Właściwości, struktury i zastosowania halogenów

The halogeny są to elementy niemetaliczne należące do grupy VIIA lub 17 układu okresowego. Mają elektroujemności i wysokie powinowactwa elektroniczne, które bardzo wpływają na charakter jonowy ich wiązań z metalami. Słowo „halogeny” jest pochodzenia greckiego i oznacza „tworzenie soli”. 

Ale co to za fluorowce? Fluor (F), chlor (Cl), brom (Br), jod (I) i pierwiastek radioaktywny i efemeryczna astat (At). Są tak reaktywne, że reagują między sobą, tworząc cząsteczki dwuatomowe: F₂, Cl₂, Br₂, Ja₂ i na₂. Cząsteczki te charakteryzują się podobnymi właściwościami strukturalnymi (cząsteczki liniowe), chociaż z różnymi stanami fizycznymi.

Na powyższym obrazku pokazano trzy halogeny. Od lewej do prawej: chlor, brom i jod. Ani fluor, ani astatyna nie mogą być przechowywane w szklanych pojemnikach, ponieważ te ostatnie nie są odporne na korozję. Zwróć uwagę, jak zmieniają się właściwości organoleptyczne halogenów, gdy schodzisz przez grupę do pierwiastka jodu.

Fluor jest gazem o żółtawym odcieniu; także chlor, ale żółto-zielony; brom jest ciemnoczerwoną cieczą; jod, czarna substancja stała z fioletowymi podtekstami; a astat, ciemne i błyszczące metaliczne ciało stałe.

Halogeny są w stanie reagować z prawie wszystkimi pierwiastkami układu okresowego, nawet w przypadku niektórych gazów szlachetnych (takich jak ksenon i krypton). Kiedy to zrobią, mogą utleniać atomy do ich bardziej pozytywnych stanów utleniania, zamieniając je w silne środki utleniające.

Nadają one również molekuły specyficzne właściwości, gdy wiążą lub zastępują niektóre z ich atomów. Te typy związków nazywane są halogenkami. W rzeczywistości halogenki są głównym naturalnym źródłem halogenów, a wiele z nich rozpuszcza się w morzu lub jest częścią minerału; taki jest przypadek fluorytu (CaF₂).

Zarówno fluorowce, jak i halogenki mają szeroki zakres zastosowań; z przemysłowego lub technologicznego, aby po prostu podkreślić smak niektórych produktów spożywczych, podobnie jak sól kamienna (chlorek sodu).

Indeks

• 1 Właściwości fizyczne i chemiczne
• 2 Struktury molekularne
  • 2.1 Interakcje międzycząsteczkowe
• 3 Haluros
• 4 zastosowania
  • 4.1 Chlor
  • 4.2 Brom
  • 4.3 Jod
  • 4.4 Fluor
  • 4.5 Astatus
• 5 referencji

Właściwości fizyczne i chemiczne

Ciężary atomowe

Fluor (F) 18,99 g / mol; Chlor (Cl) 35,45 g / mol; Brom (Br) 79,90 g / mol; Jod (I) 126,9 g / mol i Astat (At) 210 g / mol,

Stan fizyczny

F gazowy; Cl gazowy; Br ciecz; Jestem solidny i solidny.

Kolor

F, blado żółto-brązowy; Cl, jasnozielony; Br, czerwonawo-brązowy; I, fiolet i At, metaliczna czerń * * (założono)

Punkty topnienia

F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° C; Br -7,3 ° C; I 113,7 ° C i 302 ° C.

Punkty wrzenia

F -118,12 ° C; Cl-34,04 C; Br 58,8 ° C; I 184,3 ° C i? W 337 ° C.

Gęstość w 25 ° C

F- 0,0017 g / cm³; Cl- 0,0032 g / cm³; Br- 3,122 g / cm³; I - 4,93 g / cm³ i At-6,2-6,5 g / cm³

Rozpuszczalność w wodzie

Cl- 0,091 mmol / cm³; Br- 0,21 mmol / cm³ i I-0,0013 mmol / cm³.

