Halogeenit jaksollisessa taulukossa sijaitsevat jalokaasujen vasemmalla puolella. Nämä viisi myrkyllistä ei-metallista alkuainetta ovat jaksollisen taulukon ryhmässä 7. Näitä ovat fluori, kloori, bromi, jodi ja astatiini. Vaikka astatiini on radioaktiivinen ja siinä on vain lyhytikäisiä isotooppeja, se käyttäytyy kuten jodi ja luokitellaan usein halogeeniksi. Koska halogeenielementeissä on seitsemän valenssielektronia, ne tarvitsevat vain yhden ylimääräisen elektronin muodostaakseen täyden oktetin. Tämä ominaisuus tekee niistä reaktiivisempia kuin muut ei-metalliryhmät.
Yleiset ominaisuudet
Halogeenit muodostavat kaksiatomisia molekyylejä (tyyppiä X2, jossa X tarkoittaa halogeeniatomia) - halogeenien olemassaolon vakaa muoto vapaiden alkuaineiden muodossa. Näiden kaksiatomisten molekyylien sidokset ovat ei-polaarisia, kovalenttisia ja yksittäisiä. Halogeenien kemiallisten ominaisuuksien ansiosta ne yhdistyvät helposti useimpien alkuaineiden kanssa, joten ne eivät koskaan esiinny luonnossa yhdistymättöminä. Fluori on aktiivisin halogeeni ja astiini vähiten.
Kaikki halogeenit muodostavat ryhmän I suoloja vastaavien kanssaominaisuuksia. Näissä yhdisteissä halogeenit ovat läsnä halogenidianioneina, joiden varaus on -1 (esimerkiksi Cl-, Br-). Pääte -id osoittaa halogenidianionien läsnäolon; esim. Cl- kutsutaan "kloridiksi".
Lisäksi halogeenien kemiallisten ominaisuuksien ansiosta ne voivat toimia hapettimina - hapettaa metalleja. Useimmat kemialliset reaktiot, joihin liittyy halogeeneja, ovat redox-reaktioita vesiliuoksessa. Halogeenit muodostavat yksinkertaisia sidoksia hiilen tai typen kanssa orgaanisissa yhdisteissä, joissa niiden hapetusaste (CO) on -1. Kun halogeeniatomi korvataan kovalenttisesti sitoutuneella vetyatomilla orgaanisessa yhdisteessä, etuliitettä halo- voidaan käyttää yleisessä merkityksessä tai etuliitteitä fluori-, kloori-, bromi-, jodi- tietyille halogeeneille. Halogeenielementit voidaan silloittaa muodostamaan kaksiatomisia molekyylejä polaarisilla kovalenttisilla yksinkertaisilla sidoksilla.
Kloori (Cl2) oli ensimmäinen vuonna 1774 löydetty halogeeni, jota seurasi jodi (I2), bromi (Br). 2), fluoria (F2) ja astatiinia (At, löydettiin viimeksi vuonna 1940). Nimi "halogeeni" tulee kreikkalaisista juurista hal- ("suola") ja -gen ("muodostaa"). Yhdessä nämä sanat tarkoittavat "suolan muodostamista", mikä korostaa sitä tosiasiaa, että halogeenit reagoivat metallien kanssa muodostaen suoloja. Haliitti on kivisuolan nimi, luonnollinen mineraali, joka koostuu natriumkloridista (NaCl). Ja lopuksi halogeeneja käytetään jokapäiväisessä elämässä - fluoria löytyy hammastahnasta, kloori desinfioi juomavettä ja jodi edistää hormonien tuotantoa.kilpirauhanen.
Kemialliset alkuaineet
Fluori on alkuaine, jonka atominumero on 9 ja jota merkitään symbolilla F. Alkuainefluori löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1886 eristämällä se fluorivetyhaposta. Vapaassa tilassaan fluori esiintyy kaksiatomisena molekyylinä (F2) ja on maankuoren runsain halogeeni. Fluori on jaksollisen järjestelmän elektronegatiivisin alkuaine. Huoneenlämmössä se on vaaleankeltaista kaasua. Fluorilla on myös suhteellisen pieni atomisäde. Sen CO on -1, paitsi alkuainediatomisessa tilassa, jossa sen hapetusaste on nolla. Fluori on erittäin reaktiivinen ja vuorovaikutuksessa suoraan kaikkien alkuaineiden kanssa paitsi heliumin (He), neonin (Ne) ja argonin (Ar) kanssa. H2O-liuoksessa fluorivetyhappo (HF) on heikko happo. Vaikka fluori on voimakkaasti elektronegatiivinen, sen elektronegatiivisuus ei määritä happamuutta; HF on heikko happo, koska fluori-ioni on emäksinen (pH> 7). Lisäksi fluori tuottaa erittäin voimakkaita hapettimia. Esimerkiksi fluori voi reagoida inertin kaasun ksenonin kanssa muodostaen vahvan hapettimen ksenondifluoridin (XeF2). Fluorilla on monia käyttötarkoituksia.
