Halogeny to grupa pierwiastków chemicznych należących do 17. grupy układu okresowego, obejmująca fluor, chlor, brom, jod i astat. Posiadają one unikalne właściwości, takie jak wysoka reaktywność, niskie temperatury topnienia i wrzenia, a także zdolność tworzenia stabilnych związków z innymi pierwiastkami. Ich struktura molekularna charakteryzuje się siedmioma elektronami walencyjnymi, co czyni je wysoce elektroujemnymi. Halogeny są szeroko stosowane w różnych zastosowaniach, takich jak produkcja chemikaliów, leków, środków czyszczących, środków dezynfekujących oraz przemysł półprzewodników. W tym artykule przyjrzymy się bliżej właściwościom, strukturze i zastosowaniom halogenów.
Charakterystyka chemiczna halogenów: podkreślenie głównych właściwości.
Halogeny to grupa pierwiastków chemicznych obejmująca fluor, chlor, brom, jod i astat. Mają unikalne właściwości chemiczne, które odróżniają je od innych pierwiastków układu okresowego.
Jedną z głównych właściwości halogenów jest ich wysoka reaktywność. Łatwo tworzą związki chemiczne, głównie poprzez tworzenie wiązań kowalencyjnych. Ta reaktywność wynika z ich wysokiej elektroujemności, która umożliwia im przyciąganie elektronów z innych atomów.
Kolejną charakterystyczną cechą halogenów jest ich kolor. Fluor i chlor to zielonkawożółte gazy, brom to ciemnoczerwona ciecz, jod to fioletowe ciało stałe, a astat to czarne ciało stałe. To charakterystyczne zabarwienie jest jednym ze sposobów identyfikacji halogenów.
Co więcej, halogeny są znane ze swojej toksyczności. Na przykład fluor w czystej postaci jest silnie trujący i może spowodować poważne szkody w przypadku połknięcia. Chlor z kolei jest stosowany jako środek dezynfekujący w basenach i systemach uzdatniania wody ze względu na swoje właściwości przeciwdrobnoustrojowe.
Krótko mówiąc, halogeny to pierwiastki chemiczne o unikalnych właściwościach, takich jak wysoka reaktywność, charakterystyczne zabarwienie i toksyczność. Odgrywają ważną rolę w różnych procesach chemicznych i mają różnorodne zastosowania w różnych gałęziach przemysłu.
Główne związki chemiczne z grupy halogenów stosowane w procesach przemysłowych i uzdatnianiu wody.
Halogeny to pierwiastki chemiczne z 17. grupy układu okresowego, znane ze swoich reaktywnych właściwości i wszechstronności w różnych procesach przemysłowych i uzdatniania wody. Głównymi stosowanymi halogenowymi środkami chemicznymi są chlor, fluor, brom i jod.
O chlor Chlor jest jednym z najczęściej stosowanych halogenów w przemyśle, wykorzystywanym w produkcji chemikaliów, uzdatnianiu wody oraz bieleniu papieru i tekstyliów. Ponadto chlor jest niezbędny w procesie dezynfekcji wody, eliminując mikroorganizmy i zapewniając bezpieczeństwo spożycia przez ludzi.
O fluor Odgrywa również ważną rolę w procesach przemysłowych, wykorzystując go do produkcji związków chemicznych, w wyrobie szkła oraz w stomatologii do fluoryzacji wody i stosowania past do zębów z fluorem w celu zapobiegania próchnicy.
O brom Jest on wykorzystywany głównie do produkcji chemikaliów, takich jak środki zmniejszające palność, pestycydy i leki. Brom jest również stosowany do uzdatniania wody w basenach i spa, działając jako skuteczny środek dezynfekujący i utleniający.
O jod Jod jest stosowany w przemyśle farmaceutycznym, produkcji barwników i chemikaliów. Ponadto jod jest stosowany w uzdatnianiu wody w celu eliminacji bakterii, wirusów i pasożytów, zapewniając jakość wody nadającej się do spożycia przez ludzi.
