a halogének reakciói és vegyületei
a fluor a periódusos rendszer legreaktívabb eleme, a hélium, neon és argon kivételével minden más elemmel vegyületeket képezve. A fluor és a legtöbb más elem reakciói a robbanástól a robbanásig terjednek; csak O2, N2 és Kr lassan reagálnak. A fluor magas reaktivitásának három oka van:
- mivel a fluor annyira elektronegatív, képes eltávolítani vagy legalább megosztani gyakorlatilag bármely más elem valenciaelektronjait.
- kis mérete miatt a fluor hajlamos nagyon erős kötéseket kialakítani más elemekkel, így vegyületei termodinamikailag stabilak.
- az F–F kötés gyenge a szomszédos atomok magányos elektronpárjai közötti repulzió miatt, csökkentve mind a termodinamikai, mind a kinetikus reakciókorlátokat.
erősen elektropozitív elemekkel a fluor ionos vegyületeket képez, amelyek zárt héjú F-iont tartalmaznak. Ezzel szemben kevésbé elektropozitív elemekkel (vagy nagyon magas oxidációs állapotban lévő fémekkel) a fluor kovalens vegyületeket képez, amelyek terminális F atomokat, például SF6-ot tartalmaznak. Nagy elektronegativitása és 2s22p5 valence elektronkonfigurációja miatt a fluor általában csak egy elektron-pár kötésben vesz részt. Csak egy nagyon erős Lewis-sav, mint például az AlF3, oszthat meg egy magányos elektronpárt fluorid-ionnal, amely AlF63−t képez.
az oxidatív szilárdság csökken a 17.csoportba.
A halogének (X2) reakcióba fémek (M) szerint az általános egyenlet
\
elem, hogy a kiállítás több oxidációs államok fluor hajlamos arra, hogy készítsen a legmagasabb oxidációs állam, illetve a jód a legalacsonyabb. Például, vanádium reagál a halogének, hogy VF5, VCl4, VBr4, VI3.
A +1 vagy +2 oxidációs állapotban lévő Fémhalogenidek, mint például a CaF2, jellemzően Ionos halidok,amelyek magas olvadáspontúak, és gyakran vízben oldódnak. Ahogy a fém oxidációs állapota növekszik,úgy a Halid kovalens jellege is az M–X kötés polarizációja miatt. Nagy elektronegativitásával a fluorid a legkevésbé polarizálható, a legalacsonyabb elektronegativitású jodid pedig a halogének közül a leginkább polarizálható. A kis háromértékű fémionok, például az Al3 + halogenidjei általában viszonylag kovalensek. Például az AlBr3 egy Illékony szilárd anyag, amely bromid-áthidalt Al2Br6 molekulákat tartalmaz. Ezzel szemben a nagyobb háromértékű fémek, például a lantanidok halogenidjei lényegében ionok. Például az indium tribromid (InBr3) és a lantanid tribromid (LnBr3) mind magas olvadáspontú szilárd anyagok, amelyek vízben jól oldódnak.
ahogy a fém oxidációs állapota növekszik, a megfelelő fémhalidok kovalens jellege is növekszik az M–X kötés polarizációja miatt.
minden halogén erőteljesen reagál hidrogénnel, hogy a hidrogénhalogenideket (HX) adja. Mivel a HF H–F kötése erősen polarizált (Hδ+− Fδ -), a folyékony Hf kiterjedt hidrogénkötésekkel rendelkezik, így szokatlanul magas forráspontú és nagy dielektromos állandó. Ennek eredményeként a folyékony HF egy poláris oldószer, amely bizonyos szempontból hasonló a vízhez és a folyékony ammóniához; reakció után a termékek egyszerűen visszanyerhetők a HF oldószer elpárologtatásával. (A hidrogén-fluoridot azonban rendkívül óvatosan kell kezelni, mivel a HF bőrrel való érintkezése rendkívül fájdalmas égési sérüléseket okoz, amelyek lassan gyógyulnak.), Mert a fluorid nagy affinitással a szilícium, vizes hidrogén-fluorid használt etch üveg, feloldja SiO2 ad megoldást a stabil SiF62− ion.
hidrogén-flouriddal maratott üveg.© Thinkstock
a fluor kivételével minden halogén aránytalan reakcióban reagál vízzel, ahol X Cl, Br vagy I:
\
a legstabilabb oxoacidok a perhalinsavak, amelyek a halogéneket a legmagasabb oxidációs állapotban tartalmazzák (+7). A halogének oxoacidjainak saverőssége növekszik az oxidációs állapot növekedésével, míg stabilitásuk és savtartalmuk csökken a csoporton belül. Így a perklórsav (HOClO3, általában HClO4-ként írva) erősebb sav és erősebb oxidálószer, mint a perbrómsav. Bár az összes oxoacid erős oxidálószer, egyesek, például a HClO4, meglehetősen lassan reagálnak alacsony hőmérsékleten. Következésképpen a halogén-oxoacidok vagy oxoanionok szerves vegyületekkel alkotott keverékei robbanásveszélyesek, ha a reakciót mechanikusan melegítik vagy akár agitálják. A robbanások veszélye miatt a halogének oxoacidjai és oxoanionjai soha nem érintkezhetnek szerves vegyületekkel.
