Периодтық жүйедегі галогендер асыл газдардың сол жағында орналасқан. Бұл бес улы металл емес элементтер периодтық жүйенің 7 тобында. Оларға фтор, хлор, бром, йод және астатин жатады. Астатин радиоактивті және тек қысқа мерзімді изотоптары болса да, ол йод сияқты әрекет етеді және көбінесе галоген ретінде жіктеледі. Галогендік элементтерде жеті валенттілік электроны болғандықтан, толық октет құру үшін оларға бір ғана қосымша электрон қажет. Бұл сипаттама оларды бейметалдардың басқа топтарына қарағанда реактивті етеді.
Жалпы сипаттамалар
Галогендер екі атомды молекулаларды түзеді (X2 типі, мұнда Х галоген атомын білдіреді) – бос элементтер түріндегі галогендердің өмір сүруінің тұрақты түрі. Бұл екі атомды молекулалардың байланыстары полюссіз, ковалентті және жалғыз. Галогендердің химиялық қасиеттері оларды көптеген элементтермен оңай біріктіруге мүмкіндік береді, сондықтан олар табиғатта ешқашан біріктірілмейді. Фтор ең белсенді галоген, ал астатин ең аз.
Барлық галогендер ұқсас заттармен I топ тұздарын құрайдықасиеттері. Бұл қосылыстарда галогендер заряды -1 галогенді аниондар түрінде болады (мысалы, Cl-, Br-). -id жалғауы галогендік аниондардың бар екенін көрсетеді; мысалы, Cl- "хлорид" деп аталады.
Сонымен қатар, галогендердің химиялық қасиеттері олардың тотықтырғыш ретінде әрекет етуіне – металдарды тотықтыруға мүмкіндік береді. Галогендер қатысатын химиялық реакциялардың көпшілігі сулы ерітіндідегі тотығу-тотықсыздану реакциялары болып табылады. Галогендер органикалық қосылыстарда көміртекпен немесе азотпен жеке байланыс түзеді, олардың тотығу дәрежесі (СО) -1. Органикалық қосылыстағы галоген атомы ковалентті байланысқан сутегі атомымен ауыстырылғанда, жалпы мағынада гало- префиксін немесе нақты галогендер үшін фтор-, хлор-, бром-, йод- префикстерін қолдануға болады. Галогендік элементтерді полярлы ковалентті жалғыз байланыстары бар екі атомды молекулалар құру үшін өзара байланыстыруға болады.
Хлор (Cl2) 1774 жылы ашылған алғашқы галоген, одан кейін йод (I2), бром (Br) 2), фтор (F2) және астатин (At, соңғы рет 1940 жылы ашылған). «Галоген» атауы гректің hal- («тұз») және -gen («түзу») түбірлерінен шыққан. Бұл сөздер бірге галогендердің металдармен әрекеттесіп, тұздар түзетінін атап көрсетіп, «тұз түзуші» дегенді білдіреді. Галит – тас тұзының атауы, натрий хлоридінен (NaCl) тұратын табиғи минерал. Ақырында, галогендер күнделікті өмірде қолданылады - фторид тіс пастасында кездеседі, хлор ауыз суды залалсыздандырады, ал йод гормондардың түзілуіне ықпал етеді.қалқанша без.
Химиялық элементтер
Фтор – атомдық нөмірі 9 болатын элемент, F белгісімен белгіленген. Элементтік фтор алғаш рет 1886 жылы оны фтор қышқылынан бөліп алу арқылы ашылған. Бос күйінде фтор екі атомды молекула (F2) түрінде болады және жер қыртысында ең көп таралған галоген болып табылады. Фтор - периодтық кестедегі ең электртеріс элемент. Бөлме температурасында бұл ашық сары түсті газ. Фтордың салыстырмалы түрде кіші атомдық радиусы да бар. Оның тотығу дәрежесі нөлге тең болатын екі атомды элементтік күйді қоспағанда, оның СО мөлшері -1. Фтор өте белсенді және гелийден (He), неоннан (Ne) және аргоннан (Ar) басқа барлық элементтермен тікелей әрекеттеседі. H2O ерітіндісінде фторсутек қышқылы (HF) әлсіз қышқыл болып табылады. Фтор күшті электртеріс болғанымен, оның электртерістігі қышқылдықты анықтамайды; Фтор ионының негіздік (pH> 7) болуына байланысты HF әлсіз қышқыл. Сонымен қатар, фтор өте күшті тотықтырғыштар шығарады. Мысалы, фтор инертті газ ксенонымен әрекеттесіп, күшті тотықтырғыш агент ксенон дифторидін түзе алады (XeF2). Фтордың көптеген қолданылуы бар.
