Фтор, хлор, бром и иод встречаются в природе практически только в составе солей, которые содержатся как в земной коре, так и в морской воде.
Поэтому элементы VIIA-подгруппы называют галогенами (от греческого «рождающие соли»). Галогены обладают высокой электроотрицательностью, и сильными окислительными свойствами. Молекулы простых веществ — галогенов двухатомны. Атомы связаны между собой ковалентной неполярной связью, и молекулы галогенов в целом неполярны. Поэтому галогены хорошо растворяются в неполярных органических растворителях. В твёрдом состоянии галогены имеют молекулярную кристаллическую решётку. Молекулы удерживаются между собой слабыми межмолекулярными взаимодействиями, поэтому все галогены — летучие вещества.
Фтор — самый электроотрицательный элемент, поэтому он проявляет в соединениях только степень окисления — 1. Важнейшие соединения фтора — это фтороводородная (плавиковая) кислота HF и её соли — фториды. Соединение фтора с кислородом OF 2 , называют фторидом кислорода, поскольку именно фтор находится в отрицательной степени окисления, а кислород — в степени окисления +2.
Хлор, бром и иод, кроме наиболее устойчивой степени окисления — 1, образуют соединения и в положительных степенях окисления, преимущественно в нечётных: +1, +3, +5, +7. В основном это кислородсодержащие соединения — оксиды, кислоты и соответствующие им соли. Известны также оксиды галогенов в степенях окисления +4 и +6(СlO 2 , BrO 2 ).
Для успешной сдачи экзамена необходимо знать химические свойства. Галогены реагируют практически со всеми металлами с образованием соли — галогенида . Щелочные и щелочноземельные металлы реагируют бурно даже в обычных условиях.
С металлами переменной валентности сильные окислители F 2 , Cl 2 , Br 2 окисляют металл до максимальной степени окисления, а более слабый I 2 -до промежуточной или минимальной. Например, железо и медь проявляет разную степень окисления продуктов реакции при взаимодействии с хлором и иодом:
2Fe+3Cl 2 →2FeCl 3 ;
Fe+I 2 →FeI 2 ;
Cu+Cl 2 → CuCl 2 ;
2Cu+I 2 →2CuI
Взаимодействие с неметаллами
Реакция с водородом H 2
Все галогены активно реагируют водородом с образованием галогеноводородов (HHal) — HF, HCl, HBr, HI
Необходимо обратить внимание что с кислородом и углеродом из всех галогенов реагирует только фтор:
O 2 + 2F 2 →2OF 2
C+ 2F 2 →2СF 4
Реакция с серой (S): применяем следующие правила:
При нагревании галогены окисляют серу. Степень окисления серы в продукте зависит от силы самого галогена: Фтор (самый жесткий окислитель) доводит серу до высшей степени окисления +6:
S+3F 2 →SF 6
Хлор и бром окисляют серу до промежуточных состояний (+1 или +2):
2S+Cl 2 →S 2 Cl 2 (дихлорид дисеры)
S+Cl 2 →SCl 2 (дихлорид серы)
Реакция с фосфором (P): учитываем следующие правила:
При недостатки галогена: Образуется галогенид фосфора(III):
2P+3Cl 2 →2PCl 3
При избытки галогена: Фосфор окисляется до максимума (+5):
2P+5Cl 2 →2PCl 5
Особенность иода: Из-за слабости иода и большого размера его атомов соединение PI 5 не существует, образуется только PI 3 :
2P+3I 2 →2PI 3
Реакция с кремнием (Si):
При нагревании простые вещества галогены превращают кремний в тетрагалогениды (SiHal 4 ): Si+2Cl 2 →SiCl 4
Фтор реагирует c кристаллическим кремнием без нагревания с выделением пламени.
Реакция галогенов друг с другом : важные реакции при подготовке.
Галогены способны связываться между собой. В таких парах более электроотрицательный атом тянет электронную плотность на себя (получает степень окисления −1), а менее электроотрицательный окисляется (получает положительную степень окисления +5).