mind a halogén-oxoacidok savszilárdsága, mind oxidáló ereje csökken a csoportban.
a halogének egymással reagálnak interhalogén vegyületek, például ICl3, BrF5 és IF7 előállítására. Minden esetben a nehezebb halogén, amely alacsonyabb elektronegativitással rendelkezik, a központi atom. A maximális oxidációs állapot és a terminális halogének száma zökkenőmentesen növekszik, mivel a központi halogén ionizációs energiája csökken, és a terminális halogén elektronegativitása nő. Így a körülményektől függően a jód reagál a többi halogénnel IFn (n = 1-7), ICl vagy ICl3 vagy IBr, míg a bróm fluorral reagál, hogy csak BrF, BrF3 és BrF5 alakuljon ki, de nem BrF7. Az interhalogénvegyületek az ismert legerősebb Lewis-savak közé tartoznak, amelyek erősen hajlamosak halogénionokkal reagálni, hogy nagyobb koordinációs számokkal rendelkező komplexeket, például az IF8− iont adjanak:
\
a 17. csoport összes eleme páratlan oxidációs állapotú vegyületeket képez (-1, +1, +3, +5, +7). Az interhalogénvegyületek szintén erős oxidálószerek és erős fluortartalmú anyagok; a szerves anyagokkal vagy vízzel való érintkezés robbanást okozhat.
a 17. csoport összes eleme páratlan oxidációs állapotban lévő vegyületeket képez (-1, +1, +3, +5, +7), de a magasabb oxidációs állapotok fontossága általában csökkenti a csoportot.
példa \(\PageIndex{1}\)
minden reakció esetében magyarázza el, hogy az adott termék miért alakul ki.
- ClF3(g) + Cl2(g) → 3clf(g)
- 2ki(s) + 3h2so4(aq) → I2(aq) + SO2(g) + 2khso4(aq) + 2H2O(l)
- PB(s) + 2brf3(l) → pbf4(s) + 2brf(g)
adott: kiegyensúlyozott kémiai egyenletek
kért: miért az adott termékek forma
stratégia:
osztályozza a reakció típusát. Az atomi tulajdonságok, a termodinamika és a kinetika időszakos tendenciáinak felhasználásával magyarázza el, miért alakulnak ki a megfigyelt reakciótermékek.
megoldás:
- Ha a reaktánsoknak ugyanaz az elemük van két különböző oxidációs állapotban, elvárjuk, hogy a termék köztes oxidációs állapotban legyen. Van Cl3+ és Cl0 mint reagensek, így egy lehetséges termék lenne Cl vagy a +1 vagy +2 oxidációs állapotban. A vitánkból tudjuk, hogy a +1 sokkal valószínűbb. Ebben az esetben a Cl2 úgy viselkedik, mint egy reduktáns, nem pedig oxidálószer.
- első pillantásra úgy tűnik, hogy ez egy egyszerű sav-bázis reakció, amelyben a kénsav egy protont továbbít I-be, hogy HI-t képezzen. Emlékezzünk azonban, hogy i-lehet oxidálni I2. A kénsav a legmagasabb oxidációs állapotban (+6) ként tartalmaz, így jó oxidálószer. Ebben az esetben a redox reakció dominál.
- ez egy nagyon erős oxidálószerrel rendelkező fém elem reakciója. Következésképpen redox reakció lép fel. Az egyetlen kérdés az, hogy az ólom oxidálódik-e Pb(II) vagy PB(IV). Mivel a BrF3 erős oxidálószer, és a fluor képes stabilizálni más elemek magas oxidációs állapotát, valószínű, hogy a pbf4 lesz a termék. A BrF3 két lehetséges redukciós terméke a BrF és a Br2. A tényleges termék valószínűleg az alkalmazott reagensek arányától függ. A felesleges BrF3 esetén az oxidáltabb terméket (BrF) várjuk. Alacsonyabb oxidálószer-ólom arányokkal valószínűleg Br2-t kapnánk termékként.
Exercise \ (\PageIndex{1}\)
megjósolni a termékek minden reakció, és írjon egy kiegyensúlyozott kémiai egyenlet minden reakció.
- CaCl2(s) + H3PO4(l) →
- GeO2(s) + HF(aq) →
- Fe2O3(s) + HCl(g) \(\xrightarrow{\Delta}\)
- NaClO2(aq) + Cl2(g) →
Answer
- CaCl2(s) + H3PO4(l) → 2HCl(g) + Ca(HPO4)(soln)
- GeO2(s) + 6HF(aq) → GeF62−(aq) + 2H2O(l) + 2H+(aq)
- Fe2O3(s) + 6HCl(g) \(\xrightarrow{\Delta}\) 2FeCl3(s) + 3H2O(g)
- 2NaClO2(aq) + Cl2(g) → 2ClO2(g) + 2NaCl(aq)