Energia jonizacji

F- 1681 kJ / mol; Cl- 1,251 kJ / mol; Br - 1140 kJ / mol; I-1,008 kJ / mol i At-890 kJ / mol.

Elektroujemność

F- 4.0; Cl-3,0; Br- 2,8; I-2,5 i At- 2,2.

Halogeny mają 7 elektronów w powłoce walencyjnej, stąd ich wielka awidność do uzyskania elektronu. Ponadto, halogeny mają wysoką elektroujemność z powodu ich małych promieni atomowych i wielkiej atrakcyjności wywieranej przez jądro na elektrony walencyjne.

Reaktywność

Halogeny są wysoce reaktywne, co wyjaśnia ich toksyczność. Ponadto są to środki utleniające.

Malejąca kolejność reaktywności to: F> Cl> Br> I> At.

Stan w przyrodzie

Ze względu na wysoką reaktywność atomy fluorowca nie mają charakteru wolnego; ale tworzą agregaty lub cząsteczki dwuatomowe połączone wiązaniami kowalencyjnymi.

Struktury molekularne

Halogeny nie istnieją w naturze jako atomy pierwiastków, ale jako cząsteczki dwuatomowe. Jednak wszystkie one mają wspólną cechę, że mają liniową strukturę molekularną, a jedyna różnica polega na długości ich powiązań i ich oddziaływaniach międzycząsteczkowych..

Cząsteczki liniowe X-X (X₂) charakteryzują się niestabilnością, ponieważ oba atomy silnie przyciągają do siebie parę elektronów. Dlaczego? Ponieważ ich zewnętrzne elektrony doświadczają bardzo efektywnego ładunku jądrowego, Zef. Im większy Zef, tym mniejsza odległość łącza X-X.

Gdy schodzi przez grupę, Zef staje się słabszy, a stabilność tych cząsteczek wzrasta. Zatem malejącą kolejnością reaktywności jest: F₂> Cl₂> Br₂> Ja₂. Jednak niezgodne jest porównywanie astatyny z fluorem, ponieważ nieznane izotopy są wystarczająco stabilne ze względu na radioaktywność.

Oddziaływania międzycząsteczkowe

Z drugiej strony, ich cząsteczki nie mają momentu dipolowego, będąc niepolarnym. Fakt ten jest odpowiedzialny za jego słabe oddziaływania międzycząsteczkowe, których jedyną ukrytą siłą jest rozproszenie lub Londyn, który jest proporcjonalny do masy atomowej i powierzchni molekularnej.

W ten sposób mała cząsteczka F₂ nie ma wystarczającej masy lub elektronów, aby utworzyć ciało stałe. W przeciwieństwie do I₂, cząsteczka jodu, która jednak pozostaje ciałem stałym, które wydziela fioletowe opary.

Brom stanowi pośredni przykład między oboma końcami: cząsteczki Br₂ oddziałują na tyle, by prezentować się w stanie płynnym.

Prawdopodobnie ze względu na rosnący metaliczny charakter astatus nie przedstawia się jako At₂ ale jak atomy tworzące wiązania metalowe.

Jeśli chodzi o kolory (żółto-żółto-zielono-czerwono-fioletowo-czarny), najbardziej odpowiednie wyjaśnienie opiera się na cząsteczkowej teorii orbitalnej (TOM). Odległość energetyczna między ostatnim pełnym orbitalem molekularnym a następną najwyższą energią (anty-wiązaniem) jest pokonywana przez absorpcję fotonu o coraz większych długościach fali.

Haluros

Halogeny reagują tworząc halogenki, nieorganiczne lub organiczne. Najbardziej znane są halogenowodory: fluorowodór (HF), chlorowodór (HCl), bromowodór (HBr) i jodowodór (HI).

Wszystkie z nich rozpuszczone w wodzie wytwarzają kwaśne roztwory; tak kwaśny, że HF może zniszczyć dowolny szklany pojemnik. Ponadto rozważa się materiały wyjściowe do syntezy wyjątkowo silnych kwasów.

