ХАЛОГЕНИ: СВОЙСТВА, СТРУКТУРИ И ПРИЛОЖЕНИЯ - ХИМИЯ - 2025

На халогените не са метални елементи от група VIIA или 17 от периодичната таблица. Те имат електроотрицателност и високи електронни афинитети, които силно влияят на йонния характер на връзките им с металите. Думата "халогени" е с гръцки произход и означава "образуватели на сол".

Но какви са тези халогени? Флуор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I) и радиоактивният и ефемерният елемент астатин (At). Те са така реактивен че те реагират един с друг за да образуват двуатомни молекули: F ₂, Cl ₂, Br ₂, I _2, и ₂. Тези молекули се характеризират с това, че имат сходни структурни свойства (линейни молекули), макар и с различни физични състояния.

Източник: От W. Oelen, чрез Wikimedia Commons

На изображението по-горе са показани три халогена. Отляво надясно: хлор, бром и йод. Нито флуорът, нито астатинът не могат да се съхраняват в стъклени съдове, тъй като последните не издържат на корозивността му. Обърнете внимание как органолептичните свойства на халогените се променят, когато човек се движи надолу по своята група към елемента йод.

Флуорът е газ с жълтеникави оттенъци; хлор също, но зеленикавожълт; бромът е тъмночервеникава течност; йод, черно твърдо вещество с виолетови тонове; и астатин, тъмно, лъскаво метално твърдо вещество.

Халогените са способни да реагират с почти всички елементи на периодичната таблица, дори с някои благородни газове (като ксенон и криптон). Когато го правят, те могат да окисляват атомите до техните най-положителни окислителни състояния, превръщайки ги в мощни окислители.

Те също така придават специфични свойства на молекулите, когато свързват или заменят някои от своите атоми. Тези видове съединения се наричат ​​халиди. Всъщност халидите са основният естествен източник на халогени и много от тях се разтварят в морето или са част от минерал; такъв е случаят с флуорит (CaF ₂).

И халогените, и халогенидите имат широк спектър на приложение; от промишлени или технологични, до просто подчертаване на вкуса на определени храни, като каменна сол (натриев хлорид).

Физични и химични свойства

Атомни тегла

Флуор (F) 18,99 g / mol; Хлор (Cl) 35,45 g / mol; Бром (Br) 79,90 g / mol; Йод (I) 126,9 g / mol и Astate (At) 210 g / mol,

Физическо състояние

Газова фаза; Cl газ; Течен br; Твърд и В твърд.

цвят

F, бледо жълто-кафяв; Cl, бледозелен; Br, червеникаво-кафяв; I, виолетов и At, метален черен * * (предполага се)

Точки на топене

F -219.6 ° С; CI -101.5 ° С; Br -7.3 ° С; I 113,7º C и при 302º C.

Точки на кипене

F -118.12 ° С; Cl -34.04 ° С; Br 58,8 ° С; I 184,3º C и? При 337º C.

Плътност при 25 ° C

F- 0.0017 гр / см ³; СГ 0.0032 грама / cm ³; Br - 3,102 g / cm ³; I- 4,93 гр / см ³ и АТ-6.2-6.5 г / см ³

Разтворимост във вода

СГ 0.091 ммола / cm ³; Вг 0.21 ммола / cm ³ и I- 0.0013 ммола / cm ³.

Йонизационна енергия

F- 1,681 kJ / mol; Cl-1 251 kJ / mol; Br-1,140 kJ / mol; I- 1.008 kJ / mol и At- 890 kJ / mol.

Електроотрицателност

F- 4.0; Cl-3.0; Br - 2,8; I- 2.5 и At- 2.2.

Халогените имат 7 електрона във валентната си обвивка, оттук и голямата им нетърпеливост да получат електрон. Също така халогените имат висока електронегативност поради малките си атомни радиуси и голямото привличане, което ядрото упражнява върху валентните електрони.

реактивност

Халогените са силно реактивни, което впоследствие би обяснило тяхната токсичност. В допълнение, те са окислители.

Намаляващият ред на реактивността е: F> Cl> Br> I> At.

Състояние в природата

Поради голямата си реактивност, халогенните атоми не са свободни в природата; по-скоро те се откриват като образуващи агрегати или като диатомични молекули, свързани чрез ковалентни връзки.

Молекулярни структури

Халогените не съществуват в природата като елементарни атоми, а като диатомични молекули. Всички обаче имат общо, че имат линейна молекулна структура и единствената разлика се състои в дължината на техните връзки и междумолекулните им взаимодействия.