Podsumowując, związki chemiczne zawierające halogeny odgrywają zasadniczą rolę w procesach przemysłowych i uzdatniania wody, przyczyniając się do zdrowia i bezpieczeństwa ludności oraz rozwoju różnych działań produkcyjnych.
Identyfikacja halogenów: proste techniki rozpoznawania pierwiastków chemicznych z rodziny halogenów.
Halogeny to grupa pierwiastków chemicznych obejmująca fluor, chlor, brom, jod i astat. Posiadają one unikalne właściwości, takie jak wysoka reaktywność i powinowactwo elektronowe. Aby zidentyfikować halogeny, można zastosować kilka prostych technik.
Jednym z najczęstszych sposobów identyfikacji halogenów jest test płomieniowy. Podczas podgrzewania związku zawierającego halogen, płomień emituje charakterystyczny kolor, który różni się w zależności od obecnego pierwiastka. Na przykład, fluor wytwarza bladożółty płomień, podczas gdy chlor emituje ciemnozielony kolor.
Inną techniką identyfikacji halogenów jest test wody bromowej. Po dodaniu wody bromowej do nieznanej substancji, w obecności halogenów nastąpi specyficzna zmiana koloru. Na przykład brom w kontakcie z wodą tworzy pomarańczowy roztwór.
Co więcej, halogeny można również zidentyfikować za pomocą specjalistycznych testów chemicznych, takich jak reakcje strącania. Na przykład, dodanie azotanu srebra do roztworu zawierającego halogen spowoduje wytrącenie się osadu charakterystycznego dla każdego pierwiastka z rodziny halogenów.
Podsumowując, proste techniki identyfikacji halogenów obejmują próbę płomieniową, próbę z wodą bromową oraz specyficzne testy chemiczne. Strategie te są przydatne w rozpoznawaniu pierwiastków chemicznych z rodziny halogenów i mogą być stosowane w laboratoriach oraz w badaniach chemicznych.
Dlaczego halogeny są tak reaktywne i utleniające w układzie okresowym?
Halogeny to grupa wysoce reaktywnych i utleniających pierwiastków chemicznych w układzie okresowym. Wynika to z ich konfiguracji elektronowej, a konkretnie z obecności o jeden elektron mniej na powłoce walencyjnej. Halogeny obejmują fluor, chlor, brom, jod i astat i wszystkie wykazują tę charakterystyczną cechę.
Z powodu braku tylko jednego elektronu na powłoce walencyjnej, halogeny nieustannie poszukują elektronów, aby osiągnąć stabilność. To sprawia, że są wysoce reaktywne, ponieważ są gotowe do reakcji z innymi pierwiastkami, aby pozyskać lub podzielić się elektronami. Ta tendencja do pozyskiwania elektronów sprawia, że są doskonałymi utleniaczami, zdolnymi do odrywania elektronów od innych pierwiastków w reakcjach chemicznych.
Co więcej, halogeny charakteryzują się wysoką elektroujemnością, co oznacza, że silnie przyciągają elektrony. To sprawia, że jeszcze bardziej chętnie tworzą wiązania jonowe lub kowalencyjne z innymi pierwiastkami, tworząc stabilne związki chemiczne. Ta zdolność do tworzenia różnorodnych związków sprawia, że są one niezwykle wszechstronne pod względem zastosowań w przemyśle i badaniach naukowych.
Podsumowując, halogeny są wysoce reaktywne i utleniające ze względu na swoją konfigurację elektronową, elektroujemność i tendencję do pozyskiwania elektronów w celu osiągnięcia stabilności. Te unikalne cechy czynią je niezbędnymi pierwiastkami we współczesnej chemii oraz w wielu zastosowaniach przemysłowych i naukowych.