Istnieją również tak zwane halogenki metali, które mają wzory chemiczne, które zależą od wartościowości metalu. Na przykład halogenki metali alkalicznych mają wzór MX i obejmują: NaCl, chlorek sodu; KBr, bromek potasu; CsF, fluorek cezu; i LiI, jodek litu.

Halogenki metali ziem alkalicznych, metali przejściowych lub metali bloku p mają wzór MX_n, gdzie n jest dodatnim ładunkiem metalu. Oto niektóre z nich: FeCl₃, trichlorek żelaza; MgBr₂, bromek magnezu; AlF₃, trifluorek glinu; i CuI₂, jodek miedziowy.

Jednak halogeny mogą również tworzyć wiązania z atomami węgla; dlatego mogą ingerować w złożony świat chemii organicznej i biochemii. Związki te nazywane są halogenkami organicznymi i mają ogólny wzór chemiczny RX, gdzie X oznacza dowolny z halogenów.

Używa

Chlor

W przemyśle

-Brom i chlor są stosowane w przemyśle tekstylnym do wybielania i obróbki wełny, zapobiegając w ten sposób kurczeniu się na mokro.

-Jest on stosowany jako środek dezynfekujący do ditritus oraz do oczyszczania wody pitnej i basenów. Ponadto związki pochodzące z chloru są stosowane w pralniach i przemyśle papierniczym.

-Znajdź zastosowanie w produkcji specjalnych baterii i chlorowanych węglowodorów. Stosuje się go również do przetwarzania mięsa, warzyw, ryb i owoców. Ponadto chlor działa jako środek bakteriobójczy.

-Służy do czyszczenia i destanizacji skóry oraz wybielania celulozy. Dawniej trichlorek azotu stosowano jako wybielacz i odżywkę do mąki.

-Gaz fosfonowy (COCl₂) jest stosowany w wielu procesach syntezy przemysłowej, jak również w produkcji gazów wojskowych. Fosfen jest bardzo toksyczny i jest odpowiedzialny za liczne zgony w pierwszej wojnie światowej, w której gaz był używany.

-Ten gaz występuje także w insektycydach i fumigantach.

-NaCl jest bardzo obfitą solą, która jest używana do przyprawiania żywności i konserwowania zwierząt gospodarskich i mięsa drobiowego. Ponadto stosuje się go w płynach do nawadniania organizmu, zarówno doustnie, jak i dożylnie.

W medycynie

-Atomy halogenu, które wiążą się z lekami, czynią je bardziej lipofilnymi. Dzięki temu leki łatwiej przechodzą przez błony komórkowe rozpuszczając się w lipidach, które je tworzą.

-Chlor dyfunduje do neuronów centralnego układu nerwowego przez kanały jonowe przyłączone do neuroprzekaźników receptorów GABA, co daje efekt uspokajający. Jest to mechanizm działania kilku leków przeciwlękowych.

-HCl jest obecny w żołądku, gdzie interweniuje tworząc środowisko redukujące, które sprzyja przetwarzaniu żywności. Ponadto HCl aktywuje pepsynę, enzym, który inicjuje hydrolizę białek, przed jelitową absorpcją materiału białkowego..

Inni

-Kwas solny (HCl) jest stosowany do czyszczenia łazienek, w laboratoriach dydaktycznych i badawczych oraz w wielu gałęziach przemysłu.

-PVC (polichlorek winylu) jest polimerem chlorku winylu, który jest stosowany w odzieży, płytkach podłogowych, kablach elektrycznych, wężach, rurach, nadmuchiwanych konstrukcjach i dachówkach. Ponadto chlor jest wykorzystywany jako pośrednik w produkcji innych tworzyw sztucznych.

-Chlor jest używany do ekstrakcji bromu.

-Chlorek metylu służy jako środek znieczulający. Stosuje się go także do produkcji niektórych polimerów silikonowych oraz do ekstrakcji tłuszczów, olejów i żywic.

-Chloroform (CHCl₃) jest rozpuszczalnikiem stosowanym w wielu laboratoriach, zwłaszcza w laboratoriach chemii organicznej i biochemii, od nauczania po badaczy.

-I wreszcie w odniesieniu do chloru, trichloroetylen jest używany do odtłuszczania części metalowych.

