Referat Halogenii3
Mai jos puteti citi fragmente din
Referat Halogenii3 si de asemenea puteti face
Download Referat Halogenii3Citeste fragmente din Referat Halogenii3
HALOGENI
Elementele fluor (F), clor (Cl), brom (Br), iod (I), precum si elementul
radioactiv astatin (At), formeaza grupa VII A din sistemul periodic,
cunoscuta si sub numele de grupa halogenilor.
Stare naturala si proprietati fizice
Nici unul dintre halogeni nu apare liber in natura, deoarece moleculele
de halogen tind sa treaca sub forma de ioni monoatomici negativi.
Combinatiile halogenilor sunt saruri. De la aceasta tendinta de a forma
saruri deriva cuvantul halogen (als - sare, gennao - a da nastere).
Fluorul se gaseste in natura sub forma de saruri simple, duble sau
complexe. Cea mai importanta fluorura simpla este fluorina, CaF2. De
altfel, numele fluorului vine din limba latina (fluere - a curge) si
provine de la folosirea fluorinei la topirea zgurii rezultate la
obtinerea aurului. Cea mai importanta fluorura complexa este criolitul
NO3AlF6, iar dintre sarurile duble ce contin fluor, cel mai frecvent
intalnita este fluoropartita. In corpul omenesc se gaseste sub forma de
apatita in oase, dinti si unghii.
Clorul se gaseste sub forma de depozite de clorura de sodiu (sare gema)
depuse prin evaporarea unor mari inchise sau lacuri. Clorul se gaseste
in cenusa plantelor si animalelor, sub forma de cloruri, si in lichidele
organismelor (limfa, sange, urina). Acidul clorhidric apare in sucul
gastric (cca 0,2 ( 0,4%) avand un rol important in digestie.
Bromul se gaseste in natura sub forma de bromuri care insotesc clorurile
si iodurile izomorfe (cu acelasi sistem de cristalizare). Bromul este
singurul nemetal lichid la temperatura camerei, de culoare brun-roscata.
Este foarte volatil, vaporii grei de brom avand un miros puternic si
neplacut, sufocant, iritant si toxic.
Spre deosebire de ceilalti halogeni, iodul a fost semnalat liber in
zonele vulcanice. Totusi, cea mai mare cantitate de iod se gaseste sub
forma de combinatii. Exista un numar mic de combinatii ale iodului
(iodargirit AgI, marshita CuI). De asemenea, insoteste ca iodura sarea
de bucatarie, ca iodat salpetrul de Chile, ca iodura si iodat
fosforitele, dolomitele, calcarurile, carbunii de pamant. Principala
sursa de iod este apa marilor, in care se gaseste in concentratie de
2,25-2,4 mg/l). Iodul este un element constant in tesuturile animalelor.
Se gaseste in carne, in oua si in produsele lactate. La mamifere se
concentreaza in glanda tiroida, unde se gaseste sub forma de tiroxina.
Iodul, singurul halogen in stare solida la temperatura ordinara, se
prezinta sub forma unor foite sau placi lucioase, cu aspect metalic, de
culoare violet-cenusie, aproape neagra. Iodul nu se dizlova in apa, dar
se dizlova usor in solventi organici nepolari sau cu polaritate mica
(alcool etilic, tetraclorura de sodiu, etc.).
Astatinul este produsul unor reactii nucleare. Fiind obtinut, pana in
prezent, numai in cantitati foarte mici, chimia sa nu este inca bine
cunoscuta.
Odata cu cresterea masei atomice a halogenilor starea lor de agregare
variaza, de la gaz la solid, iar punctel de topire, precum si
densitatile, cresc.
Culoarea halogenilor se inchide de la galben deschis (in cazul
fluorului) la violet-cenusiu (in cazul iodului). Intensificarea culorii
elementelor (si a compusilor lo covalenti) cu cresterea marimii atomilor
se datoreaza unei deplasari progresive a benzilor de absorbtie
electronica spre lungimi de unda mai mari in spectrul de absorbtie.
Proprietati chimice
In stare de elemente, la 25(C si 1 atm., halogenii formeaza molecule
compuse din doi atomi, X2. Atomii halogenilor au sapte electroni in
stratul de valenta, avand deci configuratia ns(np . In moleculele X2
ale halogenilor, cei doi atomi sunt uniti printr-o legatura simpla de
doi electroni sau o legatura . Aceasta este singura legatura posibila
in molecula F2. In moleculele Cl2 si Br2 se mai formeaza, prin
intrepatrunderea unui orbital d vacant de la unul din atomi cu un
orbital p, ocupat de doi electroni, de la celalalt atom, legaturi ,
care stabilizeaza moleculele. Asa se explica energia de legatura mult
mai mare in moleculele Cl2, comparativ cu F2.
