Halogeni u periodnom sustavu nalaze se lijevo od plemenitih plinova. Ovih pet toksičnih nemetalnih elemenata nalazi se u skupini 7 periodnog sustava. To uključuje fluor, klor, brom, jod i astatin. Iako je astat radioaktivan i ima samo kratkotrajne izotope, ponaša se poput joda i često se klasificira kao halogen. Budući da halogeni elementi imaju sedam valentnih elektrona, potreban im je samo jedan dodatni elektron da formiraju puni oktet. Ova karakteristika ih čini reaktivnijima od drugih skupina nemetala.
Opće karakteristike
Halogeni tvore dvoatomske molekule (tipa X2, gdje X označava atom halogena) - stabilan oblik postojanja halogena u obliku slobodnih elemenata. Veze ovih dvoatomskih molekula su nepolarne, kovalentne i jednostruke. Kemijska svojstva halogena omogućuju im da se lako kombiniraju s većinom elemenata, tako da se u prirodi nikada ne pojavljuju nepovezani. Fluor je najaktivniji halogen, a najmanje astat.
Svi halogeni tvore soli skupine I sa sličnimSvojstva. U tim spojevima, halogeni su prisutni kao halogeni anioni s nabojem od -1 (na primjer, Cl-, Br-). Završetak -id označava prisutnost halogenih aniona; npr. Cl- naziva se "klorid".
Osim toga, kemijska svojstva halogena omogućuju im da djeluju kao oksidirajuća sredstva - da oksidiraju metale. Većina kemijskih reakcija koje uključuju halogene su redoks reakcije u vodenoj otopini. Halogeni tvore jednostruke veze s ugljikom ili dušikom u organskim spojevima gdje je njihovo oksidacijsko stanje (CO) -1. Kada se atom halogena zamijeni kovalentno vezanim atomom vodika u organskom spoju, prefiks halo- može se koristiti u općem smislu, ili prefiksi fluor-, kloro-, brom-, jod- za specifične halogene. Halogeni elementi mogu se umrežiti u dvoatomske molekule s polarnim kovalentnim jednostrukim vezama.
Klor (Cl2) bio je prvi halogen otkriven 1774. godine, a zatim jod (I2), brom (Br 2), fluor (F2) i astatin (At, zadnji put otkriven 1940.). Naziv "halogen" dolazi od grčkih korijena hal- ("sol") i -gen ("tvoriti"). Zajedno, ove riječi znače "tvori sol", naglašavajući činjenicu da halogeni reagiraju s metalima i stvaraju soli. Halit je naziv kamene soli, prirodnog minerala koji se sastoji od natrijevog klorida (NaCl). I na kraju, halogeni se koriste u svakodnevnom životu – fluor se nalazi u pasti za zube, klor dezinficira vodu za piće, a jod potiče proizvodnju hormona.štitnjača.
Kemijski elementi
Fluor je element s atomskim brojem 9, označen simbolom F. Elementarni fluor je prvi put otkriven 1886. izoliranjem iz fluorovodične kiseline. U slobodnom stanju, fluor postoji kao dvoatomska molekula (F2) i najzastupljeniji je halogen u zemljinoj kori. Fluor je najelektronegativniji element u periodnom sustavu. Na sobnoj temperaturi, to je blijedožuti plin. Fluor također ima relativno mali atomski radijus. Njegov CO je -1, osim elementarnog dvoatomskog stanja, u kojem je njegovo oksidacijsko stanje nula. Fluor je izuzetno reaktivan i izravno stupa u interakciju sa svim elementima osim helija (He), neona (Ne) i argona (Ar). U otopini H2O, fluorovodična kiselina (HF) je slaba kiselina. Iako je fluor jako elektronegativan, njegova elektronegativnost ne određuje kiselost; HF je slaba kiselina zbog činjenice da je ion fluora bazičan (pH> 7). Osim toga, fluor proizvodi vrlo snažne oksidanse. Na primjer, fluor može reagirati s inertnim plinom ksenonom da nastane jako oksidacijsko sredstvo ksenon difluorid (XeF2). Fluor ima mnoge namjene.
