Элементы группы 17: галогены

Галогены являются элементами в периодической таблице группы 17 периодической таблицы. Фтор, хлор, бром и йод являются примерами реактивных неметаллов. Галогены являются неметаллами, которые чрезвычайно реакционноспособны. Эти элементы имеют много общего в плане свойств.

Group 17 elements are known as halogens and include fluorine, chlorine, bromine, iodine, and astatine. 

Такой степени близости не наблюдается в других группировках таблицы Менделеева. Они демонстрируют последовательную градацию физических и химических свойств. Единственным радиоактивным элементом в этой категории является астат. У них семь электронов на внешней оболочке, и на один электрон меньше ближайшей конфигурации благородного газа. Химические характеристики и реакционная способность элемента определяются степенью окисления, которую он проявляет.

При стандартной температуре и давлении группа галогенов является единственной группой периодической таблицы, которая содержит элементы в трех из четырех первичных состояний вещества. Когда галогены связаны с водородом, все они реагируют с образованием кислот. Большинство галогенов получают из минералов или солей. В качестве дезинфицирующих средств часто используют средние галогены — хлор, бром, йод. Наиболее распространенным типом антипирена является броморганический, но элементарные галогены опасны и могут быть смертельно ядовитыми.

Электронная конфигурация галогенов

Эти электроны имеют электрическую конфигурацию ns ² np ⁵ в своей валентной оболочке. В результате эти элементы имеют 7 электронов на внешней оболочке. На один электрон элемент теряет конфигурацию октета. В результате эти элементы стремятся потерять один электрон и создать ковалентную связь или приобрести один электрон и установить ионную связь. В результате это очень реакционноспособные неметаллы.

Степень окисления галогенов

Все элементы семейства галогенов имеют степень окисления -1. Фтор, самый электроотрицательный элемент, имеет только степень окисления -1. Элементы с состояниями +1, +3, +5 и +7 включают хлор, бром и йод. Когда хлор, бром и йод соединяются с крошечными и чрезвычайно электроотрицательными атомами фтора и кислорода, они достигают более высокой степени окисления. Оксиды хлора и брома и оксокислоты имеют состояния +4 и +6 соответственно. Поскольку у атома фтора отсутствуют валентные оболочки и d-орбитали, он не может увеличить свой октет.

Физические свойства галогенов

1. Элементы группы 17 могут находиться в различных физических состояниях. Например, фтор и хлор являются газами. Бром, наоборот, жидкий, а йод твердый.
2. Эти элементы окрашены разными способами. Йод, например, имеет темно-фиолетовый цвет, а фтор — бледно-желтый.
3. Вода растворяет фтор и хлор. Бром и йод, напротив, очень плохо растворяются в воде.
4. По мере того, как мы продвигаемся вниз по группе от фтора к йоду, температуры плавления и кипения этих элементов увеличиваются. В результате фтор имеет самые низкие температуры кипения и плавления.

Химические свойства галогенов

• Окислительная способность: Все галогены являются отличными окислителями. Фтор является самым сильным окислителем в списке. Он обладает способностью преобразовывать все частицы галогенидов в галогены. По мере продвижения вниз по группе окислительная способность снижается. Частицы галогенидов также действуют как восстановители. Однако их уменьшающаяся емкость уменьшает и группу.
• Реакция с водородом: Когда галогены реагируют с водородом, они образуют кислые галогеноводороды. От HF к HI кислотность этих галогеноводородов снижается. Фтор реагирует агрессивно, а хлору для работы требуется солнечный свет. Бром, с другой стороны, реагирует при нагревании, тогда как для йода требуется катализатор.
• Реакция с кислородом: оксиды образуются, когда галогены реагируют с кислородом. Однако было обнаружено, что оксиды не остаются стабильными. Галогены, помимо оксидов, образуют различные галогеноксокислоты и оксоанионы. Галогены очень реакционноспособны, образуя галогениды при взаимодействии с металлами и неметаллами. По мере продвижения вниз по группе их реактивность снижается. Галогены обладают высокой окислительной способностью. F ₂ — самый сильный окислитель из галогенов. Он легко окисляет другие галогенид-ионы в растворе или в твердой форме. Как правило, галоген окисляет ионы галогенидов с более высоким атомным номером. В качестве примера:

F ₂ + 2X ^– → 2F ^– + X ₂ (X = Cl, Br или I)

• Взаимодействие галогенов с водой демонстрирует их относительную окислительную склонность. Вода окисляется фтором с образованием кислорода. Тогда как хлор и бром реагируют с водой с образованием галогеноводородной и гипогалоидной кислот соответственно. Йод вступает в самопроизвольную реакцию с водой. Вода в кислой среде может окисляться I ^– . В качестве примера:

4I ^– (водн.) + 4H ⁺ (водн.) + O ₂ (г) → 2I ₂ (т) + 2H ₂ O (ж)

Общие характеристики галогенов

Атомные и ионные радиусы семейства галогенов

Члены группы 17 имеют самые короткие атомные радиусы в соответствующие эпохи. Это связано с тем, что они имеют самый высокий эффективный ядерный заряд. Поскольку количество квантовых оболочек растет от фтора к йоду, атомные и ионные радиусы увеличиваются сверху вниз в группе.