Halogeny: właściwości, struktury i zastosowania
Os halogeny Halogeny to pierwiastki niemetaliczne należące do grupy VIIA lub 17 układu okresowego. Charakteryzują się wysoką elektroujemnością i wysokim powinowactwem elektronowym, co znacząco wpływa na jonowy charakter ich wiązań z metalami. Słowo „halogeny” pochodzi z języka greckiego i oznacza „tworzący sole”.
Ale czym są te halogeny? Fluor (F), chlor (Cl), brom (Br), jod (I) i efemeryczny, radioaktywny pierwiastek octan (At). Są tak reaktywne, że reagują ze sobą, tworząc cząsteczki dwuatomowe: F 2 , kl 2 , br 2 , I 2 i w 2 .Cząsteczki te charakteryzują się podobnymi właściwościami strukturalnymi (cząsteczki liniowe), chociaż różnymi stanami fizycznymi.
Na powyższym obrazku przedstawiono trzy halogeny. Od lewej do prawej: chlor, brom i jod. Ani fluoru, ani astatyny nie można przechowywać w szklanych pojemnikach, ponieważ te ostatnie nie są odporne na ich korozyjne właściwości. Zwróć uwagę, jak zmieniają się właściwości organoleptyczne halogenów w miarę przesuwania się w dół grupy aż do pierwiastka jodu.
Fluor jest gazem o barwie żółtawej; chlor jest również gazem o barwie żółtozielonej; brom jest ciemnoczerwoną cieczą; jod jest czarnym ciałem stałym z fioletowymi oczami; astatyk jest ciemnym, błyszczącym metalicznym ciałem stałym.
Halogeny mogą reagować z niemal wszystkimi pierwiastkami układu okresowego, nawet z niektórymi gazami szlachetnymi (takimi jak ksenon i krypton). W ten sposób utleniają atomy na ich najwyższych dodatnich stopniach utlenienia, przekształcając je w silne utleniacze.
Podobnie, nadają cząsteczkom specyficzne właściwości, wiążąc lub zastępując niektóre z ich atomów. Tego typu związki nazywane są halogenkami. W rzeczywistości halogenki stanowią główne naturalne źródło halogenów, a wiele z nich jest rozpuszczonych w morzu lub wchodzi w skład minerałów, takich jak fluoryt (CaF). 2 ).
Halogeny i halogenki mają szeroką gamę zastosowań: od przemysłowych i technologicznych, aż po po prostu wzmacnianie smaku niektórych produktów spożywczych, podobnie jak sól kamienna (chlorek sodu).
Właściwości fizyczne i chemiczne
Masy atomowe
Fluor (F) 18,99 g/mol; chlor (Cl) 35,45 g/mol; brom (Br) 79,90 g/mol; jod (I) 126,9 g/mol i astat (At) 210 g/mol,
Stan fizyczny
Gaz gazowy; Cl gazowy; Br ciekły; Eu stały i stały.
Cor
F, bladożółtobrązowy; Cl, bladozielony; Br, czerwonobrązowy; I, fioletowy; i At, metaliczny czarny * * (przyjęte)
Temperatury topnienia
F -219,6º C; Cl -101,5º C; Br -7,3° C; I 113,7º C i 302º C.
Punkty wrzenia
F -118,12°C; Cl -34,04°C; Br 58,8°C; I 184,3º C i? W 337º C.
Gęstość w temperaturze 25°C
F- 0,0017 g/cm 3 ; Cl 0,0032 g/cm 3 ; Br- 3,102 g/cm 3 ; I- 4,93 g/cm 3 i At- 6,2-6,5 g/cm 3
Rozpuszczalność w wodzie
0,091 mmol Cl/cm 3 ; Br- 0,21 mmol/cm 3 i I- 0,0013 mmol/cm 3 .
Energia jonizacji
F-1.681 kJ/mol; Cl-1.251 kJ/mol; Br-1.140 kJ/mol; I-1.008 kJ/mol i At-890 kJ/mol.
