Бейорганикалық химия: Галогендер

Галоген – «тұзтудырушы». Тотығу дәрежесі : -1, +1, +2, +3, +4, +5, +6, +7 сәйкес қосылыстары болады. Электрон қосылғыштық F…At ( фтордан астатқа дейін) азаяды, радиус артады, иондану энергиясы азаяды, металл еместік қасиеті кемиді, тотықтырғыш қасиеттері азаяды.

Жер қыртысында кездесу: көбінесе галогенид ретінде кездеседі (% массалық үлесі):

\(F-6,5 \cdot 10^{-2}\);

\(Cl-4,5\cdot 10^{-2}\);

\(Br-3\cdot 10^{-5}\);

\(J-1\cdot 10^{-4}\).

Флизорит – \(CaF_2\) , криолит – \(AlF_3 \cdot 3NaF\) , фтороапатит \(3Ca_3(PO_4)_2 \cdot CaF_2\) ; \(NaCl\) – теңіз, мухит суларында,\(KCl \cdot MgCl_2 \cdot 6H_2O\) – карналит, \(KCl\) – сильвит.

Теңіз суында \(KBr, ~NaBr, ~MgBr_2, ~KJ, ~J_2\) ;

Алу, қасиеттері, қолданылуы

\(F,~Cl\) – электролиз арқылы ; \(KF \cdot2HF\) (балқыма(бифторид)) \(\rightarrow F_2\) ;

\(NaCl\) (конц.ерітіндісі) \(\rightarrow Cl_2\) ; Теңіз суынан \(NaJ(NaBr)+Cl_2\rightarrow J_2(Br_2)=NaCl\)

Лаб.:

\(2NaBr+2H_2SO_4+MnO_2=Na_2SO_4+MnSo_4+2H_2O+Br_2\)

\(10~HCl+2KMnO_4 \rightarrow 2MnCl_2+5Cl_2+2KCl\)

\(5|~2Cl^--2e^- \rightarrow Cl_2\)

\(2|~Mn^{7+}+5e^- \rightarrow Mn^{2+}\)

\(At:~1940~ж^{209}~_{83} Bi+^4_2He \rightarrow^{211}~_{85}At+2^1~_0n\)

«Астат» – «тұрақсыз».

Физикалық қасиеттері

\(F_2,~Cl_2\) – газдар , \(Br_2\) – сұйық, \(J_2\) – қатты.

\(Г-Г=151~кДж/моль\)

\(E_{Cl-Cl}=238~кДж/моль\)

Бірақ басқа элементтермен қосылыстарында фтор берігірек (H, Cl, Si және басқа ), себебі фтор өлшемі кіші және ЭТ (электртерістігі) үлкен. F₂ қыздырғанда инертті газдармен де әрекеттеседі:

\(Xe+3F_2 \rightarrow XeF_6;\)

\(F_2\) металдармен әрекеттеседі:

\(F_2+Au,~Pt \rightarrow AuF_3,~PtF_4;\)

\(Fe,~Cu,~Ni,~Al,~Zn+F_2 \rightarrow\)жай температурада әрекеттеспейді, себебі бетінде фторид қабаты пайда болады.

\(F_2+O_2,~N_2,~C \rightarrow F_2O~(NF_3,~CF_3);\)

\(F_2+H_2 \rightarrow 2HF\) қопарылыспен

Фтор атмосферасында мынандай тұрақты қосылыстар , \(SiO_2,~H_2O\) жанады:

\(SiO_2+2F_2 ~\circledR ~SiF_4+O_2\)

\(2H_2O+2F_2~ \circledR ~ 4HF+O_2\) ;

\(Cl_2+O_2,~N_2,C \rightarrow Cl_2O~(Cl_3N,~CCl_4)\)

\(Cl_2+H_2 \rightarrow hu\) түзбекті реакция.

Г – Н арасындағы байланыс энергиясы үлкен болғандықтан көптеген сутекті қосылыстардан сутегін алады. \(NH_3,~B_2H_6,~SiH_4\) т.б. \(C_{10}H_{16}\) - скипидар хлормен әрекеттескенде жанады:

\(C_{10}H_{16}+8Cl_2 \rightarrow 16HCl+10C\) ;

\(SiO_2\) берік қосылыс, бірақ \(F_2\) әрекеттеседі

\(SiO_2+2F_2 \rightarrow SiF_4+O_2\) ;

\(F_2 \rightarrow J_2\) тотықтырғыш қасиеті кемиді; \(F^- \rightarrow J^-\) тотықсыздандырғыш қасиеті артады.

\(2KBr+Cl_2 \rightarrow 2KCl+Br_2\) активті жоғары НГ, МеГ қосылыстарынан ығыстырады, ал керісінше активтігі төмеңірек галоген активтігі жоғарырақ галогенді оттекті қосылысынан ығыстырады:

\(Br_2+2KClO_3 \rightarrow 2KBrO_3+Cl_2\) ;

\(J_2+2HClO_4=4HKO_4+Cl_2~;\)

\(F_2\) сумен әрекеттескенде, оны ыдыратады.