Kloori on alkuaine, jonka atominumero on 17 ja kemiallinen symboli Cl. Löydettiin vuonna 1774 eristämällä se suolahaposta. Alkuainetilassaan se muodostaa diatomisen molekyylin Cl2. Kloorilla on useita CO:ita: -1, +1, 3, 5 ja7. Huoneenlämmössä se on vaaleanvihreä kaasu. Koska kahden klooriatomin välille muodostuva sidos on heikko, Cl2-molekyylillä on erittäin korkea kyky päästä yhdisteiksi. Kloori reagoi metallien kanssa muodostaen suoloja, joita kutsutaan klorideiksi. Kloori-ionit ovat yleisimpiä merivedestä löytyviä ioneja. Kloorilla on myös kaksi isotooppia: 35Cl ja 37Cl. Natriumkloridi on yleisin kaikista klorideista.
Bromi on kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 35 ja symboli Br. Se löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1826. Alkuainemuodossaan bromi on kaksiatominen molekyyli Br2. Huoneenlämmössä se on punertavanruskea neste. Sen CO on -1, +1, 3, 4 ja 5. Bromi on aktiivisempi kuin jodi, mutta vähemmän aktiivinen kuin kloori. Lisäksi bromilla on kaksi isotooppia: 79Br ja 81Br. Bromi esiintyy meriveteen liuotettuina bromidisuoloina. Viime vuosina bromidin tuotanto maailmassa on lisääntynyt merkittävästi sen saatavuuden ja pitkän käyttöiän ansiosta. Kuten muutkin halogeenit, bromi on hapettava aine ja erittäin myrkyllinen.
Jodi on kemiallinen alkuaine, jonka atominumero on 53 ja symboli I. Jodilla on hapetustilat: -1, +1, +5 ja +7. Esiintyy diatomisena molekyylinä, I2. Huoneenlämmössä se on violetti kiinteä aine. Jodilla on yksi stabiili isotooppi, 127I. Löydettiin ensimmäisen kerran vuonna 1811merilevän ja rikkihapon kanssa. Tällä hetkellä jodi-ioneja voidaan eristää merivedessä. Vaikka jodi ei liukene kovinkaan veteen, sen liukoisuutta voidaan lisätä käyttämällä erillisiä jodideja. Jodilla on tärkeä rooli elimistössä ja se osallistuu kilpirauhashormonien tuotantoon.
Astatiini on radioaktiivinen alkuaine, jonka atominumero on 85 ja symboli At. Sen mahdolliset hapetustilat ovat -1, +1, 3, 5 ja 7. Ainoa halogeeni, joka ei ole kaksiatominen molekyyli. Normaaleissa olosuhteissa se on musta metallinen kiinteä aine. Astatiini on hyvin harvinainen alkuaine, joten siitä tiedetään vähän. Lisäksi astatiinilla on hyvin lyhyt puoliintumisaika, enintään muutama tunti. Saatu vuonna 1940 synteesin tuloksena. Uskotaan, että astatiini on samanlainen kuin jodi. Sisältää metallisia ominaisuuksia.
Alla oleva taulukko näyttää halogeeniatomien rakenteen, elektronien ulkokerroksen rakenteen.
| Halogeeni | Elektronikokoonpano |
| Fluori | 1s2 2s2 2p5 |
| Kloori | 3s2 3p5 |
| Bromi | 3d10 4s2 4p5 |
| Jodi | 4d10 5s2 5p5 |
| Astatine | 4f14 5p106s2 6p5 |
Elektronien ulkokerroksen samanlainen rakenne määrittää, että halogeenien fysikaaliset ja kemialliset ominaisuudet ovat samanlaiset. Näitä elementtejä verrattaessa havaitaan kuitenkin myös eroja.
Jaksottaiset ominaisuudet halogeeniryhmässä
Yksinkertaisten aineiden fysikaaliset ominaisuudet halogeenit muuttuvat elementtimäärän kasvaessa. Paremman ymmärryksen ja selkeyden vuoksi tarjoamme sinulle useita taulukoita.
