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;

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

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