кДж / моль; I- 1,008 кДж / моль і At- 890 кДж / моль.

Електронегативність

F- 4,0; Cl- 3,0; Br - 2,8; I- 2.5 та At- 2.2.

Галогени мають 7 електронів у валентній оболонці, отже, їхня велика прагнення отримати електрон. Також галогени мають високу електронегативність через їх малі атомні радіуси та велике притягання, яке ядро ​​чинить на валентні електрони.

Реактивність

Галогени відрізняються високою реакційною здатністю, що потім пояснить їх токсичність. Крім того, вони є окислювачами.

Порядок зменшення реакційної здатності: F> Cl> Br> I> At.

Держава в природі

Через свою велику реакційну здатність атоми галогену не мають вільного характеру; швидше, вони виявляються утворюючи агрегати або як діатомічні молекули, пов'язані ковалентними зв'язками.

Молекулярні структури

Галогени існують у природі не як елементарні атоми, а як діатомічні молекули. Однак у них є спільне те, що вони мають лінійну молекулярну структуру, і єдина відмінність полягає у довжині їх зв'язків та їх міжмолекулярних взаємодіях.

Лінійні молекули XX (X ₂ ) характеризуються нестабільністю, оскільки обидва атоми сильно притягують пару електронів до них. Чому? Оскільки його зовнішні електрони мають дуже високий ефективний ядерний заряд, Зеф. Чим вище Зеф, тим менша відстань зв'язку XX.

Коли людина рухається вниз по групі, Зеф стає слабкішим і стабільність цих молекул збільшується. Таким чином, порядок зменшення реакційної здатності становить: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂ . Однак порівняти астатин з фтором є непридатним, оскільки досить стійкі ізотопи невідомі через його радіоактивність.

Міжмолекулярні взаємодії

З іншого боку, його молекулам не вистачає дипольного моменту, будучи неполярним. Цей факт зумовлює їх слабку міжмолекулярну взаємодію, єдиною прихованою силою якої є розсіювальна або лондонська сила, пропорційна атомній масі та молекулярній площі.

Таким чином, мала молекула F ₂ не має достатньої маси або електронів для утворення твердого тіла. На відміну від I ₂ , молекула йоду, яка все-таки залишається твердою речовиною, виділяє фіолетові пари.

Бром являє собою проміжний приклад між двома крайнощами: молекули Br ₂ взаємодіють достатньо, щоб представити себе в рідкому стані.

Астастин, ймовірно, завдяки наростаючому металевому характеру виступає не як At _2, а як Атоми, утворюючи металеві зв’язки.

Що стосується її кольорів (жовто-зеленувато-жовто-червоно-фіолетово-чорне), то найбільш відповідне пояснення базується на теорії молекулярної орбіти (ТОМ). Енергетична відстань між останньою повномолекулярною орбіталлю і наступною з найбільшою енергією (антизв'язок) долається шляхом поглинання фотона зі збільшенням довжини хвилі.

Галіди

Галогени реагують на утворення галогенідів, неорганічних чи органічних. Найбільш відомими є галогеніди водню: фторид водню (HF), хлорид водню (HCl), бромід водню (HBr) та йодид водню (HI).

Усі вони, розчинені у воді, утворюють кислотні розчини; настільки кислий, що HF може погіршити будь-яку скляну ємність. Крім того, вони вважаються вихідними матеріалами для синтезу надзвичайно сильних кислот.

Існують також так звані галогеніди металів, які мають хімічні формули, які залежать від валентності металу. Наприклад, галогеніди лужних металів мають формулу MX, і серед них: NaCl, хлорид натрію; КБр, бромід калію; CsF, фторид цезію; і LiI, йодид літію.

Галогеніди лужноземельних металів, перехідних металів або металів p-блоку мають формулу MX _n , де n - позитивний заряд металу. Таким чином, деякі приклади їх: FeCl ₃ , трихлорид заліза; MgBr ₂ , бромід магнію; AlF ₃ , трифторид алюмінію; і CuI ₂ , йодид кубюру.

Однак галогени також можуть утворювати зв’язки з атомами вуглецю; отже, вони можуть вторгнутись у складний світ органічної хімії та біохімії. Ці сполуки називаються органічними галогенідами і мають загальну хімічну формулу RX, X є будь-яким з галогенів.

Програми

Хлор

У промисловості

-Бром і хлор використовуються в текстильній промисловості для відбілювання та обробки вовни, тим самим уникаючи її усадки при намоканні.

-Використовується як дезінфікуючий засіб дітриту та для очищення питної води та басейнів. Крім того, сполуки, отримані з хлору, використовуються в пральнях і в паперовій промисловості.

-Він знаходить застосування у виробництві спеціальних батарей та хлорованих вуглеводнів. Його також використовують при переробці м’яса, овочів, риби та фруктів. Також хлор працює як бактерицидний засіб.

-Використовується для очищення та ущільнення шкіри, а також для відбілювання целюлози. Трихлорид азоту раніше використовувався як борошняний відбілювач і кондиціонер.

-Фосфеновий газ (COCl ₂ ) використовується в численних процесах промислового синтезу, а також у виробництві військових газів. Фосфен дуже токсичний і спричиняє численні випадки загибелі в Першій світовій війні, де був використаний газ.

