Получение

Промышленное получение фтора и хлора связано с электро­литическими процессами. Ввиду высокой окислитель­ной активности фтора его получают исключительно электролизом расплавов фторидов металлов (в том числе и в лабораториях); хлор получают электролизом как расплавов, так и растворов хлоридов. Бром и йод получают химическим способом.

При электролизе расплава хлорида натрия (Т_пл = 801°С) на катоде выделяется металлический натрий, а на аноде — газооб­разный хлор.

Электролитическая ванна (электролизер) представляет собой футерованный огнеупорным кирпичом стальной сосуд. В ка­честве анода используют графитовые стержни, в качестве катода — стальной цилиндр. В верхней части ванны имеется устройство для сбора хлора (колокол). Выделяющийся в катодном про­странстве металлический натрий собирают в коллектор (устройство для сбора натрия без доступа воздуха). Таким обра­зом, электролиз расплава NaCl — способ одновременного полу­чения хлора и металлического натрия.

Электролизом водного раствора NаСl получают одновремен­но Н₂, Сl₂ и гидроксид натрия NаОН. Обычно электролизу под­вергают насыщенный водный раствор NaCl (рассол), подаваемый в электролизер сверху.

Электролиз протекает по следующей схеме:

NaCl Na^+ + Сl^-
Н2О Н^+ + ОН^-
	↓ ↓ ↓
(-) Катод		(+) Анод
2Н^+ + 2е = Н2↑		2Н^+ + 2е = Н2↑ 2Cl - 2e = Cl2
2NaCl + 2Н2О = Н2↑ + 2NaОН + Сl2↑.

В этом процессе требуется предотвратить соприкосновение выделяющегося на аноде хлора с накапливающимся у катода рас­твором гидроксида натрия (получающийся в этом случае NaOH имеет давнее техническое название «каустическая сода»), так как эти вещества могут реагировать между собой. Именно по этой причине анодное пространство обяза­тельно отделяется от катодного полупроницаемой диафрагмой из асбеста

Диафрагма препятствует проникновению газа (молекул Сl2) в катодное пространство, но не препятствует про­хождению электрического тока и ионов. Для получения брома и йода также можно использовать электролиз их солей, однако на практике обычно окисляют их соли, применяя в качестве окислителя хлор. Такой метод оказывается выгодным экономически, так как Сl2 сравни­тельно дешевый реагент, а иодиды, и особенно бромиды, просто «черпают» из морской воды (!).

Лабораторные способы получения галогенов. Хлор полу­чают действием различных окислителей на соляную кислоту, на­пример:

МnО₂ + 4НСl = МnСl₂ + Сl₂↑ + 2Н₂О.

Еще более эффективно окисление проводится такими окисли­телями, как РbО₂, КМnО₄, КСlO₃, К₂Сr₂О₇.

Аналогично получают в лабораториях бром и иод, окисляя НВr, НI или их соли. В качестве примера кратко опишем здесь практически используемую лабораторную методику получения брома по реакции:

6КВr + К₂Сr₂О₇ +7Н₂SО₄ = ЗВr₂ + Сr₂(SО₄)₃ + 4К₂SО₄ + 7Н₂О.

В колбу 1 соединенную с холодильником 3 и приемником 4, помещают смесь бромида калия и бихромата калия капельной воронки 2, пришлифованной к горлу колбы, приливают по каплям концентрированную серную кислоту. Реакционная смесь в хо­де реакции разогревается, и ввиду низкой температуры кипения брома для конденсации его паров применяют холодильник, непрерывно охлаж­даемый проточной водой. Жидкий бром собирают под слоем воды, пред­варительно охлажденной снегом или охладительной смесью.

Применение:

Хлор используется для отбеливания бумаги и тканей, обеззараживания питьевой воды, производства различных. ядохимикатов, соляной кислоты, хлорорганических веществ и растворителей, а также в лабораторной практике.

Йод применяют при глубокой очистке металлов, синтезе лекарств.

Бром применяют для получения различных броморганических соединений, используемых в лакокрасочной и фармацевтической промышленности. Значительные количества брома расходуются для получения бромида серебра, используемого в качестве светочувствительного вещества при изготовлении кинофотоматериалов.

Фтор входит в состав полимеров, лекарств, моющих средств, ядохимикатов, красителей, компонентов искусственной крови.

Фториды используются в медицине, растениеводстве и животноводстве. С ними связывают перспективу лечения рака и регулирования наследственности, создание мощных психотропных средств, транквилизаторов, антибиотиков.

1. Водородные соединения галогенов. Свойства, применение.

Галогены реагируют с водородом, образуя HX, причем со фтором и хлором реакция протекает со взрывом при небольшой активации ее. Медленнее идет взаимодействие c Br2 и I2. Для протекания реакции с водородом достаточно активировать небольшую долю реагентов с помощью освещения или нагревания. Активированные частицы взаимодействуют с неактивированными, образуя HX и новые активированные частицы, которые продолжают процесс, а реакция двух активированных частиц по главной реакции заканчивается образованием продукта. Например, образование HCl из H2 и Cl2:

Более удобные методы получения галоиодоводородов, чем прямой синтез, дают, например, следующие реакции:

В газообразном состоянии HX являются ковалентными соединениями, однако в водном растворе они (за исключением HF) становятся сильными кислотами. Объясняется это тем, что молекулы воды эффективно оттягивают водород от галогена. Все кислоты хорошо растворимы в воде благодаря гидратации: HX + H2O -> H3O+ + X

HF более склонен к комплексообразованию, чем другие галогеноводороды. Заряды на H и F так велики, а эти атомы так малы, что происходит образование HX-ассоциатов типа полимеров состава (HF)x, где x і 3. В таком растворе диссоциация под действием молекулы воды идет не более чем на несколько процентов от общего количества ионов водорода. В отличие от других галогеноводородов фтороводород активно реагирует с SiO2 и силикатами, выделяя газообразный SiF4. Поэтому водный раствор HF (плавиковая кислота ) используют в травлении стекла и хранят не в стеклянной, а в парафиновой или полиэтиленовой посуде. Чистый HF кипит чуть ниже комнатной температуры (19,52° С), поэтому его хранят в виде жидкости в стальных цилиндрах. Водный раствор HCl называют соляной кислотой. Насыщенный раствор, содержащий 36% (масс.) HCl, широко используют в химической промышленности и лабораториях

1. Хлорная вода. Получение, свойства, применение.