Elektroujemność
F-4.0; Cl-3,0; Br-2,8; I-2.5 i At-2.2.
Halogeny mają siedem elektronów walencyjnych, stąd ich ogromna potrzeba pozyskania elektronu. Ponadto, halogeny charakteryzują się wysoką elektroujemnością ze względu na małe promienie atomowe i silne przyciąganie elektronów walencyjnych przez jądro.
Reaktywność
Halogeny są wysoce reaktywne, co wyjaśniałoby ich toksyczność. Ponadto są utleniaczami.
Malejąca kolejność reaktywności jest następująca: F > Cl > Br > I > At.
Stan w naturze
Ze względu na swoją wysoką reaktywność atomy halogenów nie są w naturze wolne, lecz tworzą agregaty lub są połączone wiązaniami kowalencyjnymi jako cząsteczki dwuatomowe.
Struktury molekularne
Halogeny nie występują w naturze jako atomy elementarne, lecz jako cząsteczki dwuatomowe. Wszystkie jednak mają wspólną liniową strukturę molekularną, a jedyne różnice to długość wiązań i oddziaływania międzycząsteczkowe.
Cząsteczki liniowe XX (X 2 ) charakteryzują się niestabilnością, ponieważ oba atomy silnie przyciągają do siebie parę elektronów. Ich zewnętrzne elektrony podlegają bardzo wysokiemu efektywnemu ładunkowi jądrowemu, Zef. Im wyższy Zef, tym krótsza odległość między wiązaniami XX.
W miarę przesuwania się w dół grupy, Zef słabnie, a stabilność tych cząsteczek rośnie. Zatem malejąca reaktywność to: F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 Porównywanie astatyny do fluorku jest jednak nietrafne, ponieważ nie ma wystarczającej liczby stabilnych izotopów ze względu na ich radioaktywność.
Oddziaływania międzycząsteczkowe
Z drugiej strony, ich cząsteczki nie mają momentu dipolowego, ponieważ są niepolarne. Fakt ten tłumaczy ich słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, których jedyną ukrytą siłą jest dyspersja Londona, proporcjonalna do masy atomowej i powierzchni cząsteczki.
W ten sposób mała cząsteczka F 2 nie ma wystarczającej masy ani elektronów, aby utworzyć ciało stałe. W przeciwieństwie do mnie 2 , cząsteczka jodu, która pozostaje ciałem stałym emitującym fioletowe opary.
Brom stanowi przykład pośredni między dwoma skrajnościami: cząsteczkami Br 2 oddziałują na tyle silnie, że znajdują się w stanie ciekłym.
Astatyczny prawdopodobnie ze względu na swój wzrastający metaliczny charakter nie pojawia się jako At 2, ale jako atomy tworzące wiązania metaliczne.
Jeśli chodzi o kolory (żółty-zielonkawy-żółty-czerwony-fioletowy-czarny), najbardziej trafne wyjaśnienie opiera się na teorii orbitali molekularnych (MOT). Odległość energetyczna między ostatnim kompletnym orbitalem molekularnym a kolejnym o najwyższej energii (łącza) jest równoważona przez absorpcję fotonu o coraz dłuższych falach.
Halogenki
Halogeny reagują, tworząc halogenki, nieorganiczne lub organiczne. Najbardziej znane to halogenki wodoru: fluorowodorek (HF), chlorowodór (HCl), bromowodorek (HBr) i jodowodór (HI).
Wszystkie one, po rozpuszczeniu w wodzie, wytwarzają roztwory kwaśne – tak kwaśne, że HF może zniszczyć każde szklane opakowanie. Co więcej, są uważane za materiały wyjściowe do syntezy niezwykle silnych kwasów.
Istnieją również tzw. halogenki metali, których wzory chemiczne zależą od wartościowości metalu. Na przykład halogenki metali alkalicznych mają wzór MX i należą do nich: NaCl – chlorek sodu; KBr – bromek potasu; CsF – fluorek cezu; i LiI – jodek litu.