Halogenii au o egala tendinta de a forma fie legaturi ionice, fie
legaturi covalente, in functie de elementele cu care se combina. In
combinatiile ionice halogenii exista sub forma de anioni X(, ce iau
nastere prin acceptarea unui electron. Procesul acesta este exoterm, la
halogeni afinitatea pentru electroni are valori negative. De aceea
combinatiile ionice ale halogenilor sunt deosebit de stabile, ca de
exemplu NaCl.
Halogenii formeaza legaturi covalente cu elemente slab electronegative,
cum sunt: C, Si, As, P, O, S si B. De asemenea cu metale in stari de
oxidare superioare, de exemplu Sn , Pb ,V , Cr , U , etc.
Ca si in alte grupe ale sistemului periodic, primul si ultimul element
din grupa VIIA - Fl si I - au unele caractere mai diferite decat
ceilalti halogeni. Astfel, de exemplu, fluorul are tendinta maxima de
ionizare.Unele fluoruri, ca AlF3, SnF4 sunt compusi ionici. Fluorul
elementar este mult mai reactiv decat ceilalti halogeni. Reactivitatea
halogenilor descreste in ordinea:
F >Cl >Br > I.
Reactivitatea mare a moleculei de fluor se datoreaza p de o parte, dupa
cum s-a mai spus, energiei mici de legatura cauzata de repulsia dintre
electronii neparticipanti, care permite o mai usoara rupere a moleculei
in atom F si a faptului ca fluorul este cel mai electronegativ dintre
toate elementele. Fluorul formeaza combinatii cu celelalte elemente ,
numai in starea de oxidare -1. Iodul manifesta caracter opus; el are
tendinta mare pentru a forma legaturi covalente. Sunt cazuri cand iodura
unui metal este un compus covalent, pe cand clorura este un compus ionic
(de exemplu AgI si AgCl).
Halogenii au caracter nemetalic pronuntat. Din cauza afinitatii pentru
electron, atomii de halogen se pot combina mai ales cu atomii metalelor
alcaline, de la care capteaza unicul electron de valenta, formand
combinatii cu caracter tipic de sare - halogenuri.Astfel, potasiul
reactioneaza violent cu clorul, producand explozie; platina si aurul nu
sunt clorurate decat cu apa regala.
Din cauza caracterului puternic electronegativ, halogenii sunt oxidanti
energici.
Cu exceptia fluorului, halogenii pot forma compusi tri-, penta- si
heptacovalenti in care au stari de oxidare pozitive. Aceasta se explica
prin posibilitatea atomilor de clor, brom si iod de a participa cu
orbital d la formarea unor legaturi, numai cu cele doua elemente mai
electronegative decat ele: fluorul si oxigenul. Stabilitatea legaturilor
cu oxigenul creste in ordinea Cl < Br < I. Oxizii si oxiacizii clorului
si bromului sunt combinatii endoderme, iar ai iodului sunt slab
exoterme. Fluorul si oxigenul sunt legati de clor, brom si iod prin
legaturi si prin legaturi ale acestor elemente.
Cu apa halogenii reactioneaza diferit:
( fluorul descompune apa cu degajare de oxigen:
F2 + H2O -( 2Hf + 1/2O2; (H=-347,49kg
( clorul si bromul formeaza mai intai apa de clor(amestec de Hcl si
HClO), respectiv apa de brom (amestec de HBr si HBrO), care ulterior se
escompun cu eliberare de oxigen, ceea ce explica faptul ca aceste
solutii au caracter oxidant. Apa de brom este un oxidant mai slab decat
apa de clor.
X2 + H2O HX + HXO; X = Cl, Br
HXO -( HX + 1/2O2
Stabilitatea combinatiilor cu oxigenul, in functie de starea de
oxidare, variaza in ordinea +3 < +5 < +7. Singurul compus cu oxigenul,
de altfel nestabil, al unui halogen in starea de oxidare +3 este acidul
cloros, HClO2; cel mai stabil este ionul ClO4((starea de oxidare +7). La
brom starea de oxidare maxima fata de oxigen este +5, iar la iod este
+7.
Efectul de ecranare al electronilor interiori asupra electronilor
stratului de valenta. Deosebirile de structura si comportare intre
combinatiile celor patru halogeni, in starile lor de oxidare pozitive,
pot fi explicate calitativ, pe de o parte prin variatia razelor lor
atomice, care cresc in ordinea Fl < Cl < Br < I, pe de alta parte prin
efectul de ecranare al electronilor de valenta, in atomii acestor
elemente, prin electronii straturilor lor interne. Amintim ca prin
ecranare se intelege slabirea atractiei nuleului (pozitiv) asupra
electronilor exteriori, prin perdeaua de electroni interiori dintre
acestia si nucleu.