Хлор - атом нөмірі 17 және Cl химиялық таңбасы бар элемент. 1774 жылы тұз қышқылынан бөліп алу арқылы ашылған. Өзінің элементтік күйінде ол екі атомды Cl2 түзеді. Хлорда бірнеше СО бар: -1, +1, 3, 5 және7. Бөлме температурасында бұл ашық жасыл газ. Екі хлор атомы арасында түзілетін байланыс әлсіз болғандықтан, Cl2 молекуласының қосылыстарға ену қабілеті өте жоғары. Хлор металдармен әрекеттесіп, хлоридтер деп аталатын тұздар түзеді. Хлор иондары теңіз суында кездесетін ең көп таралған иондар. Хлордың сонымен қатар екі изотопы бар: 35Cl және 37Cl. Натрий хлориді - барлық хлоридтердің ең көп таралғаны.
Бром - атом нөмірі 35 және Br таңбасы бар химиялық элемент. Ол алғаш рет 1826 жылы ашылды. Өзінің элементарлы түрінде бром екі атомды молекула Br2. Бөлме температурасында ол қызыл-қоңыр сұйықтық болып табылады. Оның СО -1, +1, 3, 4 және 5. Бром йодқа қарағанда белсенді, бірақ хлорға қарағанда белсенді емес. Сонымен қатар бромның екі изотопы бар: 79Br және 81Br. Бром теңіз суында еріген бромид тұздары түрінде кездеседі. Соңғы жылдары әлемде бромидтің өндірісі оның қолжетімділігі мен ұзақ өмір сүруіне байланысты айтарлықтай өсті. Басқа галогендер сияқты бром тотықтырғыш болып табылады және өте улы.
Йод – атом нөмірі 53 және I символы бар химиялық элемент. Йодтың тотығу дәрежесі бар: -1, +1, +5 және +7. Екі атомды молекула ретінде бар, I2. Бөлме температурасында ол күлгін түсті қатты зат болып табылады. Йодтың бір тұрақты изотопы бар, 127I. Алғаш рет 1811 жылы ашылғантеңіз балдырларымен және күкірт қышқылымен. Қазіргі уақытта йод иондарын теңіз суында бөліп алуға болады. Йод суда онша ерімейтін болса да, оның ерігіштігін бөлек йодидтерді қолдану арқылы арттыруға болады. Йод қалқанша безінің гормондарын өндіруге қатыса отырып, организмде маңызды рөл атқарады.
Астатин – атомдық нөмірі 85 және At таңбасы бар радиоактивті элемент. Оның ықтимал тотығу дәрежелері -1, +1, 3, 5 және 7. Екі атомды молекулаға жатпайтын жалғыз галоген. Қалыпты жағдайда бұл қара металл қатты зат. Астатин - өте сирек кездесетін элемент, сондықтан ол туралы аз біледі. Сонымен қатар, астатиннің жартылай шығарылу кезеңі өте қысқа, бірнеше сағаттан аспайды. 1940 жылы синтез нәтижесінде алынған. Астатин йодқа ұқсас деп саналады. Металлдық қасиеттері бар.
Төмендегі кесте галоген атомдарының құрылымын, электрондардың сыртқы қабатының құрылымын көрсетеді.
| Галоген | Электрондық конфигурация |
| Фтор | 1с2 2сек2 2p5 |
| Хлор | 3сек2 3p5 |
| Бром | 3d10 4s2 4p5 |
| Йод | 4d10 5сек2 5p5 |
| Астатин | 4f14 5d106с2 6p5 |
Электрондардың сыртқы қабатының ұқсас құрылымы галогендердің физикалық және химиялық қасиеттерінің ұқсас екенін анықтайды. Дегенмен, бұл элементтерді салыстыру кезінде айырмашылықтар да байқалады.
Галоген тобындағы периодтық қасиеттер
Қарапайым заттардың физикалық қасиеттері галогендер элемент саны артқан сайын өзгереді. Жақсырақ түсіну және нақтырақ болу үшін сізге бірнеше кестені ұсынамыз.