Brom

-Brom jest wykorzystywany w procesie wydobycia złota oraz w wierceniu szybów naftowych i gazowych. Jest stosowany jako opóźniacz spalania w przemyśle tworzyw sztucznych i gazu. Brom izoluje ogień tlenowy powodując jego wyłączenie.

-Jest pośrednikiem w produkcji płynów hydraulicznych, płynów chłodzących i osuszaczy oraz preparatów do formowania włosów. Bromek potasu jest używany do produkcji płyt i papierów fotograficznych.

-Bromek potasu jest również stosowany jako lek przeciwdrgawkowy, ale ze względu na możliwość, że sól może powodować zaburzenia neurologiczne, jego stosowanie zostało zmniejszone. Dodatkowo, innym jego powszechnym zastosowaniem jest tablet do pomiarów stałych próbek spektroskopii w podczerwieni.

-Związki bromu występują w lekach stosowanych w leczeniu zapalenia płuc. Związki bromu są również włączane do leków stosowanych w badaniach, które są wykonywane w leczeniu choroby Alzheimera.

-Brom stosuje się w celu zmniejszenia zanieczyszczenia rtęcią w elektrowniach wykorzystujących węgiel jako paliwo. Jest również stosowany w przemyśle tekstylnym do tworzenia różnych barwników.

-Brom metylowy był stosowany jako pestycyd do opryskiwania gleby i obudowy, ale jego szkodliwe działanie na ozon ograniczało jego stosowanie.

-Żarówki halogenowe są żarowe, a dodanie niewielkich ilości bromu i jodu pozwala na zmniejszenie rozmiarów żarówek.

Jod

-Jod wpływa na funkcjonowanie tarczycy, hormonu regulującego metabolizm organizmu. Tarczyca wydziela hormony T3 i T4, które wywierają swoje działanie na narządy docelowe. Na przykład działanie hormonalne na mięsień sercowy powoduje wzrost ciśnienia krwi i tętna.

-Podobnie jod jest używany do identyfikacji obecności skrobi. Jodek srebra jest odczynnikiem wykorzystywanym w ujawnianiu zdjęć.

Fluor

-Niektóre związki fluoru są dodawane do past do zębów, aby zapobiec występowaniu próchnicy. Pochodne fluoru występują w kilku środkach znieczulających. W przemyśle farmaceutycznym zawierają fluorki w lekach, aby zbadać możliwe ulepszenia ich wpływu na organizm.

-Kwas fluorowodorowy służy do spalania szkła. Również w produkcji halonów (gazów gaśniczych, takich jak freon). Do elektrolizy aluminium stosuje się związek fluoru w celu jego oczyszczenia.

-Powłoki antyrefleksyjne zawierają związek fluoru. Znajduje zastosowanie w produkcji ekranów plazmowych, płaskich ekranów i systemów mikroelektromechanicznych. Fluor jest również obecny w glinie stosowanej w niektórych ceramikach.

Astatus

Uważa się, że astatyna może przyczyniać się do jodowania w regulacji funkcjonowania tarczycy. Ponadto jego radioaktywny izotop (²¹⁰At) był stosowany w badaniach nad rakiem u myszy.

Referencje

1. Encyklopedia zdrowia i bezpieczeństwa w pracy. Halogeny i ich związki. [PDF] Z:
2. employment.gob.es
3. Chemia LibreTexts. Grupa 17: Ogólne właściwości halogenów. Zrobiono z: chem.libretexts.org
4. Wikipedia. (2018). Halogen Zrobiono z: en.wikipedia.org
5. Jim Clark (Maj 2015). Atomowe i fizyczne właściwości elementów grupy 7 (halogeny). Zaczerpnięte z: chemguide.co.uk
6. Whitten, K. W., Davis, R.E., Peck, M.L. i Stanley, G.G. Chemistry (2003), wyd. Nauka Cengage.
7. Elementy Halogeny Zrobiono z: elementos.org.es
8. Brown, Laurel. (24 kwietnia 2017). Charakterystyka halogenowa. Nauka. Źródło: sciencing.com