Фізичні властивості галогенів. Значення, будова, застосування галогенів

"Народжується солі" - так перекладається назваелементів, про властивості яких піде мова в нашій статті. Перебуваючи в VII А групи періодичної системи хімічних елементів, вони представляють собою найбільш активні неметали. Особливості будови атомів обумовлюють як фізичні властивості галогенів, так і їх здатність до реакцій з металами, воднем і іншими неметалевими елементами. Розглянемо їх докладніше.

Як положення в періодичній системі впливає на будову атома

Відмінною рисою галогенів є їх яскраво виражена електронний торгівельний - здатність забирати поодинокі негативно заряджені частинки у атомів менш активних елементів.

В цьому випадку електронні оболонки фтору, хлору, брому та йоду заповнюються електронами до октету і стають стійкими аніонами: F^-, CI^- і т.д. Атоми металів при взаємодії з елементами VII A групи віддають свої частки, перетворюючись на позитивно заряджені катіони, а в молекулах утворилися солей, наприклад хлориду натрію, фториду магнію або йодиду кальцію, виникає міцна іонна зв'язок. Проста речовина - галоген - являє собою двоатомних молекул, наприклад CI₂ або F₂, Що містить між атомами ковалентний неполярну зв'язок.

Зміна властивостей речовин в VII А групі хімічних елементів

Зі збільшенням заряду ядра і роздуванням атома зарахунок додавання нових енергетичних шарів, електронний торгівельний у галогенів зменшується. Дійсно, фтор є найактивнішим неметаллом і завжди має негативний заряд іона, т. Е. Він при взаємодії з атомами інших елементів забирає їх електрони. Хлор в реакціях з речовинами також електроотріцателен, за винятком оксидів, де його атом має позитивну ступінь окислення. Фізичні властивості галогенів і їх агрегатний стан також змінюються зі збільшенням заряду ядра. Зупинимося на цьому питанні докладніше.

Від газу до кристала

Прості речовини фтор і хлор єсильно токсичні гази. У малих концентраціях вони викликають подразнення слизових оболонок очей і верхніх дихальних шляхів. Тривале вдихання парів галогенів призводить до паралічу дихальних м'язів і задухи з летальним результатом. Саме тому німецька армія в Першій світовій війні використовувала хлор в якості хімічної зброї.

Зі збільшенням заряду ядра атома агрегатнийстан речовин змінюється, і бром вже є важкою рідина червоно-бурого кольору з різким запахом. Вона може викликати опіки на шкірі, і особливо небезпечна при попаданні в очі.

Продовжимо далі характеристику галогенів і зупинимося на йоді і астату. Йод представлений у вигляді сіро-фіолетових кристалів, щільність їх - 4,94 г / см³. Речовина має низьку температуру плавлення - 113,5 ° і при нагріванні відразу ж перетворюється в газ, минаючи рідку фазу. Таке явище в хімії отримало назву сублімації.

Астат є радіоактивним елементом, позовнішнім виглядом схожим на йод і так само, як він, здатним до сублімації. У лабораторії його отримують опроміненням атомів вісмуту ядрами атома гелію. Астат є найбільш рідкісним елементом в природі.

Особливі властивості фтору

Розглянувши фізичні властивості галогенів,зупинимося на їх здатності реагувати з іншими речовинами. Цікавим в цьому відношенні є фтор. Це перший елемент, який виявився здатним утворювати з'єднання з інертними газами, зокрема з ксеноном. Були отримані кілька речовин - фторидів ксенону з різними ступенями окислення інертного елементу: XeF₂, XeF₄, XeF₆. З цього моменту почався активний розвиток хімії благородних газів.

Інший галоген, формула якого CI_2, - хлор - є другим за активністю елементомпісля фтору. Він взаємодіє з киснем і утворює кілька оксидів, в яких має такі ступені окислення: +3, +5, +7. Як і всі неметали, хлор реагує з металами, утворюючи солі - хлориди. Сполуки хлору досить поширені в природі і входять до складу багатьох гірських порід і мінералів.