Ryhmän sulamis- ja kiehumispisteet nousevat molekyylin koon kasvaessa (F <Cl
Taulukko 1. Halogeenit. Fysikaaliset ominaisuudet: sulamis- ja kiehumispisteet
| Halogeeni | Sulamislämpötila (˚C) | Kiehumispiste (˚C) |
| Fluori | -220 | -188 |
| Kloori | -101 | -35 |
| Bromi | -7,2 | 58.8 |
| Jodi | 114 | 184 |
| Astatine | 302 | 337 |
Atomisäde kasvaa
Ytimen koko kasvaa (F < Cl < Br < I < At), kun protonien ja neutronien määrä kasvaa. Lisäksi jokaisella jaksolla lisätään yhä enemmän energiatasoja. Tämä johtaa suurempaan kiertoradaan ja siten atomin säteen kasvuun.
Taulukko 2. Halogeenit. Fysikaaliset ominaisuudet: atomisäde
| Halogeeni | Kovalenttinen säde (pm) | Ionic (X-) säde (pm) |
| Fluori | 71 | 133 |
| Kloori | 99 | 181 |
| Bromi | 114 | 196 |
| Jodi | 133 | 220 |
| Astatine | 150 |
Ionisaatioenergia laskee
Jos ulommat valenssielektronit eivät ole lähellä ydintä, niiden poistaminen siitä ei vie paljon energiaa. Siten ulomman elektronin ulos työntämiseen tarvittava energia ei ole yhtä suuri elementtiryhmän alaosassa, koska energiatasoja on enemmän. Lisäksi korkea ionisaatioenergia saa elementin osoittamaan ei-metallisia ominaisuuksia. Jodi- ja astatiininäytössä on metallisia ominaisuuksia, koska ionisaatioenergia vähenee (At < I < Br < Cl < F).
Taulukko 3. Halogeenit. Fysikaaliset ominaisuudet: ionisaatioenergia
| Halogeeni | Ionisaatioenergia (kJ/mol) |
| fluori | 1681 |
| kloori | 1251 |
| bromi | 1140 |
| jodi | 1008 |
| astatiini | 890±40 |
Elektronegatiivisuus pienenee
Atomissa olevien valenssielektronien määrä kasvaa energiatasojen kasvaessa asteittain alemmilla tasoilla. Elektronit ovat asteittain kauempana ytimestä; Siten ydin ja elektronit eivät kumpikaan vedä toisiaan puoleensa. Suojauksen lisääntyminen on havaittavissa. Siksi elektronegatiivisuus pienenee ajanjakson kasvaessa (At < I < Br < Cl < F).
Taulukko 4. Halogeenit. Fysikaaliset ominaisuudet: elektronegatiivisuus
| Halogeeni | Elektronegatiivisuus |
| fluori | 4.0 |
| kloori | 3.0 |
| bromi | 2.8 |
| jodi | 2.5 |
| astatiini | 2.2 |
Elektronien affiniteetti pienenee
Kun atomin koko kasvaa jakson myötä, elektronien affiniteetti pyrkii pienenemään (B < I < Br < F < Cl). Poikkeuksena on fluori, jonka affiniteetti on pienempi kuin kloorilla. Tämä voidaan selittää fluorin pienemmällä koosta klooriin verrattuna.
Taulukko 5. Halogeenien elektroniaffiniteetti
| Halogeeni | Elektroniaffiniteetti (kJ/mol) |
| fluori | -328.0 |
| kloori | -349.0 |
| bromi | -324.6 |
| jodi | -295.2 |
| astatiini | -270.1 |
Alkuaineiden reaktiivisuus laskee
Halogeenien reaktiivisuus laskee ajan myötä (numerolla <I
Epäorgaaninen kemia. Vety + halogeenit
Halogenidi muodostuu, kun halogeeni reagoi toisen, vähemmän elektronegatiivisen alkuaineen kanssa muodostaen binäärisen yhdisteen. Vety reagoi halogeenien kanssa muodostaen HX-halogenideja:
- fluorivety HF;
- kloorivety HCl;
- vetybromidi HBr;
- hydrojodi HI.
Halogenidit liukenevat helposti veteen muodostaen halogenidivetyhappoja (fluorivety, kloorivety, bromivety, jodivety) happoja. Näiden happojen ominaisuudet on annettu alla.
Hapot muodostuvat seuraavassa reaktiossa: HX (aq) + H2O (l) → Х- (aq) + H 3O+ (aq).
Kaikki halogenidit muodostavat vahvoja happoja paitsi HF.