Энтальпия ионизации

Члены группы 17 почти не имеют склонности терять электрон. В результате они имеют очень высокое значение энтальпии ионизации. Из-за увеличения размера атомов энтальпия ионизации в группе падает сверху вниз.

Энтальпия электронного усиления

Атомы группы 17 находятся всего в одном электроне от достижения стабильных структур благородных газов. В результате в соответствующие периоды эти элементы имеют наибольшую отрицательную энтальпию присоединения электронов. Из-за увеличения размера атома энтальпия приращения электронов этих элементов становится менее отрицательной по мере продвижения вниз по группе. Хлор, с другой стороны, имеет большую отрицательную энтальпию присоединения электронов, чем фтор.

Электроотрицательность

Элементы группы 17 имеют относительно высокое значение электроотрицательности. Из-за падения эффективного заряда ядра электроотрицательность уменьшается вместе с группой. Таким образом, фтор является наиболее электроотрицательным элементом.

Использование галогенов

1. Молекулы фтора являются важным компонентом зубной пасты. Это связано с тем, что химические вещества фтора реагируют с эмалью зубов, предотвращая кариес.
2. Хлор в основном используется в качестве отбеливателя. Он также используется в производстве драгоценных металлов, таких как платина и золото.
3. Поскольку он убивает бактерии на коже, йод используется в качестве антисептика.

Interhalogen Compounds

Interhalogen compounds are those that result from the reaction of two distinct halogens. They have general compositions of XY, XY₃, XY₅, and XY₇, where X is a bigger size halogen and Y is a smaller size halogen, and X is more electropositive than Y. As the ratio between the radii of X and Y grows, so does the number of atoms per molecule.

Биологическая роль галогенов

• Анионы фтора могут присутствовать в слоновой кости животных, костях, зубах, крови, яйцах, моче и волосах. Анионы фтора могут быть необходимы человеку в крайне малых концентрациях. Кровь человека содержит 0,5 мг фтора на литр. Уровень фтора в костях человека колеблется от 0,2 до 1,2 %. Фтор содержится примерно в 50 частях на миллиард в тканях человека.
• Анионы хлорида необходимы многим животным, включая человека. Концентрация хлора в злаках составляет от 10 до 20 частей на миллион, тогда как концентрация хлорида в картофеле составляет 0,5 %. Уровни хлорида в почве, которые падают ниже 2 частей на миллион, оказывают негативное влияние на рост растений. Кровь человека содержит в среднем 0,3 % хлора. Уровень хлора в костях человека обычно составляет около 900 частей на миллион. Ткани человека содержат от 0,2 до 0,5 % хлора.
• Все организмы имеют некоторое количество брома в форме аниона брома. Хотя биологическая роль брома в организме человека не установлена, броморганические химические вещества обнаружены в некоторых организмах. Бром обычно используется людьми в количествах от 1 до 20 мг в день. Уровни брома в крови человека обычно составляют 5 частей на миллион, 7 частей на миллион в костях человека и 7 частей на миллион в тканях человека.
• Люди в среднем потребляют менее 100 мкг йода каждый день. Дефицит йода может привести к умственной отсталости. Йодоорганические соединения обнаружены в железах человека, особенно в щитовидной железе, а также в желудке, эпидермисе и иммунной системе. Треска, устрицы, креветки, сельдь, омары, семена подсолнечника, морские водоросли и грибы содержат много йода. С другой стороны, йод не играет биологической роли в растениях.

Примеры вопросов

Вопрос 1: Что такое межгалогенные соединения?

Отвечать:

The chemicals generated by the reaction of two distinct halogens are known as interhalogens.

Вопрос 2: Какие степени окисления проявляют галогены?

Отвечать:

The halogen family’s elements all have a -1 oxidation state. The most electronegative element, fluorine, has only a -1 oxidation state. Chlorine, bromine, and iodine are examples of elements that have +1, +3, +5, and +7 states.

Вопрос 3: Как галогены реагируют с кислородом?

Отвечать:

Oxides are formed when halogens react with oxygen. However, the oxides have been discovered to be unstable. Halogens produce a variety of halogen oxoacids and oxoanions in addition to oxides.

Вопрос 4: Какова энтальпия поглощения электронов галогенов по сравнению с другими группами?

Отвечать:

Group 17 elements’ atoms are only one electron away from achieving stable noble gas structures. As a result, at the relevant periods, these elements have the highest negative electron gain enthalpy. Due to the increase in atomic size, the electron gain enthalpy of these elements gets less negative as we advance down the group. In comparison to fluorine, however, chlorine has a lower electron gain enthalpy value.

Вопрос 5. Являются ли галогены хорошими окислителями?

Отвечать:

All of the halogens are excellent oxidizers. Fluorine is the most strong oxidising agent on the list. It has the ability to convert all halide particles to halogen.