คุณสมบัติออกซิเดชั่นเปลี่ยนแปลงอย่างไรในกลุ่มย่อยของฮาโลเจน คุณสมบัติทางเคมีของฮาโลเจน

อะตอมไฮโดรเจนมีสูตรอิเล็กทรอนิกส์ของอิเล็กตรอนชั้นนอก (และเท่านั้น) ระดับ 1 ส 1. ในแง่หนึ่ง ในแง่ของการมีอยู่ของอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก อะตอมไฮโดรเจนจะคล้ายกับอะตอมของโลหะอัลคาไล อย่างไรก็ตาม เช่นเดียวกับฮาโลเจน จะต้องมีอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อเติมระดับอิเล็กทรอนิกส์ภายนอก เนื่องจากระดับอิเล็กทรอนิกส์แรกสามารถมีอิเล็กตรอนได้ไม่เกิน 2 ตัว ปรากฎว่าสามารถวางไฮโดรเจนพร้อมกันได้ทั้งในกลุ่มแรกและกลุ่มสุดท้าย (กลุ่มที่เจ็ด) ของตารางธาตุ ซึ่งบางครั้งก็ทำในตารางธาตุเวอร์ชันต่างๆ:

จากมุมมองของคุณสมบัติของไฮโดรเจนในฐานะสารธรรมดา แต่ก็ยังมีความเหมือนกันกับฮาโลเจนมากกว่า ไฮโดรเจนก็เหมือนกับฮาโลเจน ที่เป็นอโลหะและก่อตัวเป็นโมเลกุลไดอะตอมมิก (H 2) เหมือนกับพวกมัน

ภายใต้สภาวะปกติ ไฮโดรเจนเป็นสารที่เป็นก๊าซและมีฤทธิ์ต่ำ กิจกรรมที่ต่ำของไฮโดรเจนอธิบายได้จากความแข็งแรงสูงของพันธะระหว่างอะตอมไฮโดรเจนในโมเลกุล การแตกหักต้องใช้ความร้อนสูงหรือการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา หรือทั้งสองอย่าง

ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับสารเชิงเดี่ยว

ด้วยโลหะ

ในบรรดาโลหะ ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ธเท่านั้น! โลหะอัลคาไลรวมถึงโลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม I (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr) และโลหะอัลคาไลน์เอิร์ธรวมถึงโลหะของกลุ่มย่อยหลักของกลุ่ม II ยกเว้นเบริลเลียมและแมกนีเซียม (Ca, Sr, Ba, รา)

เมื่อทำปฏิกิริยากับโลหะแอคทีฟ ไฮโดรเจนจะแสดงคุณสมบัติออกซิไดซ์ เช่น ลดสถานะออกซิเดชันลง ในกรณีนี้จะเกิดไฮไดรด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทซึ่งมีโครงสร้างไอออนิก ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน:

ควรสังเกตว่าการทำปฏิกิริยากับโลหะแอคทีฟเป็นเพียงกรณีเดียวที่โมเลกุลไฮโดรเจน H2 เป็นตัวออกซิไดซ์

กับอโลหะ

ในบรรดาอโลหะ ไฮโดรเจนทำปฏิกิริยากับคาร์บอน ไนโตรเจน ออกซิเจน ซัลเฟอร์ ซีลีเนียม และฮาโลเจนเท่านั้น!

คาร์บอนควรเข้าใจว่าเป็นกราไฟท์หรือคาร์บอนอสัณฐาน เนื่องจากเพชรเป็นการดัดแปลงคาร์บอนแบบเฉื่อยอย่างยิ่ง

เมื่อทำปฏิกิริยากับอโลหะ ไฮโดรเจนสามารถทำหน้าที่ของตัวรีดิวซ์เท่านั้น กล่าวคือ สามารถเพิ่มสถานะออกซิเดชันได้เท่านั้น:

ปฏิกิริยาระหว่างไฮโดรเจนกับสารเชิงซ้อน

ด้วยออกไซด์ของโลหะ

ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับออกไซด์ของโลหะที่อยู่ในชุดกิจกรรมของโลหะจนถึงอะลูมิเนียม (รวมไปถึงอะลูมิเนียมด้วย) อย่างไรก็ตาม ไฮโดรเจนสามารถรีดิวซ์ออกไซด์ของโลหะจำนวนมากทางด้านขวาของอะลูมิเนียมเมื่อถูกความร้อน:

ด้วยออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ

ในบรรดาออกไซด์ที่ไม่ใช่โลหะ ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยาเมื่อถูกความร้อนด้วยออกไซด์ของไนโตรเจน ฮาโลเจน และคาร์บอน จากปฏิกิริยาทั้งหมดของไฮโดรเจนกับอโลหะออกไซด์โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่น่าสังเกตคือปฏิกิริยาของมันกับคาร์บอนมอนอกไซด์ CO

ส่วนผสมของ CO และ H2 มีชื่อเป็นของตัวเอง - "ก๊าซสังเคราะห์" เนื่องจากขึ้นอยู่กับเงื่อนไขของผลิตภัณฑ์อุตสาหกรรมยอดนิยมเช่นเมทานอลฟอร์มาลดีไฮด์และแม้แต่ไฮโดรคาร์บอนสังเคราะห์สามารถรับได้:

ด้วยกรด

ไฮโดรเจนไม่ทำปฏิกิริยากับกรดอนินทรีย์!

