17-та група на елементи

Transcript

1 17-та група на елементи Проф. д-р Руменка Петковска Доц. д-р Лилјана Анастасова Институт за применета хемија и фармацевтски анализи, Фармацевтски факултет, УКИМ, Скопје

2 Халогени елементи = оние што градат соли Во VII A група на П.С спаѓаат следните елементи: Флуор, F2 Хлор, Cl2 Бром, Br2 Јод, I2 Астат, As Во природата халогените елементи не се среќаваат во слободна состојба, туку исклучиво во врзана состојба (исклучок претставува јодот што може да се сретне во елементарна состојба) 17-та група на П.С

3 17-та група на П.С Наоѓање во природата Флуорот се среќава во минералите флуорит, криолит и флуороапатит, додека во хидросферата е застапен во облик на F - јон Хлорот се среќава во минералите халит (NaCl), силвин (КCl), карналит и каинит, додека во хидросферата го има во облик на Cl - јон. Претставува макроелемент (застапен во растенијата и животните) Бромот се среќава во морската вода, солените езера и подземните води во облик на Br - јони што потекнуваат од бромидите на натриум, калиум и магнезиум. Минералите на бром се многу ретки. Најголема количина бром има во мртвото море, од каде истиот се добива Јодот се среќава во морската вода и минералните води, во облик на I - јони што потекнуваат од натриум и калиум јодид. Јодот претставува микроелемент (елемент во трагови) Астататот претставува природно радиоактивен елемент, член на сите три низи на природно радиоактивни елементи. Својствата на овој елемент не се доволно проучени.

4 Халогени елементи Флуорот се добива со електролиза на растоп на солта KF Добивање За да се избегне високата температура на топење на KF, се подготвува смеса од KF и безводен НF (молски однос 1: 2), со што се добива смеса со точка на топење од 72 С Електролиза на HF во воден раствор не е можно да се одвива поради појава на анодна компетиција меѓу флуоридните јони и О 2- јонот (О 2- има помала електронегативност од флуоридните јони) На електродите се одвиваат следните процеси: Анода (+): 2HF 2-2HF + F 2 + 2e - Катода (-): 2HF + 2e - H 2 + 2F -

5 Халогени елементи Добивање Индустриски, хлор се добива со електролиза на растоп или раствор на NaCl најголеми количини хлор се добиваат со електролиза на морска вода На електродите се одвиваат следните процеси: Анода (+): 2Cl - 2Cl 2 + 2e - Катода (-): 2 H 2 O + 2e - 2OH - + H 2 Лабораториско добивање на хлор оксидација на Cl - јонот во кисела средина со примена на силно оксидациско средство како што е калиум перманганат или манган (IV) оксид најчесто користена реакција

6 Лабораториско добивање на хлор KMnO 4 + HCl KCl + MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O HCl + MnO 2 MnCl 2 + Cl 2 + H 2 O Добивање на бром и јод Индустриски, бром и јод, во елементарна состојба се добиваат од водени раствори на нивни соли со реакција на истиснување од пореактивен халоген (природни води што содржат бромидни и јодидни јони и во нив се воведува хлор) Лабораториско добивање на бром и јод Лабораториски, бромот и јодот се добиваат во реакција на оксидација на халогенидниот јон (Br - и I - ) од халогениди со силно оксидациско средство (калиум перманганат или манган (IV) оксид ) MnO 2 + H 2 SO 4 + KBr K 2 SO 4 + MnSO 4 + Br 2 + H 2 O MnO 2 + H 2 SO 4 + KJ K 2 SO 4 + MnSO 4 + I 2 + H 2 O

7 Халогени елементи - физички својства халогените елементи постојат во облик на двоатомски молекули (неполарна ковалентна (σ) врска) Температурите на топење и вриење растат со пораст на редниот број (јачината на привлечните ван дер Ваалсови сили се зголемува со пораст на редниот број на елементот) Ван дер Ваалсовите сили се најслаби меѓу молекулите на флуор и хлор на собна температура постојат во облик на гасови (флуор има светло-жолта боја, хлор - зелена боја)

