Взаємодія фтору з водою рівняння. Реакційна здатність галогенів

Реакції дорослих Багато батьків не завжди знають, як реагувати на вчинки і деякі дії своїх дітей. Коли ми стикаємося з проблемами, ми реагуємо трьома різними способамі.1. Ми робимо вигляд, що нічого не случілось.2. Ми визначаємо ворога і атакуем.3. ми реально

Атом водню має електронну формулу зовнішнього (і єдиного) електронного рівня 1 s 1. З одного боку, за наявності одного електрона на зовнішньому електронному рівні атом водню схожий на атоми лужних металів. Однак, йому, так само як і галогенів бракує до заповнення зовнішнього електронного рівня всього одного електрона, оскільки на першому електронному рівні може розташовуватися не більше 2-х електронів. Виходить, що водень можна помістити одночасно як в першу, так і в передостанню (сьому) групу таблиці Менделєєва, що іноді і робиться в різних варіантах періодичної системи:

З точки зору властивостей водню як простого речовини, він, все-таки, має більше спільного з галогенами. Водень, також як і галогени, є неметаллом і утворює аналогічно їм двоатомних молекули (H 2).

У звичайних умовах водень являє собою газоподібне, малоактивне речовина. Невисока активність водню пояснюється високою міцністю зв'язку між атомами водню в молекулі, для розриву якої потрібно або сильне нагрівання, або застосування каталізаторів, або і те й інше одночасно.

Взаємодія водню з простими речовинами

з металами

З металів водень реагує тільки з лужними і лужноземельними! До лужних металів відносяться метали головної підгрупи I-ї групи (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), а до лужно-земельних - метали головної підгрупи II-ї групи, крім берилію і магнію (Ca, Sr, Ba, Ra)

При взаємодії з активними металами водень виявляє окисні властивості, тобто знижує свій ступінь окислення. При цьому утворюються гідриди лужних і лужноземельних металів, які мають іонну будову. Реакція протікає при нагріванні:

Слід зазначити, що взаємодія з активними металами є єдиним випадком, коли молекулярний водень Н 2 є окислювачем.

з неметалами

З неметалів водень реагує тільки c вуглецем, азотом, киснем, сіркою, селеном і галогенами!

Під вуглецем слід розуміти графіт або аморфний вуглець, оскільки алмаз - вкрай інертна аллотропная модифікація вуглецю.

При взаємодії з неметалами водень може виконувати тільки функцію відновника, тобто тільки підвищувати свою ступінь окислення:

Взаємодія водню зі складними речовинами

з оксидами металів

Водень не реагує з оксидами металів, що знаходяться в ряду активності металів до алюмінію (включно), однак, здатний відновлювати багато оксиди металів правіше алюмінію при нагріванні:

c оксидами неметалів

З оксидів неметалів водень реагує при нагріванні з оксидами азоту, галогенів і вуглецю. З усіх взаємодій водню з оксидами неметалів особливо слід відзначити його реакцію з чадним газом CO.

Суміш CO і H 2 навіть має свою власну назву - «синтез-газ», оскільки з неї в залежності від умов можуть бути отримані такі затребувані продукти промисловості як метанол, формальдегід і навіть синтетичні вуглеводні:

c кислотами

З неорганічними кислотами водень не реагує!

З органічних кислот водень реагує тільки з ненасиченими, а також з кислотами, що містять функціональні групи здатні до відновлення воднем, зокрема альдегідні, кето- або нітрогрупи.

c солями

У разі водних розчинів солей їх взаємодія з воднем не протікає. Однак при пропущенні водню над твердими солями деяких металів середньої і низької активності можливо їх часткове або повне відновлення, наприклад:

Хімічні властивості галогенів

Галогенами називають хімічні елементи VIIA групи (F, Cl, Br, I, At), а також утворені ними прості речовини. Тут і далі по тексту, якщо не сказано інше, під галогенами будуть розумітися саме прості речовини.

Всі галогени мають молекулярну будову, що обумовлює низькі температури плавлення і кипіння даних речовин. Молекули галогенів двоатомний, тобто їх формулу можна записати в загальному вигляді як Hal 2.