สำหรับกรดอินทรีย์ ไฮโดรเจนจะทำปฏิกิริยากับกรดไม่อิ่มตัวเท่านั้น เช่นเดียวกับกรดที่มีหมู่ฟังก์ชันที่สามารถรีดิวซ์ด้วยไฮโดรเจน โดยเฉพาะหมู่อัลดีไฮด์ คีโต หรือไนโตร

ด้วยเกลือ

ในกรณีของสารละลายเกลือในน้ำจะไม่เกิดปฏิกิริยากับไฮโดรเจน อย่างไรก็ตาม เมื่อไฮโดรเจนถูกส่งผ่านเกลือแข็งของโลหะบางชนิดที่มีฤทธิ์ปานกลางและต่ำ การรีดักชันของพวกมันบางส่วนหรือทั้งหมดก็เป็นไปได้ ตัวอย่างเช่น:

คุณสมบัติทางเคมีของฮาโลเจน

ฮาโลเจนเป็นองค์ประกอบทางเคมีของกลุ่ม VIIA (F, Cl, Br, I, At) รวมถึงสารธรรมดาที่เกิดขึ้น ในที่นี้และเพิ่มเติมในข้อความ เว้นแต่จะระบุไว้เป็นอย่างอื่น ฮาโลเจนจะเข้าใจว่าเป็นสารอย่างง่าย

ฮาโลเจนทั้งหมดมีโครงสร้างโมเลกุลซึ่งกำหนดจุดหลอมเหลวและจุดเดือดต่ำของสารเหล่านี้ โมเลกุลของฮาโลเจนเป็นแบบไดอะตอมมิกเช่น สูตรสามารถเขียนได้ในรูปแบบทั่วไปเป็น Hal 2

ควรสังเกตคุณสมบัติทางกายภาพเฉพาะของไอโอดีนตามความสามารถ การระเหิดหรืออีกนัยหนึ่ง การระเหิด. การระเหิดเป็นปรากฏการณ์ที่สารในสถานะของแข็งไม่ละลายเมื่อถูกความร้อน แต่เมื่อผ่านสถานะของเหลวจะผ่านเข้าสู่สถานะก๊าซทันที

โครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของระดับพลังงานภายนอกของอะตอมของฮาโลเจนใด ๆ มีรูปแบบ ns 2 np 5 โดยที่ n คือจำนวนคาบของตารางธาตุซึ่งมีฮาโลเจนอยู่ อย่างที่คุณเห็น อะตอมของฮาโลเจนต้องการอิเล็กตรอนเพียงตัวเดียวเพื่อไปยังเปลือกนอกที่มีอิเล็กตรอนแปดอิเล็กตรอน จากนี้ มีเหตุผลที่จะถือว่าคุณสมบัติออกซิไดซ์ส่วนใหญ่ของฮาโลเจนอิสระ ซึ่งได้รับการยืนยันในทางปฏิบัติ ดังที่ทราบกันดีว่าอิเลคโตรเนกาติวีตี้ของอโลหะจะลดลงเมื่อเคลื่อนลงกลุ่มย่อยดังนั้นกิจกรรมของฮาโลเจนจึงลดลงในซีรีย์:

F 2 > Cl 2 > Br 2 > ฉัน 2

ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับสารอย่างง่าย

ฮาโลเจนทั้งหมดเป็นสารที่มีปฏิกิริยาสูงและทำปฏิกิริยากับสารที่ง่ายที่สุด อย่างไรก็ตาม ควรสังเกตว่าเนื่องจากมีปฏิกิริยาที่สูงมาก ฟลูออรีนจึงสามารถทำปฏิกิริยาได้แม้กระทั่งกับสารธรรมดาๆ ที่ฮาโลเจนอื่นๆ ไม่สามารถทำปฏิกิริยาได้ สารง่ายๆ เช่น ออกซิเจน คาร์บอน (เพชร) ไนโตรเจน แพลทินัม ทอง และก๊าซมีตระกูลบางชนิด (ซีนอนและคริปทอน) เหล่านั้น. จริงๆ แล้ว, ฟลูออรีนไม่ทำปฏิกิริยากับก๊าซมีตระกูลบางชนิดเท่านั้น

ฮาโลเจนที่เหลือคือ คลอรีน โบรมีน และไอโอดีนก็เป็นสารออกฤทธิ์เช่นกัน แต่มีฤทธิ์น้อยกว่าฟลูออรีน พวกมันทำปฏิกิริยากับสารธรรมดาเกือบทั้งหมด ยกเว้นออกซิเจน ไนโตรเจน คาร์บอนในรูปของเพชร แพลทินัม ทองคำ และก๊าซมีตระกูล

ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับอโลหะ

ไฮโดรเจน

เมื่อฮาโลเจนทั้งหมดมีปฏิกิริยากับไฮโดรเจนก็จะก่อตัวขึ้น ไฮโดรเจนเฮไลด์ด้วยสูตรทั่วไป HHal ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาของฟลูออรีนกับไฮโดรเจนเริ่มต้นขึ้นเองแม้ในความมืดและดำเนินต่อไปด้วยการระเบิดตามสมการ:

ปฏิกิริยาของคลอรีนกับไฮโดรเจนสามารถเกิดขึ้นได้โดยการฉายรังสีอัลตราไวโอเลตหรือความร้อนที่รุนแรง ดำเนินการด้วยการระเบิด:

โบรมีนและไอโอดีนทำปฏิกิริยากับไฮโดรเจนเฉพาะเมื่อถูกความร้อน และในเวลาเดียวกัน ปฏิกิริยากับไอโอดีนสามารถย้อนกลับได้:

ฟอสฟอรัส

ปฏิกิริยาระหว่างฟลูออรีนกับฟอสฟอรัสทำให้เกิดปฏิกิริยาออกซิเดชันของฟอสฟอรัสจนถึงสถานะออกซิเดชันสูงสุด (+5) ในกรณีนี้จะเกิดฟอสฟอรัสเพนทาฟลูออไรด์:

เมื่อคลอรีนและโบรมีนทำปฏิกิริยากับฟอสฟอรัส เป็นไปได้ที่จะได้รับฟอสฟอรัสเฮไลด์ทั้งในสถานะออกซิเดชัน + 3 และในสถานะออกซิเดชัน +5 ซึ่งขึ้นอยู่กับสัดส่วนของสารที่ทำปฏิกิริยา:

นอกจากนี้ ในกรณีของฟอสฟอรัสขาวในบรรยากาศที่มีฟลูออรีน คลอรีน หรือโบรมีนเหลว ปฏิกิริยาจะเริ่มขึ้นเอง

