Химия

Урок 7: Галогены и водород

Галогены и водород

Некоторые элементы таблицы Менделеева имеют специальное название. Такими являются: щелочные металлы – элементы 1 группы, щелочно-земельные металлы, расположенные во 2 группе, галогены – представители 7 группы и инертные газы – 8 группа. Название отражает общее специфическое свойство элементов этой группы. Слово «галоген» с греческого языка переводится как «рождающий соли». Это значит – их общее свойство – активное образование солей и высокое содержание в них. В этой статье разберем, почему элементы имеют такие свойства и значение.

План урока:

Галогены как простые вещества

Строение галогенов

Сходство водорода с галогенами

Природные соединения галогенов

Кислоты, образуемые галогенами

Обнаружение ионов галогенов в соединениях

Химические свойства галогенов

Применение галогенов

 

Галогены как простые вещества

К данной группе относятся элементы главной подгруппы 7 группы. Все они имеют общее свойство – высокую токсичность. Агрегатное состояние веществ изменяется от газообразного до твердого. Подробная характеристика веществ описана в таблице

Таблица 1. Физические свойства галогенов

1 fizicheskie svoistva galogenov

Характеристика фтора

2 harakteristika ftora

Фтор является светло-желтым газом с резким запахом. Среди веществ 7 группы является самым легким. В таблице Менделеева — это сильнейший окислитель. Из-за высокой активности образует прочные соединения. В газообразном состоянии высокотоксичен.

В природе встречается исключительно в составе минералов.

 

Характеристика хлора

3 harakteristika hlora

 Хлор как простое вещество является желто-зеленым газом. Окислительные свойства этого вещества, так же, высокие, поэтому является высокотоксичным соединением. Во времена второй мировой войны использовался в качестве химического оружия. В настоящее время его использование в военных целях запрещено конвенцией ООН.

В природе встречается только в виде минералов

 

Характеристика брома

4 harakteristika broma

Бром – единственный неметалл в таблице Менделеева, имеющий жидкое естественное агрегатное. Это жидкость темно-оранжевого цвета. Так же является высокотоксичным веществом. На открытом воздухе бром испаряется в виде красно-бурых паров, поэтому его хранят в закрытой банке под стеклянным куполом.

 

Характеристика йода

5 harakteristika yoda

Все привыкли что йод – коричневая жидкость. На самом деле то что мы видим в аптечке – это спиртовой раствор, в котором йод приобрел такой цвет. Естественный внешний вид йода – темно-фиолетовые кристаллы. Йод – единственный неметалл, обладающий металлическим блеском, подобно металлам.

Характеристика астата

6 harakteristika astata

Как простое вещество астат весьма нестабилен. В лабораторных условиях темно-синие кристаллы получают всего на несколько минут, после чего он распадается. Как самый тяжелый представитель галогенов, астат является радиоактивным элементом.

 

Строение галогенов

Как химические вещества, галогены проявляют высокую электроотрицательность. Это способность элементов отнимать электроны у менее электроотрицательных веществ с образованием связи. Такая активность обусловлена строением внешнего энергетического облака атома. На последнем энергетическом уровне у атомов могут быть только восемь электронов. Чем ближе количество электронов к этой цифре, тем электроотрицательнее элемент, так как атом стремится к завершению уровня.

7 stroenie galogena

У галогенов на внешнем уровне 7 электронов, значит, да завершения им нужен всего один электрон.

В то ж время, каждый вышестоящий элемент в группе активнее нижестоящего. Так получается, что самый электроотрицательный элемент во всей таблице Менделеева – это фтор.

 

Сходство водорода с галогенами

Часто в таблице Менделеева в группе галогенов можно видеть еще и водород. Этот элемент изображают сразу в двух группах – первой и седьмой. Это связано со специфическими свойствами водорода и его строением

 

Химическое строение водорода

Водород – первый элемент таблицы Менделеева с самым маленьким атомом и всего одним электроном на единственном энергетическом уровне.