Klor je element s atomskim brojem 17 i kemijskim simbolom Cl. Otkriven 1774. izoliranjem iz klorovodične kiseline. U svom elementarnom stanju tvori dvoatomsku molekulu Cl2. Klor ima nekoliko CO: -1, +1, 3, 5 i7. Na sobnoj temperaturi, to je svijetlozeleni plin. Budući da je veza koja se stvara između dva atoma klora slaba, molekula Cl2 ima vrlo visoku sposobnost ulaska u spojeve. Klor reagira s metalima i nastaje soli koje se nazivaju kloridi. Ioni klora su najčešći ioni koji se nalaze u morskoj vodi. Klor također ima dva izotopa: 35Cl i 37Cl. Natrijev klorid je najčešći od svih klorida.
Brom je kemijski element s atomskim brojem 35 i simbolom Br. Prvi put je otkriven 1826. U svom elementarnom obliku, brom je dvoatomska molekula Br2. Na sobnoj temperaturi, to je crvenkasto-smeđa tekućina. Njegov CO je -1, +1, 3, 4 i 5. Brom je aktivniji od joda, ali manje aktivan od klora. Osim toga, brom ima dva izotopa: 79Br i 81Br. Brom se javlja kao bromidne soli otopljene u morskoj vodi. Posljednjih godina proizvodnja bromida u svijetu značajno se povećala zbog njegove dostupnosti i dugog vijeka trajanja. Kao i drugi halogeni, brom je oksidacijsko sredstvo i vrlo je otrovan.
Jod je kemijski element s atomskim brojem 53 i simbolom I. Jod ima oksidacijska stanja: -1, +1, +5 i +7. Postoji kao dvoatomska molekula, I2. Na sobnoj temperaturi je ljubičasta krutina. Jod ima jedan stabilan izotop, 127I. Prvi put otkriven 1811s morskim algama i sumpornom kiselinom. Trenutno se jodni ioni mogu izolirati u morskoj vodi. Iako jod nije jako topiv u vodi, njegova se topljivost može povećati korištenjem odvojenih jodida. Jod igra važnu ulogu u tijelu, sudjelujući u proizvodnji hormona štitnjače.
Astatin je radioaktivni element s atomskim brojem 85 i simbolom At. Njegova moguća oksidacijska stanja su -1, +1, 3, 5 i 7. Jedini halogen koji nije dvoatomska molekula. U normalnim uvjetima, to je crna metalna krutina. Astatin je vrlo rijedak element, pa se o njemu malo zna. Osim toga, astat ima vrlo kratko vrijeme poluraspada, ne duže od nekoliko sati. Primljen 1940. kao rezultat sinteze. Vjeruje se da je astat sličan jodu. Ima metalna svojstva.
Tablica ispod prikazuje strukturu atoma halogena, strukturu vanjskog sloja elektrona.
| halogen | Electron configuration |
| Fluor | 1s2 2s2 2p5 |
| Klor | 3s2 3p5 |
| brom | 3d10 4s2 4p5 |
| jod | 4d10 5s2 5p5 |
| Astatine | 4f14 5d106s2 6p5 |
Slična struktura vanjskog sloja elektrona određuje da su fizikalna i kemijska svojstva halogena slična. Međutim, pri usporedbi ovih elemenata uočavaju se i razlike.
Periodična svojstva u halogenoj skupini
Fizička svojstva jednostavnih tvari halogena mijenjaju se s povećanjem broja elemenata. Za bolje razumijevanje i veću jasnoću nudimo vam nekoliko tablica.