Halogenivetyhappojen happamuus kasvaa: HF <HCl <HBr <HI.
Fluorivetyhappo voi kaivertaa lasia ja joitakin epäorgaanisia fluorideja pitkään.
Saattaa tuntua ristiriitaiselta, että HF on heikoin halogenidivetyhappo, koska fluorilla on korkeinelektronegatiivisuus. H-F-sidos on kuitenkin erittäin vahva, jolloin tuloksena on erittäin heikko happo. Vahvan sidoksen määrää lyhyt sidoksen pituus ja korkea dissosiaatioenergia. Kaikista vetyhalogenideista HF:llä on lyhin sidospituus ja suurin sidoksen dissosiaatioenergia.
Halogeenioksohapot
Halogeenioksohapot ovat happoja, joissa on vety-, happi- ja halogeeniatomeja. Niiden happamuus voidaan määrittää rakenneanalyysillä. Halogeenioksohapot on lueteltu alla:
- Hypokloorihappo HOCl.
- Kloorihappo HClO2.
- Kloorihappo HClO3.
- Perkloorihappo HClO4.
- Hypokloorihappo HOBr.
- Bromihappo HBrO3.
- Bromihappo HBrO4.
- Hyjodihappo HOI.
- Jodihappo HIO3.
- Metajodihappo HIO4, H5IO6.
Jokaisessa näistä hapoista protoni on sitoutunut happiatomiin, joten protonisidosten pituuksien vertailu on tässä hyödytöntä. Elektronegatiivisuudella on tässä hallitseva rooli. Happoaktiivisuus lisääntyy keskusatomiin sitoutuneiden happiatomien määrän myötä.
Ulkonäkö ja aineen tila
Halogeenien tärkeimmät fysikaaliset ominaisuudet voidaan tiivistää seuraavaan taulukkoon.
| Aineen tila (huoneenlämpötilassa) | Halogeeni | Ulkonäkö |
| kova | jodi | violetti |
| astatiini | musta | |
| neste | bromi | puna-ruskea |
| kaasumainen | fluori | vaaleanruskea |
| kloori | vaaleanvihreä |
Ulkonäköselitys
Halogeenien väri on seurausta näkyvän valon molekyylien absorptiosta, mikä aiheuttaa elektronien virittymisen. Fluori imee violettia valoa ja näyttää siksi vaaleankeltaiselta. Toisa alta jodi imee keltaista valoa ja näyttää violetilta (keltainen ja violetti ovat toisiaan täydentäviä värejä). Halogeenien väri tummenee ajanjakson pidentyessä.
Suljetuissa säiliöissä nestemäinen bromi ja kiinteä jodi ovat tasapainossa höyryjensä kanssa, mikä voidaan havaita värillisenä kaasuna.
Vaikka astatiinin väriä ei tunneta, sen oletetaan olevan jodia tummempi (eli musta) havaitun kuvion mukaisesti.
Nyt, jos sinulta kysytään: "Luomoi halogeenien fysikaaliset ominaisuudet", sinulla on sanottavaa.
Yhdisteiden halogeenien hapetusaste
Hapetustilaa käytetään usein "halogeenivalenssin" sijaan. Yleensä hapetusaste on -1. Mutta jos halogeeni on sitoutunut happeen tai toiseen halogeeniin, se voi saada muita tiloja:CO-happi -2 on etusijalla. Kun kaksi erilaista halogeeniatomia on sitoutunut yhteen, elektronegatiivisempi atomi on vallitseva ja ottaa CO -1.
Esimerkiksi jodikloridissa (ICl) kloorissa on CO -1 ja jodissa +1. Kloori on elektronegatiivisempi kuin jodi, joten sen CO on -1.
Bromihapossa (HBrO4) hapessa on CO -8 (-2 x 4 atomia=-8). Vedyn yleinen hapetusaste on +1. Näiden arvojen lisääminen antaa CO -7. Koska yhdisteen lopullisen CO:n on oltava nolla, bromin CO on +7.
Kolmas poikkeus sääntöön on alkuainemuodossa olevan halogeenin hapetusaste (X2), jossa sen CO on nolla.
| Halogeeni | CO yhdisteissä |
| fluori | -1 |
| kloori | -1, +1, +3, +5, +7 |
| bromi | -1, +1, +3, +4, +5 |
| jodi | -1, +1, +5, +7 |
| astatiini | -1, +1, +3, +5, +7 |
Miksi fluorin SD on aina -1?
