ГАЛОГЕНЫ: СВОЙСТВА, СТРУКТУРА И ПРИМЕНЕНИЕ - ХИМИЯ - 2025

Эти галогены не являются металлическими элементами , принадлежащих к группе VIIA или 17 периодической таблицы. Они обладают электроотрицательностью и высоким электронным сродством, что сильно влияет на ионный характер их связей с металлами. Слово «галогены» имеет греческое происхождение и означает «солеобразователи».

Но что это за галогены? Фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и радиоактивный и эфемерный элемент астат (At). Они настолько реактивны, что реагируют друг с другом с образованием двухатомных молекул: F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ и At ₂ . Эти молекулы характеризуются сходными структурными свойствами (линейные молекулы), хотя и в разных физических состояниях.

Источник: В. Оэлен, через Wikimedia Commons.

На изображении выше показаны три галогена. Слева направо: хлор, бром и йод. Ни фтор, ни астатин нельзя хранить в стеклянной таре, поскольку последние не противостоят ее коррозии. Обратите внимание на то, как органолептические свойства галогенов меняются по мере перехода от их группы к элементу йод.

Фтор - газ с желтоватым оттенком; хлор тоже, но зеленовато-желтый; бром - жидкость темно-красноватого цвета; йод, твердое вещество черного цвета с фиолетовым оттенком; и астатин, темное блестящее металлическое твердое вещество.

Галогены способны реагировать почти со всеми элементами периодической таблицы, даже с некоторыми благородными газами (такими как ксенон и криптон). Когда они это сделают, они могут окислить атомы до их наиболее положительного состояния окисления, превращая их в мощные окислители.

Они также наделяют молекулы определенными свойствами, когда они связывают или заменяют некоторые из своих атомов. Эти типы соединений называются галогенидами. Фактически, галогениды являются основным природным источником галогенов, и многие из них растворены в море или являются частью минерала; таков случай флюорита (CaF ₂ ).

И галогены, и галогениды имеют широкий спектр применения; от промышленного или технологического, до простого подчеркивания вкуса определенных продуктов, таких как каменная соль (хлорид натрия).

Физические и химические свойства

Атомные веса

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

Физическое состояние

Газовая фаза; Газ Cl; Жидкость br; Я твердый и твердый.

цвет

F, бледно-желто-коричневый; Cl, бледно-зеленый; Br, красновато-коричневый; I, фиолетовый и At, черный металлик * * (предполагается)

Точки плавления

F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° С; Br -7,3 ° С; Я 113,7 ° C и при 302 ° C.

Точки кипения

F -118,12 ° C; Cl -34,04 ° С; Br 58,8 ° С; Я 184,3 ° C и? При 337 ° C.

Плотность при 25º 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 и Ат- 6,2-6,5 г / см ³

Растворимость воды

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

Энергия ионизации

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

Электроотрицательность

F- 4,0; Cl- 3,0; Br-2,8; И- 2.5 и Ат- 2.2.

У галогенов на валентной оболочке 7 электронов, отсюда их большое желание получить электрон. Кроме того, галогены обладают высокой электроотрицательностью из-за их малых атомных радиусов и большого притяжения, которое ядро ​​оказывает на валентные электроны.

Реактивность

Галогены обладают высокой реакционной способностью, что объясняет их токсичность. Кроме того, они являются окислителями.

Порядок убывания реактивности: F> Cl> Br> I> At.

Состояние в природе

Из-за их большой реакционной способности атомы галогена не являются свободными по своей природе; скорее, они образуют агрегаты или как двухатомные молекулы, связанные ковалентными связями.

Молекулярные структуры

Галогены существуют в природе не в виде элементарных атомов, а в виде двухатомных молекул. Однако их всех объединяет то, что они имеют линейную молекулярную структуру, и единственная разница заключается в длине их связей и межмолекулярных взаимодействиях.

Линейные молекулы XX (X ₂ ) характеризуются нестабильностью, поскольку оба атома сильно притягивают к себе пару электронов. Зачем? Поскольку его внешние электроны испытывают очень высокий эффективный ядерный заряд, Zef. Чем выше Zef, тем меньше расстояние XX звена.

По мере продвижения по группе Zef становится слабее, и стабильность этих молекул увеличивается. Таким образом, реактивность в порядке убывания: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂ . Однако сравнивать астат с фтором неуместно, поскольку достаточно стабильные изотопы неизвестны из-за его радиоактивности.