ปฏิกิริยาระหว่างฟอสฟอรัสกับไอโอดีนสามารถนำไปสู่การก่อตัวของฟอสฟอรัสไตรโอไดด์เท่านั้น เนื่องจากความสามารถในการออกซิไดซ์ต่ำกว่าฮาโลเจนอื่น ๆ อย่างมีนัยสำคัญ:

สีเทา

ฟลูออรีนออกซิไดซ์ซัลเฟอร์จนมีสถานะออกซิเดชันสูงสุด +6 กลายเป็นซัลเฟอร์เฮกซาฟลูออไรด์:

คลอรีนและโบรมีนทำปฏิกิริยากับซัลเฟอร์ ทำให้เกิดสารประกอบที่มีซัลเฟอร์ในสถานะออกซิเดชัน +1 และ +2 ซึ่งถือว่าผิดปกติอย่างมาก การโต้ตอบเหล่านี้มีความเฉพาะเจาะจงมาก และเพื่อที่จะผ่านการสอบ Unified State ในวิชาเคมี ไม่จำเป็นต้องเขียนสมการสำหรับการโต้ตอบเหล่านี้ ดังนั้น จึงให้สมการสามสมการต่อไปนี้ไว้เพื่อใช้อ้างอิงแทน:

ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับโลหะ

ตามที่กล่าวไว้ข้างต้น ฟลูออรีนสามารถทำปฏิกิริยากับโลหะทุกชนิด แม้แต่โลหะที่มีฤทธิ์ต่ำ เช่น แพลทินัมและทองคำ:

ฮาโลเจนที่เหลือจะทำปฏิกิริยากับโลหะทั้งหมด ยกเว้นแพลตตินัมและทองคำ:

ปฏิกิริยาของฮาโลเจนกับสารเชิงซ้อน

ปฏิกิริยาการแทนที่ด้วยฮาโลเจน

ฮาโลเจนที่มีฤทธิ์มากขึ้นเช่น องค์ประกอบทางเคมีซึ่งอยู่สูงกว่าในตารางธาตุสามารถแทนที่ฮาโลเจนที่มีฤทธิ์น้อยกว่าจากกรดไฮโดรฮาลิกและโลหะเฮไลด์ที่เกิดขึ้น:

ในทำนองเดียวกัน โบรมีนและไอโอดีนจะแทนที่ซัลเฟอร์จากสารละลายของซัลไฟด์และหรือไฮโดรเจนซัลไฟด์:

คลอรีนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงกว่าและออกซิไดซ์ไฮโดรเจนซัลไฟด์ในสารละลายที่เป็นน้ำไม่ให้เป็นกำมะถัน แต่เป็นกรดซัลฟิวริก:

ปฏิกิริยาของฮาโลเจนกับน้ำ

น้ำเผาไหม้ในฟลูออรีนด้วยเปลวไฟสีน้ำเงินตามสมการปฏิกิริยา:

โบรมีนและคลอรีนทำปฏิกิริยากับน้ำแตกต่างจากฟลูออรีน หากฟลูออรีนทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์ คลอรีนและโบรมีนจะไม่สมส่วนในน้ำจนกลายเป็นส่วนผสมของกรด ในกรณีนี้ ปฏิกิริยาสามารถย้อนกลับได้:

ปฏิกิริยาของไอโอดีนกับน้ำเกิดขึ้นในระดับที่ไม่มีนัยสำคัญจนสามารถละเลยได้และสามารถสันนิษฐานได้ว่าปฏิกิริยานี้จะไม่เกิดขึ้นเลย

ปฏิกิริยาระหว่างฮาโลเจนกับสารละลายอัลคาไล

ฟลูออรีนเมื่อทำปฏิกิริยากับสารละลายอัลคาไลที่เป็นน้ำจะทำหน้าที่เป็นตัวออกซิไดซ์อีกครั้ง:

ไม่จำเป็นต้องเขียนสมการนี้จึงจะผ่านการสอบ Unified State ก็เพียงพอที่จะทราบข้อเท็จจริงเกี่ยวกับความเป็นไปได้ของปฏิกิริยาดังกล่าวและบทบาทออกซิเดชันของฟลูออรีนในปฏิกิริยานี้

ต่างจากฟลูออรีนตรงที่ฮาโลเจนอื่น ๆ ในสารละลายอัลคาไลนั้นไม่ได้สัดส่วน กล่าวคือ พวกมันจะเพิ่มและลดสถานะออกซิเดชันไปพร้อม ๆ กัน นอกจากนี้ ในกรณีของคลอรีนและโบรมีน การไหลในสองทิศทางที่แตกต่างกันนั้นขึ้นอยู่กับอุณหภูมิ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในความเย็นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นดังนี้:

และเมื่อถูกความร้อน:

ไอโอดีนทำปฏิกิริยากับอัลคาไลโดยเฉพาะตามตัวเลือกที่สองคือ ด้วยการก่อตัวของไอโอเดตเพราะว่า ไฮโปไอโอไดต์ไม่เสถียรไม่เพียงแต่เมื่อถูกความร้อนเท่านั้น แต่ยังอยู่ที่อุณหภูมิปกติและแม้แต่ในที่เย็นด้วย

องค์ประกอบที่ 7 (ในระบบการตั้งชื่อใหม่ของ IUPAC ถูกกำหนดให้เป็นกลุ่ม 17) ได้แก่ ฟลูออรีน (F), คลอรีน (Cl), โบรมีน (Br), ไอโอดีน (I), แอสทาทีน (At) ชื่อขององค์ประกอบเหล่านี้ - ฮาโลเจน (กรีก: "การให้กำเนิดเกลือ") - เกิดจากการที่สารประกอบส่วนใหญ่ที่มีโลหะเป็นเกลือทั่วไป (KCl, NaCl ฯลฯ ) การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของชั้นนอกของอะตอมขององค์ประกอบเหล่านี้คือ ns2np5 โดยที่ n คือเลขงวด โดยรวมแล้วมีอิเล็กตรอน 7 ตัวในชั้นอิเล็กทรอนิกส์ด้านนอกของอะตอมฮาโลเจนซึ่งเป็นตัวกำหนดคุณสมบัติของฮาโลเจนในการยึดเกาะกับอิเล็กตรอน

ฮาโลเจนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรงและทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโลหะและอโลหะเกือบทั้งหมด ยกเว้นออกซิเจน คาร์บอน ไนโตรเจน และก๊าซมีตระกูล พันธะในเฮไลด์ของโลหะอัลคาไลและอัลคาไลน์เอิร์ทคือไอออนิก ส่วนที่เหลือคือโควาเลนต์

ฮาโลเจนก่อตัวเป็นไดอะตอมมิกและโมเลกุลที่เปราะบาง ความง่ายในการสลายตัวของโมเลกุลฮาโลเจนเป็นอะตอมเป็นสาเหตุหนึ่งที่ทำให้เกิดกิจกรรมทางเคมีสูง

ในสถานะอิสระ ฮาโลเจนประกอบด้วยโมเลกุลไดอะตอมมิก: F2, Cl2, Br2, I2 แอสทาทีนเป็นธาตุกัมมันตภาพรังสีและสามารถหาได้จากการประดิษฐ์เท่านั้น

จากฟลูออรีนไปเป็นไอโอดีน คุณสมบัติทางกายภาพของฮาโลเจนเปลี่ยนไป: ความหนาแน่นเพิ่มขึ้น ขนาดอะตอมเพิ่มขึ้น จุดเดือดและจุดหลอมเหลวเพิ่มขึ้น

เมื่อเลขอะตอมเพิ่มขึ้น ความสามารถในการออกซิไดซ์ของฮาโลเจนในสถานะอิสระจะลดลง ดังนั้น ฮาโลเจนก่อนหน้านี้แต่ละอันจะแทนที่อันถัดไปจากสารประกอบของมันด้วยโลหะและไฮโดรเจน ตัวอย่างเช่น:

2КCl + F2 = 2КF + Cl2

ฟลูออรีนเป็นอโลหะที่มีฤทธิ์มากที่สุด มีสถานะออกซิเดชัน -1 เพียงสถานะเดียว ซึ่งทำปฏิกิริยาโดยตรงกับโลหะเกือบทั้งหมด (แม้แต่ทองคำและแพลทินัม) รวมถึงอโลหะด้วย สารละลายไฮโดรเจนฟลูออไรด์ในน้ำเรียกว่ากรดไฮโดรฟลูออริก และเกลือของกรดเรียกว่าฟลูออไรด์ เป็นไปไม่ได้ที่จะได้รับฟลูออรีนทางเคมี ดังนั้นจึงใช้อิเล็กโทรไลซิสเพียงอย่างเดียว

คลอรีน โบรมีน และไอโอดีนมีสถานะออกซิเดชันที่ -1 และ +1 สถานะออกซิเดชัน -1 เป็นลักษณะเฉพาะส่วนใหญ่ของฮาโลเจน

เนื่องจากมีฤทธิ์ทางเคมีสูง ฮาโลเจนจึงมีอยู่ในธรรมชาติในรูปแบบที่ถูกผูกไว้เท่านั้น

1) การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ทั่วไปของระดับพลังงานภายนอกคือ nS2nP5

2) เมื่อจำนวนอะตอมขององค์ประกอบเพิ่มขึ้น รัศมีของอะตอมจะเพิ่มขึ้น อิเลคโตรเนกาติวีตี้ลดลง คุณสมบัติที่ไม่ใช่โลหะลดลง (คุณสมบัติของโลหะเพิ่มขึ้น) ฮาโลเจนเป็นสารออกซิไดซ์ที่แรง กำลังออกซิไดซ์ขององค์ประกอบจะลดลงเมื่อมวลอะตอมเพิ่มขึ้น

3) โมเลกุลของฮาโลเจนประกอบด้วยสองอะตอม

4) เมื่อมวลอะตอมเพิ่มขึ้น สีจะเข้มขึ้น จุดหลอมเหลวและจุดเดือดตลอดจนความหนาแน่นก็เพิ่มขึ้น

5) ความแข็งแรงของกรดไฮโดรฮาลิกจะเพิ่มขึ้นตามมวลอะตอมที่เพิ่มขึ้น

6) ฮาโลเจนสามารถสร้างสารประกอบซึ่งกันและกันได้ (เช่น BrCl)

จากหนังสือเรียนวิชาเคมี หลายคนรู้ว่าฮาโลเจนรวมถึงองค์ประกอบทางเคมีของระบบธาตุของ Mendeleev จากกลุ่ม 17 ในตาราง

แปลจากภาษากรีกว่ากำเนิดต้นกำเนิด เกือบทั้งหมดมีความว่องไวสูง เนื่องจากพวกมันทำปฏิกิริยาอย่างรุนแรงกับสารธรรมดา ยกเว้นอโลหะบางชนิด ฮาโลเจนคืออะไรและมีคุณสมบัติอย่างไร?

เพื่อนร่วมชั้น

รายชื่อฮาโลเจน

ฮาโลเจนเป็นสารออกซิไดซ์ที่ดี ด้วยเหตุนี้ โดยธรรมชาติแล้วจึงพบได้ในสารประกอบบางชนิดเท่านั้น ยิ่งเลขอะตอมสูง กิจกรรมทางเคมีของธาตุในกลุ่มนี้ก็จะน้อยลง กลุ่มฮาโลเจนประกอบด้วยองค์ประกอบดังต่อไปนี้:

• คลอรีน (Cl);
• ฟลูออรีน (F);
• ไอโอดีน (I);
• โบรมีน (Br);
• แอสทาทีน (ที่)

หลังได้รับการพัฒนาที่สถาบันวิจัยนิวเคลียร์ซึ่งตั้งอยู่ในเมือง Dubna ฟลูออรีนเป็นก๊าซพิษที่มีสีเหลืองอ่อน คลอรีนก็เป็นพิษเช่นกัน นี่เป็นก๊าซที่มีกลิ่นค่อนข้างฉุนและไม่เป็นที่พอใจของสีเขียวอ่อน โบรมีนมีสีน้ำตาลแดงและเป็นของเหลวพิษที่อาจส่งผลต่อการรับรู้กลิ่นได้ มันมีความผันผวนมากจึงถูกเก็บไว้ในหลอดบรรจุ ไอโอดีนเป็นสารผลึกสีม่วงเข้ม ระเหิดได้ง่าย แอสทาทีนเป็นสารกัมมันตภาพรังสี สีคริสตัล: สีดำกับสีน้ำเงิน ครึ่งชีวิตคือ 8.1 ชั่วโมง

