Прочность связи Х-Х и химические свойства простых веществ.

Галогены являются типичными неметаллами. Среди элементов каждого периода атомы галогенов имеют максимальное сродство к электрону и наибольшее значение электроотрицательности (табл. 17). Поэтому при протекании химических реакций они легко присоединяют один недостающий до октета электрон и проявляют окислительные свойства:

 

Г0+ 1ē = Г-1 Г02 + 2ē = 2Г-1

атом галогена (окислитель), молекула галогена (окислитель)

 

В образующихся галогенид-ионах проявляется характерная для галогенов степень окисления, равная -1. такую степень окисления атомы галогенов проявляют в соединениях с водородом и металлами:

 

+1 -1 +1 -1 +2 -1 +1 -1

HF NaF CaBr2 HBr

 

 

Окислительная способность атомов и молекул галогенов сверху вниз в подгруппе уменьшаться от фтора к йоду (F02– Cl02– Br02– I02), так как с увеличением радиуса атома способность галогена присоединять электроны уменьшается, т.е. уменьшаются неметаллические свойства галогенов. Фтор – самый сильный окислитель, так как атом фтора имеет наименьший радиус по сравнению с атомами других галогенов.

Ионы галогенов (кроме F-) способны отдавать электроны, поэтому они являются восстановителями.

Восстановительная способность галогенид-ионов увеличивается от хлорид-иона в йодид-иону.

Все галогены легко взаимодействуют с водородом.По Кратность связи в молекулах галогенов равна единице. Их химические свойства связаны с особенностями разрыва этой связи. Она может разорваться гомо- или гетеролитически. В первом случае электронная плотность распределяется поровну между частицамиХ : Х = Х .+ Х .(1),так, что образуются два атома Х .с неспаренным электроном. Во втором случае электронная плотность смещается к одному из атомовХ : Х = + (2),так что образуются положительная и отрицательная частицы.Энергия гомолитического распада ( H гом), или энергия связи Х-Х изменяется немонотонно: увеличивается от фтора к хлору, а от хлора к иоду уменьшается (см.2 и http://www.chem.msu.su/rus/teaching/zlomanov/2.html.Энергию гетеролитического распада ( H гетер)Х2= + + H гетер(3)можно вычислить комбинированием энергии H гомhttp://www.chem.msu.su/rus/teaching/zlomanov/2.html, энергии ионизации http://www.chem.msu.su/rus/teaching/zlomanov/1.html Х - = + Еион(4)и энергии сродства к электрону http://www.chem.msu.su/rus/teaching/zlomanov/1.html Х + = - Еср(5)____ H гетер = H гом+ Еион- Еср(6)Величины H гетер (табл.2) монотонно уменьшаются в ряду фтор-хлор-бром-иод. Это объясняется тем, что наибольший вклад в нее вносят энергии ионизации (Еион), которые в группе галогенов уменьшаются монотонно http://www.chem.msu.su/rus/teaching/zlomanov/1.html.Наиболее вероятен гетеролитичекий распад для иода, поскольку энергия, затрачиваемая в таком процессе наименьшая и может быть скомпенсирована энергией кристаллической решетки или энергией сольватации и т.д.

Например, выделено соединение , в котором энергетические затраты скомпенсированы образованием сильной ковалентной связи между катионами I+и основанием Льюиса (донором электронной пары) - пиридином C5H5N . При взаимодействии с неметаллами и металлами связь в молекулах Х2чаще всего разрывается по гомолитическому механизму. Этому способствуют нагревание, освещение, катализаторы.Основные химические свойства простых веществ представлены в табл.3.

Таблица 3.Химические свойства простых веществ.

Неметаллы	Фтор	Хлор	Бром	Иод
He, Ne, Ar	Не взаимодействуют.
Kr, Xe	ЭFn , n = 2,4,6.	Не взаимодействуют.
Галогены	XF (X=Cl, Br, I); BrCl, ICl, IBr XF3(X=Cl, Br, I); I2Cl6 XF5(X=Cl, Br, I) XF7(X=I)
О2	F2O2 (в электр.разряде)	Не взаимодействуют.
S	SF6, S2F10	S2Cl2, SCl2,SCl4	S2Br2	Не реагирует.
N2	Не взаимодействуют.
P	PХ3и РХ5	PI3, P2I4,PI5(?)
H2	Со взрывом в темноте	Со взрывом на свету.	Реагирует выше 2000С; Pt-катализатор	Равновесие H2+Г2=2НГ смещено влево
Металлы	Загораются	Реагируют при нагревании.

По химическим свойствам галогены - самые активные неметаллы. Из-за низкой энергии диссоциации http://www.chem.msu.su/rus/teaching/zlomanov/2.html и высокой энергии гидратации иона наиболее реакционно-способным из галогенов оказывается фтор. Он взаимодействует непосредственно со всеми элементами Периодической таблицы Д.И.Менделеева, кроме He, Ne, Ar. В атмосфере фтора сгорают вода2H2O + 2F2= 4HF + O2и стеклянная ватаSiO2+ 2F2= SiF4+ O2 .Если же элемент может проявлять несколько степеней окисления, то, как правило, образуются высшие возможные фториды (SF6 , VF5, XeF6 и т.д.).Взаимодействие фтора с некоторыми переходными металлами, например, никелем, протекает крайне медленно из-за образования на их поверхности тонкой защитной пленки соответствующего фторида металла.