Топтың балқу және қайнау температуралары молекула өлшемі ұлғайған сайын артады (F <Cl
1-кесте. Галогендер. Физикалық қасиеттері: балқу және қайнау нүктелері
| Галоген | Еру T (˚C) | Қайнау температурасы (˚C) |
| Фтор | -220 | -188 |
| Хлор | -101 | -35 |
| Бром | -7.2 | 58,8 |
| Йод | 114 | 184 |
| Астатин | 302 | 337 |
Атом радиусы артады
Ядроның көлемі үлкейеді (F < Cl < Br < I < At), протондар мен нейтрондар саны артқан сайын. Сонымен қатар, әр кезең сайын көбірек энергия деңгейлері қосылады. Бұл үлкенірек орбитальға, демек, атом радиусының ұлғаюына әкеледі.
2-кесте. Галогендер. Физикалық қасиеттері: атомдық радиус
| Галоген | Ковалентті радиус (сағ.) | Иондық (X-) радиусы (сағат) |
| Фтор | 71 | 133 |
| Хлор | 99 | 181 |
| Бром | 114 | 196 |
| Йод | 133 | 220 |
| Астатин | 150 |
Иондалу энергиясы төмендейді
Егер сыртқы валенттілік электрондары ядроға жақын болмаса, онда оларды одан шығару үшін көп энергия қажет болмайды. Осылайша, сыртқы электронды сыртқа шығару үшін қажетті энергия элементтер тобының төменгі жағында соншалықты жоғары емес, өйткені энергия деңгейлері көбірек. Сонымен қатар, жоғары иондану энергиясы элементтің металл емес қасиеттерін көрсетеді. Йод пен астатин дисплейі металдық қасиеттерді көрсетеді, себебі иондану энергиясы төмендейді (< I < Br < Cl < F).
3-кесте. Галогендер. Физикалық қасиеттері: иондану энергиясы
| Галоген | Иондану энергиясы (кДж/моль) |
| фтор | 1681 |
| хлор | 1251 |
| бром | 1140 |
| йод | 1008 |
| астатин | 890±40 |
Электротерістігі төмендейді
Атомдағы валенттілік электрондарының саны бірте-бірте төмен деңгейлерде энергия деңгейлерінің жоғарылауымен артады. Электрондар ядродан бірте-бірте алыстайды; Осылайша, ядро мен электрондар бір-біріне тартылмайды. Қорғаудың жоғарылауы байқалады. Демек, период ұлғайған сайын электртерістігі азаяды (< I < Br < Cl < F).
4-кесте. Галогендер. Физикалық қасиеттері: электртерістігі
| Галоген | Электрондылық |
| фтор | 4.0 |
| хлор | 3.0 |
| бром | 2,8 |
| йод | 2,5 |
| астатин | 2.2 |
Электронға жақындығы төмендейді
Атом мөлшері период бойынша ұлғайған сайын, электрондардың жақындығы төмендейді (B < I < Br < F < Cl). Ерекшелік - фтор, оның жақындығы хлорға қарағанда аз. Мұны хлормен салыстырғанда фтор мөлшерінің кішірек болуымен түсіндіруге болады.
5-кесте. Галогендердің электронды ұқсастығы
| Галоген | Электронға жақындығы (кДж/моль) |
| фтор | -328,0 |
| хлор | -349,0 |
| бром | -324,6 |
| йод | -295,2 |
| астатин | -270.1 |
Элементтердің реактивтілігі төмендейді
Галогендердің реактивтілігі период ұлғайған сайын төмендейді (<I
Бейорганикалық химия. Сутегі + галогендер
Галоген екілік қосылыс түзу үшін басқа, электртерістігі аз элементпен әрекеттескенде галогенид түзіледі. Сутегі галогендермен әрекеттесіп, HX галогенидтерін түзеді:
- фторид сутегі HF;
- сутек хлориді HCl;
- бромды сутегі HBr;
- гидройод HI.
Галогенсутек суда оңай ериді, галогенді (фторлы, тұзды, бромды, гидроиодты) қышқылдарды түзеді. Бұл қышқылдардың қасиеттері төменде берілген.
Қышқылдар келесі реакция арқылы түзіледі: HX (ақ) + H2O (l) → Х- (ақ) + H 3O+ (ақ).
ЖЖ қоспағанда барлық галогенсутек күшті қышқылдар түзеді.
Галсутек қышқылдарының қышқылдығы артады: HF <HCl <HBr <HI.
Фторлы гидроқышқыл әйнек пен кейбір бейорганикалық фторидтерді ұзақ уақыт бойы нақыштауы мүмкін.
