ハロゲンの反応と化合物
フッ素は、ヘリウム、ネオン、アルゴンを除く他のすべての元素と化合物を形成し、周期律表の中で最も反応性の高い元素である。 他のほとんどの元素とのフッ素の反応は、活発から爆発までの範囲であり、O2、N2、およびKrのみがゆっくりと反応する。 フッ素の高い反応性には三つの理由があります:フッ素は非常に電気陰性であるため、実質的に他の元素の価電子を除去するか、少なくとも共有することができます。
- フッ素は電子陰性である
- その小さなサイズのために、フッ素は他の元素と非常に強い結合を形成する傾向があり、その化合物は熱力学的に安定である。
- F–F結合は、隣接する原子上の孤立電子対の間の反発のために弱く、反応に対する熱力学的障壁と運動論的障壁の両方を減少させる。
- F-F結合は、熱力学的障壁と運動論的障壁の両方を減少させる。
高陽性元素では、フッ素は閉じた殻F-イオンを含むイオン性化合物を形成する。 対照的に、より少ない電気陽性元素（または非常に高い酸化状態の金属）では、フッ素は、SF6のような末端F原子を含む共有結合化合物を形成する。 その高い電気陰性度と2s22p5価電子配置のために、フッ素は通常、一つの電子対結合にのみ関与しています。 Alf3のような非常に強いルイス酸だけがフッ化物イオンと孤立電子対を共有し、Alf63−を形成することができる。
酸化強度は、グループ17を下に減少します。
ハロゲン（X2）は、一般式に従って金属（M）と反応します
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複数の酸化状態を示す元素については、フッ素は可能な限り最高の酸化状態を生成し、ヨウ素は最低を生成する傾向があります。 例えば、バナジウムはハロゲンと反応してVF5、Vcl4、Vbr4、およびVI3を与える。Caf2のような+1または+2酸化状態の金属ハロゲン化物は、典型的にはイオン性ハロゲン化物であり、融点が高く、しばしば水に可溶である。
+1または+2酸化状態の金属ハロゲン化物は、典型的には、高い融点を有し、しばしば水に可溶である。 金属の酸化状態が増加するにつれて、M–X結合の分極によるハロゲン化物の共有結合性も増加する。 その高い電気陰性度では、フッ化物は最も分極性が低く、ヨウ化物は最も電気陰性度が低く、ハロゲンの中で最も分極性が高い。 Al3+のような小さな三価の金属イオンのハロゲン化物は比較的共有結合性である傾向がある。 例えば、Ａｌｂｒ３は、臭化物架橋Ａ ｌ２Ｂｒ６分子を含む揮発性固体である。 対照的に、ランタニドのようなより大きな三価金属のハロゲン化物は、本質的にイオン性である。 例えば、三臭化インジウム（Inbr3）および三臭化ランタニド（Lnbr3）は、すべて水に非常に可溶性の高融点固体である。
金属の酸化状態が増加するにつれて、対応する金属ハロゲン化物の共有結合性もM–X結合の分極のために増加する。すべてのハロゲンは水素と激しく反応してハロゲン化水素（HX）を与える。 HF中のH–F結合は高度に分極されているため（H Δ+–F Δ−）、液体HFは広範な水素結合を持ち、異常に高い沸点と高い誘電率を与えます。 その結果、液体Ｈ Ｆは、水および液体アンモニアといくつかの点で類似する極性溶媒であり、反応後、生成物は、Ｈ Ｆ溶媒を蒸発させるだけで回収すること （フッ化水素は皮が付いているHFの接触が直るために遅い非常に苦痛な焼跡を引き起こすので細心の注意と扱われなければなりません。)フッ化物にケイ素のための高い類縁があるので、水様のフッ化水素酸がガラスをエッチングするのに使用され、Sio2を安定したSif62イオンの解決を与えるために分解します。HFエッチングガラス。
フラウ化物水素でエッチングされたガラス。©Thinkstock
フッ素を除いて、すべてのハロゲンは不均化反応で水と反応し、XはCl、Br、またはIである。
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最も安定なオキソ酸はペルハリン酸であり、最も高い酸化状態（+7）のハロゲンを含む。 ハロゲンのオキソ酸の酸強さは酸化状態の増加とともに増加したが，その安定性と酸強さは基の下で減少した。 したがって、過塩素酸（Hoclo3、通常Hclo4と書かれている）は、過臭酸よりも強力な酸であり、より強力な酸化剤である。 すべてのオキソ酸は強い酸化剤であるが、Hclo4のようないくつかは低温でかなりゆっくりと反応する。 その結果、ハロゲンオキソ酸またはオキソアニオンと有機化合物との混合物は、反応を開始するために機械的に加熱または攪拌されると潜在的に爆発性である。 爆発の危険性のために、ハロゲンのオキソ酸およびオキソアニオンは決して有機化合物と接触することを許されるべきではない。
