Оглавление 107 108 109 110 111 — — — 270 

Химические свойства галогенов. Галогены являются чрезвычайно активными элементами. Они вступают во взаимодействие почти со всеми простыми веществами. Особенно быстро и с выделением большого количества тепла протекают реакции соединения галогенов с металлами. Так, например, расплавленный металлический натрий, будучи внесен в сосуд с хлором, сгорает с ослепительным блеском, а на стенках сосуда появляется белый налет поваренной соли:

45383c384f2-1

Медь, железо, олово и многие другие металлы также сгорают в хлоре, образуя соответствующие соли. Подобным же образом, взаимодействуют с металлами бром и иод. Во всех этих случаях металл отдает электроны, а галоген приобретает их.

Вещества, присоединяющие в процессе реакции электроны, отнимаемые ими у других веществ,, называются окислителями. Способность присоединять электроны, резко выраженная у атомов галогенов, является их самым характерным химическим свойством. Галогены очень энергичные окислители. Наиболее сильный окислитель — фтор, наименее сильный — иод. Окислительные свойства галогенов проявляются также при взаимодействии их с различными сложными-веществами.

Приведем несколько примеров.

1. При пропускании хлора в бледнозеленый раствор хлористого железа FeCl2 жидкость окрашивается в желтый цвет вследствие окисления хлористого железа FeCl2 в хлорное железо FeCl3.

2FeCl2 + Сl2 = 2FeCl3

2. Если к раствору брома прибавить сероводородной воды (раствора H2S), то желтовато-бурая окраска брома исчезает и жидкость становится мутной от выделившейся серы:

H2S + Br2= S + 2HBr

3. При действии водного раствора иода на раствор сернисто-кислого натрия Na2SO3 происходит обесцвечивание раствора, так. как иод окисляет сернистокислый натрий в сернокислый натрий, а сам восстанавливается, превращаясь в йодистый водород. Реакция протекает при участии воды и выражается уравнением

В ионной форме

SO3» + J2 + H2O = SO4» + + 2J’

В отличие от предыдущих .реакций, где окислению подвергались атомы простых веществ или элементарные ионы, здесь окисляется сложный ион SO3» в ион SO4».

Чтобы лучше разобраться в этой реакции, рассмотрим отдельно процесс окисления и процесс восстановления. Процесс окисления может быть выражен уравнением:

SO3» + Н2O — 2е- = SO4» + 2Н (2)

Окисление иона SO3» заключается в том, что от него уходят два электрона и одновременно присоединяется один ион кислорода, отщепляющийся от молекулы воды (при этом освобождаются два иона водорода). В результате получается ион SO4», имеющий такой же отрицательный заряд (—2), как и ион SО3«, а валентность серы увеличивается с +4 до +6.

Процесс восстановления выражается уравнением

J2 + 2е = 2J’ (3)

Восстановление иода происходит вследствие присоединения к молекуле иода двух электронов и сопровождается понижением валентности иода от 0 до —1.

Сложив уравнения (2) и (3), получим уравнение (1).

Сравнение химических свойств галогенов показывает, что их активность постепенно уменьшается при переходе от фтора к иоду. С увеличением порядкового номера галогена растет общее число окружающих ядро электронов, увеличивается радиус атома, наружные электроны все дальше и дальше отодвигаются от ядра и притяжение к ядру становится слабее. Вместе с тем уменьшается и сродство атомов к электрону, а также прочность связи электрона с ядром в отрицательных ионах.

Ниже сопоставлены радиусы отрицательно заряженных ионов галогенов и количество энергии в калориях, выделяющееся при образовании 1 граммиона соответствующего элемента.

                                                                              Фтор                  Хлор                  Бром              Иод

Радиус отрицательного иона в Å               1,33                   1,81                  1,96              2,20

Сродство к электрону в ккал ,                        98                     88                     83                 76

Приведенные данные показывают, что сродство к электрону с увеличением радиуса иона постепенно убывает, что находится в полном согласии с падением активности от фтора к иоду.

Различным сродством к электрону хорошо объясняется вытеснение одних галогенов другими из их соединений.Так как сродство фтора к электрону наибольшее, то он может отнимать электроны от ионов любых галогенов; хлор отнимает электроны только от ионов брома и иода, а бром только от ионов иода. Происходящие при этом реакции являются типичными реакциями окисления-восстановления, при которых атом одного галогена окисляет ион другого галогена, сам переходя в состояние иона. Например:

Сl2 + 2KJ = J2 + 2КСl

Cl2 + 2J’= J2 + 2Сl’

В этой реакции ион J’ выступает как восстановитель. Химическая активность отрицательных ионов галогенов как восстановителей изменяется в направлении, обратном изменению химической активности молекул или свободных атомов галогенов. Наиболее активным восстановителем является ион J’, а наименее активным — ион F’ Это объясняется тем, что для отщепления электрона от иона У требуется затратить значительно меньше энергии, чем для отщепления электрона от иона F’.

Таким образом, химическая активность молекул галогенов как окислителей изменяется в следующем порядке:

F2>Cl2>Br2>J2

Химическая же активность ионов галогенов как восстановителей изменяется в обратном порядке:

J’>Br’>Cl’>F’

Особенно резко проявляется различие в активности молекул галогенов при взаимодействии с водородом. Фтор соединяется с водородом со взрывом даже при очень низких температурах. Хлор при обыкновенной температуре лишь медленно соединяется с водородом, но при нагревании смеси хлора с водородом реакция протекает почти мгновенно, сопровождаясь взрывом. Соединение брома с водородом происходит с заметной скоростью лишь при повышенной температуре, а иод соединяется с водородом только при сильном нагревании, причем реакция, ввиду ее обратимости, не идет до конца.

Замечательно, что на реакцию соединения хлора с водородом огромное влияние оказывает свет. В темноте вообще не происходит заметного взаимодействия, на рассеянном свету реакция идет довольно медленно, а на ярком солнечном свету так же быстро, как и при нагревании, сопровождаясь взрывом.

Изучение этой реакции привело к заключению, что она состоит из множества отдельных стадий. Поглощая энергию солнечных лучей, отдельные молекулы хлора распадаются на атомы:

 Сl2 = 2Сl

Атомы хлора более активны, чем молекулы, и немедленно вступают во взаимодействие с молекулами водорода по уравнению

Сl + Н2 = НСl + Н

Образующиеся атомы водорода, в свою очередь, реагируют с молекулами хлора, вызывая образование новых атомов хлора:

Н + Сl2 = НСl + Сl

Последние опять вступают в реакцию с молекулами водорода и т. д.

Подобного рода реакции, состоящие как бы из цепи последовательно протекающих процессов, получили название цепных реакций.

Цепные реакции играют большую роль во многих химических процессах, в частности в процессах горения. Обширные исследования в области цепных реакций принадлежат академику Н. Н. Семенову, впервые доказавшему их распространенность и принципиальную важность. Н. Н. Семеновым предложена теория цепных реакций, на основе которой он разработал также теорию воспламенения и взрывов, имеющую большое практическое значение.

Таким образом, как физические, так и химические свойства галогенов последовательно изменяются с увеличением зарядов атомных ядер и числа электронов в атоме. Металлоидные свойства, наиболее резко выраженные у фтора, постепенно ослабевают, а иод обнаруживает даже некоторые металлические свойства. Эта закономерность в изменении свойств является ярким выражением закона перехода количества в качество.

108 109 110

Вы читаете, статья на тему Химические свойства галогенов