Линейните молекули XX (X ₂) се характеризират с нестабилност, тъй като и двата атома силно привличат двойката електрони към тях. Защо? Тъй като външните му електрони изпитват много високо ефективен ядрен заряд, Zef. Колкото по-висок е Zef, толкова по-малко е разстоянието на връзката XX.

Докато човек се движи надолу по групата, Zef става по-слаб и стабилността на тези молекули се увеличава. По този начин, в низходящ ред на реактивност е: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂. Въпреки това е несъвместимо да се сравнява астатин с флуор, тъй като достатъчно стабилни изотопи не са известни поради неговата радиоактивност.

Междумолекулни взаимодействия

От друга страна, на неговите молекули липсва диполен момент, бидейки аполарен. Този факт е причина за техните слаби междумолекулни взаимодействия, чиято единствена латентна сила е силата на разсейване или Лондон, която е пропорционална на атомната маса и молекулната област.

По този начин, малката молекула на F ₂ няма достатъчно маса или електрони, за да се образува твърдо вещество. За разлика от I ₂, йодната молекула, която въпреки това остава твърдо вещество, което отделя лилави пари.

Бромът представлява междинен пример между двете крайности: Br ₂ молекулите взаимодействат достатъчно, за да се появят в течно състояние.

Вероятно астастинът, поради нарастващия си метален характер, не се проявява като At _2, а като At атоми, образуващи метални връзки.

По отношение на цветовете му (жълто-зеленикаво-жълто-червено-лилаво-черно), най-подходящото обяснение се основава на теорията на молекулярната орбита (TOM). Енергийното разстояние между последната пълна молекулярна орбитала и следващата с най-висока енергия (анти-връзка) се преодолява чрез поглъщане на фотон с увеличаваща се дължина на вълната.

халогенидите

Халогените реагират и образуват халиди, неорганични или органични. Най-известни са водородните халогениди: флуороводород (HF), хлороводород (HCl), бромоводород (HBr) и водороден йодид (HI).

Всички те, разтворени във вода, генерират киселинни разтвори; толкова кисела, че HF може да разгради всеки стъклен съд. Освен това те се считат за изходни материали за синтеза на изключително силни киселини.

Съществуват и така наречените метални халиди, които имат химични формули, които зависят от валентността на метала. Например халидите на алкални метали имат формула MX и сред тях са: NaCl, натриев хлорид; KBr, калиев бромид; CsF, цезиев флуорид; и LiI, литиев йодид.

Халогенидите на алкалоземните метали, преходните метали или металите от p блока имат формула MX _n, където n е положителният заряд на метала. Така някои примери за тях са: FeCl ₃, железен трихлорид; MgBr ₂, магнезиев бромид; AlF ₃, алуминиев трифлуорид; и CuI ₂, меден йодид.

Въпреки това халогените могат да образуват връзки с въглеродни атоми; следователно, те могат да навлязат в сложния свят на органичната химия и биохимията. Тези съединения се наричат ​​органични халогениди и имат общата химическа формула RX, като X е всеки от халогените.

Приложения

хлор

В индустрията

-Бромът и хлорът се използват в текстилната промишленост за избелване и обработка на вълна, като по този начин се избягва нейното свиване при намокряне.

-Използва се като дезинфектант на дитрит и за пречистване на питейна вода и басейни. В допълнение, съединенията, получени от хлора, се използват в перални и в хартиената промишленост.

-Намира приложение при производството на специални батерии и хлорирани въглеводороди. Използва се и при преработката на месо, зеленчуци, риба и плодове. Също така хлорът действа като бактерицидно средство.

-Използва се за почистване и изтъняване на кожата и за избелване на целулозата. Азотният трихлорид преди е бил използван като брашно за избелване и балсам.

-Фосфеновият газ (COCl ₂) се използва в множество индустриални синтезни процеси, както и при производството на военни газове. Фосфенът е много токсичен и е причинен за многобройни смъртни случаи през Втората световна война, където се използва газът.

-Този газ се намира и в инсектициди и фумиганти.

-NaCl е много изобилна сол, която се използва за подправяне на храна и за консервиране на добитък и домашни птици. В допълнение, той се използва в течности за рехидратация на тялото, орално и интравенозно.

В медицината

-Халогенните атоми, които се свързват с лекарствата, ги правят по-липофилни. Това позволява на лекарствата по-лесно да преминават клетъчните мембрани, разтваряйки се в липидите, които го съставят.

-Хлорът дифундира в невроните на централната нервна система чрез йонни канали, свързани с рецепторите на невротрансмитера GABA, като по този начин произвежда седативен ефект. Това е механизмът на действие на няколко анксиолитици.