ЖЖ ең әлсіз галогенсутек қышқылы екеніне қарама-қайшы көрінуі мүмкін, өйткені фторда ең жоғары боладыэлектртерістілік. Дегенмен, H-F байланысы өте күшті, нәтижесінде өте әлсіз қышқыл пайда болады. Күшті байланыс қысқа байланыс ұзындығымен және жоғары диссоциация энергиясымен анықталады. Барлық галогенсутектердің ішінде HF ең қысқа байланыс ұзындығына және ең үлкен байланыстың диссоциациялану энергиясына ие.
Галогендік оксоқышқылдар
Галоген оксоқышқылдары сутегі, оттегі және галоген атомдары бар қышқылдар. Олардың қышқылдығын құрылымды талдау арқылы анықтауға болады. Галогендік оксоқышқылдар төменде берілген:
- Гипохлор қышқылы HOCl.
- Хлор қышқылы HClO2.
- Хлор қышқылы HClO3.
- Хлор қышқылы HClO4.
- Гипохлор қышқылы HOBr.
- Бром қышқылы HBrO3.
- Бром қышқылы HBrO4.
- Гиод қышқылы HOI.
- Йод қышқылы HIO3.
- Метаод қышқылы HIO4, H5IO6.
Осы қышқылдардың әрқайсысында протон оттегі атомымен байланысқан, сондықтан протон байланысының ұзындығын салыстыру бұл жерде пайдасыз. Мұнда электртерістігі басым рөл атқарады. Қышқылдың белсенділігі орталық атоммен байланысқан оттегі атомдарының санына қарай артады.
Заттың сыртқы түрі және күйі
Галогендердің негізгі физикалық қасиеттерін келесі кестеде қорытындылауға болады.
| Заттың күйі (бөлме температурасында) | Галоген | Сыртқы түрі |
| қатты | йод | күлгін |
| астатин | қара | |
| сұйық | бром | қызыл-қоңыр |
| газды | фтор | бозғылт қоңыр |
| хлор | ақшыл жасыл |
Сыртқы көріністі түсіндіру
Галогендердің түсі электрондардың қозуын тудыратын молекулалардың көрінетін жарықты жұтуының нәтижесі. Фтор күлгін сәулені сіңіреді, сондықтан ашық сары болып көрінеді. Йод, керісінше, сары түсті сіңіреді және күлгін болып көрінеді (сары және күлгін - қосымша түстер). Период ұлғайған сайын галогендердің түсі күңгірт болады.
Жабық ыдыстарда сұйық бром және қатты йод өздерінің буларымен тепе-теңдікте болады, оны түсті газ түрінде байқауға болады.
Астатиннің түсі белгісіз болғанымен, байқалған үлгіге сәйкес ол йодтан (яғни қара) қою болуы керек деп есептеледі.
Енді сізден: "Галогендердің физикалық қасиеттерін сипаттаңыз" деп сұраса, айтарыңыз бар.
Қосылыстардағы галогендердің тотығу дәрежесі
Тотығу күйі көбінесе "галогендік валенттілік" орнына қолданылады. Әдетте, тотығу дәрежесі -1. Бірақ егер галоген оттегімен немесе басқа галогенмен байланысса, ол басқа күйлерге ие болуы мүмкін:СО оттегі -2 басымдыққа ие. Екі түрлі галоген атомдары бір-бірімен байланысқан жағдайда, неғұрлым электртеріс атом басым болады және СО -1 алады.
Мысалы, йод хлоридінде (ICl) хлорда CO -1, ал йод +1 болады. Хлор йодқа қарағанда электртеріс, сондықтан оның CO -1.
Бром қышқылында (HBrO4) оттегінің CO -8 (-2 x 4 атом=-8) бар. Сутегінің жалпы тотығу дәрежесі +1. Осы мәндерді қосқанда CO -7 береді. Қосылыстың соңғы CO нөлге тең болуы керек болғандықтан, бромның CO мөлшері +7.
Ережедегі үшінші ерекшелік - элементтік түрдегі галогеннің тотығу дәрежесі (X2), мұнда оның СО нөлге тең.
| Галоген | қосылыстардағы CO |
| фтор | -1 |
| хлор | -1, +1, +3, +5, +7 |
| бром | -1, +1, +3, +4, +5 |
| йод | -1, +1, +5, +7 |
| астатин | -1, +1, +3, +5, +7 |
Фтордың SD неге әрқашан -1?