поширеність неметалів

Галогени у природі зустрічаються досить часто. У періоди вулканічної активності велика кількість газоподібних сполук хлору, фтору та йоду потрапляють в атмосферу Землі. Крім того, як ми говорили раніше, хлориди представлені у вигляді рудообразующих з'єднань: сильвініту (подвійна сіль KCI × NaCI), карналлита і кухонної солі. Відзначимо також, що хлор становить приблизно 0,05% маси земної кори. Всі елементи цього ряду, за винятком астату, не тільки входять до складу неживої природи, а й є обов'язковими компонентами клітин рослин, тварин і людини.

Які елементи входять до складу клітинних органел

Біохімія - це наука, яка визначає рольхімічних речовин в метаболічних процесах, що проходять в живій клітині. Вона підтверджує важливе біологічне значення галогенів. Як виявилося, найбільше поширення у прокаріотів та еукаріотів має хлор. Він є необхідним макроелементом в цитоплазмі і в міжклітинної рідини. Так, іони хлору входять до складу плазми крові, беруть участь в транспорті речовин через клітинну мембрану, вони також задіяні в процесах проходження імпульсів по нервовому волокну. Атомарний фтор є компонентом емалі зубів, забезпечуючи її твердість і стійкість до карієсу. Розглядаючи фізичні властивості галогенів, з'ясуємо їх значення в клітинному метаболізмі.

Роль елементів VII А групи в обміні речовин

Бром і йод входять в комплекси біологічноактивних сполук: ферментів і гормонів. Наприклад, трийодтиронін і тироксин, що виробляються тканинами щитовидної залози і містять іони йоду, регулюють найважливіші процеси обміну речовин в організмі людини. Їх недостатня секреція може викликати такі тяжкі ендокринні патології, як ендемічний зоб або базедова хвороба. Основні джерела надходження брому і йоду в організм - це харчова сіль (хлорид натрію), морські водорості, наприклад такі, як ламінарія (вона містить йод і бром), морепродукти.

отримання галогенів

Класичним прикладом, відомим ще з шкільногокурсу хімії, є лабораторний експеримент виділення вільного хлору з соляної кислоти дією на неї діоксиду марганцю при нагріванні. Реакція обов'язково проводиться у витяжній шафі внаслідок високої токсичності газоподібного хлору. Якщо в якості окислювача використовувати перманганат калію, то процес можна проводити без нагрівання реагентів. Фтор, хлор, бром і йод мають широке застосування в хімії органічного синтезу, в фармакології та медицині, тому отримання галогенів проводиться в промислових масштабах методом електролізу. Щоб виділити молекули CI₂ , Використовують електолізери з концентрованим розчином хлориду натрію.

Хлор відновлюється на аноді, його збирають, апотім зріджують під тиском до 6 атмосфер і при кімнатній температурі. Для транспортування отриманого продукту використовують сталеві балони. Фтор, бром і йод також отримують методом електролізу. Але при цьому використовують не розчини, а розплави їх солей.

Де і як використовують неметали

Як прості речовини, так і сполуки хлору,фтору, брому і йоду мають велике значення в житті людини. Наприклад, застосування галогенів в медицині обумовлено бактерицидними властивостями спиртового розчину йоду і хлорного вапна. Остання речовина можна використовувати в проведенні карантинних заходів, при очищенні води та дегазації зараженої території. Високі окисні властивості хлору дозволяють застосовувати його в якості відбілювача тканини і паперу.

Проста речовина також використовують в промисловомувиробництві соляної кислоти. Фтор - незамінний компонент в синтезі фторопластов, внаслідок високої хімічної активності їм окислюють ракетне паливо. Бром входить до складу багатьох лікарських засобів, що застосовуються в неврології для купірування судомних станів, при нервовому виснаженні і безсонні. Всі вище наведені приклади є наочним підтвердженням того, яке важливе значення для людини має застосування галогенів в промисловості та побуті.

</ P>>