Fluorowce są najbardziej reaktywnymi niemetalami. Wszystkie pierwiastki układu okresowego, z wyjątkiem helu, neonu i argonu tworzą halogenki. Astat także należy do grupy 17, jednakże wszystkie izotopy tego pierwiastka są radioaktywne a okres połowicznego rozpadu najtrwalszego izotopu 2l0At wynosi jedynie 8,3 godziny. Astat został otrzymany sztucznie i jak na razie nie znajduje zastosowania. Wszystkie pierwiastki 17 grupy są niemetalami o dwuatomowych cząsteczkach. Przy przesuwaniu się w dół grupy, kowalencyjne wiązanie międzycząsteczkowe stają się słabsze, ponieważ wiążąca para elektronowa oddala się od jądra, natomiast oddziaływania van der Waalsa między cząsteczkami stają się silniejsze, ponieważ atomy zawierają więcej elektronów, to tłumaczy wzrost temperatury topnienia. Fluorowe mają siedem elektronów w powłoce zewnętrznej i tworzą aniony o ładunku -1. Od chloru w dół, atomy mogą rozszerzać swe powłoki zewnętrzne (poza oktet) i dlatego tworzą związki, w których występują na wyższych stopniach utlenienia. Można zauważyć wiele różnic we właściwościach fluoru w porównaniu z pozostałymi fluorowcami:
- fluor jest najbardziej reaktywny, jest to uwarunkowane małą energią wiązania F-F, niezwykle dużą zdolnością utleniania, małymi rozmiarami atomu i jonu oraz znaczną elektroujemnością;
- fluorowodór jest cieczą (t.wrz. 19,5°C), jako wynik silnego wiązania międzycząsteczkowego wodoru, pozostałe chlorowcowodory są w temperaturze pokojowej gazami;
- kwas fluorowodorowy jest słabym kwasem, ponieważ wiązanie fluor-wodór jest mocniejsze niż wiązanie między wodorem a pozostałymi fluorowcami, ma moc zbliżoną do kwasu azotowego (III).
- fluor reaguje z zimnym roztworem NaOH tworząc difluorek tlenu:
2F2(g) + 2NaOH(aq) -> 2NaF(aq) + H20 + OF2(g) Ta sama reakcja z chlorem lub bromem prowadzi do otrzymania mieszaniny soli: X2 + 2NaOH -> NaX + NaOX + H20
- fluorek srebra AgF jest rozpuszczalny. Pozostałe halogenki srebra są nierozpuszczalne.
Wszystkie fluorowce są silnymi utleniaczami, ich zdolność utleniająca zmniejsza się przy przejściu w dół grupy. Jony halogenkowe są, więc coraz lepszymi reduktorami przy przejściu w dół grupy. Fluorowce i ich związki znalazły wiele zastosowań w przemyśle, ochronie zdrowia i innych dziedzinach. Związki fluoru mają trzy ważne zastosowania:
- fluorki w pastach do zębów - jony F zastępują jony OH- w emalii zębowej, która przestaje być atakowana przez kwasy;
- chlorofluoroalkany (freony) używane w aerozolach i lodówkach, które powodują uszkodzenia warstwy ozonowej, wymiana atomów chloru na atomy fluoru (silniej wiązane przez węgiel) powoduje powstawanie trwalszych związków;
- pokrycia naczyń kuchennych, elementów aparatury chemicznej, itp. za pomocą spolimeryzowanego tetrafluoroetylenu (teflonu, PTFE).
Chlor stosowany jest jako wybielacz oraz do dezynfekcji wody natomiast związki chloru mają wiele zastosowań:
- rozpuszczalniki do prania "na sucho" - "tri";
- środki znieczulające - jeden z najstarszych - chloroform;
- herbicydy;
- insektycydy - DDT;
- fotografika.
Brom stosowany jest głównie do syntezy dibromoetanu, używanego do produkcji insektycydów oraz jako środek usuwający ołów, (dlatego dodaje się go do benzyny ołowiowej w celu zapobiegania osadzania się ołowiu w silnikach). Ponadto brom i jego związki wykorzystuje się w fotografice oraz przy produkcji barwników. Jod znalazł zastosowanie w medycynie - jako środek antyseptyczny, w żywieniu (jod jest niezbędnym składnikiem hormonu - tyroksyny), a także jako składnik pasz dla zwierząt. Związki jodu wykorzystuje się także w fotografice. Fluorowce tworzą całą gamę kwasów halogenowych (tlenowych) o wzorach HOX, HXO2, HXO3 i HXO4, w których występują na stopniach utlenienia odpowiednio I, III, V i VII.
