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:
Odczynniki:
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:
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.
Odczynniki:
I2 + Br2 – Ccl4 -> 2IBr
2pio