8 Халогени елементи - физички својства Привлечните сили се посилни меѓу молекулите на бром на собна температура претставува течност со црвено кафена боја Најсилни привлечните сили постојат меѓу молекулите на јод на собна температура претставува цврста супстанција со виолетова боја Во однос на другите течности и цврсти супстанции, интензитетот на овие сили е релативно слаб (бромот е течност што лесно испарува; јодот е супстанција што лесно сублимира) Процес на испарување на бром Сублимација на јод

9 Халогени елементи - физички својства Сите халогени елементи имаат остар и продорен мирис и штетно влијаат врз органите за дишење Поради присуството на неполарна ковалентна врска во молекулата на халогените елементи, истите слабо се раствораат во вода При растворање во вода се одигрува следната реакција (рамнотежата е силно поместена кон лево): X 2 + H 2 O HX + HXO Исклучок претставува флуорот, кој со водата реагира на следниот начин: 2F 2 + 2H 2 O 4HF + O 2 Растворите на овие елементи во вода се нарекуваат хлорна, бромна и јодна вода (нестабилни раствори) во одредени реакции може да се користат како замена на халогените елементи

10 Халогени елементи - физички својства Одлична растворливост во неполарни органски растворувачи (јаглен тетрахлорид, јаглерод дисулфид, циклохексан, бензен) Бои на халогените елементи во органски растворувачи (циклохексан): Јод (виолетов) Бром (црвено-кафен) Хлор (жолтеникав) Флуор се додава во водата за пиење и во пастите за заби во облик на флуорид бидејќи ја штити глеѓта на забите Хлорот се користи во индустријата како силно оксидациско средство Јодот се додава во готварската сол за да спречи болести на тироидната жлезда

11 Халогени елементи - хемиски својства Халогените елементи покажуват голема сличност во хемиското однесување (разлики постојат само во интензитетот, а не и во типот на хемиските реакции) Хемиски симбол F Cl Br I As Реден број Ел. конф. на последен слој 2s 2 2p 5 3s 2 3p 5 4s 2 4p 5 5s 2 5p 5 6s 2 6p 5 Ковалентен радиус (nm) 0,072 0,099 0,114 0,133 / Електронски афинитет 3,45 3,61 3,37 3,08 2,80 Сите халогени елементи, во гасна фаза, подлежат на термичка и фотохемиска дисоцијација, при што се формираат радикали

12 Халогени елементи - хемиски својства Сите халогени елементи поседуваат по седум валентни електрони во последниот електронски слој Високи вредности за афинитет кон електронот, електронегативност и енергиите на јонизација Лесно постигнуваат конфигурација на најблискиот благороден гас преку: привлекување на еден електрон и формирање на халиден анјон формирање на заеднички електронски пар со атом на одреден неметал Од сите халогени елементи, најмалку проучен е астатот бидејќи нема ниту еден стабилен изотоп и полувремето на живот изнесува само 8,3 часа Може да се проучува единствено во раствори што се многу разредени

13 Халогени елементи, хемиски својства Халогените елементи се многу реактивни и се однесуваат како оксидациски средства Оксидациска моќ опаѓа со пораст на атомскиот радиус, односно опаѓа со опаѓањето на електронегативноста

14 Халогени елементи - хемиски својства Карактеристичен оксидациски степен за халогените елементи изнесува -1 X + e - X - Освен флуорот што исклучиво се среќава со негативен оксидациски степен, останатите халогени можат да се сретнат со оксидациски степени -1 до +7 Соединенија со позитивен оксидациски степен (нестабилни соединенија поради постоење на на неспарени електрони во соседни орбитали) Соединенијата со позитивен оксидациски степен не се карактеристични за овие елементи и се добиваат по индиректен пат