กิจกรรมออกซิเดชันสูงของฮาโลเจนจะลดลงจากฟลูออรีนไปเป็นไอโอดีน พี่น้องที่กระตือรือร้นที่สุดคือฟลูออรีนซึ่ง มีความสามารถในการทำปฏิกิริยากับโลหะใด ๆ ทำให้เกิดเกลือบางส่วนติดไฟได้เองและปล่อยความร้อนจำนวนมหาศาลออกมา องค์ประกอบนี้จะทำปฏิกิริยากับอโลหะเกือบทั้งหมดโดยไม่ให้ความร้อนปฏิกิริยาจะมาพร้อมกับการปล่อยความร้อนจำนวนหนึ่ง (คายความร้อน)

ฟลูออรีนทำปฏิกิริยากับก๊าซเฉื่อยและถูกฉายรังสี (Xe + F 2 = XeF 2 + 152 kJ) เมื่อถูกความร้อน ฟลูออรีนจะส่งผลต่อฮาโลเจนอื่นๆ และออกซิไดซ์พวกมัน สูตรนี้ประกอบด้วย: Hal 2 + F 2 = 2HalF โดยที่ Hal = Cl, Br, I, At ในกรณีที่สถานะออกซิเดชันของ HalF ของคลอรีน โบรมีน ไอโอดีน และแอสทาทีนเท่ากับ + 1

ฟลูออรีนยังทำปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อนค่อนข้างรุนแรง ผลที่ตามมาคือการเกิดออกซิเดชันของน้ำ ในกรณีนี้เกิดปฏิกิริยาระเบิดซึ่งเขียนโดยสูตรสั้น ๆ: 3F 2 + ZH 2 O = OF 2 + 4HF + H 2 O 2

คลอรีน

กิจกรรมของคลอรีนอิสระนั้นน้อยกว่าฟลูออรีนเล็กน้อย แต่ก็มีความสามารถในการทำปฏิกิริยาได้ดีเช่นกัน สิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้เมื่อมีอันตรกิริยากับสารธรรมดาหลายชนิด โดยมีข้อยกเว้นที่หาได้ยากในรูปของออกซิเจน ไนโตรเจน และก๊าซเฉื่อย เขา สามารถทำปฏิกิริยารุนแรงกับสารที่ซับซ้อนได้เมื่อสร้างปฏิกิริยาทดแทนคุณสมบัติของการเติมไฮโดรคาร์บอนก็มีอยู่ในคลอรีนเช่นกัน เมื่อถูกความร้อน โบรมีนหรือไอโอดีนจะถูกแทนที่ด้วยสารประกอบที่มีไฮโดรเจนหรือโลหะ

องค์ประกอบนี้มีความสัมพันธ์ที่แปลกประหลาดกับไฮโดรเจน ที่อุณหภูมิห้องและไม่มีการสัมผัสกับแสง คลอรีนจะไม่ทำปฏิกิริยากับก๊าซนี้ในทางใดทางหนึ่ง แต่เมื่อได้รับความร้อนหรือถูกแสง ปฏิกิริยาลูกโซ่ระเบิดจะเกิดขึ้น สูตรได้รับด้านล่าง:

Cl2+ ชม.ν → 2Cl, Cl + H2 → HCl + H, H + Cl2 → HCl + Cl, Cl + H2 → HCl + H เป็นต้น

เมื่อโฟตอนตื่นเต้นจะทำให้เกิดการสลายตัวของโมเลกุล Cl 2 ให้เป็นอะตอม และเกิดปฏิกิริยาลูกโซ่ ทำให้เกิดอนุภาคใหม่ที่ก่อให้เกิดจุดเริ่มต้นของขั้นต่อไป ในประวัติศาสตร์เคมี มีการศึกษาปรากฏการณ์นี้แล้ว นักเคมีชาวรัสเซียและผู้ได้รับรางวัลโนเบล N.N. Semenov ในปี 1956 เขาได้ศึกษาปฏิกิริยาลูกโซ่โฟโตเคมีคอล และด้วยเหตุนี้จึงมีคุณูปการต่อวิทยาศาสตร์อย่างมาก

คลอรีนทำปฏิกิริยากับสารที่ซับซ้อนหลายชนิด ซึ่งเป็นปฏิกิริยาทดแทนและเติม มันละลายได้ดีในน้ำ

Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO - 25 กิโลจูล

ด้วยด่างเมื่อถูกความร้อนสามารถคลอรีนได้ ไม่สมส่วน.

โบรมีน ไอโอดีน และแอสทาทีน

กิจกรรมทางเคมีของโบรมีนน้อยกว่าฟลูออรีนหรือคลอรีนที่กล่าวข้างต้นเล็กน้อย แต่ก็ค่อนข้างสูงเช่นกัน โบรมีนมักใช้ในรูปของเหลว มันก็เหมือนกับคลอรีนที่ละลายในน้ำได้ดีมาก ปฏิกิริยาบางส่วนเกิดขึ้นกับมัน ทำให้ได้รับ "น้ำโบรมีน"

กิจกรรมทางเคมีของไอโอดีนแตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากตัวแทนอื่น ๆ ในซีรี่ส์นี้ มันแทบจะไม่มีปฏิกิริยากับอโลหะ แต่ด้วย สำหรับโลหะ ปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นช้ามากและเมื่อได้รับความร้อนเท่านั้น- ในกรณีนี้ จะเกิดการดูดกลืนความร้อนจำนวนมาก (ปฏิกิริยาดูดความร้อน) ซึ่งสามารถพลิกกลับได้สูง นอกจาก ไอโอดีนไม่สามารถละลายในน้ำได้ไม่ว่าวิธีใดก็ตามซึ่งสิ่งนี้ไม่สามารถทำได้แม้จะมีการให้ความร้อน ซึ่งเป็นเหตุผลว่าทำไม "น้ำไอโอดีน" จึงไม่มีอยู่ในธรรมชาติ ไอโอดีนสามารถละลายได้ในสารละลายไอโอไดด์เท่านั้น ในกรณีนี้จะเกิดไอออนเชิงซ้อนขึ้น ในทางการแพทย์ สารประกอบนี้เรียกว่าสารละลายของลูโกล