Točke topljenja i vrelišta grupe rastu kako se povećava veličina molekule (F <Cl
Tablica 1. Halogeni. Fizička svojstva: točke topljenja i ključanja
| halogen | Topljenje T (˚C) | Vrelište (˚C) |
| Fluor | -220 | -188 |
| Klor | -101 | -35 |
| brom | -7,2 | 58,8 |
| jod | 114 | 184 |
| Astatine | 302 | 337 |
Atomski radijus se povećava
Veličina jezgre se povećava (F < Cl < Br < I < At), kako se povećava broj protona i neutrona. Osim toga, sa svakim se razdobljem dodaje sve više i više razina energije. To rezultira većom orbitalom, a time i povećanjem radijusa atoma.
Tablica 2. Halogeni. Fizička svojstva: atomski radijusi
| halogen | Kovalentni radijus (pm) | ionski (X-) radijus (pm) |
| Fluor | 71 | 133 |
| Klor | 99 | 181 |
| brom | 114 | 196 |
| jod | 133 | 220 |
| Astatine | 150 |
Energija ionizacije se smanjuje
Ako vanjski valentni elektroni nisu blizu jezgre, tada neće trebati puno energije da se uklone iz nje. Dakle, energija potrebna za izbacivanje vanjskog elektrona nije tako visoka na dnu grupe elemenata, jer postoji više razina energije. Osim toga, visoka energija ionizacije uzrokuje da element pokazuje nemetalne kvalitete. Jod i astat pokazuju metalna svojstva jer je energija ionizacije smanjena (Na < I < Br < Cl < F).
Tablica 3. Halogeni. Fizička svojstva: energija ionizacije
| halogen | Energija ionizacije (kJ/mol) |
| fluor | 1681 |
| hlor | 1251 |
| brom | 1140 |
| jod | 1008 |
| astatin | 890±40 |
Elektronegativnost se smanjuje
Broj valentnih elektrona u atomu raste s povećanjem razine energije na progresivno nižim razinama. Elektroni se progresivno udaljuju od jezgre; Dakle, jezgra i elektroni se međusobno ne privlače. Uočava se povećanje zaštite. Stoga se elektronegativnost smanjuje s povećanjem razdoblja (Na < I < Br < Cl < F).
Tablica 4. Halogeni. Fizička svojstva: elektronegativnost
| halogen | Elektronegativnost |
| fluor | 4.0 |
| hlor | 3.0 |
| brom | 2,8 |
| jod | 2,5 |
| astatin | 2.2 |
Elektronski afinitet se smanjuje
Kako se veličina atoma povećava s povećanjem perioda, afinitet prema elektronu ima tendenciju smanjenja (B < I < Br < F < Cl). Iznimka je fluor, čiji je afinitet manji od klora. To se može objasniti manjom veličinom fluora u usporedbi s klorom.
Tablica 5. Elektronski afinitet halogena
| halogen | Elektronski afinitet (kJ/mol) |
| fluor | -328,0 |
| hlor | -349,0 |
| brom | -324,6 |
| jod | -295,2 |
| astatin | -270,1 |
Reaktivnost elemenata se smanjuje
Reaktivnost halogena opada s povećanjem razdoblja (na <I
Anorganska kemija. Vodik + halogeni
Halogen nastaje kada halogen reagira s drugim, manje elektronegativnim elementom da nastane binarni spoj. Vodik reagira s halogenima u HX halogenide:
- fluorovodik HF;
- klorovodik HCl;
- bromid HBr;
- hidrojod HI.
Halogenvodikovi se lako otapaju u vodi i tvore halogenovodične (fluorovodične, klorovodične, bromovodične, jodovodične) kiseline. Svojstva ovih kiselina data su u nastavku.
Kiseline nastaju sljedećom reakcijom: HX (aq) + H2O (l) → H- (aq) + H 3O+ (aq).
Svi vodikovi halogenidi tvore jake kiseline osim HF.
Povećava se kiselost halogenovodičnih kiselina: HF <HCl <HBr <HI.
Fluorovodična kiselina može dugo vremena gravirati staklo i neke anorganske fluoride.