Слід зазначити таке специфічне фізичне властивість йоду, як його здатність до сублімації або, інакше кажучи, сублімації. сублімацією, Називають явище, при якому речовина, що знаходиться в твердому стані, при нагріванні не плавиться, а, минаючи рідку фазу, відразу ж переходить в газоподібний стан.

Електронна будова зовнішнього енергетичного рівня атома будь-якого галогену має вигляд ns 2 np 5, де n - номер періоду таблиці Менделєєва, в якому розташований галоген. Як можна помітити, до восьміелектронной зовнішньої оболонки атомів галогенів бракує лише одного електрона. З цього логічно припустити переважно окислюють властивості вільних галогенів, що підтверджується і на практиці. Як відомо, електронний торгівельний неметалів при русі вниз по підгрупі знижується, у зв'язку з чим активність галогенів зменшується в ряду:

F 2\u003e Cl 2\u003e Br 2\u003e I 2

Взаємодія галогенів з простими речовинами

Всі галогени є високоактивними речовинами і реагують з більшістю простих речовин. Однак, слід зазначити, що фтор через свою надзвичайно високу реакційну здатність може реагувати навіть з тими простими речовинами, з якими не можуть реагувати інші галогени. До таких простих речовин відносяться кисень, вуглець (алмаз), азот, платина, золото і деякі благородні гази (ксенон і криптон). Тобто фактично, фтор не реагує лише з деякими благородними газами.

Решта галогени, тобто хлор, бром і йод, також є активними речовинами, однак менш активними, ніж фтор. Вони реагують практично з усіма простими речовинами, крім кисню, азоту, вуглецю у вигляді алмазу, платини, золота і благородних газів.

Взаємодія галогенів з неметалами

воднем

При взаємодії всіх галогенів з воднем утворюються галогеноводороди із загальною формулою HHal. При цьому, реакція фтору з воднем починається спонтанно навіть в темряві і протікає з вибухом відповідно до рівняння:

Реакція хлору з воднем може бути ініційована інтенсивним ультрафіолетовим опроміненням чи нагріванням. Також протікає з вибухом:

Бром і йод реагують з воднем тільки при нагріванні і при цьому, реакція з йодом є оборотною:

фосфором

Взаємодія фтору з фосфором призводить до окислення фосфору до вищого ступеня окислення (+5). При цьому відбувається утворення пентафторид фосфору:

При взаємодії хлору і брому з фосфором можливе отримання галогенідів фосфору як в ступені окислення + 3, так і в ступені окислення +5, що залежить від пропорцій реагуючих речовин:

При цьому в разі білого фосфору в атмосфері фтору, хлору або рідкому бромі реакція починається спонтанно.

Взаємодія ж фосфору з йодом може привести до утворення тільки тріодіда фосфору через істотно меншою, ніж у інших галогенів окисляє здатності:

сірої

Фтор окисляє сірку до вищого ступеня окислення +6, утворюючи гексафторид сірки:

Хлор і бром реагують з сіркою, утворюючи сполуки, що містять сірку в вкрай не властивих їй ступенях окислення +1 і +2. Дані взаємодії є досить специфічними, і для здачі ЄДІ з хімії вміння записувати рівняння цих взаємодій не обов'язково. Тому три нижченаведених рівняння дані швидше для ознайомлення:

Взаємодія галогенів з металами

Як вже було сказано вище, фтор здатний реагувати з усіма металами, навіть такими малоактивними як платина і золото:

Решта галогени реагують з усіма металами крім платини і золота:

Реакції галогенів зі складними речовинами

Реакції заміщення з галогенами

Більш активні галогени, тобто хімічні елементи яких розташовані вище в таблиці Менделєєва, здатні витісняти менш активні галогени з утворених ними галогеноводородних кислот і галогенідів металів:

Аналогічним чином, бром і йод витісняють сірку з розчинів сульфідів і чи сірководню:

Хлор є більш сильним окислювачем і окисляє сірководень в його водному розчині не до сірки, а до сірчаної кислоти:

Взаємодія галогенів з водою

Вода горить у фторі синім полум'ям відповідно до рівнянням реакції:

Бром і хлор реагують з водою інакше, ніж фтор. Якщо фтор виступав в ролі окислювача, то хлор і бром диспропорционируют в воді, утворюючи суміш кислот. При цьому реакції оборотні:

Взаємодія йоду з водою протікає в настільки мізерно малою мірою, що їм можна знехтувати і вважати, що реакція не протікає зовсім.