С одной стороны – один электрон на внешнем энергетическом уровне – это свойство щелочных металлов, поэтому водород стоит в первой группе. Но, с другой стороны, это один электрон на первом облаке, на котором может быть только два электрона. Это значит, что до завершения уровня водороду не хватает всего одного электрона, что объединяет его с галогенами.

Такое строение атома способствует тому что водород отличается по физическим свойствам как от щелочных металлов, так и от галогенов.

8 himicheskoe stroenie galogena

Несмотря на последние необходимы электрон, водород проявляет очень слабые окислительные свойства и способен отобрать электрон только у восстановителей, то есть, металлов. Любой другой неметалл сильнее водорода.

Природные соединения галогенов

В природе галогены широко распространены, но не в виде простых веществ, а в составе солей. В отличии от первого варианта, соли не проявляют резкого негативного эффекта. Многие применяются в пищу и являются жизненно необходимыми соединениями.

В основном, они образуют бинарные соли – галогениды, но возможны и другие варианты.

Таблица 2. Минералы, образованные галогенами

9 mineraly obrazovannye galogenami

Астат не встречается в виде минералов и считается редчайшим элементом на земле, суммарная встречаемость которого оценивается в 30 грамм.

 

Кислоты, образуемые галогенами

Галогены способны не только отнимать электрон, но и отдавать разное число электронов, образуя различные степени окисления. Благодаря этому некоторые галогены образуют несколько соединений, в том числе, кислот. Для хлора характерны следующие кислоты и их соли:

  • Хлороводородная (соляная) HCl – соль хлорид;
  • Хлорноватистая кислота (HClO) – гипохлорит;
  • Хлористая кислота (HClO2) – хлорит;
  • Хлорноватая кислота (HClO3) – хлорат;
  • Хлорная кислота (HClO4) – гипохлорат.

Первая кислота является ильным окислителем, хлорноватистая и хлористая относятся к слабым кислотам, хлорноватая – сильная и хлорная кислота обладает очень сильными окислительными способностями.

Бром образует аналогичные кислоты и соли:

  • Бромоводородная (НBr) – бромид;
  • Бромноватистая кислота (HBrO) – гипобромит;
  • Бромистая кислота (HBrO2) – бромит;
  • Бромноватая кислота (HBrO3) – бромат;
  • Бромная кислота (HBrO4) – гипобромат.

Та же закономерность образования кислот и их названий характерная для йода.

10 kisloty galogenov

Обнаружение ионов галогенов в соединениях

Самым простым способом обнаружения галоген-ионов является проба Бейльштейна. Для этого проволоку с петлей на конце опускают в анализируемый раствор, а затем вносят в пламя горелки. Зеленая окраска пламени свидетельствует о наличии ионов галогена. Это очень чувствительная проба, но она не покажет, какой именно галоген входит в состав вещества. К тому же, часто неверный результат может быть получен из-за наличия примесей, дающих тот же цвет.

11 gorenie galogena

Для более точной идентификации галогенов используют один реактив – нитрат серебра. Это соединение дает осадок разного цвета в зависимости от иона галогена:

  • При реакции с соединением хлора образуется осадок белого цвета:

NaCl + AgNO3 = AgCl↓ + NaNO3

  • В реакции с бромидами образуется осадок светло-желтого цвета:

NaBr + AgNO3 = AgBr↓+ NaNO3

  • Реакция с йодидами проходит с образованием ярко-желтого осадка:

KI + AgNO3 = AgI↓+ KNO3

 

Качественное определение иона фтора

Определение фтора основано на его способности менять окраску синих комплексов молибдена. Фиксация изменения окраски проводится визуально, либо с помощью спектрометра.

 

Определение ионов астата

Астат как радиоактивный элемент определяется специальными приборами, фиксирующими излучение. Ионы этот элемент не образует.

Химические свойства галогенов

Галогены являются сильными окислителями. Многие реакции характерны для всех галогенов, но есть ряд особенностей, характерный для фтора.