แอสทาทีนทำปฏิกิริยากับโลหะและไฮโดรเจน ในชุดฮาโลเจน กิจกรรมทางเคมีจะลดลงในทิศทางจากฟลูออรีนไปเป็นแอสทาทีน ฮาโลเจนแต่ละตัวในซีรีย์ F - At มีความสามารถในการแทนที่องค์ประกอบที่ตามมาจากสารประกอบด้วยโลหะหรือไฮโดรเจน แอสทาทีนเป็นองค์ประกอบที่ไม่โต้ตอบมากที่สุด แต่มีลักษณะพิเศษคือการมีปฏิสัมพันธ์กับโลหะ

แอปพลิเคชัน

เคมีเป็นรากฐานที่มั่นคงในชีวิตของเรา และแทรกซึมเข้าไปในทุกด้าน มนุษย์ได้เรียนรู้ที่จะใช้ฮาโลเจนรวมทั้งสารประกอบของมันเพื่อประโยชน์ของตนเอง ความสำคัญทางชีวภาพของฮาโลเจนนั้นไม่อาจปฏิเสธได้ ขอบเขตการใช้งานแตกต่างกัน:

• ยา;
• เภสัชวิทยา;
• การผลิตพลาสติกต่างๆ สีย้อม ฯลฯ
• เกษตรกรรม.

จากสารประกอบไครโอไลท์ตามธรรมชาติจะได้สูตรทางเคมีดังนี้ Na3AlF6 อลูมิเนียม- สารประกอบฟลูออรีนมีการใช้กันอย่างแพร่หลายในการผลิต ยาสีฟัน- เป็นที่รู้กันว่าฟลูออไรด์ช่วยป้องกันโรคฟันผุได้ ใช้ทิงเจอร์แอลกอฮอล์ไอโอดีน เพื่อฆ่าเชื้อและฆ่าเชื้อบาดแผล.

คลอรีนพบว่ามีการใช้งานอย่างแพร่หลายที่สุดในชีวิตของเรา ขอบเขตของการใช้งานค่อนข้างหลากหลาย ตัวอย่างการใช้งาน:

1. การผลิตพลาสติก
2. การได้รับกรดไฮโดรคลอริก
3. การผลิตเส้นใยสังเคราะห์ ตัวทำละลาย ยาง ฯลฯ
4. การฟอกผ้า (ผ้าลินินและผ้าฝ้าย) กระดาษ
5. การฆ่าเชื้อน้ำดื่ม แต่โอโซนถูกนำมาใช้มากขึ้นเพื่อจุดประสงค์นี้ เนื่องจากการใช้คลอรีนเป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์
6. การฆ่าเชื้อในสถานที่

ต้องจำไว้ว่าฮาโลเจนเป็นสารพิษมาก คุณสมบัตินี้เด่นชัดเป็นพิเศษในฟลูออรีน ฮาโลเจนอาจทำให้เกิดภาวะขาดอากาศหายใจ ระคายเคืองต่อทางเดินหายใจ และทำลายเนื้อเยื่อชีวภาพ

ไอระเหยของคลอรีนอาจเป็นอันตรายอย่างยิ่ง เช่นเดียวกับละอองลอยฟลูออรีนซึ่งมีกลิ่นจาง ๆ สามารถสัมผัสได้เมื่อมีความเข้มข้นสูง บุคคลอาจมีอาการหายใจไม่ออก เมื่อทำงานกับการเชื่อมต่อดังกล่าว ต้องใช้ความระมัดระวัง

วิธีการผลิตฮาโลเจนมีความซับซ้อนและหลากหลาย ในอุตสาหกรรม จะมีการเข้าใกล้ข้อกำหนดบางประการซึ่งต้องปฏิบัติตามอย่างเคร่งครัด

ฮาโลเจน ไฮโดรเจนเฮไลด์ เฮไลด์ สารประกอบฮาโลเจนที่มีออกซิเจน

ฮาโลเจน

กลุ่มย่อยฮาโลเจนประกอบด้วยฟลูออรีน คลอรีน โบรมีน ไอโอดีน และแอสทาทีน ธาตุสี่ชนิดแรกเกิดขึ้นในธรรมชาติในสารประกอบต่างๆ แอสทาทีนได้มาจากการประดิษฐ์เท่านั้นและมีกัมมันตภาพรังสี เหล่านี้เป็นองค์ประกอบ p ของกลุ่ม VII ของตารางธาตุของ D.I. ที่ระดับพลังงานภายนอก อะตอมของพวกมันจะมีอิเล็กตรอน 7 ตัว n2 np 5(ดูตารางที่ 14)

สิ่งนี้จะอธิบายความเหมือนกันของคุณสมบัติของพวกเขา

พวกมันเติมอิเล็กตรอนเข้าไปอย่างง่ายดายแต่ละตัว โดยมีสถานะออกซิเดชันที่ -1 ฮาโลเจนมีระดับการเกิดออกซิเดชันในสารประกอบที่มีไฮโดรเจนและโลหะ

อย่างไรก็ตาม อะตอมของฮาโลเจน นอกเหนือจากฟลูออรีนแล้ว ยังสามารถแสดงสถานะออกซิเดชันที่เป็นบวกได้อีกด้วย: +1, +3, +5, +7 ค่าที่เป็นไปได้ของสถานะออกซิเดชันอธิบายโดยโครงสร้างอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมซึ่งสำหรับอะตอมฟลูออรีนสามารถแสดงได้ด้วยแผนภาพ:

ตารางที่ 14. คุณสมบัติขององค์ประกอบของกลุ่มย่อยฮาโลเจน

เนื่องจากฟลูออรีนเป็นองค์ประกอบที่มีอิเลคโตรเนกาติวีตีมากที่สุด จึงสามารถรับอิเล็กตรอนได้เพียง 1 ตัวต่อระดับ 2p มันมีอิเล็กตรอนที่ไม่มีการจับคู่หนึ่งตัว ดังนั้นฟลูออรีนจึงสามารถเป็นโมโนวาเลนต์ได้เท่านั้น และสถานะออกซิเดชันของมันจะอยู่ที่ -1 เสมอ โครงสร้างทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอมของคลอรีนแสดงโดยแผนภาพ:

อะตอมของคลอรีนมีอิเล็กตรอนที่ไม่จับคู่หนึ่งตัวในระดับย่อย 3p และในสถานะปกติ (ไม่ตื่นเต้น) คลอรีนจะเป็นโมโนวาเลนต์ แต่เนื่องจากคลอรีนอยู่ในช่วงที่สาม จึงมีวงโคจรของระดับย่อย 3 มิติอีกห้าวง ซึ่งสามารถรองรับอิเล็กตรอนได้ 10 ตัว

ในสภาวะตื่นเต้นของอะตอม คลอรีนอิเล็กตรอนจะเคลื่อนที่จากระดับย่อย 3p และ 3s ไปยังระดับย่อย 3d (แสดงด้วยลูกศรในแผนภาพ) การแยก (การจับคู่) ของอิเล็กตรอนที่อยู่ในวงโคจรเดียวกันจะเพิ่มเวเลนซ์ขึ้นสองหน่วย เห็นได้ชัดว่าคลอรีนและสารอะนาล็อก (ยกเว้นฟลูออรีน) สามารถแสดงความจุตัวแปรคี่ 1,3,5,7 และสถานะออกซิเดชันเชิงบวกที่สอดคล้องกันเท่านั้น ฟลูออรีนไม่มีอิสระ

วงโคจรซึ่งหมายความว่าในระหว่างปฏิกิริยาเคมีจะไม่มีการแยกอิเล็กตรอนที่จับคู่กันในอะตอม ดังนั้นเมื่อพิจารณาคุณสมบัติของฮาโลเจนจึงจำเป็นต้องคำนึงถึงลักษณะของฟลูออรีนด้วยเสมอ

ภายในแต่ละคาบ ฮาโลเจนเป็นองค์ประกอบที่มีอิเล็กโตรเนกาติวีตมากที่สุด โดยมีความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนสูงที่สุด

ภายในกลุ่มย่อยฮาโลเจน การเปลี่ยนจากฟลูออรีนไปเป็นไอโอดีนจะมาพร้อมกับรัศมีอะตอมที่เพิ่มขึ้น

องค์ประกอบกลุ่มย่อยเป็นอโลหะ เมื่อประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้นจาก F เป็น At คุณลักษณะของอโลหะจะลดลง ดังที่เห็นได้จากศักยภาพในการแตกตัวเป็นไอออนและความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนที่ลดลง

คุณสมบัติรีดอกซ์และความแตกต่างในพฤติกรรมทางเคมีของฮาโลเจนนั้นเข้าใจได้ง่ายโดยการเปรียบเทียบคุณสมบัติเหล่านี้ขึ้นอยู่กับการเปลี่ยนแปลงของประจุนิวเคลียร์เมื่อไปจาก F ถึง I ในซีรีย์ F, Cl, Br, I ซึ่งเป็นรัศมีอะตอมที่ใหญ่ที่สุด (และดังนั้น ความสัมพันธ์ของอิเล็กตรอนที่เล็กที่สุด ) มี I ดังนั้นจึงมีลักษณะเฉพาะด้วยคุณสมบัติออกซิไดซ์ที่เด่นชัดน้อยกว่า Br, Cl, F ดังนั้นคุณสมบัติการออกซิไดซ์ของอะตอมที่เป็นกลางในกลุ่มย่อยของฮาโลเจนลดลงจาก F เป็น I และคุณสมบัติการลดเพิ่มขึ้น:

พันธะ Gal-Gal ในโมเลกุลของสารอย่างง่ายนั้นเป็นโควาเลนต์ไม่มีขั้ว ความยาวพันธะในโมเลกุลเพิ่มขึ้นตามธรรมชาติจาก F 2 เป็น I 2 พลังงานยึดเหนี่ยวเปลี่ยนแปลงดังนี้

พลังงานยึดเหนี่ยวในโมเลกุล F 2 มีความแข็งแรงน้อยกว่าในโมเลกุล Cl 2 สิ่งนี้อธิบายได้โดยการก่อตัวของพันธะเชิงกำเนิดใน Cl 2 และดังนั้นโมเลกุล Br 2 และ I 2: เมื่อเมฆพลังงานทั่วไปก่อตัวขึ้นเนื่องจากไม่เพียงแต่การจับคู่ของ p-อิเล็กตรอนเท่านั้น แต่ยังเนื่องมาจากที่มีอยู่แล้วด้วย p-อิเล็กตรอนที่จับคู่กันของอะตอมหนึ่งและ d-orbital ที่ว่างของอีกอะตอมหนึ่ง

ความชุกในธรรมชาติ

ความชุกของฟลูออรีนและคลอรีนอยู่ใกล้กันและค่อนข้างสูง (6.5 10 -2% โดยน้ำหนัก และ 4.5 ​​10 -2% ตามลำดับ) ความชุกของโบรมีนและไอโอดีนน้อยกว่ามาก - 1.6 10 -4 และ 4 10 -5% ฟลูออรีนมีบทบาททางชีววิทยาบางอย่าง โดยเฉพาะอย่างยิ่งสภาพของฟันนั้นขึ้นอยู่กับปริมาณของมันในน้ำ เพราะว่า แคลเซียมฟลูออไรด์เป็นส่วนหนึ่งของเนื้อเยื่อทันตกรรม