La atomul de fluor se interpune intre stratul electronilor de valenta
si nucleu un ecran de numai doi electroni ai stratului 1s. Electronii de
valenta, care se afla in orbitalii 2s si 2p, sunt foarte puternic atrasi
de nucleu. Aceasta explica nivelul energetic scazut (stabilitatea mare)
a orbitalilor stratului de valenta (deci raza mica a atomului F).
Aceasta mai explica si diferenta mare de energie intre nivelurile 2s si
2p pe de o parte si 3d pe de alta parte, care face imposibila promovarea
electronilor din stratul 2s, respectiv 2p, in orbitali 3d si deci
imposibilitatea formarii de orbitali .
In rezumat si in concluzie: in combinatiile lor in care apar in stari
de oxidare pozitive, elementul din perioada 2, fluorul, da compusi
diferiti de elementele din perioadele 3 si 4, care la randul lor se
diferentiaza de elementul din perioada 5, iodul. Elementul din perioada
6, astatinul, se aseamana probabil mult cu iodul. In combinatiile lor cu
oxigenul, fluorul are numarul de coordinatie 2, clorul si bromul au
numarul de coordinatie 4, iar iodul 6.
Hidrurile halogenilor
Corespunzator pozitiei lor in sistemul periodic, imediat inaintea
grupei gazelor rare, atomii halogenilor manifesta tendinta de completare
a octetului electronic fie prin legatura covalenta, fie prin legatura
electronica.
Atomii elementelor acestei grupe isi pot completa octetul lor si prin
formarea unei legaturi covalente prin participarea electronului p
necuplat din stratul electronic exterior. Asemenea legaturi sunt formate
cu elemente slab electronegative. Intre aceste doua tipuri de legaturi
exista si combinatii intermediare, cum sunt hidrurile halogenilor
(hidracizii), HX.
1.Sinteza directa din elemente. Cei patru halogeni se combina direct cu
hidrogenul dupa ecuatia stoechiometrica. X2 + H2 -( 2HX. Fluorul
reactioneaza extrem de violent, ireversibil, cu hidrogenul. Clorul
reactioneaza de asemenea energic cu hidrogenul. Combinarea bromului cu
hidrogenul decurge mult mai putin energic, caldura de reactie fiind mult
mai mica. Un amestec echimolecular de H2 si Br2, trecut printr-un tub de
sticla, incalzit pana la pornirea reactiei cu un arzator, arde cu o
flacara verzuie. in aceste conditii are loc o reactie omogena in faza
gazoasa. Combinarea iodului cu H2 poate fi efectuata in faza omogena
gazoasa. Reactia, incompleta, duce la stabilirea unui echilibru. La
300(, reactia are loc cu viteza mica si duce, daca se porneste de la un
amestec echimolecular de H2 si I2, la un amestec care contine 19% HI. La
temperatura mai ridicata viteza de reactie este mai mare, dar echilibrul
este deplasat mai spre stanga.
2.Hidracizi prin reactii de deslocuire.Sarurile halogenilor cu metalele
pun in libertate hidracizi cand sunt tratate cu acizi nevolatili. Din
fluorura de calciu si acid sulfuric se obtine acid fluorhidric.
CaF2 + H2SO4 -( CaSO4 + 2H
Acidul fluorhidric astfel format se poate lichefia prin racire sub 0(
sau se dizolva in apa pentru a obtine solutii apoase de HF.
Metoda deslocuirii nu poate fi utilizata pentru prepararea acidului
bromhidric si mai putin inca a acidului iodhidric. Acidul sulfuric
reactioneaza fata de acesti hidracizi ca un agent oxidant, asa ca acidul
bromhidric sau acidul iodhidric care se formeaza initial:
NaI + H2SO4 -( NaSO4 + HI
reactioneaza mai departe, oxidandu-se pana la halogen molecular:
2HI + H2SO4 -( I2 + 2H2O + SO2.
Acidul clorhidric nu este oxidat de acidul sulfuric ci numai de agenti
oxidanti tari. Acidul fluorhidric nu este oxidat de nici un oxidant.
3.Hidracizi prin hidraliza unor halogenuri. Halogenurile multor
nemetale si metale hidrolizeaza la tratare cu apa, punand in
libertatehidracizi. Metoda aceasta se utilizeaza uneori pentru a prepara
acidul iodhidric. Pentru un amestec de fosfor rosu si iod se toarna apa.