 

Взаимодействие с металлами

Галогены реагирую со всеми металлами при нагревании, образуя бинарные соли:

2Fe+3Cl2=2FeCl3.

Такую реакцию называют горение металлов в атмосфере галогена (хлора, брома…).

 

Взаимодействие с водородом

При реакции с водородом галогены образуют галогеноводороды, проявляющие свойства кислот. Эта реакция идет, так же, при нагревании:

H2+Cl2=2HCl.

 

Взаимодействие со сложными веществами

Галогены способны вытеснять мене активные неметаллы из сложных соединений, а также, галогены, стоящие ниже их самих в группе:

2KI+Br2=I2+2KBr

Йод не способен вытеснять другие галогены из соединений.

Галогены являются активными участниками окислительно-восстановительных реакций.

 

Специфические свойства фтора

Со всеми металлами, включая благородные золото и серебро, фтор реагирует при обычной температуре:

2Au+3F2=2AuF3.

Для реакции с водородом характерно выделение большого количества теплоты, что приводит к образованию взрыва:

H2+F2=2HF.

Фтор – единственный элемент, окисляющий кислород. Полученное соединение называют фторид кислорода:

О2+2F2=2ОF2

Фтор не способен реагировать с водными растворами солей, так как вступает в реакцию с водой.

Интересным свойством фтора является способность воспламенять воду. При этом вода горит синим пламенем:

2 H2O + 2 F2 = 4 HF + O2

12 gorenie ftora

 

Применение галогенов

Галогены и их соединение нашли широкое применение во всех отраслях промышленности: пищевой, химической, сельскохозяйственной.

 

Применение простых веществ галогенов

Простые вещества используются для синтеза соответствующих кислот, а также, в производстве пластмасс и синтетических каучуков.

Хлор активно используется в реакциях органического синтеза, так как способен замещать ионы водорода по радикальному механизму.

Бром менее реакционно способен. Он используется в жидком виде. Бром способен участвовать в тех же реакциях, что и хлор, но менее ярко. Часто он применяется для идентификации органических соединений с кратными (двойными и тройными) связями.

Основные области применения йода – медицина и химическая промышленность.

В органической химии йод используется для идентификации сложных комплексов, например, крахмала. В медицине используется в качестве наружного обеззараживающего раствора, так как окисляет стенки бактерий.

Астат использует в радиоактивной химии.

 

Использование соединений галогенов

13 primenenie galogenov
Источник

Кристалл фтора криолит Na3AlF6 применяется для получения чистого алюминия. Добавки фтора используются в лечебных зубных пастах, так как фтор является основным компонентом эмали зубов.

Соединения хлора используются для производства кислот и в синтетической промышленности.

ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

Вопрос: 1
Твердым галогеном является:
1Хлор
2Бром
3Йод
4Фтор
Ответить
3
Вопрос: 2
Наиболее сильной кислотой является
1бромоводородная
2йодоводородная
3фтороводородная
4хлороводородная
Ответить
3
Вопрос: 3
В каком растворе возможна реакция:
1I2 + NaBr →
2NaF + I2
3Br2 + KCl →
4KCl + F2
Ответить
2
Вопрос: 4
В какой группе таблицы Менделеева расположены галогены?
11
23
37
48
Ответить
3
Допущено ошибок:
Оценка:
Подробнее
Ваши ответы:
1 вопрос:

Твердым галогеном является:
1) Хлор 2) Бром 3) Йод 4) Фтор
2 вопрос:

Наиболее сильной кислотой является
1) бромоводородная 2) йодоводородная 3) фтороводородная 4) хлороводородная
3 вопрос:

В каком растворе возможна реакция:
1) I2 + NaBr → 2) NaF + I2 3) Br2 + KCl → 4) KCl + F2
4 вопрос:

В какой группе таблицы Менделеева расположены галогены?
1) 1 2) 3 3) 7 4) 8
Посмотреть ответы
Правильные ответы:
1 вопрос: Йод
2 вопрос: фтороводородная
3 вопрос: NaF + I2
4 вопрос: 7