Halogenki metali ziem alkalicznych, metali przejściowych lub metali bloku p mają wzór MX n , będąc dodatnim ładunkiem metalu. Oto kilka przykładów: FeCl 3 , trójchlorek żelaza(III); MgBr 2 bromek magnezu; AlF 3 , trifluorek glinu; i Cul 2 , jodek miedzi(II).
Jednak halogeny mogą również tworzyć wiązania z atomami węgla, zakłócając w ten sposób złożony świat chemii organicznej i biochemii. Związki te nazywane są halogenkami organicznymi i mają ogólny wzór chemiczny RX, gdzie X oznacza dowolny halogen.
Używa
chlor
W przemyśle
- Brom i chlor są stosowane w przemyśle tekstylnym do wybielania i obróbki wełny, zapobiegając kurczeniu się jej w stanie mokrym.
Jest stosowany jako środek dezynfekujący odpady oraz do oczyszczania wody pitnej i basenów. Związki chloru są również wykorzystywane w pralniach i przemyśle papierniczym.
- Jest stosowany do produkcji specjalnych baterii i chlorowanych węglowodorów. Jest również stosowany w przetwórstwie mięsa, warzyw, ryb i owoców. Chlor działa również jako środek bakteriobójczy.
Służy do czyszczenia i rozjaśniania skóry oraz wybielania celulozy. Wcześniej trójchlorek azotu był stosowany jako wybielacz i środek do kondycjonowania mąki.
-Gaz posfenowy (COCl 2 ) jest stosowany w licznych procesach syntezy przemysłowej, a także w produkcji gazów bojowych. Fosfen jest silnie toksyczny i był przyczyną licznych zgonów podczas I wojny światowej, gdzie był używany.
- Gaz ten można znaleźć również w insektycydach i środkach fumigacyjnych.
NaCl to bardzo powszechnie występująca sól używana do przyprawiania potraw oraz konserwowania mięsa i drobiu. Jest również stosowana w doustnych i dożylnych płynach nawadniających.
W medycynie
- Atomy halogenu, które wiążą się z lekami, zwiększają ich lipofilowość. Dzięki temu leki łatwiej przenikają przez błony komórkowe, rozpuszczając się w lipidach, które je tworzą.
Chlor przenika do neuronów ośrodkowego układu nerwowego poprzez kanały jonowe połączone z receptorami neuroprzekaźnika GABA, wywołując efekt uspokajający. Jest to mechanizm działania wielu leków przeciwlękowych.
HCl jest obecny w żołądku, gdzie działa poprzez tworzenie środowiska redukującego, sprzyjającego przetwarzaniu pokarmu. Ponadto HCl aktywuje pepsynę, enzym inicjujący hydrolizę białek, etap poprzedzający wchłanianie białka przez jelita.
Inny
-Kwas solny (HCl) jest stosowany do czyszczenia toalet, w laboratoriach naukowych i dydaktycznych oraz w wielu gałęziach przemysłu.
PVC (polichlorek winylu) to polimer chlorku winylu stosowany w odzieży, podłogach, kablach elektrycznych, elastycznych rurach, przewodach, konstrukcjach nadmuchiwanych i dachówkach. Chlor jest również stosowany jako półprodukt w produkcji innych tworzyw sztucznych.
– Chlor jest stosowany do ekstrakcji bromu.
Chlorek metylu ma działanie znieczulające. Jest również stosowany do produkcji niektórych polimerów silikonowych oraz do ekstrakcji tłuszczów, olejów i żywic.
– Chloroform (CHCl 3 ) jest rozpuszczalnikiem stosowanym w wielu laboratoriach, szczególnie w laboratoriach chemii organicznej i biochemii, w nauczaniu i badaniach naukowych.