Elektronegatiivisuus kasvaa ajan myötä. Siksi fluorilla on kaikista alkuaineista suurin elektronegatiivisuus, mikä näkyy sen sijainnissa jaksollisessa taulukossa. Sen elektroninen kokoonpano on 1s2 2s2 2p5. Jos fluori saa yhden elektronin lisää, uloimmat p-orbitaalit täyttyvät täysin ja muodostavat täyden oktetin. Koska fluorilla onkorkea elektronegatiivisuus, se voi helposti ottaa elektronin viereisestä atomista. Fluori on tässä tapauksessa isoelektronista inertille kaasulle (kahdeksalla valenssielektronia), sen kaikki ulommat kiertoradat ovat täynnä. Tässä tilassa fluori on paljon vakaampi.
Halogeenien tuotanto ja käyttö
Luonnossa halogeenit ovat anionimuodossa, joten vapaita halogeeneja saadaan hapettamalla elektrolyysillä tai hapettimien avulla. Esimerkiksi klooria syntyy suolaliuoksen hydrolyysillä. Halogeenien ja niiden yhdisteiden käyttö on monipuolista.
- Fluori. Vaikka fluori on erittäin reaktiivista, sitä käytetään monissa teollisissa sovelluksissa. Se on esimerkiksi polytetrafluorietyleenin (teflon) ja joidenkin muiden fluoripolymeerien avainkomponentti. Kloorifluorihiilivedyt ovat orgaanisia kemikaaleja, joita käytettiin aiemmin kylmä- ja ponneaineina aerosoleissa. Niiden käyttö on lopetettu niiden mahdollisten ympäristövaikutusten vuoksi. Ne on korvattu osittain halogenoiduilla kloorifluorihiilivedyillä. Hammastahnaan (SnF2) ja juomaveteen (NaF) lisätään fluoria estämään hampaiden reikiintymistä. Tätä halogeenia löytyy savesta, jota käytetään tiettyjen keramiikan (LiF) valmistukseen ja jota käytetään ydinvoimassa (UF6) antibiootin fluorokinolonin, alumiinin (Na) valmistukseen. 3 AlF6), suurjänniteeristykseen (SF6).
- Kloori on myös löytänyt erilaisia käyttötarkoituksia. Sitä käytetään juomaveden ja uima- altaiden desinfiointiin. Natriumhypokloriitti (NaClO)on valkaisuaineiden pääkomponentti. Kloorivetyhappoa käytetään laaj alti teollisuudessa ja laboratorioissa. Klooria on polyvinyylikloridissa (PVC) ja muissa polymeereissä, joita käytetään johtojen, putkien ja elektroniikan eristämiseen. Lisäksi kloori on osoittautunut hyödylliseksi lääketeollisuudessa. Klooria sisältäviä lääkkeitä käytetään infektioiden, allergioiden ja diabeteksen hoitoon. Neutraali hydrokloridin muoto on monien lääkkeiden komponentti. Klooria käytetään myös sairaalalaitteiden sterilointiin ja desinfiointiin. Maataloudessa kloori on monien kaupallisten torjunta-aineiden ainesosa: DDT:tä (diklooridifenyylitrikloorietaania) käytettiin maatalouden hyönteismyrkkynä, mutta sen käyttö on lopetettu.
- Bromia käytetään palamattomuutensa vuoksi estämään palamista. Sitä löytyy myös metyylibromidista, torjunta-aineesta, jota käytetään sadon säilyttämiseen ja bakteerien torjuntaan. Metyylibromidin liiallisesta käytöstä on kuitenkin luovuttu sen otsonikerrokseen kohdistuvan vaikutuksen vuoksi. Bromia käytetään bensiinin, valokuvafilmien, sammuttimien, keuhkokuumeen ja Alzheimerin taudin hoitoon tarkoitettujen lääkkeiden valmistuksessa.
- Jodilla on tärkeä rooli kilpirauhasen asianmukaisessa toiminnassa. Jos elimistö ei saa tarpeeksi jodia, kilpirauhanen laajenee. Struumun estämiseksi tämä halogeeni lisätään ruokasuolaan. Jodia käytetään myös antiseptisenä aineena. Jodia löytyy liuoksista, joita käytetäänavohaavojen puhdistamiseen sekä desinfiointisuihkeisiin. Lisäksi hopeajodidi on välttämätön valokuvauksessa.
- Astatiini on radioaktiivinen ja harvinaisten maametallien halogeeni, joten sitä ei vielä käytetä missään. Uskotaan kuitenkin, että tämä alkuaine voi auttaa jodia kilpirauhashormonien säätelyssä.
