Фтор. Бром. Йод

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ VIIA ГРУПИ

§ 23. Фтор. Бром. Йод

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

Характеризувати та порівнювати властивості фтору, брому, йоду та їх сполук, практичне значення;

Складати рівняння, схеми електронного балансу відповідних хімічних реакцій;

Визначати експериментально галогенід-іони в розчинах та йод.

Фізичні властивості. Прості речовини фтор, бром, йод, як і хлор, складаються з двохатомних молекул з неполярним ковалентним зв’язком між атомами

і в твердому стані утворюють молекулярні кристалічні гратки. Тому вони леткі, плавляться і киплять за низьких температур (табл. 6).

Т а б л и ц я 6

Фізичні властивості галогенів

Речовина		Агрегатний стан за н. у.	Колір	Запах	Температура Плавлення, °С	Температура Кипіння, °С
Фтор F2	38	Газ	Світло-жовтий	Різкий, Подразливий	-220	-188
Бром Br2	160	Рідина	Темно-бурий	Різкий, Смердючий	-7	+58
Йод І2	254	Тверда Речовина	Сірувато – чорний з металічним блиском	Різкий	+ 114	+186

Про леткість галогенів свідчать наявність запаху, можливість твердого йоду при слабкому нагріванні, не плавлячись, перетворюватися на пару фіолетового кольору з різким запахом. При охолодженні пара знов осідає у вигляді кристалів (мал. 31).

Перехід речовин при нагріванні з твердого стану в газуватий і навпаки, оминаючи рідкий, називається сублімацією.

Таке явище характерне ще для деяких відомих вам речовин з молекулярною граткою, наприклад вуглекислого газу, нафталену.

Мал. 31. Сублімація йоду

Мал. 32. Йод (а), якісна реакція на йод з крохмалем (б), виявлення крохмалю в картоплі дією йодом (в)

Зі збільшенням молекулярної маси галогенів їх температури плавлення і кипіння підвищуються, зростає густина, посилюється інтенсивність забарвлення. Поява в йоді металічного блиску (мал. 32, а) відповідає закономірному посиленню металічних властивостей зі збільшенням атомного номера хімічних елементів однієї групи періодичної системи.

Бром і йод малорозчинні у воді, але добре розчиняються в органічних розчинниках (спирт). Рідина, яку називають у побуті йодом, насправді є спиртовим розчином йоду. Водні розчини брому та йоду, як і хлору, називають відповідно бромною та йодною водою. Їх формули – Br2 та I2, а колір майже однаковий – від слабкожовтого до темно-коричневого. Але йод легко розпізнати за допомоги крохмалю, з яким він утворює продукт темно-синього кольору. Крохмаль є реактивом на йод, а йод – реактивом на крохмаль (мал. 32, б, в). Фтор не утворює фторної води, оскільки реагує з водою із вибухом.

Хімічні властивості фтору, брому, йоду зумовлені здатністю їх атомів приєднувати один електрон до завершення останнього електронного шару і виявляти окиснювальну властивість:

Окиснювальна здатність галогенів послаблюється від фтору до йоду: Фтор – найсильніший, а йод – найслабший окисник серед галогенів, бром дещо поступається хлору.

Поясніть причину послаблення окиснювальних властивостей галогенів.

Взаємодія з воднем. Фтор реагує з воднем із вибухом. Хлор, як ви пам’ятаєте, вибухає з воднем лише при освітленні, а в темряві реакція не відбувається. Для реакції водню з бромом і йодом потрібне нагрівання:

Продуктами реакцій є відповідно флуороводень, або фтороводень НF, бромоводень НВг, йодоводень НІ.

Мал. 33. Реакція алюмінію з: а – бромом; б – йодом

Взаємодія з металами завершується утворенням солей (пригадайте походження назви “галогени”). Так, фтор уже за звичайних умов реагує з більшістю металів, а при нагріванні – навіть з благородними металами (золотом, сріблом, платиною). Алюміній і цинк в атмосфері фтору спалахують.

Решта галогенів реагує з металами при нагріванні. Так, у парах брому горить алюміній (мал. 33, а). Йод окиснює метали повільніше, однак у присутності води як каталізатора реакції йоду з порошками алюмінію, магнію, цинку дуже бурхливі й супроводжуються появою фіолетової пари йоду (мал. 33, б):

-Поясніть причину появи пари йоду.

Взаємодія з водою. У цій реакції окиснювальна активність галогенів також закономірно послаблюється від фтору до йоду. Так, у фторі вода горить, хоча відомо, що вода – негорюча речовина, нею гасять пожежі. Продуктами реакції є флуороводень і кисень:

Зверніть увагу, Флуор витісняє Оксиген з молекули води. Це доводить, що фтор активніший окисник, ніж кисень.

– Складанням схеми електронного балансу доведіть правильність цього твердження.

Реакція хлору з водою, як вам відомо, відбувається лише на світлі. Бром і йод з водою не реагують.

