Элементы VIIА группы

Элементы VIIА группы носят групповое название галогены. Общая электронная формула валентного уровня атомов галогенов – ns²np⁵. Электроотрицательность элементов уменьшается от фтора к астату.

Все галогены в свободном виде построены из двухатомных молекул и являются типичными неметаллическими простыми веществами. Из них фтор и хлор – газы, бом – жидкость, йод – твердое вещество.

Окислительная способность простых веществ уменьшается от фтора к йоду, фтор – самый сильный окислитель. Изменение окислительных свойств галогенов проявляется в реакциях:

Cl₂ + 2KBr = Br₂↑ + 2KCl (кипячение)

I₂ + 2KBrО₃ = Br₂ + 2KClO₃

где галоген с меньшим порядковым номером всегда вытесняет галоген с большим порядковым номером из бескислородных солей последнего. Для кислородсодержащих солей наблюдается обратное.

Фтор – от греч. фторос (разрушающий); по разъедающему действию фтора на стекло. Лат. Fluorum (F) – от флуор (текучесть); по использованию в металлургии минерала флюорит в качестве плавня (флюса), понижающего температуру плавки.

Открыт К.-В. Шееле в 1771 г. При обработке минерала флуорит СаF₂ серной кислотой (СаF₂ + H₂SО₄ = СаSО₄ ↓+ 2НF) он выделил НF в виде водного раствора (плавиковая кислота). В свободном виде фтор получили ввиду его агрессивности лишь сто лет спустя (А.Муассан, 1886). Наличие фтора в зубной эмали установлено в конце 18в. Промышленная химия фтора (особенно его органических соединений и полимеров) получила развитие только во 2-й половине 20в.

1.Нахождение в природе.

Содержание фтора в земной коре составляет 0,065%. В свободном состоянии не встречается. Важнейшими минералами, содержащими фтор, являются флуорит СаF₂ (плавиковый шпат) и фторапатит 3Са₃(РО₄)₂*СаF₂.

2. Получение.

Фтор получают электролизом расплава КF*НF (при 250°С) или КF*2НF (при 100°С). Процесс проводят в медных или стальных электролизерах, катоды – медные или стальные, аноды – угольные.

Аппараты и коммуникации для работы со фтором обычно изготавливают из меди или никеля. Никель является наиболее стойким по отношению к фтору металлом.

3.Физические свойства.

Фтор – светло-желтый газ с резким, очень неприятным запахом, т.пл. - 219°С, т.кип. - 188°С. Фтор и его соединения сильно ядовиты (исключение СF₄ , SF₆).

4. Химические свойства.

В соединениях степень окисления фтора равна -1, т.е. все соединения фтора являются фторидами.

Являясь сильнейшим окислителем, фтор энергично реагирует со всеми простыми веществами за исключением кислорода, гелия, неона и аргона. Криптон взаимодействует со фтором при электрическом заряде. Ксенон горит в атмосфере фтора ярким пламенем, при этом образуется XeF₄ и другие фториды ксенона. В атмосфере фтора горят даже такие негорючие в обычном понимании вещества, как асбест и вода. В соединениях с фтором элементы часто проявляют высшие степени окисления.

Исключительная химическая активность фтора обусловлена, с одной стороны, большой прочностью образуемых ими связей, так, энергия связи Е и(Н-F) = 566, Е (Si-F) = 582 кДж/моль, с другой стороны, низкой энергией связи в молекуле фтора Е (F-F) = 151 кДж/моль. Большая энергия связей фтора с элементами является следствием значительной электроотрицательности фтора и малого размера его атома. Низкое значение энергии связи в молекуле фтора, по-видимому, объясняется сильным отталкиванием электронных пар, находящихся на π-орбиталях, обусловленных малой длиной связи F-F. Благодаря малой энергии связи молекулы фтора легко диссоциируют на атомы.

Реакции с фтором водородсодержащих веществ (H₂O, H₂, NH₃, B₂H₆, SiH₄, AlH₃ и др.) сопровождаются образованием НF:

2 NH₃ + 3F₂ = 6HF + N₂

реакция протекает в газовой фазе при высокой температуре.

С водой фтор взаимодействует очень энергично:

2Н₂О + 2F₂ = 4HF + О₂

Кроме кислорода образуются также озон и ОF₂.

Фторид кислорода можно получить и по реакции:

2F₂ + 2КОН_(разб.) = 2КF + ОF₂ + Н₂О

Фтороводород растворяя в воде образует плавиковую кислоту. Важная особенность этой кислоты – способность к взаимодействию с оксидом кремния (IV):

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2Н₂О

Поэтому она разъедает стекло, и ее хранят в сосудах из парафина, каучука, полиэтилена или свинца.

5.Применение.

Фтор используют для фторирования органических соединений, синтеза различных хладоагентов (фреонов), получения фторопластов, в частности тефлона, образующегося при полимеризации тетрафторэтилена. Это хороший материал при лабораторных исследованиях, для изготовления аппаратуры в производстве особо чистых веществ. В технике используют фторосодержащие смазки.

Плавиковая кислота используется для удаления песка с металлического литья и для травления стекла, для разложения силикатов в химическом анализе.

Фтор и его соединения являются окислителями ракетных топлив.

Различные фторсодержащие соединения применяются для борьбы с вредителями сельского хозяйства.

ВF₃ (активная кислота Льюиса) применяется как катализатор во многих органических синтезах.

Дата добавления: 2014-01-05