Галогены

Галогены – элементы седьмой группы главной подгруппы, из которых будут наиболее интересны:

• F – фтор
• Cl – хлор
• Br – бром
• I – иод

Исходя из электронного строения атомов галогенов определим характерные степени окисления:

Как видно, фтор несколько выделяется на фоне остальных галогенов, так как не имеет низколежащего d-подуровня, куда могут «распариваться» электроны, из-за чего имеет весьма ограниченный набор степеней окисления: -1 и 0. Оставшиеся галогены уже имеют вакантный d-подуровень и могут «распаривать» электроны на него при переходе в возбуждённые состояния, за счёт чего набор степеней окисления простирается в диапазоне: -1, 0, +1, +3, +5 и +7. Этот набор легко запомнить: галогены в седьмой (нечётной) группе, поэтому для них и характерны нечётные степени окисления. Кстати, уникальность фтора ещё заключается в том, что он является самым электроотрицательным атомом и окислить его можно лишь электролизом расплавов фторидов:

2NaF (расплав) = 2Na + F₂

В растворе анодному окислению будет подвергаться не фторид-ион, а вода, что даёт O₂ вместо F₂. С остальными галогенидами таких проблем не возникает и они могут быть получены электролизом как расплава, так и раствора:

CuCl₂ (раствор) = Cu + Cl₂

Или с помощью обычных окислительно-восстановительных реакций:

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

Перейдём к обсуждению конкретных степеней окисления.

Степень окисления 0

Речь идёт о простых веществах – двухатомных молекулах галогенов:

Изменение агрегатного состояния галогенов закономерно: с увеличением атомной массы галогенов повышаются температуры кипения и плавления, от сюда и видим переход от газообразного состояние (в случае фтора и хлора) к твёрдому иоду через жидкий бром. Кстати, для иода характерен интересный фазовый переход: сублимация. Фтор проявляет исключительно окислительные свойства, остальные галогены как окислительные, так и восстановительные. Приведём примеры:

Степени окисления -1, +1, +3, +5, +7

Начнём со степени окисления -1:

• Характерные представители: галогеноводородные кислоты HЭ и соли-галогениды MЭ_x, где x – валентность металла M, Э = F, Cl, Br, I;
• Для фтороводородной (плавиковой) кислоты HF характерны исключительно кислотные свойства, соли плавиковой кислоты – фториды могут вступать в реакции ионного обмена:

Ca(NO₃)₂ + 2NaF = CaF₂ + 2NaNO₃

• Для хлороводородной (соляной) HCl, бромоводородной HBr, иодоводородной HI кислот характерны как кислотные, так и восстановительные свойства. Их соли: хлориды, бромиды и иодиды также проявляют восстановительные свойства и могут вступать в реакции ионного обмена, причём хлориды наименее подвержены окислению, например:

NaCl + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HCl (хлор в степени окисления -1 не окисляется)

2NaBr + 3H₂SO₄ = 2NaHSO₄ + Br₂ + SO₂ + 2H₂O (бром в степени окисления -1 окисляется до 0)

• HF – слабая кислота, остальные являются сильными кислотами:

NaF + HCl = NaCl + HF

Для фтора положительных степеней окисления нет, для остальных галогенов (на примере хлора):

Приведём примеры кислотных и окислительных свойств хлорной кислоты HClO₄:

NaOH + HClO₄ = NaClO₄ + H₂O

8NO + 3HClO₄ + 4H₂O = 8HNO₃ + 3HCl

Заключительный пример — окисление хрома хлоратом калия (бертолетовой солью) в щёлочной среде:

Cr + KClO₃ + 2KOH = K₂CrO₄ + KCl + H₂O

Резюме

• Фтор не проявляет положительных степеней окисления.
• Остальные галогены имеют устойчивые нечётные степени окисления: -1, 0, +1, +3, +5 и +7.
• Соединения галогенов в положительных степенях окисления проявляют сильные окислительные свойства.
• Галогены в степени окисления -1 проявляют ярко выраженные восстановительные свойства в случае брома и иода, хлориды подвергают окислению значительно хуже, фториды могут быть окислены только электролизом соответствующих расплавов.
• Иод может быть растворён в кислотах-окислителях.

Примеры задач на эту тему:

Задание 1. Задача №2 (первая часть)

1) Cl       2) Br        3) I       4) S      5) Te

Из указанных в ряду элементов, выберите 3 элемента, которые находятся в одной группе. Расположите указанные элементы в порядке уменьшения электроотрицательности.

Задание 2. Задача №3 (первая часть)

1) F       2) I        3) O       4) C      5) H

Из указанных в ряду элементов, выберите 2 элемента, которые проявляют максимальную валентность, равную I.

Задание 3. Задача №31 (вторая часть)

Хлорид натрия растворили в концентрированной серной кислоте. Выделившийся газ поместили в воду, в полученной кислоте растворили пиролюзит, наблюдая выделение жёлто-зелёного газа. Данный газ пропускали в начале через пробирку с горячей щёлочью, а затем через пробирку с раствором бромида натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Определения:

1. Иод – научное название для химического элемента I, в быту обычно иод называют йодом.
2. Сублимация (возгонка) – явление фазового перехода из твёрдого состояние в газовое состояние, минуя жидкое состояние.
3. Хлорная вода – раствор Cl₂ в воде.
4. Бромная вода – раствор Br₂ в воде.

Обратная связь

Была ли эта статья тебе полезной?
Всё ли было понятно? Оставляй обратную связь, мы это ценим

Понятно (5)Не понятно (1)

Полезный материал?

Поделись инфой с друзьями, пусть тоже чекнут

Поделиться полезной инфой

Скопировать ссылку ВКонтакте Telegram