Взаємодія з солями галогенів. Про послаблення окиснювальних і посилення відновних властивостей галогенів свідчать реакції, у яких галогени з меншим атомним номером витісняють галогени з більшим атомним номером, а саме: Хлор витісняє Бром та Іод, Бром – лише Іод, а Іод не здатний витіснити ні Бром, ні Хлор:

– Чому не можна проводити таку реакцію за наявності Флуору як у складі простої речовини, так і в складі флуориду?

Реакції між хлором і бромідами та іодидами застосовують у промисловості для добування брому та йоду.

Порівняльна характеристика галогеноводневих кислот. Як і хлороводень, усі галогеноводні, розчиняючись у воді, утворюють кислоти: флуоридну НF (плавикову, або фторидну), бромідну HBr, іодидну HI. Сила галогеноводневих кислот як електролітів збільшується в ряді: НF < НСl < HBr < НІ. Найсильніша з галогеноводневих кислот – іодидна, найслабша – фторидна.

Велика міцність хімічного зв’язку Н-F, за чого фторидна кислота слабко дисоціює у воді, зумовлена малим розміром атома Флуору і відповідно малою відстанню між ядрами Гідрогену та Флуору. Із збільшенням атомного номера галогенів від F до І зростає радіус їх атомів, збільшується відстань між атомами галогену та Гідрогену, а тому зменшується міцність зв’язку між ними і відповідно посилюється здатність до електролітичної дисоціації.

– Складіть рівняння дисоціації іодидної та флуоридної кислот.

Солі розглянутих галогеноводневих кислот називаються відповідно флуоридами (фторидами), бромідами, іодидами. Майже всі солі сильних бромідної та іодидної кислот, як і хлоридної, добре розчинні у воді. Серед практично нерозчинних у воді солей – галогеніди Аргентуму(І): AgC1, AgBr, AgI.

Навпаки, аргентум флуорид є розчинною сіллю. Хлориди, броміди, іодиди Аргентуму відрізняються за кольором: аргентум хлорид – білого, аргентум бромід – світло-жовтого; аргентум іодид – яскравожов – того кольору. Це використовують для розпізнавання галогенід-іонів у розчині за допомоги одного реактиву – аргентум нітрату AgNO3.

Застосування сполук Флуору, Брому, Іоду. Фтор використовують в атомній промисловості і ракетній техніці. З нього добувають флуоровуглеводні. Так, газ фреон, який містить сполуки дифлуородихлорометан ССl2F2 і трифлуорохлорометан CClF3, застосовують у холодильних установках. Тетрафлуороетилен FC=CF2 може по – лімеризуватися, утворюючи політетрафлуороетилен (-CF2-CF2-)n, або тефлон. Цей матеріал стійкий до дії більшості хімічних реагентів, його застосовують у хімічній промисловості, а також для виготовлення побутового посуду. Флуор входить до складу зубних паст, ліків. Плавикову кислоту застосовують для нанесення на скло малюнків, оскільки вона взаємодіє з силіцій(ІV) оксидом скла, тобто “плавить” його (звідси її назва):

Для цього скло вкривають тонким шаром парафіну, наносять малюнок, а потім виріб занурюють у розчин плавикової кислоти. Під дією кислоти на склі залишається малюнок. Таким способом видатний литовський художник М. Чюрльоніс створив майже тридцять художніх творів, що зберігаються в музеї його імені в Каунасі.

Бром незамінний у виробництві фотоплівки. Фотографування засновано на розкладанні аргентум броміду під дією світла за рівнянням реакції:

Чорне зображення на проявленій фотоплівці утворюють найдрібніші частинки металічного срібла. Натрій бромід застосовують як засіб, що заспокоює нервову систему.

Головним споживачем йоду є фармацевтична та хімічна промисловість. Його 5 – 10 %-вий спиртовий розчин (йодна настойка) використовують для обробки ран. Сучасним напрямом застосування галогенів є використання їх в енергозберігаючих лампах. У колбу лампи, крім інертних газів (аргону та азоту), додають пари галогенів – йоду або брому, що вдвічі підвищує її ефективність і в чотири рази довговічність.

Широке застосування сполук галогенів, а саме флуоро-, бромо-, хлорофреонів, супроводжується попередженням учених про можливість їх негативного впливу на озоновий шар Землі.

Коротко про головне

Прості речовини фтор, бром, йод є типовими неметалами. Молекулярна кристалічна гратка галогенів зумовлює їх леткість, низькі температури плавлення і кипіння. Зі збільшенням молекулярної маси галогенів закономірно змінюється їх агрегатний стан: від газуватого фтору до твердого йоду. Йод здатний до сублімації.

Як окиснювачі фтор, бром, йод взаємодіють з металами, воднем. У ряді F2, С12, Вг2, І2 окиснювальна здатність галогенів послаблюється, внаслідок чого галогени з меншим атомним номером витісняють із солей галогени з більшим атомним номером.

Водні розчини галогеноводнів є кислотами, сила яких посилюється від флуоридної до іодидної кислоти. Бромідна та іодидна кислоти, як і хлоридна, є сильними кислотами, флуоридна – слабкою.

Галогени та їх сполуки широко застосовують у виробництві сучасних матеріалів: полімерів, холодоагентів, фотоматеріалів, енергозберігаючих приладів.