Электротерістілік период бойынша артады. Сондықтан фтор барлық элементтердің ең жоғары электртерістігіне ие, бұл оның периодтық жүйедегі орнымен дәлелденеді. Оның электрондық конфигурациясы 1s2 2s2 2p5. Егер фтор тағы бір электрон алса, ең шеткі p-орбитальдар толығымен толтырылады және толық октет құрайды. Өйткені фтор баржоғары электртерістігі, ол көрші атомнан электронды оңай қабылдай алады. Фтор бұл жағдайда инертті газға изоэлектронды (сегіз валенттік электроны бар), оның барлық сыртқы орбитальдары толтырылған. Бұл күйде фтор әлдеқайда тұрақты.
Галогендерді өндіру және пайдалану
Табиғатта галогендер аниондық күйде болады, сондықтан бос галогендер электролиз арқылы тотығу немесе тотықтырғыштардың көмегімен алынады. Мысалы, хлор тұз ерітіндісінің гидролизі арқылы түзіледі. Галогендер мен олардың қосылыстарының қолданылуы әртүрлі.
- Фтор. Фтор жоғары реактивті болғанымен, ол көптеген өнеркәсіптік қолданбаларда қолданылады. Мысалы, ол политетрафторэтиленнің (тефлон) және кейбір басқа фторполимерлердің негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Хлорфторкөміртектер - бұрын аэрозольдерде салқындатқыш және отын ретінде пайдаланылған органикалық химиялық заттар. Қоршаған ортаға әсер етуі мүмкін болғандықтан оларды пайдалану тоқтатылды. Олардың орнын гидрохлорфторкөміртектер басты. Фторид тіс пастасы (SnF2) мен ауыз суға (NaF) тіс жегісінің алдын алу үшін қосылады. Бұл галоген ядролық энергетикада (UF6), фторхинолон антибиотиктерін, алюминийді (Na) өндіру үшін қолданылатын керамиканың кейбір түрлерін (LiF) жасау үшін қолданылатын сазда кездеседі. 3 AlF6), жоғары вольтты оқшаулау үшін (SF6).
- Хлор сонымен қатар әр түрлі қолдануды тапты. Ол ауыз су мен бассейндерді дезинфекциялау үшін қолданылады. Натрий гипохлориті (NaClO)ағартқыштардың негізгі құрамдас бөлігі болып табылады. Тұз қышқылы өнеркәсіпте және зертханаларда кеңінен қолданылады. Хлор поливинилхлоридте (ПВХ) және сымдарды, құбырларды және электрониканы оқшаулау үшін қолданылатын басқа полимерлерде бар. Сонымен қатар, хлордың фармацевтика өнеркәсібінде пайдалылығы дәлелденді. Құрамында хлор бар дәрілер инфекцияларды, аллергияларды және қант диабетін емдеу үшін қолданылады. Гидрохлоридтің бейтарап түрі көптеген препараттардың құрамдас бөлігі болып табылады. Хлор аурухана жабдықтарын зарарсыздандыру және дезинфекциялау үшін де қолданылады. Ауыл шаруашылығында хлор көптеген коммерциялық пестицидтердің құрамдас бөлігі болып табылады: ДДТ (дихлордифенилтрихлорэтан) ауылшаруашылық инсектицид ретінде пайдаланылды, бірақ оны пайдалану тоқтатылды.
- Бром жанбайтындығына байланысты жануды басу үшін қолданылады. Ол сондай-ақ дақылдарды сақтау және бактерияларды басу үшін қолданылатын пестицидтің метил бромидінде кездеседі. Алайда, озон қабатына әсер етуіне байланысты метилбромидті шамадан тыс пайдалану тоқтатылды. Бром бензин, фотопленка, өрт сөндіргіштер, пневмония мен Альцгеймер ауруын емдеуге арналған дәрі-дәрмектер өндірісінде қолданылады.
- Йод қалқанша безінің дұрыс жұмыс істеуінде маңызды рөл атқарады. Ағзаға йод жеткіліксіз болса, қалқанша безі ұлғаяды. Зобтың алдын алу үшін бұл галогенді ас тұзына қосады. Йод антисептик ретінде де қолданылады. Йод үшін қолданылатын ерітінділерде кездеседіашық жараларды тазалау, сондай-ақ дезинфекциялық спрейлерде. Сонымен қатар, күміс йодиді фотосуретте өте қажет.
- Астатин – радиоактивті және сирек жер галогені, сондықтан ол әлі еш жерде қолданылмайды. Дегенмен, бұл элемент йодқа қалқанша безінің гормондарын реттеуге көмектесуі мүмкін деп есептеледі.