ハロゲンオキソ酸の酸強度と酸化力の両方が基を下に減少させる。
ハロゲンは相互に反応して、Icl3、Brf5、IF7などのハロゲン間化合物を生成します。 すべての場合において、より低い電気陰性度を有するより重いハロゲンが中心原子である。 最大酸化状態と末端ハロゲンの数は，中心ハロゲンのイオン化エネルギーが減少し，末端ハロゲンの電気陰性度が増加するにつれて滑らかに増加する。 したがって、条件に応じて、ヨウ素は他のハロゲンと反応してIFn（n=1-7）、IClまたはIcl3、またはIBrを形成するのに対し、臭素はフッ素と反応してBrF、Brf3、およびBrf5のみを形成するが、Brf7は形成しない。 ハロゲン間化合物は知られている最も強力なルイス酸の一つであり、ハロゲン化物イオンと反応してIF8−イオンのようなより高い配位数を有する錯体を与える傾向が強い。:すべての第17族元素は奇数酸化状態の化合物を形成する。
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すべての第17族元素は奇数酸化状態の化合物を形成する。(-1, +1, +3, +5, +7). ハロゲン間化合物はまた、強力な酸化剤および強力なフッ素化剤であり、有機材料または水との接触は爆発を引き起こす可能性がある。
すべての第17族元素は奇数酸化状態の化合物を形成します(-1, +1, +3, +5, +7), しかし、より高い酸化状態の重要性は、一般的にグループの下で減少する。
例\（\PageIndex{1}\）
各反応について、与えられた製品がなぜ形成されるのかを説明してください。
Clf3(g)+Cl2(g)→3clf(g) 2KI(s)+3H2SO4(aq)→I2(aq)+SO2(g)+2KHSO4(aq)+2H2O(l) Pb(s)+2brf3(l)→Pbf4(s) Pb(s)+2brf3(l)→Pbf4(s) Pb(s)+2brf3(l)→Pbf4(s) Pb(s)+2brf3(l)→Pbf4(s) Pb(s)+2brf3(l)→Pbf4(s) Pb(s)+2brf3(l)→Pbf4(s) Pb(s)+2brf3(l)/li> 与えられた：バランスの取れた化学方程式
求められた：与えられた製品がなぜ形成されるのか
戦略：
反応のタイプを分類する。
与えられた製品がなぜ形成されるのか
戦略：
反応のタイプを分類する。 原子特性、熱力学、および速度論の周期的な傾向を用いて、観測された反応生成物がなぜ形成されるのかを説明する。
解決策
解決策:
- 反応物が2つの異なる酸化状態で同じ元素を持つ場合、生成物は中間酸化状態でその元素を持つことを期待しています。
- 反応物が2つの異なる酸化状態 我々は反応物としてCl3+とCl0を持っているので、可能な生成物は+1または+2の酸化状態のいずれかでClを持つでしょう。 私たちの議論から、私たちは+1がはるかに可能性が高いことを知っています。 この場合、Cl2は酸化剤ではなく還元剤のように振る舞う。
- 一見すると、表示されることで、単なる酸–塩基反応である硫酸転送プロトして形成こんにちは. しかし、I−はI2に酸化することができることを思い出してください。 硫酸は最も高い酸化状態（+6）で硫黄を含んでいます、従ってそれはよい酸化剤です。 この場合、酸化還元反応が優勢である。
- これは、金属元素と非常に強い酸化剤との反応です。 その結果、酸化還元反応が起こる。 唯一の問題は、鉛がPb（II）またはPb（IV）に酸化されるかどうかです。 Brf3は強力な酸化剤であり、フッ素は他の元素の高い酸化状態を安定させることができるので、Pbf4が生成物になる可能性が高い。 Brf3のための2つの可能な減少プロダクトはBrFおよびBr2である。 実際の生成物は、使用される反応物の比率に依存する可能性が高い。 過剰なBrf3では、より多くの酸化生成物（BrF）が期待されます。 鉛に対する酸化剤の比率が低いと、おそらく生成物としてBr2が得られるでしょう。p>
各反応の積を予測し、各反応の平衡化された化学式を記述します。
運動\（\PageIndex{1}\）
各反応の積を予測し、各反応の平衡化された化学式を書
- 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)
