Transcript Halogeny

Halogeny
Charakteristika skupiny
= „solitvorné“
• ns2 np5
• F, Cl, Br, I (At se k halogenům neřadí)
• poměrně velká vzájemná podobnost
– vysoká elektronegativita
– vysoká elektronová afinita
– tvoří dvouatomové molekuly X2
Vlastnosti halogenů
prvek
X
teplota tání teplota varu
F
4,1
-233 °C
-188 °C
Cl
2,83
-101 °C
-34 °C
Br
2,74
-7 °C
49 °C
I
2,21
387 °C
458 °C
Vlastnosti halogenů
Oxidační čísla halogenů
F
Cl
Br
I
-I
-I
-I
-I
0
0
0
0
I
I
I
III
III
III
IV
IV
V
V
V
VII
VII
Halogeny
• Fluor
– světle zelený plyn, silně reaktivní a toxický
– v přírodě se nachází pouze ve formě
nerozpustných fluoridů
• CaF2 – fluorit (kazivec)
• Na3AlF6 – kryolit
– vyrábí se elektrolýzou směsi HF a KHF2
– využití – výroba freonů, HF, fluorované
polymery (teflon)
Halogeny
• Chlor
– žlutozelený, silně toxický plyn
– vyskytuje se především ve sloučeninách NaCl a
KCl (pevných nebo v mořské vodě)
– vyrábí se elektrolýzou roztoku NaCl – solanky
– využití – výroba HCl, plastických materiálů (PVC,
chloropren,...)
– příprava:
MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 4 H2O
2 KMnO4 + 16 HCl → 2 MnCl2 + 2 KCl + 5 Cl2 + 8 H2O
Halogeny
• Brom
– hnědočervená kapalina
– vyskytuje s v měnší míře, než chlor a fluor
• v mořské vodě ve formě bromidů Br-
– vyrábí se ze zahuštěné mořské vody
vytěsňováním chlorem
– příprava:
2 KBr + Cl2 → 2 KCl + Br2
5 Br- + BrO3- + 6 H+ → 3 H2O + 3 Br2
Halogeny
• Jód
– tmavě fialová až šedočerná pevná látka
– při zahřívání sublimuje ve dialové páry
– velmi malé zastoupení v přírodě
• v mořské vodě
• v chilském ledku (NaNO3 s příměsí jodičnanů)
– výroba z jodičnanů v chilském ledku
2 IO3- + 5 HSO3- → 3 HSO4- + 2 SO4- + H2O + I2
– příprava
2 KI + Cl2 → 2 KCl + I2
Chemické vlastnosti halogenů
• všechny mají výrazné oxidační vlastnosti
F > Cl > Br > I
• fluor dokáže vyoxidovat kyslík z SiO2
2 F2 + SiO2 → SiF4 + O2
4 F2 + H2S → 2 HF + SF6
2 Cl2 + H2S → 2 HCl + SCl2
Br2 + H2S → 2 HBr + S
Sloučeniny halogenů
• Halogenovodíky
H2 + F2 → 2 HF - samovolně až explosivně
H2 + Cl2 → 2 HCl – je třeba iniciovat jiskrou
H2 + Br2 → 2 HBr – je třeba použít katalyátoru
H2 + I2 ← 2 HI – převládá rozklad na prvky
– HF kapalina (tv=19,5 °C), ostatní kapaliny
– nejsilnější kyselinou je HI > HBr > HCl > HF
• kvůli délce a pevnosti vazby
Sloučeniny halogenů
• HF
– připravuje se reakcí kyseliny sírové s CaF2
CaF2 + H2SO4 → CaSO4 + 2 HF
– leptá sklo
4 HF + SiO2 → SiF4 + 2 H2O
Sloučeniny halogenů
• HCl
– dříve se vyráběl reakcí NaCl s kyselinou sírovou
2 NaCl + H2SO4 → Na2SO4 + 2 HCl
• odtud triviální název - kyselina solná
– maximální koncentrace ve vodě je 38 %
– jedna ze základních anorganických látek
Sloučeniny halogenů
• HBr
– příprava reakcí bromidu s kyselinou fosforečnou
NaBr + H3PO4 → HBr + NaH2PO4
• HI
– příprava reakcí jodu se sulfanem
I2 + H2S → 2 HI + S
Sloučeniny halogenů
– halogen v molekule halogenovodíku se může
pouze oxidovat => mívají redukční účinky
• nejsnáze se oxiduje jodovodík
2 HI + H2O2 → 2 H2O + I2
– pakliže se nějaká látka při reakci s HX
oxiduje, musí docházet k redukci vodíku
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
Sloučeniny halogenů
• Halogenidy
– iontové – s kovy, solný charakter
– kovalentní – s nekovy, zpravidla molekulové
– halogen lze vytěsnit halogenem nebo
halogenovodíkem s nižším protonovým číslem