ความเข้มข้นของคลอรีน (Cl -) ในเนื้อเยื่อของร่างกายค่อนข้างสูงและหน้าที่ของมันแตกต่างกันไป - เกี่ยวข้องกับการกระตุ้นการทำงานของเอนไซม์การส่งผ่านความตื่นเต้นทางประสาท ฯลฯ การทำงานของโบรมีนยังได้รับการศึกษาไม่ดีและ ไอโอดีนมีบทบาทสำคัญมากอย่างไม่ต้องสงสัยเนื่องจากเป็นส่วนหนึ่งของฮอร์โมนไทรอยด์ - ไทรอกซีนซึ่งกำหนดอัตราโดยรวมของกระบวนการออกซิเดชั่นในร่างกาย

I ในธรรมชาติ คลอรีนเกิดขึ้นในสถานะอิสระในก๊าซภูเขาไฟ สารประกอบของมันแพร่หลาย: โซเดียมคลอไรด์ NaCl, โพแทสเซียมคลอไรด์ KCl, แมกนีเซียมคลอไรด์ MgCl 2 6H 2 O, ซิลวิไนต์ประกอบด้วย NaCl และ KCl, คาร์นัลไลต์ขององค์ประกอบ KC1 MgCl 2 6H 2 O, ไคไนต์ขององค์ประกอบ MgSO 4 KCl 3H 2 O, ฯลฯ

การผลิตฮาโลเจน

1. วิธีที่สำคัญที่สุดในการได้รับฟลูออรีนคือกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของฟลูออไรด์ที่ละลาย โดยที่ฟลูออรีนจะถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:

2F - -2e - ®F 2

KHF 2 ไฮโดรฟลูออไรด์ใช้เป็นแหล่งการผลิตหลัก

2. คลอรีนได้มาจากกรดไฮโดรคลอริกในห้องปฏิบัติการโดยทำปฏิกิริยากับแมงกานีส (IV) ออกไซด์ ปฏิกิริยาเกิดขึ้นเมื่อถูกความร้อน

4HСl -1 +Mn +4 O 2 =Сl 0 2 +Mn +2 Сl 2 +2Н 2 O

แทนที่จะใช้ตัวออกซิไดซ์ MnO 2 สามารถใช้โพแทสเซียมเปอร์แมงกาเนต KMnO 4 ได้ จากนั้นปฏิกิริยาจะเกิดขึ้นที่อุณหภูมิปกติ

16HCl -1 +2KMn +7 O 4 =5Сl 0 2 +2Mn +2 Сl 2 +2КСl+8Н 2 О

ในอุตสาหกรรม คลอรีนผลิตโดยกระบวนการอิเล็กโทรไลซิสของสารละลายโซเดียมคลอไรด์ ก๊าซคลอรีนถูกปล่อยออกมาที่ขั้วบวก:

2NaCl+2H 2 O อิเล็กโทรลิซิส ®2NaOH+H 2 +Cl 2

3. เพื่อให้ได้โบรมีนมักใช้ปฏิกิริยาการทดแทนโบรไมด์บ่อยกว่า 2KBr+Сl 2 =2KСl+Br 2

4. แหล่งที่มาหลักของไอโอดีนคือสาหร่ายทะเลและน้ำจากการขุดเจาะน้ำมัน

2NaI+MnO 2 +3H 2 SO 4 =I 2 +2NaHSO 4 +MnSO 4 +2H 2 O การได้รับไอโอดีนจากแหล่งธรรมชาตินั้นจะต้องแปลงเป็นโมเลกุล:

2NaI+2NaNO 2 +2H 2 SO 4 =ฉัน 2 +2H 2 O+2NO+2Na 2 SO 4

5. ในสภาพห้องปฏิบัติการจะได้รับโบรมีนและไอโอดีนในลักษณะเดียวกัน: โดยการกระทำของแมงกานีส (IV) ออกไซด์กับโบรไมด์หรือไอโอไดด์ในสภาพแวดล้อมที่เป็นกรดตัวอย่างเช่น:

MnO 2 +2KBr+2H 2 SO 4 =MnSO 4 +Br 2 +K 2 SO 4 +2H 2 O

คุณสมบัติทางกายภาพของฮาโลเจน

เมื่อประจุนิวเคลียร์เพิ่มขึ้นจากฟลูออรีนเป็นไอโอดีน จุดหลอมเหลวและจุดเดือด (ดูตารางที่ 15) และค่าการนำไฟฟ้าจะเพิ่มขึ้น ฮาโลเจนมีกลิ่นรุนแรงและเป็นพิษ พวกมันละลายได้ไม่ดีในตัวทำละลายที่มีขั้ว รวมถึงในตัวทำละลายอินทรีย์ (แอลกอฮอล์, เบนซิน)

คลอรีนเป็นก๊าซพิษที่มีสีเหลืองเขียวมีกลิ่นฉุน หนักกว่าอากาศ 2.5 เท่า คลอรีนทำให้เกิดการระคายเคืองต่อทางเดินหายใจ และการสูดดมในปริมาณมากอาจทำให้เสียชีวิตจากการขาดอากาศหายใจ คลอรีนธรรมชาติประกอบด้วยสองไอโซโทป - 35 17 Cl (75.53%) และ 37 17 Cl (24.47%)

ฟลูออไรด์มีพิษร้ายแรง โบรมีนเป็นของเหลวสีน้ำตาลแดงหนัก ไอระเหยของโบรมีนเป็นพิษ ทำให้เกิดแผลไหม้อย่างรุนแรงเมื่อสัมผัสผิวหนัง. ไอโอดีนเป็นของแข็งสีม่วงดำ เมื่อถูกความร้อน ไอระเหยสีม่วงจะเกิดขึ้น ซึ่งเมื่อเย็นลงจะกลายเป็นผลึกอีกครั้ง การระเหิดของไอโอดีนเกิดขึ้นเช่น การระเหยของสารของแข็งและการก่อตัวของผลึกจากไอโดยผ่านสถานะของเหลว

ตารางที่ 15. คุณสมบัติของสารอย่างง่ายของกลุ่มย่อยฮาโลเจน