5Сl 2 + Br 2 + 6H 2 O→2HBrO 3 + 10HCl;
5Сl 2 + I 2 + 6H 2 O→2HIO 3 + 10HCl
Реакции галогенов со сложными веществами.
С водой и растворами щелочей хлор, бром и йод диспропорционируют в воде на холоде:
Сl 2 + H 2 O→HCl + HClO(хлорная вода);
Сl 2 + 2KOH→KCl + KClO + H 2 O
при нагревании:
3Сl 2 + 3H 2 O→5HCl + HClO 3;
3Сl 2 + 6KOH→5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
Для йода всегда пишем так
3I 2 + 6KOH→5KI+ KIO 3 + 3H 2 O
С галогенидами и галогеноводородами используют следующее правило: Галогены вытесняют менее электроотрицательные неметаллы из их солей и водородных соединений. Более активный галоген вытесняет менее активный:
Сl 2 + 2KBr→Br 2 + 2KCl
Br 2 + HI → I 2 + HBr
Хлор и бром вытесняют серу из сероводорода и растворов сульфидов
Сl 2 + H 2 S→S + 2HCl (только в газовой фазе)
Br 2 + K 2 S→S + 2KBr
Галогены — сильные окислители . Иод является самым слабым окислителем среди галогенов. В отличие от остальных галогенов иод не способен, например, при взаимодействии с железом перевести его в степень окисления +3, а образует только иодид железа(II) FeI 2 :
Галогеноводороды:
Кислотные свойства галогеноводородных кислот усиливаются в ряду HF является слабой, HCl, HBr, HI относятся к сильным кислотам.
Восстановительные свойства галогеноводородов также усиливаются в ряду
HCI→HBr→HI. Фторид-ионы образованы наиболее электроотрицательным элементом — фтором. Поэтому среди химических веществ нет окислителей настолько сильных, чтобы быть способными оторвать электрон у иона F - . Фторид-ионы проявляют восстановительные свойства только в процессе электролиза. Соляная кислота и её соли отдают электроны только под действием наиболее сильных окислителей — перманганата калия, дихромата калия и некоторых других
CaF 2 + H 2 SO 4 (конц.) → 2HF + CaSO 4
NaCl+ H 2 SO 4(конц.) → HCI + NaHSO 4
2HBr + H 2 SO 4(конц.) →Br 2 + SO 2 + 2H 2 0
8HI + H 2 SO 4(конц.) →4I 2 + H 2 S + 4H 2 0
Бромид-ионы окисляются не только концентрированной серной кислотой, но и многими другими типичными лабораторными окислителями, например дихроматом калия:
K 2 Cr 2 O 7 + 6KBr + 7H 2 SO 4 →Cr 2 (SO 4 ) 3 + 3Br 2 + 4K 2 SO 4 + 7H 2 O
Иодоводородная кислота и её соли проявляют наиболее выраженные восстановительные свойства. Они медленно окисляются даже под действием кислорода воздуха:
4HI + O 2 →2I 2 + 2H 2 0
Иодид-ион достаточно сильный восстановитель для того, чтобы восстановить
Fe(III) до Fe(II) и Cu(II) до Cu(l):
2HI + Fe 2 (SO 4 ) 3 →2FeSO 4 + I 2 + H 2 SO 4
2CuSO 4 + 4KI→2CuI+ I 2 + 2K 2 SO 4
Фтороводород и плавиковая кислота обладают рядом особенностей.
Bо-первых, в отличие от молекул остальных галогеноводородов молекулы HF
связаны между собой водородными связями.
Во-вторых, HF взаимодействует с оксидом кремния(IV), входящим в состав стекла:
4HF + SiO 2 →SiF 4 + 2H 2 O
Зная все эти химические свойства галогенов, можно успешно сдать ЕГЭ по химии.
Литература:
- А. А. Каверина, Ю. Н. Медведев, Г. Н. Молчанова — Я сдам ЕГЭ! Издательство «Просвещение» 2018.
- И. И. Новошинский, Н. С. Новошинская — Готовимся в ЕГЭ. Химия: Неорганическая химия. Теория. Издательство «Русское слово», 2022.