Typ związku |
F |
Cl |
Br |
I |
Wodorki |
HF(-l) |
HCl (-1) |
HBr(-l) |
HI(-l) |
Tlenki |
OF2(-l) |
C120(+1), C102(+4), C1207(+7) |
Br20(+1), Br02(+4) |
I205(+5) |
Kwasy tlenowe |
HOF(-1) |
HOCl (+1), HClO2(+3), HClO3(+5), HCIO4(+7) |
HOBr(+l), HBrO3(+5), HBrO4(+7) |
HOI(+l), HIO3(+5), HIO4(+7) |
(-/+x) - stopień utlenienia halogenku
Z powodu dużej reaktywności fluorowców, możliwe jest tworzenie połączeń pomiędzy dwoma pierwiastkami tej samej grupy. Związki międzyhalogenowe można podzielić na kilka typów:
XX', XX'3; XX'5; XX'7
- gdzie X i X' są dwoma różnymi fluorowcami i X jest większym atomem spośród tych dwóch. Większość związków międzyhalogenowych można otrzymać w bezpośredniej reakcji:
Cl2 + F2 -> 2ClF Br2 + 3F2 -> 2BrF3 lub w reakcji wymiany: KCl + 3F2 -> KF + ClF5 KI + 4F2 -> KF + IF7
Związki te są nietrwałe i gwałtownie reagują z wodą. Należy zaznaczyć, że związki międzyhalogenowe za wyjątkiem typu XX' nie stosują się do reguły oktetu elektronowego. Geometrię tych związków można przewidzieć stosując teorię VSEPR. Najczęściej spotykane struktury to:
Trichlorek jodu
Trichlorek jodu(III) ma ostry, przenikliwy zapach i działa drażniąco na błony śluzowe oraz skórę, dlatego przy czynnościach wykonywanych z tą substancją należy zachować dużą ostrożność. Wszystkie operacje należy wykonywać w rękawiczkach pod sprawnie działającym wyciągiem. Jest rozpuszczalny w wodzie, acetonie, metanolu, nie rozpuszcza się w prawie wcale w chloroformie i wcale w tetrachlormetanie.
Rozpuszczalność Icl3: kolejno w acetonie, metanolu, CHCl3, CCl4 Topi się w temperaturze l01*C z równoczesnym rozkładem. Z roztworu ICl3 w kwasie solnym można wykrystalizować pomarańczowo-żółty HICl4 x 4H20. Jony IC14- należą do najtrwalszych polihalogenowych jonów kompleksowych. W fazie stałej jest dimerem, a w stanie gazowym dysproporcjonuje dość łatwo:
ICl3 -> IC1 + Cl2
Synteza trichlorku jodu(III)
Szkło i sprzęt:
- Zlewka/kolba 100ml
- Bagietka
- Lejek Buchnera
- Kolba Ssawkowa
- Pomka wodna
- Moździerz
- Pipeta
- Cylinder 50ml
- Wkraplacz
Odczynniki:
- Kwas Solny 36%
- Chloran Potasu
- Jod
- Woda destylowana
- trichlorometan (chloroform, TCM) lub tetrachlorometan (tetraform, tetra)
W zlewce lub kolbie umieścić 5g chloranu potasu KClO3, przykryć go warstwą dobrze sproszkowanego jodu w ilości 9g, dodać 20 ml wody destylowanej a następnie powoli dodawać 40 ml stężonego 36% HCl Podczas dodawania kwasu zawartość zlewki intensywnie mieszać pręcikiem szklanym. Zwrócić uwagę, aby temperatura mieszaniny nie przekroczyła 40°C. Po dodaniu całej ilości kwasu umieścić zlewkę w mieszaninie wody z lodem na około 1 godzinę. Wydzielony w postaci żółtych igiełkowatych kryształów chlorek jodu(III) odsączyć na lejku Buchnera, a następnie zebrać z lejka do małej zlewki. Całość zalać CHCl3 lub CCl4 i jeszcze raz przesączyć na lejku Buchnera. Wysuszony produkt przechowywać w szczelnym słoiku z ciemnego szkła. Wydajność reakcji: ok 10g.
Termiczny rozkład ICl3
Około 0,2 -0,5 g ICl3 umieścić w probówce (najlepiej z szlifem). Probówkę bardzo ostrożnie ogrzewać nad płomieniem palnika. Po zajściu reakcji zakorkować. Powstaje biały osad petnatleneku jodu I2O5 oraz gazowy ICl i gazowy chlor. 5ICl3 + 5O2 -> 2I2O5 + ICl + 7Cl2
Bromek jodu
Czerwonobrunatna substancja stała, temperatura topnienia 36*C, wrzenia 116*C. W stanie pary jest silnie zdysocjowany na pierwiastki. Rozpuszcza się w acetonie i metanolu.
Synteza bromku jodu
Szkło i sprzęt:
- Kolba okrągłodenna 100ml
- Korek do kolby
- Palnik
- Kolba Ssawkowa
- Lejek Buchenera
- Pompka wodna
Odczynniki:
- Brom
- Jod
- Tetrachlorometan
Do kolby wsypujemy 12,6g dobrze sproszkowanego jodu. Odmierzamy 8g bromu (2,5ml) i 20ml CCl4. Dodajemy brom do kolby z jodem mieszamy energicznie zatkną kolbę, następnie dodajemy tetrachlorometan i mieszamy bardzo intensywnie przez ok. 5min. Następnie wkładamy na godzinę do wody z lodem. Całość sączymy na lejku Buchnera. Wydajność reakcji: ok 14g.
I2 + Br2 – Ccl4 -> 2IBr
Artykuł napisał: 2pio
|