\(2F_2+2H_2O=4HF+O_2 \uparrow\), сонымен бірге \(O_3,~OF_2,~H_2O_2\) түзіледі .

\(Cl_2\), \(Br_2\), \(J_2\) суда аз ериді (полярлы болғандықтан) аздап реакцияға түседі .

\(Cl_2~(Br_2,~J_2)+H_2O \leftrightarrow НГО+НГ\) (1)

HClO- (хлорноватистая -хлорлылау) күшті тотықтырғыш,

(1) – реакцияны Н.А. Яковкин 1899 ж. ашқан.

\(HClO \rightarrow HCl+O\), хлордың ағартушылық қасиетін түсіндіреді. \(J_2 \) судан гөрі \(KJ\) ерітіндісінде жақсы ериді \(J_2+KJ \rightarrow K[J_3]\) комплексі түзіледі.

\(Br_2\), \(J_2\) органикалық еріткіштерде ( \(CS_2\), этанол, хлороформ, бензол т.б.) ериді. \(F_2\) олармен әрекеттеседі.(Н.А.Зубович). ( Жараны емдеуге сулы – спиртті 5% және спиртті 10% \(J_2\) ерітіндісі қолданылады ).

Қосылыстары, алу, қасиеттері, қолданылуы

\(H_2+Г_2 \rightarrow 2НГ\)

\(CaF_2+H_2SO_{4конц.} \rightarrow CaSO_4+H_2F_2\)

\(2NaCl+H_2SO_{4конц.} \rightarrow Na_2SO_4+2HCl\) ;

\(HF \rightarrow HJ\) тотықсыздандырғыштық қасиеті артады, қышқылдық қасиеті де артады.

\(HJ+O_2 \rightarrow 2H_2O+2J_2\) тотықсыздандырады.

\(HBr+O_2 \rightarrow 2H_2O+2Br_2\) өте ақырын жүреді.

\(HCl+O_2 \rightarrow \) жүрмейді.

Ас қорытуға асқазандағы \(HCl\) -асқазан сөлі, рН~1-3. ~0,3% НСІ болады. \((HF)_n\) Бөлме \(t^ \circ~(HF)_2\) ; \(t^ \circ\) төмен болған сайын “n” мәні көбірек. \(HBr,~HJ\) бұл реакциялар арқылы алынбайды, себебі олар күшті тотықсыздандырғыштар, соңдықтан \(Br_2,~J_2\)-ге айналды. Оларды \((HBr,~HJ)~РГ_3\)гидролизі арқылы алынады:

\(РГ_3+3H_2O=H_3PO_3+3НГ\)

\(HJ\)-ты мына реакция арқылы да алады:

\(J_2+H_2S=2HJ+S \downarrow\)

Судағы ерітінділері HГ қышқылдар;

\(HF,~F_2\) сияқты шынымен (кварцпен) әрекеттеседі

\(4HF+SiO_2 \rightarrow 2H_2O+SiF_4 \uparrow ;\)

\(SiF_4+2HF=H_2[SiF_6]\) – кремний фторсутек қышқылы.

HF – қышқылының шынымен әрекеттесу қасиетін шыны бетіне сурет салуға қосады. HF – (плавиковая) балқытқыш қышқылы ~ 38% -ті болады. \(HF \leftrightarrow H^++F^-\) ;

\(K_Д7 \cdot 10^{-4}\) , тұздары фторидтер - улы. HCl-тұз қышқылы ~37%, ρ=1,19 г/мл ; HBr, HJ –күшті қышқылдар, тұздары да суда жақсы ериді, тек \(BiJ_3,~AgГ,~PbГ_2\) суда ерімейді.

Оттекті қосылыстар

\(Г_2+O_2 \rightarrow\) тек \(F_2+O_2 \rightarrow F_2{^-}O^{2+}-\)  газ, улы .

\(2F_2+2Na^{-2}OH \rightarrow 2NaF^{-}+O^{+2}F_2{^-}+H_2O\)

\(2|F_2+2e^- \rightarrow 2F^-\)

\(O^{2-}-4e^- \rightarrow O^{2+}\)

\(F_2O\) -ға сәйкес қышқылы жоқ. \(F_2O\) – күшті тотықтырғыш :

1) \(2H_2+O^{+2}F_2{^-}=2H^+F^-+H_2^+O^{-2}\)

\(2|H_2-2e^- \rightarrow2H^+\)

\(O^{2+}+4e^- \rightarrow O^{2-}\)

\(Si^{+4}O_2^{-2}+O^{+2}F_2^- \rightarrow Si^{+4}F_4^-+O_2^0\)

\(2O^{2+}+4e^- \rightarrow O_2\)

\(2O^{2-}-4e^- \rightarrow O_2\)

\(Cl_2O\) – газ, улы. \(2Cl_2~^0+2Hg^{+2}O^{-2}=Hg^{+2}_2O^{-2}Cl_2^{-}+Cl_2^+O^{-2} \uparrow\)

\(Cl_2+2e^- \rightarrow 2Cl^-\)

\(Cl_2-2e^- \rightarrow 2Cl^+\)

\(Cl_2^+O+H_2O=2HCl^+O\) – (хлорноватистая) хлорлылау қышқылы;

\(Cl^{4+}O_2\) – қоңыр, иісті, улы газ.

