Reakce a Sloučeniny Halogenů

Fluor je nejreaktivnější prvek v periodické tabulce, které tvoří sloučeniny s každým jiný prvek kromě helium, neon a argon. Reakce fluoru s většinou ostatních prvků se pohybují od energických po výbušné; pouze O2, N2 A Kr reagují pomalu. Existují tři důvody pro vysokou reaktivitu fluoru:

1. protože fluor je tak elektronegativní, je schopen odstranit nebo alespoň sdílet valenční elektrony prakticky jakéhokoli jiného prvku.
2. vzhledem ke své malé velikosti má fluor tendenci vytvářet velmi silné vazby s jinými prvky, takže jeho sloučeniny jsou termodynamicky stabilní.
3. vazba F-F je slabá kvůli odpuzování mezi osamělými páry elektronů na sousedních atomech, což snižuje jak termodynamické, tak kinetické bariéry reakce.

s vysoce elektropozitivními prvky vytváří fluor iontové sloučeniny, které obsahují F-ion s uzavřeným pláštěm. V kontrastu s méně elektropozitivní prvky (nebo s kovy ve velmi vysokých oxidačních stavech), fluoru tvoří kovalentní sloučeniny, které obsahují terminálu F atomy, jako je SF6. Vzhledem ke své vysoké elektronegativitě a konfiguraci valenčních elektronů 2s22p5 se fluor obvykle účastní pouze jedné vazby elektronového páru. Pouze velmi silná Lewisova kyselina, jako je AlF3, může sdílet osamělý pár elektronů s fluoridovým iontem, tvořící AlF63 -.

oxidační síla klesá do skupiny 17.

halogeny (X2) reagují s kovy (M) podle obecné rovnice

\

Pro prvky, které vykazují více oxidačních stavech fluor má tendenci produkovat nejvyšší možné oxidační stav a jód nejnižší. Například vanad reaguje s halogeny za vzniku VF5, VCl4, VBr4 a VI3.

halogenidy Kovů na +1 nebo +2 oxidační stav, jako je CaF2, jsou obvykle iontové halogenidy, které mají vysoké body tání a jsou často rozpustné ve vodě. Jak se oxidační stav kovu zvyšuje, zvyšuje se i kovalentní charakter halogenidu v důsledku polarizace vazby M-X. S vysokou elektronegativitou je fluorid nejméně polarizovatelný a jodid s NEJNIŽŠÍ elektronegativitou je nejvíce polarizovatelný z halogenů. Halogenidy malých trojmocných kovových iontů, jako je Al3+, bývají relativně kovalentní. Například AlBr3 je těkavá pevná látka, která obsahuje molekuly Al2Br6 přemostěné bromidem. Naproti tomu halogenidy větších trojmocných kovů, jako jsou lanthanidy, jsou v podstatě iontové. Například indium tribromid (InBr3) a lanthanid tribromid (LnBr3) jsou všechny pevné látky s vysokou teplotou tání, které jsou docela rozpustné ve vodě.

a oxidační stav kovu se zvyšuje, kovalentní charakter odpovídající kovové halogenidy také zvyšuje v důsledku polarizace M–X dluhopisů.

všechny halogeny energicky reagují s vodíkem za vzniku halogenovodíků (HX). Protože vazba H-F v HF je vysoce polarizovaná (Hδ+ – Fδ−), má kapalný HF rozsáhlé vodíkové vazby, což mu dává neobvykle vysokou teplotu varu a vysokou dielektrickou konstantu. Výsledkem je, že kapalný HF je polární rozpouštědlo, které je v některých ohledech podobné vodě a kapalnému amoniaku; po reakci mohou být produkty získány jednoduše odpařením HF rozpouštědla. (S fluorovodíkem je však třeba zacházet velmi opatrně, protože kontakt HF s kůží způsobuje mimořádně bolestivé popáleniny, které se pomalu hojí.) Protože fluorid má vysokou afinitu k křemíku, vodná kyselina fluorovodíková se používá k leptání skla, rozpouštění SiO2 za vzniku roztoků stabilního sif62-iontu.

sklo leptané fluoridem vodíku.© Thinkstock

s Výjimkou fluoru, všechny halogeny reagují s vodou v disproporcionace reakce, kde X je Cl, Br, nebo jsem:

\

nejstabilnější oxokyseliny jsou perhalic kyselin, které obsahují halogeny ve svém nejvyšším oxidačním stavu (+7). Kyselé síly oxokyselin halogenů se zvyšují se zvyšujícím se oxidačním stavem, zatímco jejich stabilita a pevnost kyselin snižují skupinu. Kyselina chloristá (HOClO3, obvykle psaná jako HClO4) je tedy účinnější kyselinou a silnějším oxidačním činidlem než kyselina perbromová. Ačkoli všechny oxoacidy jsou silné oxidanty, některé, jako je HClO4, reagují poměrně pomalu při nízkých teplotách. V důsledku toho, směsi halogenové oxokyseliny nebo oxoanions s organickými sloučeninami jsou potenciálně výbušné pokud jsou vyhřívané nebo dokonce nervózní mechanicky k zahájení reakce. Vzhledem k nebezpečí výbuchu by oxoacidy a oxoaniony halogenů neměly nikdy přijít do styku s organickými sloučeninami.

jak síla kyseliny, tak oxidační síla halogenových oxoacidů snižují skupinu.

halogeny reagují s navzájem produkovat interhalogen sloučeniny, jako jsou ICl3, BrF5, a IF7. Ve všech případech je těžší halogen, který má nižší elektronegativitu, centrální atom. Maximální oxidační stav a počet koncových halogenů se plynule zvyšují, jak se ionizační energie centrálního halogenu snižuje a elektronegativita koncového halogenu se zvyšuje. Tedy v závislosti na podmínkách, jód reaguje s ostatními halogeny tvoří IFn (n = 1-7), ICl nebo ICl3, nebo IBr, vzhledem k tomu, že brom reaguje s fluorem tvoří jen BrF, BrF3, BrF5, ale ne BrF7. Na interhalogen sloučeniny patří mezi nejsilnější Lewis kyseliny známé, s silná tendence reagovat s halogenidových iontů dát komplexy s vyšší koordinační čísla, jako je IF8− ion:

\

všechny prvky skupiny 17 tvoří sloučeniny v lichých oxidačních stavech (-1, +1, +3, +5, +7). Interhalogenové sloučeniny jsou také silnými oxidanty a silnými fluoračními činidly; kontakt s organickými materiály nebo vodou může vést k výbuchu.

Všechny skupiny 17 prvky tvoří sloučeniny v liché oxidační stavy (-1, +1, +3, +5, +7), ale význam vyšší oxidační stavy obecně klesá dolů skupiny.