-HCl присъства в стомаха, където се намесва чрез създаване на редуцираща среда, която благоприятства преработката на храната. Освен това HCl активира пепсин, ензим, който инициира хидролизата на протеини, етап преди чревната абсорбция на протеиновия материал.

Други

Солна киселина (HCl) се използва за почистване на бани, в учебни и изследователски лаборатории и в много индустрии.

-PVC (поливинилхлорид) е винилхлориден полимер, използван в дрехи, подови плочки, електрически кабели, гъвкави тръби, тръби, надуваеми конструкции и керемиди. В допълнение, хлорът се използва като междинен продукт при производството на други пластмасови материали.

-Хлорът се използва при извличане на бром.

-Метил хлоридът изпълнява анестетична функция. Използва се и при производството на определени силиконови полимери и при извличането на мазнини, масла и смоли.

Хлороформ (СНСЬ ₃) е разтворител, използван в много лаборатории, особено в органичната химия и биохимия лаборатории, от обучението за изследвания.

-И накрая по отношение на хлора, трихлоретиленът се използва за обезмасляване на метални части.

бром

-Бромът се използва в процеса на добив на злато и при сондиране на нефтени и газови кладенци. Използва се като забавител на горенето в пластмасовата и газовата промишленост. Бромът изолира огъня от кислорода, карайки го да излезе.

-Той е посредник в производството на хидравлични течности, охлаждащи и обезвлажняващи агенти и препарати за оформяне на косата. Калиевият бромид се използва при производството на фотографски плаки и хартии.

-Калиев бромид също се използва като антиконвулсант, но поради възможността солта да причини неврологични дисфункции, употребата й е намалена. Освен това, друго от често срещаните му приложения е като чип за измерване на твърди проби от инфрачервена спектроскопия.

-Бромните съединения присъстват в лекарства, използвани за лечение на пневмония. В допълнение, бромните съединения са включени в лекарства, използвани в опити, проведени за лечение на болестта на Алцхаймер.

-Бромът се използва за намаляване на замърсяването с живак в електроцентралите, които използват въглища като гориво. Използва се и в текстилната промишленост за създаване на различни оцветители.

-Метилбромът е използван като пестицид за опушване на почвата и домакинствата, но вредното му влияние върху озона ограничава употребата му.

-Халогенните лампи са с нажежаема жичка и добавянето на малки количества бром и йод позволява намаляване на размера на крушките.

йод

-Йодът участва във функционирането на щитовидната жлеза, регулаторен хормон на метаболизма на организма. Щитовидната жлеза отделя хормони Т3 и Т4, които действат върху целевите й органи. Например, хормоналното действие върху сърдечния мускул причинява повишаване на кръвното налягане и сърдечната честота.

-Също така, йодът се използва за идентифициране на наличието на нишесте. Сребърен йодид е реагент, използван при разработването на фотографии.

флуор

-Някои флуоридни съединения се добавят към пастите за зъби, за да се предотврати появата на кухини. Производни на флуорид присъстват в различни анестетици. Във фармацевтичната индустрия флуоридът е включен в лекарствата, за да се проучат възможните подобрения в неговото въздействие върху организма.

-Хидрофлуорна киселина се използва за ецване на стъкло. Също така в производството на халони (пожарогасителни газове, като фреон). Флуорното съединение се използва при електролиза на алуминий за постигане на неговото пречистване.

-Антиотражателните покрития съдържат флуорно съединение. Това се използва при производството на плазмени екрани, плоски екрани и микроелектромеханични системи. Флуорът присъства и в глината, използвана в някои керамики.

Astatus

Смята се, че астатинът може да помогне на йода за регулиране на работата на щитовидната жлеза. Също така, неговият радиоактивен изотоп (²¹⁰ At) е използван в проучвания на рак при мишки.

Препратки

1. Енциклопедия на здравето и безопасността при работа. Халогени и техните съединения., Взето от:
2. employment.gob.es
3. Химия LibreTexts. Група 17: Общи свойства на халогени. Взета от: chem.libretexts.org
4. Wikipedia. (2018). Халогенни. Взета от: en.wikipedia.org
5. Джим Кларк. (Май 2015 г.). Атомни и физични свойства на елементите от група 7 (халогените). Взето от: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML и Stanley, GG Chemistry (2003), 8-мо изд. Учене в Cengage.
7. Елементи. Халогени Взета от: elements.org.es
8. Браун, Лоръл. (24 април 2017 г.). Халогенни характеристики. Sciencing. Възстановено от: sciaching.com