\(2NaCl^{+5}O_3\) (хлорат) \(+S^{+4}O_2+H_2SO_4=2Cl^{+4}O_2+2NaHS^{+6}O_4\)

\(2|~Cl^{5+}+1e^- \rightarrow Cl^{4+}\)

\(S^{4+}-2e^- \rightarrow S^{6+}\)

\(Cl^{4+}O_2+H_2O \leftrightarrow HCl^{+3}O_2+HCl^{+5}O_3~HClO_2\) – хлорлы қышқылы

\(ClO_2+NaOH=NaClO_2\)(хлорит) \(+NaClO_3\) (хлорат) \(HClO_3\) – хлорлау қышқылы

\(Cl^{+4}+1e^- \rightarrow Cl^{3+}\)

\(Cl^{+4}+1e^- \rightarrow Cl^{5+}\) диспропорциялану реакциясы

\(Cl^{6+}O_32Cl^{+4}O_2+O_2^0=2Cl^{+6}O_3\)

\(2|~Cl^{+4}-2e^- \rightarrow Cl^{6+}\)

\(O_2+4e^- \rightarrow 2O^{2-}\)

\(ClO_3\) - қоныр, сұйық зат.\(2Cl^{+6}O_3+H_2O \rightarrow HCl^{+5}O_3+HCl^{+7}O_4\)

\(Cl^{6+}+1e^- \rightarrow Cl^{5+}\)

\(Cl^{6+}-1e^- \rightarrow Cl^{7+}\)

\(HClO_4\) – хлор қышқылы, оксиді \(Cl_2~^{7+}O_7\) – май тәріздес сұйық зат

\(2~HClO_4+P_2O_5 \rightarrow 2HPO_3+Cl_2O_7\)

\(Cl_2O_7+H_2O \rightarrow 2~HClO_4\) хлор қышқылы

Бром мен иод тұрақсыз \(Br_2O\), \(BrO_2\), \(BeO_3\), \(Br_2O_7\) , \(JO_2\), \(J_2O_5\) оксидтері бар, бірақ аз зерттелген, себебі олар тұрақсыз. Бұл оксидтерге сәйкес қышқылдар мен тұздар бар. \(HOCl\) – хлорлылау, \(HOBr\) – бромлылау, \(HOJ\) – иодтылау қышқылдары.

\(Г_2+H_2O \leftrightarrow HOГ+HГ\) (Яковкин Н.А. реакциясы).

\(Г_2+2KOH \leftrightarrow KOГ+KГ+H_2O\); \(HOГ\) – әлсіз қышқылдар. \(HOCl \rightarrow HOBr \rightarrow HOJ\) қышқыл күші, тұрақтылығы азаяды.

\(HOCl^+ \rightarrow^{hu}HCl+O\) Тұздары гипохлорит, гипобромит, гипойодит деп аталады. Қышқылдары да, тұздары да тотықтырғыш,

\(HOCl \rightarrow HOJ,~KOCl \rightarrow KOJ\) тотықтырғыш қасиеттері төмендейді.

\(I_2+2NaOH \rightarrow NaOCl+NaCl+H_2O\) – жавель суы,

\(Cl_2+Ca(OH)_2 \rightarrow CaOCl_2Cl_2+H_2O\) ағартқыш ,хлор ізбесі - \(CaOCl_2\) _.Дезинфекцияға, матаны ағарту үшін қолданады. Хлор ізбесінің сапасы « актив хлордың» проценттік мөлшерімен анықталады («актив хлор» дейтініміз ізбестің хлор эквивалентіне шағылған тотықтырғыштық қабілеті). \(Cl^{+4}O_2\) сәйкес қышқыл, тұз жоқ. \(HCl^{+3}O_2\), хлорлы қышқыл, тұзы хлорит. \(2ClO_2+2NaOH=\) \(NaCl^{+5}O_3+NaCl^{+3}O_2+H_2O~4HClO_2=\) \(HCl_HClO_3+2ClO_2+H_2O\); \(HCl^{5+}O_3\) хлорлау, \(HBrO_3\) бромдау, \(HJO_3\) – иодтау қышқылы. Тұздары хлораттар, броматтар, иодаттар. \(HCl^{5+}O_3\) - \(HBrO_3\) - \(HJO_3\) тұрақтылығы артады, күші қышқыл ретінде кемиді. \(Г_2O_5\) – оксидтері белгісіз;

\(Br_2+5Cl_2+6H_2O \leftrightarrow 2HBrO_3+10HCl\)

\(3J_2+10HNO_{3конц.} \leftrightarrow 6HJO_3+10NO+2H_2O\)