-Цей газ також міститься в інсектицидах та фумігантах.

-NaCl - це дуже рясна сіль, яка використовується для прикорму та в консервації худоби та птиці. Крім того, його використовують у рідинах регідратації організму, як перорально, так і внутрішньовенно.

У медицині

-Атоми галогену, які зв'язуються з ліками, роблять їх більш ліпофільними. Це дозволяє лікам легше перетинати клітинні мембрани, розчиняючись у ліпідах, що входять до її складу.

-Хлор дифундує в нейрони центральної нервової системи через іонні канали, пов'язані з рецепторами нейротрансмітера GABA, тим самим виробляючи седативний ефект. Це механізм дії декількох анксіолітиків.

-HCl присутній у шлунку, де він втручається, створюючи відновлення, що сприяє переробці їжі. Крім того, HCl активує пепсин, фермент, який ініціює гідроліз білків, стадію до кишкової абсорбції білкового матеріалу.

Інші

-Салятна кислота (HCl) використовується в прибиранні ванних кімнат, у навчально-дослідних лабораторіях і в багатьох галузях промисловості.

-PVC (полівінілхлорид) - вінілохлоридний полімер, який використовується в одязі, плитці для підлоги, електричних кабелях, гнучких трубах, трубах, надувних конструкціях та черепиці. Крім того, хлор використовується як проміжний при виробництві інших пластикових матеріалів.

-Хлор використовується в екстракції брому.

-Метилхлорид виконує анестезуючу функцію. Його також використовують у виробництві певних силіконових полімерів та при видобутку жирів, олій та смол.

-Хлороформ (CHCl ₃ ) - розчинник, що використовується в багатьох лабораторіях, особливо в лабораторіях органічної хімії та біохімії, від викладання до досліджень.

-І нарешті, що стосується хлору, трихлоретилен використовується для знежирення металевих деталей.

Бром

-Бром використовується в процесі видобутку золота і при бурінні нафтових і газових свердловин. Застосовується як антипірень у пластмасовій та газовій промисловості. Бром ізолює вогонь від кисню, змушує його згаснути.

-Посередник у виробництві гідравлічних рідин, охолоджуючих та осушуючих засобів та препаратів для формування волосся. Бромід калію використовується при виготовленні фотопластин та паперів.

-Бромід калію також використовується як протисудомний засіб, але завдяки можливості, що сіль може викликати неврологічні дисфункції, її використання було зменшено. Крім того, ще одне його поширене використання - це мікросхема для вимірювання твердих зразків інфрачервоної спектроскопії.

-Бромні сполуки присутні у лікарських засобах, що застосовуються для лікування пневмонії. Крім того, сполуки брому включаються в препарати, що застосовуються в дослідженнях, проведених для лікування хвороби Альцгеймера.

-Бром використовується для зменшення забруднення ртуттю в електростанціях, які використовують вугілля як паливо. Він також використовується в текстильній промисловості для створення різних кольорових барвників.

-Метилбром використовувався як пестицид для фумігації ґрунту та побуту, але його згубна дія на озон обмежила його використання.

-Галогенні лампи розжарювання, а додавання невеликої кількості брому та йоду дозволяє зменшити розмір цибулин.

Йод

-Іод бере участь у функціонуванні щитовидної залози, регуляторного гормону метаболізму організму. Щитовидна залоза виділяє гормони Т3 і Т4, які діють на її органи-мішені. Наприклад, гормональна дія на серцевий м’яз викликає підвищення артеріального тиску та серцебиття.

-Также йод використовується для виявлення наявності крохмалю. Йодид срібла - це реагент, що використовується при розробці фотографій.

Фтор

- Деякі сполуки фтору додаються до зубних паст з метою запобігання порожнин. Похідні фтору присутні в різних анестетиків. У фармацевтичній промисловості фтор включається в препарати для вивчення можливих поліпшень його впливу на організм.

-Фтофторова кислота використовується для травлення скла. Також у виробництві галонів (гази пожежогасіння, такі як фреон). Для електролізу алюмінію для його очищення використовується сполука фтору.

-Антирефлексивні покриття містять сполуку фтору. Це використовується у виробництві плазмових екранів, плоских екранів та мікроелектромеханічних систем. Фтор також присутній у глині, яка використовується в деяких кераміках.

Астатус

Вважається, що астатин може допомогти йоду в регуляції роботи щитовидної залози. Також його радіоактивний ізотоп ( ²¹⁰ At) був використаний у дослідженнях раку на мишах.

Список літератури

1. Енциклопедія охорони праці та техніки безпеки на виробництві. Галогени та їх сполуки. . Взято від:
2. зайнятості.gob.es
3. Хімія LibreTexts. Група 17: Загальні властивості галогенів. Взято з: chem.libretexts.org
4. Вікіпедія. (2018). Галоген. Взято з: en.wikipedia.org
5. Джим Кларк. (Травень 2015 р.) Атомні та фізичні властивості елементів 7 групи (галогени). Взято з: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML та Stanley, GG Chemistry (2003), 8-е видання. Cengage Learning.
7. Елементи. Галогени Взято з: elements.org.es
8. Коричневий, Лорел. (24 квітня 2017 р.). Халогенні характеристики. Наукові роботи. Відновлено: sciaching.com