Хлорная вода — водный раствор хлора. Содержит молекулы хлора (Cl₂), хлорноватистую кислоту (HClO) и хлороводород (HCl). Хлорноватистая кислота и хлороводород образуются по реакции диспропорцинирования:

Получают в хлораторе, путем насыщения воды газообразным хлором

Свойства: Сильный окислитель, прежде всего благодаря образованию атомарного кислорода в момент выделения.

Применение: Используется для обеззараживания воды в бассейнах способом хлорирования, очень слабый раствор хлора в питьевой воде обеспечивает ее обеззараживания без нанесения большого ущерба здоровью.

1. Хлорная известь. Получение, свойства, применение.

Хло́рная и́звесть Ca(Cl)OCl — смесь гипохлорита, хлорида и гидроксида кальция. Относится к так называемым смешанным солям.

Получают взаимодействием хлора с гашеной известью (гидроксидом кальция):

.

Реально продукт, получаемый хлорированием гидроксида кальция, является смесью соединений, образованных молекулами Ca(OCl)₂, CaCl₂, Ca(OH)₂ и кристаллизационной воды. Формально его состав выражают формулой Ca(Cl)OCl.

Свойства: На воздухе хлорная известь медленно разлагается по схеме:

.

, термическое разложение

Применение: Широко используется для отбеливания и дезинфекции.

1. Кислородсодержащие кислоты галогенов. Изменение их силы и окислительной способности. Соли кислородсодержащих кислот. Применение.

Кислородсодержащие соединения галогенов. Все галогены, кроме фтора, могут образовывать соединения, в которых они обладают положительной степенью окисления. Наиболее важными из таких соединений являются кислородсодержащие кислоты галогенов типа НСlO_n (n = 1— 4) и соответствующие им соли и ангидриды.

Рассмотрим структурные формулы этих кислот:

Хлорноватистая

Хлористая

Хлорноватая

Хлорная

Для диссоциации по кислотному типу необходим разрыв связи О—Н. Как можно объяснить уменьшение прочности этой связи в ряду НСlO — HClO₂ — НClO₃ — НClO₄? В этом ряду увеличивается число атомов кислорода, связанных с центральным атомом хлора. Каждый раз, когда образуется новая связь кислорода с хлором, от атома хлора, а следовательно, и от первичной связи О—С1 оттягивается некоторая доля электронной плотности. В результате этого часть электронной плотности оттягивается и от связи О—Н, которая за счет этого ослабляется.

Характерная закономерность — усиление кислотных свойств с возрастанием степени окисления центрального атома.

Из солей кислородсодержащих кислот хлора наибольшее значение имеют бертолетова соль (хлорат калия) КсlO₃ и хлорная (“белильная”) известь. В лабораторной практике КClO₃ широко используется для получения О₂ (в присутствии MnO₂ в качестве катализатора).

Хлорную известь получают действием хлора на гидроксид кальция (“гашеную известь”):

Получаемую смесь называют хлорной известью. Если формально просуммировать состав хлорной извести, то его можно выразить как CaOCl₂. Таким образом, хлорная известь представляет собой смешанную соль — хлорид-гипохлорит кальция.

Галогениды. Хлорид натрия (другие названия: каменная соль, поваренная соль, галит) NaCl является приправой к пище, служит сырьем для получения гидроксида натрия, хлора, соляной кислоты, соды и др.; используется для консервирования пищевых продуктов. Хлорид калия КСl — ценное калийное удобрение. Хлорид цинка ZnCl₂ используется для пропитки древесины в целях предохранения от гниения; применяется также при паянии для смачивания поверхности металла (устраняет пленку оксида и припой хорошо пристает к металлу); известны кристаллогидраты ZnCl₂ Ч nН₂О. Хлорид бария BaCl₂ — ядовитое вещество, применяемое для борьбы с вредителями сельского хозяйства (свекловичным долгоносиком, луговым мотыльком и др.). Хлорид кальция CaCl₂ (безводный) — широко применяется для осушки газов (при этом образуется кристаллогидрат соли СаСl₂ Ч 6Н₂O) и в медицине. Хлорид алюминия АlCl₃ (безводный) часто используется как катализатор при органических синтезах. Хлорид ртути (II), или сулема, HgCl₂ — сильный яд; очень разбавленные растворы соли применяются как сильнодействующее дезинфицирующее средство; используется также для протравливания семян, дубления кожи, в органическом синтезе. Хлорид серебра AgCl — малорастворимая соль, используется в фотографии.

1. Общая характеристика подгруппы кислорода.

В подгруппу кислорода входит пять элементов: кислород, сера, селен, теллур и полоний (радиоактивный металл). Это р-элементы VI группы периодической системы Д.И.Менделеева. Они имеют групповое название – халькогены, что означает «образующие руды».

Дата добавления: 2015-04-24