Взаємодія галогенів з розчинами лугів

Фтор при взаємодії з водним розчином лугу знову ж виступає в ролі окислювача:

Уміння записувати дане рівняння не потрібно для здачі ЄДІ. Досить знати факт про можливість такої взаємодії і окислювальному ролі фтору в цій реакції.

На відміну від фтору, інші галогени в розчинах лугів диспропорционируют, тобто одночасно і підвищують і знижують свій ступінь окислення. При цьому, в разі хлору і брому в залежності від температури можливе протікання по двом різним напрямам. Зокрема, на холоду реакції протікають у такий спосіб:

а при нагріванні:

Йод реагує з лугами виключно за другим варіантом, тобто з утворенням йодату, тому що гіпоіодіт не стійкий не тільки при нагріванні, але також при звичайній температурі і навіть на холоду.

Галогени являють собою найбільш реакційноздатні групи елементів в періодичній системі. Вони складаються з молекул з дуже низькими енергіями дисоціації зв'язку (див. Табл. 16.1), а їх атоми мають у зовнішній оболонці сім електронів і тому дуже електронегативні. Фтор - найбільш електронегативний і найбільш реакційноздатні неметалеві елементи в періодичній системі. Реакційна здатність галогенів поступово зменшується при переміщенні до нижньої частини групи. У наступному розділі буде розглянута здатність галогенів окисляти метали і неметали та показано, як ця здатність зменшується в напрямку від фтору до йоду.

Галогени як окислювачі

При пропущенні газоподібного сірководню через хлорне воду відбувається осадження сірки. Реакція протікає за рівнянням

У цій реакції хлор окисляє сірководень, відбираючи в нього водень. Хлор окисляє також до Наприклад, якщо перемішувати струшуванням хлор з водним розчином сульфату утворюється сульфат

Боротьба, що при цьому окислювальна полуреакции описується рівнянням

Як інший приклад окислювального дії хлору наведемо синтез хлориду натрію під час спалювання натрію в хлорі:

У цій реакції відбувається окислення натрію, оскільки кожен атом натрію втрачає електрон, утворюючи іон натрію:

Хлор приєднує ці електрони, утворюючи хлорид-іони:

Таблиця 16.3. Стандартні електродні потенціали галогенів

Таблиця 16.4. Стандартні ентальпії освіти галогенідів натрію

Окислювачами є все галогени, з них фтор - найсильніший окислювач. У табл. 16.3 вказані стандартні електродні потенціали галогенів. З цієї таблиці видно, що окислювальна здатність галогенів поступово зменшується в напрямку до нижньої частини групи. Цю закономірність можна продемонструвати, додаючи розчин броміду калію в посудину з газоподібним хлором. Хлор окисляє бромід-іони, в результаті чого утворюється бром; це призводить до появи забарвлення у перш безбарвного розчину:

Таким чином, можна переконатися, що хлор сильніший окислювач, ніж бром. Точно так же, якщо змішати розчин йодиду калію з бромом, утворюється чорний осад з твердого йоду. Це означає, що бром окисляє йодид-іони:

Обидві описані реакції є прикладами реакцій витіснення (заміщення). У кожному разі більш реакційноздатні, тобто є більш сильним окислювачем, галоген витісняє з розчину менш реакційноздатні галоген.