Межмолекулярные взаимодействия

С другой стороны, у его молекул отсутствует дипольный момент, поскольку они неполярны. Этот факт ответственен за их слабые межмолекулярные взаимодействия, единственная скрытая сила которых - сила рассеяния или сила Лондона, которая пропорциональна атомной массе и площади молекулы.

Таким образом, небольшая молекула F ₂ не имеет достаточной массы или электронов для образования твердого тела. В отличие от I ₂ , молекула йода, тем не менее, остается твердым веществом, выделяющим пурпурные пары.

Бром представляет собой промежуточный пример между двумя крайностями: молекулы Br ₂ взаимодействуют достаточно, чтобы появиться в жидком состоянии.

Астатин, вероятно, из-за его возрастающего металлического характера появляется не как At _2, а как атомы At, образующие металлические связи.

Что касается его цветов (желто-зеленовато-желтый-красный-пурпурный-черный), наиболее подходящее объяснение основано на теории молекулярных орбиталей (TOM). Энергетическое расстояние между последней полной молекулярной орбиталью и следующей с наибольшей энергией (анти-связь) преодолевается путем поглощения фотона с увеличивающейся длиной волны.

Галогениды

Галогены реагируют с образованием галогенидов, неорганических или органических. Наиболее известны галогениды водорода: фтористый водород (HF), хлористый водород (HCl), бромистый водород (HBr) и йодоводород (HI).

Все они, растворенные в воде, образуют кислотные растворы; настолько кислый, что HF может испортить любую стеклянную тару. Кроме того, они считаются исходными материалами для синтеза чрезвычайно сильных кислот.

Существуют также так называемые галогениды металлов, химические формулы которых зависят от валентности металла. Например, галогениды щелочных металлов имеют формулу MX, и среди них: NaCl, хлорид натрия; KBr, бромид калия; CsF, фторид цезия; и LiI, иодид лития.

Галогениды щелочноземельных металлов, переходных металлов или металлов p-блока имеют формулу MX _n , где n - положительный заряд металла. Таким образом, некоторые из них: FeCl ₃ , треххлористое железо; MgBr ₂ , бромид магния; AlF ₃ , трифторид алюминия; и CuI ₂ , йодид меди.

Однако галогены также могут образовывать связи с атомами углерода; поэтому они могут вторгаться в сложный мир органической химии и биохимии. Эти соединения называются органическими галогенидами и имеют общую химическую формулу RX, где X обозначает любой из галогенов.

Приложения

хлор

В промышленности

-Бром и хлор используются в текстильной промышленности для отбеливания и обработки шерсти, что позволяет избежать ее усадки во влажном состоянии.

-Он используется как дезинфицирующее средство от дитрита и для очистки питьевой воды и плавательных бассейнов. Кроме того, соединения, полученные из хлора, используются в прачечных и бумажной промышленности.

-Он находит применение при производстве специальных аккумуляторов и хлорированных углеводородов. Он также используется при переработке мяса, овощей, рыбы и фруктов. Также хлор действует как бактерицидное средство.

-Он используется для очистки и детанизации кожи, а также для отбеливания целлюлозы. Трихлорид азота ранее использовался в качестве отбеливателя и кондиционера для муки.

-Фосфеновый газ (COCl ₂ ) используется во многих промышленных процессах синтеза, а также в производстве военных газов. Фосфен очень токсичен и является причиной многих смертей во время Первой мировой войны, где использовался этот газ.

-Этот газ также содержится в инсектицидах и фумигантах.

-NaCl - это очень распространенная соль, которая используется для приправы пищи и для сохранения домашнего скота и птицы. Кроме того, он используется в жидкостях для регидратации организма как перорально, так и внутривенно.

В медицине

-Атомы галогена, которые связываются с лекарствами, делают их более липофильными. Это позволяет лекарствам легче проникать через клеточные мембраны, растворяясь в липидах, из которых они состоят.

-Хлор диффундирует в нейроны центральной нервной системы через ионные каналы, связанные с рецепторами нейротрансмиттера ГАМК, таким образом оказывая седативное действие. Таков механизм действия некоторых анксиолитиков.

-HCl присутствует в желудке, где он вмешивается, создавая восстанавливающую среду, которая способствует переработке пищи. Кроме того, HCl активирует пепсин, фермент, который инициирует гидролиз белков на стадии, предшествующей абсорбции белкового материала в кишечнике.