15 на редниот број на елементот се привлечните сили меѓу јадрото и надворешниот енергетски слој Халогени елементи - хемиски својства на афинитетот спрема електронот, електронегативноста и јонизациониот потенцијал на реактивноста на халогените елементи на оксидациската способност пополнувањето на надворешниот енергетски слој е најлесно кај флуор, а најтешко кај јод

16 Халогени елементи - хемиски својства флуор гради соединенија во кои се јавува исклучиво во оксидациски степен -1 сите халогени елементи имаат позитивна вредност за стандардните електродни потенцијали што укажува на голема оксидациска способност најголема вредност за стандардниот електроден потенцијал има флуор (2,82 еv), a најмала астататот (0,2 еv) флуор има најмали димензии на атомот и неговите особини о голема мера се разликуваат од особините на останатите членови на групата сите соединенија на флуорот се високо-испарливи, поиспарливи од соодветните аналози на другите елементи од групата

17 Халогени елементи - хемиски својства јачината на хемиската врска во молекулата на флуор е послаба во однос на врската во молекулата на другита халогени елементи. Поради малиот атомски радиус, електронските парови посилно се одбиваат меѓу себе во однос на одбивањето што се јавува во молекулата на останатите халогени елементи

18 Халогени елементи - хемиски својства намалувањето на реактивноста на халогените елементи, најдобро се илустрира со промената во енергетскиот ефект на реакциите на соединување на халогените елементи со водород F 2 + H 2 (g) 2 HF Cl 2 + H 2 (g) 2HCl I 2 + H 2 (g) 2HI kj/mol - 183,6 kj/mol + 53,2 kj/mol намалувањето на оксидационата способност на халогените елементи, исто така се илустрира со реакциите на истиснување во реакциите на истиснување, халогениот елемент што е посилно оксидациско средства го истиснува халогениот елемент што е послабо оксидациско средствао од воден раствор на негова сол

19 Халогени елементи - хемиски својства F 2 + 2KX X 2 + 2KF (X = Cl, Br, I) Cl 2 + 2KX X 2 + 2KCl (X = Br, I) I 2 + 2KI I 2 + 2KBr I 2 + 2KX нема реакција (X = Cl, Br, I) Br 2 + 2KX нема реакција (X = F,Cl) Cl 2 + 2KF нема реакција и покрај фактот што хлорот покажува поголем афинитет према електронот, флуор е посилно оксидациско средство од хлорот бидејќи полесно се разложува до атоми

20 Халогени елементи - хемиски својства реакција на истиснување на јод од воден раствор на негова сол под дејство на хлор како посилно оксидациско средство Cl 2 (aq) + 2I - (aq) 2Cl - (aq) + I 2 (in CCl 4 )

21 Халогени елементи - реактивност халогените елементи, поради големата реактивност, реагираат директно со најголем дел од елементите од П.С флуорот реагира најбурно од сите халогени елементи (реакција на согорување во атмосфера на флуор создавање на флуориди) флуор реагира директно со многу елементарни супстанции, како и со сложени супстанции како што се вода, силициум диоксид, оксиди на метали и сл. SiO 2 + F 2 SiF 4 + O 2 2F 2 + CaO O 2 + CaF 2

22 Халогени елементи - реактивност хлор има помала реактивност во однос на флуор, но сепак се соединува со најголем дел од елементите од П.С реакциите на соединување на хлор со алкални и земо-алкални метали претставуваат бурни реакции 2Na + Cl 2 2NaCl Ca + Cl 2 CaCl 2 хлорот поседува голем афинитет за соединување со елементарен водород реакцијата на која се темели употребата на хлор како дезинфекционо средство е следната: Cl 2 + Н 2 О 2HCl + O дезинфекционото дејство го има атомарниот (насцентен) кислород

