Елементи VII-групи

 

Фтор  F 

Хлор  Cl

Бром  Br

Йод J та Астат At. Загальна назва цієї групи елементів – галогени, що в перекладі означає “солеродні”.

Атоми галогенів мають на останньому енергетичному рівні сім електронів: ns2np5. Розподіл електронів останнього енергетичного рівня за орбіталями такий:

 

s

p d

 

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

3

 

В атомі Хлору можливі три збуджені стани:

 

І ↑↓ ↑↓ ↑ ↑ ↑

 

 

ІІ ↓↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

 

 

ІІІ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑ ↑

 

У збуджених станах атом Хлору може утворювати 3,5 або 7 спільних електронних пар з іншими атомами.  Таке число зв’язків характерне для сполук Хлору з киснем.

Збуджені стани можливі і для атомів Брому, Йоду, Астату. Для атома Фтору досягнення збудженого стану неможливе: електрони зовнішнього шару атома F перебувають на другому енергетичному рівні,  на якому не має вільних орбіталей: 

 

9F

s р

↑↓ ↑↓ ↑↓ ↑

 

 

Всі галогени відносяться  до р-елемнтів. З підвищенням порядкового номера у ряді F – At збільшуються радіуси атомів, зменшується електронегативність, слабшають неметалічні властивості й окислювальна здатність елементів. Найбільш виражені неметалічні властивості у Фтору (ст. о.-1), найменш – у Йоду.

У вільному стані галогени утворюють прості речовини, що складаються з двохатомних молекул: F2, Cl2, Br2, J2 зв’язки між атомами – ковалентні неполярні . Кристалічна решітка галогенів молекулярного типу.

 

Поширення в природі

 

З галогенів у земній корі найпоширеніші хлор і фтор. Масові части у земній корі становлять, %: 

 

Cl – 0,045;  F – 0,027; Br – 1,6х10-4, J – 3x10-5.

 

Астат трапляється у дуже незначних кількостях у продуктах розпаду природних радіоактивних речовин.

Галогени у природі поширені виключно у зв’язаному стані – в основному у вигляді солей:

CaF2 – плавиковий шпат;

Na3 [AlF6] – кріоліт;

Ca5 (PO4)3F – фторапатит;

NaCl – кам’яна сіль;

KCl – сильвін; КСl•MgCl2•6H2O – карналіт.

Основними природними джерелами  Br i J є морська вода, бурова вода, вода озер. Йод міститься у водоростях. Трапляється у вигляді солей  – KJO3 i KJO4 ,  які є супутніми покладів   NaNО3 (селітри в Чілі і Болівії).

 

 

Фтор – газ світло-зеленого кольору і дуже отруйний (ρ = 1,11 г/см3). Фтор не може бути розчинений у воді через те, що він взаємодіє з нею.

Хлор – газ жовто-зеленого кольору з різким, неприємним запахом. Хлор тяжчий за повітря, розчинний у воді (в 1 V води 2 V  хлору), утворює хлорну воду Cl2аg. (ρ = 1,568 г/см3).

Бром – рідина червоно-бурого забарвлення з неприємним запахом, у воді розчиняється погано, утворюючи бромну воду Br2 аg. Розчиняється в органічних розчинниках – бензолі, хлороформі. Якщо до бромної води додати бензолу і добре збовтати, то після розшарування рідин можна помітити, як бензол з Br2 забарвлюється в яскраво-оранжевий колір. Це пояснюється тим, що бром краще розчиняється у бензолі, ніж у воді. Бром тяжчий від води (ρ = 3,12 г/см3).

Йод – кристалічна речовина,  темно-сірого  кольору, у парах – фіолетового. При нагріванні він з твердого стану зразу переходить в рідкий стан (сублімація). Йод погано розчиняється у воді (світло-жовта йодна вода), але добре розчиняється у спирту. Це використовують для приготування 5–10% розчину йоду в спирту (йодна настойка). Йод дуже добре розчиняється в розчині власних солей, наприклад в розчині калію йоду. Цей розчин називається розчином Люголя, застосовується в медичній практиці.

Якщо до J2 аg. додати  трохи бензолу і добре збовтати, то на поверхні утворюється кільце малинового кольору.  Цим користуються для вилучення брому і йоду з водних розчинів.

Фізіологічна дія галогенів

Всі галогени дуже отруйні. Вдихання їхньої пари викликає подразнення органів дихання, а у великих кількостях вони викликають задуху. 

Особливо отруйним є фтор: при вдиханні невеликих кількостях він викликає набряк легень, у великих – руйнування легеневої тканини і смерть.

Хлор є менш отруйний, ніж фтор. Хронічне отруєння хлором викликає зміну кольору обличчя, легеневі і бронхіальні захворювання. Як протиотруту застосовують пари спирту з ефіром, а також водяні пари з нашатирним спиртом. 

Рідкий бром при попаданні на шкіру викликає сильні опіки. При попаданні на шкіру бром необхідно змити органічним розчином (бензолом, CCl4), протираючи ватою, змоченою цим розчином.

Йод найменш отруйний з усіх галогенів. При попаданні на шкіру кристалічний йод залишає жовті плями. Всі роботи з галогенами слід проводити під витяжкою. 

Поряд з тим галогени є життєво важливими елементами для організму людини. Хлор у вигляді NaCl людина вживає з їжею, він входить до складу хлорофілу. Нестача сполук фтору у питтєвій воді викликає руйнування зубів. Йод бере участь в регулюванні обміну речовин. Нестача йоду викликає захворювання щитовидної залози (зоб). 

 

 

Фтор добувають, пропускаючи електричний струм крізь розплавленні фториди (внаслідок його великої електронегативності), наприклад CaF2, KHF2. Електроліз проводять в нікелевій посудині, яка є катодом, а анодом є вугілля.

Хлор добувають в промисловості електролізом водних розчинів NaCl i KCl.

2NaCl+2H2O електроліз 2NaOH+Cl2↑+H2↑

 

У лабораторних умовах хлор можна добути, діючи концентрованою хлоридною кислотою на MnO2 або KМnO4.

 

4HCl+MnO2→MnCl2+Cl2↑+8H2O

 

Бром і йод можна добути аналогічно хлору окисленням HBr i HJ різними окислювачами.

У промисловості бром і йод одержують із бромідів, діючи на їхні розчини хлором.

 

2KBr+Cl2→2KCl+Br2

2KJ+CL2→2KCl+J2

 

Бром добувають в основному з підземних бурових вод, а також з “ропи” (насиченого розчину) деяких солених озер. Основним джерелом добування йоду  є підземні бурові води.