Može se činiti kontraintuitivnim da je HF najslabija halogenovodična kiselina, jer fluor ima najvećuelektronegativnost. Međutim, H-F veza je vrlo jaka, što rezultira vrlo slabom kiselinom. Jaka veza je određena kratkom duljinom veze i visokom energijom disocijacije. Od svih halogenida vodika, HF ima najkraću duljinu veze i najveću energiju disocijacije veze.
Halogene oksokiseline
Halogen oksokiseline su kiseline s atomima vodika, kisika i halogena. Njihova kiselost može se odrediti analizom strukture. Halogene oksokiseline navedene su u nastavku:
- Hipoklorovita kiselina HOCl.
- Klorna kiselina HClO2.
- Klorna kiselina HClO3.
- Perklorna kiselina HClO4.
- Hipoklorna kiselina HOBr.
- Bromova kiselina HBrO3.
- Bromična kiselina HBrO4.
- Hijodna kiselina HOI.
- jodonska kiselina HIO3.
- Metajodna kiselina HIO4, H5IO6.
U svakoj od ovih kiselina, proton je vezan za atom kisika, pa je uspoređivanje duljina protonskih veza ovdje beskorisno. Elektronegativnost ovdje igra dominantnu ulogu. Aktivnost kiseline raste s brojem atoma kisika vezanih za središnji atom.
Izgled i stanje materije
Glavna fizička svojstva halogena mogu se sažeti u sljedeću tablicu.
| Stanje tvari (na sobnoj temperaturi) | halogen | Izgled |
| teško | jod | ljubičasta |
| astatin | crna | |
| tekućina | brom | crveno-smeđa |
| plinoviti | fluor | blijedosmeđ |
| hlor | blijedozeleno |
Objašnjenje izgleda
Boja halogena rezultat je apsorpcije vidljive svjetlosti od strane molekula, što uzrokuje pobuđivanje elektrona. Fluor apsorbira ljubičasto svjetlo i stoga izgleda svijetložuto. Jod, s druge strane, apsorbira žuto svjetlo i izgleda ljubičasto (žuta i ljubičasta su komplementarne boje). Boja halogena postaje tamnija kako se razdoblje povećava.
U zatvorenim posudama, tekući brom i čvrsti jod su u ravnoteži sa svojim parama, što se može promatrati kao obojeni plin.
Iako je boja astatina nepoznata, pretpostavlja se da mora biti tamniji od joda (tj. crne boje) u skladu s promatranim uzorkom.
Sada, ako vas pitaju: "Okarakterizirajte fizička svojstva halogena", imat ćete što reći.
Oksidacijsko stanje halogena u spojevima
Oksidacijsko stanje se često koristi umjesto "halogene valencije". U pravilu je oksidacijsko stanje -1. Ali ako je halogen vezan za kisik ili drugi halogen, može poprimiti druga stanja:CO kisik -2 ima prioritet. U slučaju dva različita atoma halogena povezana zajedno, elektronegativniji atom prevladava i uzima CO -1.
Na primjer, u jod kloridu (ICl) klor ima CO -1, a jod +1. Klor je elektronegativniji od joda, pa je njegov CO -1.
U bromovoj kiselini (HBrO4) kisik ima CO -8 (-2 x 4 atoma=-8). Vodik ima ukupno oksidacijsko stanje od +1. Dodavanjem ovih vrijednosti dobiva se CO -7. Budući da konačni CO spoja mora biti nula, CO broma je +7.
Treći izuzetak od pravila je oksidacijsko stanje halogena u elementarnom obliku (X2), gdje je njegov CO nula.
| halogen | CO u spojevima |
| fluor | -1 |
| hlor | -1, +1, +3, +5, +7 |
| brom | -1, +1, +3, +4, +5 |
| jod | -1, +1, +5, +7 |
| astatin | -1, +1, +3, +5, +7 |
Zašto je SD fluora uvijek -1?