- I na koniec, jeśli chodzi o chlor, trójchloroetylen stosowany jest do odtłuszczania części metalowych.
bromu
Brom jest stosowany w górnictwie złota oraz w wierceniach ropy naftowej i gazu. Jest również stosowany jako środek opóźniający palenie w przemyśle tworzyw sztucznych i gazowym. Brom izoluje ogień od tlenu, powodując jego zgaśnięcie.
Jest półproduktem w produkcji płynów hydraulicznych, środków chłodzących i osuszających oraz preparatów do stylizacji włosów. Bromek potasu jest stosowany w produkcji płyt fotograficznych i papieru.
Bromek potasu jest również stosowany jako środek przeciwdrgawkowy, ale ze względu na potencjalne ryzyko wystąpienia zaburzeń neurologicznych spowodowanych przez sól, jego stosowanie zostało ograniczone. Innym powszechnym zastosowaniem jest tabletka do pomiaru próbek metodą spektroskopii w podczerwieni w stanie stałym.
Związki bromu są obecne w lekach stosowanych w leczeniu zapalenia płuc. Związki bromu są również obecne w lekach stosowanych w badaniach nad leczeniem choroby Alzheimera.
Brom jest stosowany do redukcji zanieczyszczeń rtęcią w elektrowniach węglowych. Jest również wykorzystywany w przemyśle tekstylnym do produkcji barwników o różnych kolorach.
-Metylobrom był stosowany jako pestycyd do fumigacji gleby i budynków, jednak jego szkodliwy wpływ na warstwę ozonową ograniczył jego zastosowanie.
- Lampy halogenowe są żarówkami, a dodanie niewielkich ilości bromu i jodu pozwala na zmniejszenie ich rozmiaru.
Jod
Jod bierze udział w funkcjonowaniu tarczycy, hormonu regulującego metabolizm organizmu. Tarczyca wydziela hormony T3 i T4, które wywierają wpływ na narządy docelowe. Na przykład, działanie hormonów na mięsień sercowy powoduje wzrost ciśnienia krwi i przyspieszenie akcji serca.
- Dodatkowo jod służy do identyfikacji obecności skrobi. Jodek srebra jest odczynnikiem stosowanym w wywoływaniu zdjęć.
Fluor
Niektóre związki fluoru są dodawane do past do zębów, aby zapobiegać próchnicy. Pochodne fluoru są obecne w różnych środkach znieczulających. Przemysł farmaceutyczny dodaje fluor do leków, aby badać potencjalną poprawę ich wpływu na organizm.
Kwas fluorowodorowy służy do trawienia szkła. Jest również stosowany w produkcji halonów (gazów gaśniczych, takich jak freon). Związek fluoru jest stosowany w elektrolizie aluminium w celu jego oczyszczenia.
Powłoki antyrefleksyjne zawierają związek fluoru. Jest on stosowany w produkcji wyświetlaczy plazmowych, wyświetlaczy płaskich i układów mikroelektromechanicznych. Fluor występuje również w glinie stosowanej w niektórych wyrobach ceramicznych.
Astat
Uważa się, że astado może przyczyniać się do regulacji pracy tarczycy poprzez jod. Ponadto jego radioaktywny izotop ( 210 (At) był stosowany w badaniach nad rakiem u myszy.
Referencje
- Encyklopedia Bezpieczeństwa i Higieny Pracy. Halogeny i ich związki. [PDF]. Źródło:
- Employment.gob.es
- Chemia LibreTexts. Grupa 17: Ogólne właściwości halogenów. Źródło: chem.libretexts.org
- Wikipedia (2018). Halogen Źródło: en.wikipedia.org
- Jim Clark (maj 2015). Właściwości atomowe i fizyczne pierwiastków z grupy 7 (halogeny). Źródło: chemguide.co.uk
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML i Stanley, GG Chemia (2003), wyd. 8. Cengage Learning
- Elementy halogenowe Pobrane ze strony: elements.org.es
- Wawrzyn brunatny. (24 kwietnia 2017). Charakterystyka halogenów. Sciencing. Źródło: sciencing.com