F → Cl → Br → I
KBr + HF → KF + HBr
KBr + HCl → KCl + HBr
KBr + HBr → --KBr + HI → ---
Sloučeniny halogenů
• příprava halogenidů
– reakce HX s kovem, jeho oxidem či solí se
slabší kyselinou
Ca + 2 HCl → CaCl2
MgO + 2 HCl → MgCl2 + H2
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
– reakce prvku s halogenem (přechodné kovy a
nekovy
Ti + 2 Cl2 → TiCl4
S + 3 F2 → SF6
Sloučeniny halogenů
• významné halogenidy
– NaF
• fluorizace vody, insekticidy a fungicidy, konzervace
dřeva
– NaCl
• kuchyňská sůl, posyp cest, výroba HCl, Na, NaOH, Cl2
– NH4Cl
• „salmiak“, suché články, regulátor kyselosti, ustalovač
– CaCl2
• vysoušedlo, posyp cest
Sloučeniny halogenů
– AgCl, AgBr
• fotografie
• bílé halogenidy stříbrné působením světla černají
postupně se vylučujícím stříbrem
– KI
• jodizace soli
• prevence některých účinků radioaktivného záření
Sloučeniny halogenů
• Polyhalogenidy
– zejména jód může tvořit polyhalogenidy
– jód se ve vodě nerozpouští, rozpouští se ale v
roztoku KI za vzniku Lugolova roztoku
• obsahuje anionty I3- až I9I2 + KI → KI3
Sloučeniny halogenů
• Interhalové sloučeniny
– sloučeniny halogenu s halogenem
– nejjednodušší odpovídají poměru 1:1
• ClF, BrF, ICl,...
• fyzikální vlastnosti odpovídají průměru
• chemické vlastnosti vyplývají z rozdílné
elektronegativity obou prvků
ClF + H2O → HClO + HF
– složitější mají i vyšší poměry
• BrF3, BrF5, IF7,...
Sloučeniny halogenů
• Oxidy halogenů
– OF2 – oxid fluorný, fluorid kyslíku
– ClO2
• značně nestálý zelený plyn, není anhydridem
kyseliny
• reakcí s hydroxidy dochází k disproporcionaci
2 ClO2 + 2 OH- → ClO2- + ClO3- + H2O
– Cl2O6
• tmavočervená kapalina, stálejší než ClO2
• není anhydridem kyseliny
Cl2O6 + 2 NaOH → NaClO3 + NaClO4 + H2O
Sloučeniny halogenů
– Cl2O7
•
•
•
•
bezbarvá olejovitá kapalina
nejstálejší z oxidů chlóru
značně reaktivní ve styku s organickými látkami
anhydrid kyseliny chloristé
– BrO2
• podobný ClO2, ale méně stálý
– I2O5
• jediný oxid jódu
• nejstálejší z oxidů halogenů
• anhydrid kyseliny jodičné
Sloučeniny halogenů
• Oxokyseliny
I
III
V
VII
HClO HBrO HIO
HClO2 HBrO2
HClO3 HBrO3 HIO3
HClO4
HIO4
(H5IO6)
Sloučeniny halogenů
• HXO
– vznikají reakcí halogenu s vodou
HgO
Cl2 + H2O → HCl + HClO
• chlorová voda = HCl + HClO
• bromová voda = HBr + HBrO + Br2
– slabé kyseliny, HIO je spíše již hydroxid IOH
– velmi dobrá oxidační činidla, oxidační účinky
klesají od HClO k HIO
– reakcí halogenu s hydroxidem vznikají soli
Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO
Sloučeniny halogenů
– dochází u nich k disproporcionaci
2 ClO- → Cl- + ClO3• zejména za zvýšených teplot
– NaClO
• bělení a desinfekce
– Ca(Cl)(ClO)
• chlorové vápno, chlorid-chlornan vápenatý
• bělení a desinfekce
Sloučeniny halogenů
• HXO3
– silné kyseliny
– podléhají disproporcionaci
4 HClO3 → 3 HClO4 + HCl
– tepelně se rozkládají za vzniku kyslíku
2 ClO3- → 2 Cl- + 3 O2
– významné jsou spíše soli
• NaClO3 – herbicid (travex)
• KClO3 – složka zápalných směsí pro hlavičky zápalek
• KBrO3 - bromatometrie
Sloučeniny halogenů
• HXO4
– HClO4
• velmi silná kyselina
• za běžných podmínek neoxidující kyselina
Zn + 2 HClO4 → Zn(ClO4)2 + H2
• oxidační účinky má až za zvýšených teplot vůči
organickým látkám
– HIO4
• mnohem slabší než HClO4
• ochotně váže další molekuly vody za vzniku H5IO6