Elektronegativnost se povećava s razdobljem. Stoga fluor ima najveću elektronegativnost od svih elemenata, što dokazuje njegov položaj u periodnom sustavu. Njegova elektronička konfiguracija je 1s2 2s2 2p5. Ako fluor dobije još jedan elektron, najudaljenije p-orbitale su potpuno popunjene i čine cijeli oktet. Budući da fluor imavisoka elektronegativnost, lako može uzeti elektron od susjednog atoma. Fluor je u ovom slučaju izoelektronski prema inertnom plinu (s osam valentnih elektrona), sve njegove vanjske orbitale su popunjene. U ovom stanju, fluor je mnogo stabilniji.
Proizvodnja i upotreba halogena
U prirodi su halogeni u stanju aniona, pa se slobodni halogeni dobivaju oksidacijom elektrolizom ili upotrebom oksidacijskih sredstava. Na primjer, klor se proizvodi hidrolizom otopine soli. Upotreba halogena i njihovih spojeva je raznolika.
- Fluor. Iako je fluor vrlo reaktivan, koristi se u mnogim industrijskim primjenama. Na primjer, ključna je komponenta politetrafluoroetilena (teflona) i nekih drugih fluoropolimera. CFC su organske kemikalije koje su se prije koristile kao rashladna sredstva i potisni plinovi u aerosolima. Njihova uporaba je prestala zbog mogućeg utjecaja na okoliš. Zamijenjeni su hidroklorofluorougljikovodici. Fluorid se dodaje u pastu za zube (SnF2) i vodu za piće (NaF) kako bi se spriječilo karijes. Ovaj halogen se nalazi u glini koja se koristi za izradu određenih vrsta keramike (LiF), koja se koristi u nuklearnoj energiji (UF6), za proizvodnju antibiotika fluorokinolona, aluminija (Na 3 AlF6), za visokonaponsku izolaciju (SF6).
- Klor je također pronašao razne namjene. Koristi se za dezinfekciju pitke vode i bazena. natrijev hipoklorit (NaClO)je glavna komponenta izbjeljivača. Klorovodična kiselina ima široku primjenu u industriji i laboratorijima. Klor je prisutan u polivinil kloridu (PVC) i drugim polimerima koji se koriste za izolaciju žica, cijevi i elektronike. Osim toga, klor se pokazao korisnim u farmaceutskoj industriji. Lijekovi koji sadrže klor koriste se za liječenje infekcija, alergija i dijabetesa. Neutralni oblik hidroklorida je sastavni dio mnogih lijekova. Klor se također koristi za sterilizaciju bolničke opreme i dezinfekciju. U poljoprivredi, klor je sastojak mnogih komercijalnih pesticida: DDT (diklorodifeniltrikloretan) korišten je kao poljoprivredni insekticid, ali je njegova upotreba prestala.
- Brom se, zbog svoje nesagorivosti, koristi za suzbijanje izgaranja. Također se nalazi u metil bromidu, pesticidu koji se koristi za očuvanje usjeva i suzbijanje bakterija. Međutim, prekomjerna upotreba metilbromida postupno je ukinuta zbog njegovog učinka na ozonski omotač. Brom se koristi u proizvodnji benzina, fotografskog filma, aparata za gašenje požara, lijekova za liječenje upale pluća i Alzheimerove bolesti.
- Jod igra važnu ulogu u pravilnom radu štitnjače. Ako tijelo ne dobiva dovoljno joda, štitnjača se povećava. Za prevenciju gušavosti ovaj se halogen dodaje kuhinjskoj soli. Jod se također koristi kao antiseptik. Jod se nalazi u otopinama koje se koriste začišćenje otvorenih rana, kao i u sprejevima za dezinfekciju. Osim toga, srebrni jodid je neophodan u fotografiji.
- Astatin je radioaktivni halogen rijetkih zemalja, pa se još nigdje ne koristi. Međutim, vjeruje se da ovaj element može pomoći jodu u regulaciji hormona štitnjače.