23 Соединенија на халогени елементи со оксидациски степен -1 Најстабилни соединенија на халогените елементи халогенводороди (општа формула HX) Во молекулата на халогенводородите постои поларна ковалентна врска (електронски пар привлечен кон поелектронегативниот елемент) На обична температура халогенводородите се безбојни, отровни и загушливи гасови, што добро се раствораат во вода HX + Н 2 О H 3 O + + X - Водените раствори на халогенводородите реагираат кисело нарекуваат халогенводородни киселини Флуороводородна киселина, HF Хлороводородна киселина, HCl Бромоводородна киселина, HBr Јодоводородна киселина, HI и се се

24 Соединенија на халогени елементи со оксидациски степен -1 Xалогенводородни киселини и нивните соли претставуваат силни редукциони средства Редукционата способност расте во низот HCl HI што значи дека најлесно се оксидира HI Солите на халогенводородните киселини се нарекуваат халогениди - јонска или ковалентна врска со различен степен на поларност Во зависност од типот на врската, халогенидите се делат на: Халогениди со на соли халогениди на алкалните и земноалкалните метали, како и халогениди на f-металите со оксидациски степен +2 и +3 Макромолекулски (семијонски) халогениди халогениди на некои p-елементи и халогениди на d-елемeнтите со ниски оксидациски степени (+1) Молекулски (ковалентни) халогениди халогениди на неметали и метали со оксидациски степен поголем од +3

25 Соединенија на халогени елементи со оксидациски степен +1 Позитивен оксидациски степен (+1, +3, +5, +7), халогените елементи имаат во нивните оксиди, кислородни киселини и соли

26 Соединенија со оксидациски степен +1 Оксиди Cl 2 O хлор (I) оксид Br 2 O бром (I) оксид Киселини (хипохалогенести киселини) HClO хипохлореста киселина HBrO хипоброместа киселина HIO хипојодеста киселина Cl 2 O Соли на хипохалогенести киселини хипохалогенити Br 2 O

27 Соединенија со оксидациски степен +3 Киселини (халогенести киселини) HClO 2 хлореста киселина HBrO 2 броместа киселина Соли на халогенести киселини халогенити Соединенија со оксидациски степен +4 Оксиди ClO 2 хлор (IV) оксид BrO 2 бром (IV) оксид I 2 O 4 - јод (IV) оксид ClO 2

28 Соединенија со оксидациски степен +5 Оксиди I 2 O 5 јод (V) оксид Киселини (халогени киселини) HClO 3 хлорна киселина HBrO 3 бромна киселина HIO 3 јодна киселина Соли на халогени киселини халогенати

29 Соединенија со оксидациски степен +7 Оксиди Cl 2 O 7 хлор (VII) оксид Киселини (перхалогени киселини) HClO 4 перхлорна киселина HBrO 4 пербромна киселина HIO 4 перјодна киселина H 5 IO 6 - ортоперјодна киселина Cl 2 O 7 Соли на перхалогени киселини перхалогенати

30 Релативната јачина на кислородните киселини на халогените елементи зависи од електронегативноста на халогениот елемент и неговиот оксидациски степен Перхалогените киселини и халогените киселини (со исклучок на ортоперјодна киселина) се силни киселини, а останатите се средно силни или слаби киселини Јачината на киселините (при ист оксидациски степен) се намалува со намалување на вредноста на електронегативноста (хлореста киселина е најсилна, јодеста најслаба) HClO 2 > HBrO 2 > HIO 2 Оксидациската способност на кислородните киселини опаѓа со пораст на оксидацискиот степен на халогените елементи

31 Хипохалогенестите и халогенестите киселини се најсилни, додека халогените и перхалогените киселини, најслаби оксидациски средства Расте јачината на киселината HXO HXO 2 HXO 3 HXO 4 Расте оксидациската способност

32 Халогените елементи имаат позитивни оксидациски степени во соединенијата што го градат меѓу себе интерхалогени соединенија 0 I 2 + F 2 2IF IF + F 2 IF ClF ClF 3 IF 7 T-shaped, XY 3 Pentagonal bipyramidal, XY 7