Окислення металів. Галогени легко окислюють метали. Фтор легко окисляє всі метали, крім золото і срібло. Ми вже згадували про те, що хлор окисляє натрій, утворюючи з ним хлорид натрію. Наведемо ще один приклад: коли потік газоподібного хлору пропускають над поверхнею нагрітих залізних тирси, утворюється хлорид тверде коричневе речовина:

Навіть йод здатний, хоч і повільно, окисляти метали, розташовані в електрохімічному ряду нижче його. Легкість окислення металів різними галогенами зменшується при переміщенні до нижньої частини VII групи. У цьому можна переконатися, порівнюючи енергії освіти галогенідів з вихідних елементів. У табл. 16.4 вказані стандартні ентальпії освіти галогенідів натрію в порядку переміщення до нижньої частини групи.

Окислення неметалів. За винятком азоту і більшості благородних газів, фтор окисляє всі інші неметали. Хлор реагує з фосфором і сіркою. Вуглець, азот і кисень не вступають в реакції безпосередньо з хлором, бромом або йодом. Про відносної реакційної здатності галогенів до неметалів можна судити, порівнюючи їх реакції з воднем (табл. 16.5).

Окислення вуглеводнів. При певних умовах галогени окислюють вуглеводні.

Таблиця 16.5. Реакції галогенів з воднем

огрядний. Наприклад, хлор повністю відщеплює водень від молекули скипидару:

Окислення ацетилену може протікати з вибухом:

Реакції з водою і лугами

Фтор реагує з холодною водою, утворюючи фтороводород і кисень:

Хлор повільно розчиняється в воді, утворюючи хлорне воду. Хлорне вода має невелику кислотність внаслідок того, що в ній відбувається діспропорціошрованш (див. Розд. 10.2) хлору з утворенням соляної кислоти і хлорнуватистої кислоти:

Бром і йод діспропорціоніруют в воді аналогічним чином, але ступінь диспропорціонування у воді зменшується від хлору до йоду.

Хлор, бром і йод діспропорціоніруют також в лугах. Наприклад, в холодній розведеної лугу бром диспропорционирует на бромід-іони і гіпоброміт-іоіи (бромат -іони):

При взаємодії брому з гарячими концентрованими лугами діспропор-ционирования протікає далі:

Иодат (I), або гіпоіодіт-іон, нестійкий навіть в холодних розбавлених лугах. Він мимоволі диспропорционирует з утворенням йодид-іона і иодат (I) -іона.

Реакція фтору з лугами, як і його реакція з водою, не схожа на аналогічні реакції інших галогенів. У холодній розведеної лугу протікає наступна реакція:

У гарячої концентрованої лугу реакція з фтором протікає так:

Аналіз на галогени і за участю галогенів

Якісний і кількісний аналіз на галогени зазвичай виконується за допомогою розчину нітрату срібла. наприклад

Для якісного і кількісного визначення йоду може використовуватися розчин крохмалю. Оскільки йод дуже мало розчинний у воді, його зазвичай аналізують у присутності йодиду калію. Так надходять з тієї причини, що йод утворює з йодид-іоном розчинна трііодідний іон

Розчини йоду з иодидами використовуються для аналітичного визначення різних відновників, наприклад а також деяких окислювачів, наприклад Окислювачі зміщують вказане вище рівновагу вліво, вивільняючи йод. Йод потім титрують тиосульфатом (VI).

Отже, повторимо ще раз!

1. Атоми всіх галогенів мають у зовнішній оболонці сім електронів.

2. Для отримання галогенів в лабораторних умовах може використовуватися окислення соотвегствующіх галогеноводородних кислот.

3. Галогени окислюють метали, неметали і вуглеводні.

4. Галогени диспропорционируют в воді і лугах, утворюючи галогенідні іони, гіпогалогенітние і галогенат (-іони.

5. Закономірності зміни фізичних і хімічних властивостей галогенів при переміщенні до нижньої частини групи показані в табл. 16.6.

Таблиця 16.6. Закономірності зміни властивостей галогенів у міру зростання атомного номера

6. Фтор має аномальними властивостями серед інших галогенів з наступних причин:

а) він має низьку енергію дисоціації зв'язку;

б) в з'єднаннях фтору він існує тільки в одному стані окислення;

в) фтор є самим електронегативним і самим реакционноспособним серед всіх неметалічних елементів;

г) його реакції з водою і лугами відрізняються від аналогічних реакцій інших галогенів.