другие

-Хлористоводородная кислота (HCl) используется для мытья ванных комнат, в учебных и исследовательских лабораториях и во многих отраслях промышленности.

-ПВХ (поливинилхлорид) - это полимер винилхлорида, используемый в одежде, напольной плитке, электрических кабелях, гибких трубах, трубах, надувных конструкциях и черепице. Кроме того, хлор используется в качестве промежуточного продукта при производстве других пластмассовых материалов.

-Хлор используется при извлечении брома.

-Метилхлорид выполняет анестезирующую функцию. Он также используется при производстве некоторых силиконовых полимеров и при экстракции жиров, масел и смол.

-Хлороформ (CHCl ₃ ) - это растворитель, используемый во многих лабораториях, особенно в лабораториях органической химии и биохимии, от обучения до исследований.

-И, наконец, что касается хлора, трихлорэтилен применяется для обезжиривания металлических деталей.

Бром

-Бром используется в процессе добычи золота и при бурении нефтяных и газовых скважин. Он используется в качестве антипирена в пластмассовой и газовой промышленности. Бром изолирует огонь от кислорода, заставляя его погаснуть.

-Он является посредником в производстве гидравлических жидкостей, охлаждающих и осушающих средств и препаратов для придания формы волосам. Бромид калия используется в производстве фотопластинок и бумаги.

-Бромид калия также используется в качестве противосудорожного средства, но из-за возможности того, что соль может вызвать неврологические дисфункции, его использование было сокращено. Кроме того, еще одно его обычное применение - это микросхема для измерений твердых образцов с помощью инфракрасной спектроскопии.

-Соединения брома присутствуют в лекарствах, используемых для лечения пневмонии. Кроме того, соединения брома включают в лекарства, используемые в испытаниях, проводимых для лечения болезни Альцгеймера.

-Бром используется для уменьшения загрязнения ртутью на электростанциях, использующих уголь в качестве топлива. Он также используется в текстильной промышленности для создания красок разного цвета.

-Метилбром использовался в качестве пестицида для фумигации почвы и домашнего хозяйства, но его разрушительное воздействие на озон ограничило его использование.

-Галогенные лампы накаливания, а добавление небольшого количества брома и йода позволяет уменьшить размер ламп.

йод

-Йод участвует в работе щитовидной железы, гормона, регулирующего обмен веществ в организме. Щитовидная железа выделяет гормоны Т3 и Т4, которые действуют на ее органы-мишени. Например, гормональное воздействие на сердечную мышцу вызывает повышение артериального давления и частоты сердечных сокращений.

-Также йод используется для определения наличия крахмала. Йодид серебра - это реагент, используемый при проявлении фотографий.

Фтор

-Некоторые фторидные соединения добавляются в зубные пасты для предотвращения кариеса. Производные фтора присутствуют в различных анестетиках. В фармацевтической промышленности фторид вводят в лекарственные препараты для изучения возможных улучшений его воздействия на организм.

-Фтористоводородная кислота используется для травления стекла. Также при производстве галонов (газов для пожаротушения, например, фреона). Соединение фтора используется при электролизе алюминия для его очистки.

-Антибликовые покрытия содержат соединение фтора. Это используется при производстве плазменных экранов, плоских экранов и микроэлектромеханических систем. Фтор также присутствует в глине, используемой в некоторых керамических изделиях.

Astatus

Считается, что астат помогает йоду регулировать работу щитовидной железы. Кроме того, его радиоактивный изотоп ( ²¹⁰ At) использовался в исследованиях рака на мышах.

Ссылки

1. Энциклопедия здоровья и безопасности на работе. Галогены и их соединения. , Взято из:
2. employment.gob.es
3. Химия LibreTexts. Группа 17: Общие свойства галогенов. Взято с сайта chem.libretexts.org
4. Wikipedia. (2018). Галогенные. Взято с: en.wikipedia.org
5. Джим Кларк. (Май 2015 г.). Атомные и физические свойства элементов группы 7 (галогенов). Взято с: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML и Stanley, GG Chemistry (2003), 8-е изд. Cengage Learning.
7. Элементы. Галогены Взято с: elements.org.es
8. Браун, Лорел. (24 апреля 2017 г.). Галогенные характеристики. Sciencing. Получено с: sciencing.com