reakcje i związki halogenków

fluor jest najbardziej reaktywnym pierwiastkiem w układzie okresowym, tworząc związki z każdym innym pierwiastkiem z wyjątkiem helu, neonu i argonu. Reakcje fluoru z większością innych pierwiastków wahają się od energicznych do wybuchowych; tylko O2, N2 i Kr reagują powoli. Istnieją trzy przyczyny wysokiej reaktywności fluoru:

1. ponieważ fluor jest tak elektroujemny, jest w stanie usunąć lub przynajmniej dzielić elektrony walencyjne praktycznie każdego innego pierwiastka.
2. ze względu na niewielkie rozmiary fluor ma tendencję do tworzenia bardzo silnych wiązań z innymi pierwiastkami, dzięki czemu jego związki są stabilne termodynamicznie.
3. Wiązanie F–F jest słabe z powodu odpychania się samotnych par elektronów na sąsiednich atomach, zmniejszając zarówno termodynamiczną, jak i kinetyczną barierę reakcji.

z pierwiastkami o wysokiej elektropozycji fluor tworzy związki jonowe, które zawierają jon f o zamkniętej powłoce. W przeciwieństwie do tego, z mniej elektropozytywnymi pierwiastkami (lub z metalami w bardzo wysokich stanach utleniania), fluor tworzy związki kowalencyjne, które zawierają końcowe Atomy F, takie jak SF6. Ze względu na wysoką elektroujemność i walencyjną konfigurację elektronową 2s22p5, fluor Zwykle uczestniczy tylko w jednym wiązaniu elektron-para. Tylko bardzo silny kwas Lewisa, taki jak AlF3, może dzielić samotną parę elektronów z jonami fluorkowymi, tworząc AlF63 -−

Siła oksydacyjna zmniejsza się w grupie 17.

halogeny (X2) reagują z metalami (M) zgodnie z ogólnym równaniem

\

dla pierwiastków, które wykazują wiele stanów utleniania fluor ma tendencję do wytwarzania najwyższego możliwego stanu utleniania, a jod najniższego. Na przykład wanad reaguje z halogenami, dając VF5, VCl4,VBR4 i VI3.

halogenki metali w stanie utleniania +1 lub +2, takie jak CaF2, są zazwyczaj halogenkami jonowymi, które mają wysoką temperaturę topnienia i często są rozpuszczalne w wodzie. Wraz ze wzrostem stanu utleniania metalu wzrasta kowalencyjny charakter halogenku z powodu polaryzacji wiązania m-X. Przy wysokiej elektroujemności fluor jest najmniej polaryzowalny, a jodek, o najniższej elektroujemności, jest najbardziej polaryzowalny z halogenów. Halogenki małych trójwartościowych jonów metali, takich jak Al3+, wydają się być stosunkowo kowalencyjne. Na przykład, AlBr3 jest lotnym ciałem stałym, które zawiera cząsteczki al2br6 mostkowane bromkiem. Natomiast halogenki większych metali trójwartościowych, takich jak lantanowce, są zasadniczo jonowe. Na przykład tribromid indu (InBr3) i tribromid Lanthanide (LnBr3) są wszystkie ciała stałe o wysokiej temperaturze topnienia, które są dość rozpuszczalne w wodzie.

wraz ze wzrostem stanu utleniania metalu, kowalencyjny charakter odpowiednich halogenków metali również wzrasta z powodu polaryzacji wiązania m–X.

wszystkie halogeny reagują energicznie z wodorem, dając halogenki wodoru (HX). Ponieważ Wiązanie H–F W HF jest wysoce spolaryzowane (Hδ+–Fδ−), ciekły HF ma rozległe wiązania wodorowe, co daje mu niezwykle wysoką temperaturę wrzenia i wysoką stałą dielektryczną. W rezultacie ciekły HF jest polarnym rozpuszczalnikiem, który jest podobny pod pewnymi względami do wody i ciekłego amoniaku; po reakcji produkty można odzyskać po prostu odparowując rozpuszczalnik HF. (Fluorowodór należy jednak obchodzić się z nim bardzo ostrożnie, ponieważ kontakt HF ze skórą powoduje niezwykle bolesne oparzenia, które powoli się goją.) Ponieważ fluor ma wysokie powinowactwo do krzemu, wodny kwas fluorowodorowy stosuje się do wytrawiania szkła, rozpuszczając SiO2 w celu uzyskania roztworów stabilnego jonu SiF62.

szkło trawione flouride Wodorem.© Thinkstock

z wyjątkiem fluoru, wszystkie halogeny reagują z wodą w reakcji dysproporcji, gdzie X to Cl, Br lub I:

\

najbardziej stabilnymi tlenowodami są kwasy perfluorowęglowe, które zawierają halogeny w najwyższym stopniu utlenienia (+7). Kwasowość tlenków halogenów wzrasta wraz ze wzrostem stanu utleniania, natomiast ich stabilność i wytrzymałość na kwasy zmniejszają się w grupie. Tak więc kwas nadchlorowy (HOClO3, Zwykle zapisywany jako HClO4) jest silniejszym kwasem i silniejszym utleniaczem niż kwas nadbromowy. Chociaż wszystkie tlenoacydy są silnymi utleniaczami, niektóre, takie jak HClO4, reagują dość wolno w niskich temperaturach. W związku z tym mieszaniny tlenochlorków halogenowych lub oksoanionów ze związkami organicznymi są potencjalnie wybuchowe, jeśli są ogrzewane lub nawet mieszane mechanicznie w celu zainicjowania reakcji. Ze względu na niebezpieczeństwo eksplozji, tlenoacydy i oksoaniony halogenów nigdy nie powinny mieć kontaktu ze związkami organicznymi.

zarówno siła kwasowa, jak i moc utleniająca tlenowodów halogenowych zmniejszają się w grupie.

halogeny reagują ze sobą, tworząc związki międzyhalogenowe, takie jak ICl3, BrF5 i IF7. We wszystkich przypadkach cięższym halogenem, który ma niższą elektroujemność, jest atom centralny. Maksymalny stan utleniania i liczba końcowych halogenów rosną płynnie wraz ze spadkiem energii jonizacji centralnego halogenu i wzrostem elektroujemności końcowego halogenu. W zależności od warunków JOD reaguje z innymi halogenami tworząc IFn (N = 1-7), ICl lub ICl3 lub IBr, podczas gdy brom reaguje z fluorem tworząc tylko BrF, BrF3 i BrF5, ale nie BrF7. Związki międzyhalogenowe należą do najpotężniejszych znanych kwasów Lewisa, z silną tendencją do reakcji z jonami halogenkowymi w celu uzyskania kompleksów o wyższej liczbie koordynacji, takich jak Jon IF8:

\

wszystkie pierwiastki grupy 17 tworzą związki w nieparzystych Stanach utlenienia(-1, +1, +3, +5, +7). Związki międzyhalogenowe są również silnymi utleniaczami i silnymi środkami fluorującymi; kontakt z materiałami organicznymi lub wodą może spowodować eksplozję.

wszystkie pierwiastki z grupy 17 tworzą związki w nieparzystych Stanach utlenienia(-1, +1, +3, +5, +7), Ale znaczenie wyższych stanów utleniania ogólnie zmniejsza się w grupie.