Se formeaza imediat triiodura de fosfor:
2P + 3I2 -( 2PI3
PI3 + 3H2O -( H3PO3 + 3HI
4.Acid clorhidric ca produs secundar la clorurarea compusilor organici.
Se obtin cantitati mari de HCl la clorurarea unor compusi organici ca:
Cl2 + C6H6 -( HCl + C6H5Cl
(benzen) (clorbenzen)
Proprietati fizice si chimice.
1. In moleculele hidracizilor, atomii sunt legati covalent,
dupa cum rezulta din punctele lor de topire si de fierbere joase, din
spectrele in infrarosu si Raman si din momentele electrice.
Hidracizii in stare gazoasa disociaza in elemente, la temperaturi
inalte:
(
HCl HBr HI
gradul de disociere la 1 atm. si la ( 300( 3(10 %
0,003% 19%
( 1000(
0,014 % 0,5% 33%
2.Solutiile hidracizilor in apa.
a) Hidracizii sunt foarte usor solubili in apa. Din cauza aceasta
hidracizii uscati fumega la aer. Prin combinarea cu vapori de apa din
atmosfera se formeaza mici picaturi de solutii de hidracizi care au o
presiune de vapori mult mai mica decat apa.
b) Aciditate. La dizolvare are loc o reactie exoterma intre acid si apa
((H = -17,4 kcal/mol de Hcl, in apa multa):
HX + H2O H3O + X(
Cu exceptia acidului fluorhidric, care este un acid slab, ceilalti
hidracizi sunt acizi tari. In apa, cei trei hidracizi apar egal de tari,
din cauza efectului de nivelare al apei; in solventi acizi se observa o
crestere considerabila a aciditatii in ordinea
HF < HCl < HBr < HI.
c) Densitatea olutiilor apoase ale hidracizilor este mai mare decat a
apei.
d) Solutii azeotropice ale hidracizilor. Solutiile hidracizilor in apa
sunt amestecuri azeotropice cu maxim. Pentru diferitii hidracizi,
solutiile azeotropice au urmatoarele constante:
HF HCL Hbr
HI
P.f. (la 760 torr) : 112,2( 108,6( 124,3( 127(
concentratie, % greutate : 38,2 20,2 47,6 56,9
densitate (20() : 1,14 1,10 1,49 1,70
Daca se distila (la presiune normala) solutii mai diluate decat cele
azeotropice, distilatul contine mai multa apa decat acid; daca se
incalzesc solutii mai concentrate se degaja acid pana se atinge
concentratia amestecului azeotropic, la presiunea respectiva.
Amestecurile azeotropice au puncte de fierbere constante (la presiune
constanta). Prin distilare se pot deci obtine solutii pure de hidracid
(solutia de HF se purifica astfel de fluorisilicati, solutia de HCl de
clorurile ferului, cu care uneori sunt impurificate).
Punctul de fierbere si concentratia amestecurilor azeotropice variaza
cu presiunea. La 50 torr compozitia solutiei de HCl - apa cu p.f.
constant (48,7() este de 23,4%; la 1220 torr (1,6 atm.), solutia cu p.f.
constant (123() este de 19,4%.
La temperaturi sub punctul de fierbere al azeotropului, se pot obtine
solutii de hidracizi mai concentrate decat cele corespunzand
amestecurilor azeotropice. De exemplu la 0( se pot obtine solutii de HF
de 70% si solutii de HCl de peste 40%.
e) Desorbtia hidracizilor din solutiile lor apoase. Dintr-o solutie de
HCl de concentratie obisnuita (37%, d=1,19) se poate degaja HCl uscat
prin picurare de acid sulfuric concentrat. HCl este mai putin solubil
intr-o solutie de H2SO4 decat in apa.
Utilizarile halogenilor
Halogenii sunt utilizati ca dezinfectanti (clorul si bromul au actiune
bactericida, folosindu-se la purificarea apelor) sau ca agenti oxidanti
la dezagregarea si separarea unor minerale.
In sinteza compusilor anorganici se foloseste o cantitate foarte mica
(< 5%) de halogeni, pentru: acid clorhidric, halogenuri, hipocloriti,
clorati. Cea mai mare cantitate (peste 90%) este folosita in sinteza
compusilor oganici: medicamente, dizolvanti, coloranti, detergenti,
materiale plastice, cosmetice, lubrifianti, insecticide, fungicide.
Bibliografie: Chimie generala - C. D. Nenitescu
Chimie anorganica - Edith Beral si Mihai Zapan
ì¥Â@
