Галогены в природе. Получение галогенов.

ГАЛОГЕНЫ. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Галогены (от греч. halos - соль и genes - образующий) - элементы главной подгруппы VII группы периодической системы: фтор, хлор, бром, йод, астат.

Таблица. Электронное строение и некоторые свойства атомов и молекул галогенов.

Символ элемента	F	Cl	Br	I	At
Порядковый номер
Строение внешнего электронного слоя	2s²2p⁵	3s²3p⁵	4s²4p⁵	5s²5p⁵	6s²6p⁵
Энергия ионизации, эв	17,42	12,97	11,84	10,45	~9,2
Сродство атома к электрону, эв	3,45	3,61	3,37	3,08	~2,8
Относительная электроотрицательность (ЭО)	4,0	3,0	2,8	2,5	~2,2
Радиус атома, нм	0,064	0,099	0,114	0,133	–
Межъядерное расстояние в молекуле Э₂, нм	0,142	0,199	0,228	0,267	–
Энергия связи в молекуле Э₂ (25°С), кДж/моль
Степени окисления	-1	-1, +1, +3, +4, +5, +7	-1, +1, +4, +5, +7	-1, +1, +3, +5, +7	–
Агрегатное состояние	Бледно-зел. газ	Зел-желт. газ	Бурая жидкость	Темн-фиол. кристаллы	Черные кристаллы
t°пл.(°С)	-219	-101	-8
t°кип.(°С)	-183	-34
r (г_*см^-3 )	1,51	1,57	3,14	4,93	–
Растворимость в воде (г / 100 г воды)	реагирует с водой	2,5 : 1 по объему	3,5	0,02	–

Таблица. Электронное строение и некоторые свойства атомов и молекул галогенов

Символ элемента	F	Cl	Br	I	At
Порядковый номер
Строение внешнего электронного слоя	2s²2p⁵	3s²3p⁵	4s²4p⁵	5s²5p⁵	6s²6p⁵
Энергия ионизации, эв	17,42	12,97	11,84	10,45	~9,2
Сродство атома к электрону, эв	3,45	3,61	3,37	3,08	~2,8
Относительная электроотрицательность (ЭО)	4,0	3,0	2,8	2,5	~2,2
Радиус атома, нм	0,064	0,099	0,114	0,133	–
Межъядерное расстояние в молекуле Э₂, нм	0,142	0,199	0,228	0,267	–
Энергия связи в молекуле Э₂ (25°С), кДж/моль
Степени окисления	-1	-1, +1, +3, +4, +5, +7	-1, +1, +4, +5, +7	-1, +1, +3, +5, +7	–
Агрегатное состояние	Бледно-зел. газ	Зел-желт. газ	Бурая жидкость	Темн-фиол. кристаллы	Черные кристаллы
t°пл.(°С)	-219	-101	-8
t°кип.(°С)	-183	-34
r (г_*см^-3 )	1,51	1,57	3,14	4,93	–
Растворимость в воде (г / 100 г воды)	реагирует с водой	2,5 : 1 по объему	3,5	0,02	–

1) Общая электронная конфигурация внешнего энергетического уровня - nS²nP⁵.

2) С возрастанием порядкового номера элементов увеличиваются радиусы атомов, уменьшается электроотрицательность, ослабевают неметаллические свойства (увеличиваются металлические свойства); галогены - сильные окислители, окислительная способность элементов уменьшается с увеличением атомной массы.

3) Молекулы галогенов состоят из двух атомов.

4) С увеличением атомной массы окраска становится более темной, возрастают температуры плавления и кипения, а также плотность.

5) Сила галогеноводородных кислот возрастает с увеличением атомной массы.

6) Галогены могут образовывать соединения друг с другом (например, BrCl)

Фторвстречается в природе в виде фторидов, например, флюорита CaF₂. Фтор получают электролизом расплавов фторидов щелочных металлов. Для понижения температуры плавления электролизу подвергают кислые фториды состава KF^. 2HF * ⁾, что позволяет проводить процесс при 100⁰С (Т_пл. чистого KF составляет 857⁰С). Материалом для электролизера служат медь, никель или сталь, которые покрываются с поверхности плотной пленкой фторида, препятствующей дальнейшей коррозии реактора.

В лабораторных условиях фтор можно получить термолизом высших фторидов некоторых металлов, например,

2CeF₄ = 2CeF₃ + F₂ .

Хлор встречается в природе, в основном, в виде хлоридов. Например, известны мощные залежи галита(NaCl), образовавшиеся при испарении соленых морей и озер. Основным методом получения хлора из галита является электролиз концентрированного раствора NaCl с диафрагмой, разделяющей катодное и анодное пространства:

2NaCl + 2H₂O

В лабораторных условиях хлор получают взаимодействием концентрированной HCl с такими окислителями, как КMnO₄, а также MnO₂, K₂Cr₂O₇ и т.д.

16HCl + 2KMnO₄ = Cl₂+2KCl +2MnCl₂ + 8H₂O.

Реакция твердого KMnO₄ с концентрированной HCl протекает с образованием темно-коричневого малорастворимого гексахлороманганата (IV) калия и раствора, содержащего хлоридные комплексы Mn(III):

Полное восстановление KMnO₄до MnCl₂ осуществляется при большом избытке HCl.

Бром, содержащийся в морской воде и буровых водах в виде бромидов, извлекают путем обработки реакционной смеси хлором при рН=3.5, чтобы избежать образования солей оксокислот брома.

Аналогичным образом из буровых вод и золы, образующейся при сгорании морских водорослей, выделяют иод.

В лаборатории бром и иод получают взаимодействием галогенидов с окислителем (MnO₂) в кислой среде, например:

MnO₂ + 2H₂SO₄ + 2KI = I₂ + MnSO₄ + 2H₂O + K₂SO₄..

Образующийся иод экстрагируют или отделяют перегонкой с водяным паром.