Halogeny – maturitní otázka (2)

 

   Otázka: Halogeny

   Předmět: Chemie

   Přidal(a): annie.ko

 

 

HALOGENY

• prvky 17. (VII.A) skupiny – p⁵ prvky
• 7 valenčních elektronů (ns² np⁵)
• souhrnná značka X

 

OXIDAČNÍ ČÍSLA

• s vodíkem nebo s s-prvky vždy – I
• dále pak +I, +III, +V, +VII
• fluor má pouze – I

 

VLASTNOSTI

• tvoří dvouatomové molekuly X₂ ve všech skupenstvích
• všechny halogeny dráždivé a jedovaté
• vysoká elektronegativita a oxidační účinky, velmi reaktivní (s rostoucím protonovým číslem klesá elektronegativita a schopnost tvořit anionty X^–)
• teplota tání a teplota varu pravidelně stoupá od fluoru k jodu
• kromě jodu dobrá rozpustnost v nepolárních rozpouštědlech
• stálejší elektronovou konfiguraci následujícího vzácného plynu získají přijetím elektronu a vytvořením halogenidového aniontu X-, nebo vytvořením jedné kovalentní vazby
• halogen s nižším Z vytěsňuje z molekuly halogen s vyšším Z: Cl₂ + 2 KI → 2 KCl + I₂

FLUOR

• zelenožlutý plyn
• má ze všech prvků nejvyšší elektronegativitu
• nejtypičtější nekov

CHLOR

• žlutozelený plyn
• typický zápach

BROM

• červenohnědá žíravá kapalina

JOD

• šedá pevná látka
• rychle sublimuje na fialové páry
• ochotně rozpustný v roztoku jodidu draselného za vzniku Lugolova roztoku

ASTAT

• radioaktivní pevná látka
• krátký poločas rozpadu
• málo prozkoumaný

 

VÝSKYT

• pro svou reaktivitu jsou známy pouze ve sloučeninách
• v přírodě se vyskytují převážně jako halogenidy
• fluor, chlor a jod jsou biogenní prvky (ryby, řasy)

FLUOR

• nejčastěji součástí minerálů, např. kazivec CaF₂, kryolit Na₃AlF₆
• také součástí kostí a zubní skloviny

CHLOR

• nejčastěji v minerálech, např. halit (sůl kamenná) NaCl, sylvín KCl, karnalit KCl · MgCl₂ 6 H₂O
• dále obsažen v krevní plazmě a v žaludečních šťávách

BROM

• v malém množství doprovází sloučeniny chloru
• obsažen v mořské vodě, chaluhách a slaných jezerech

JOD

• obsažen v mořské vodě
• tvoří součást hormonu štítné žlázy

 

PŘÍPRAVA

• oxidace halogenvodíků nebo halogenidů silnými oxidačními činidly)
  • 2 KMnO₄ + 16 HCl → 5 Cl₂ + 2 MnCl₂ + 2 KCl + 8 H₂O
  • K₂Cr₂O₇ + 14 HCl → 3 Cl₂ + 2 CrCl₃ + 2 KCl + 7 H₂O

 

VÝROBA

• elektrolýza roztoků (nebo tavenin) jejich solí → vylučují se na anodě (oxidace halogenidů)

NaCl → Na⁺ + Cl^– (vodný roztok) + vedlejší produkt NaOH

anoda: 2 Cl^– – 2e^– → Cl₂

katoda: 2 H⁺ + 2 x 1e^– → H₂

 

2 NaCl → 2 Na + Cl₂ (tavenina)

anoda: 2 Cl^– – 2e^– → Cl₂

katoda: Na⁺ + 1e^– → Na

 

POUŽITÍ

FLUOR

• výroba freonů a plastů (teflon)

CHLOR

• výroba plastů (PVC)
• bělicí a desinfekční prostředek (nejběžnější pro desinfekci vody)

BROM

• výroba léčiv, barev a fotografického materiálu

JOD

• výroba léčiv a barev
• jodová tinktura (5% ethanolový roztok jodu)

 

REAKCE

• halogeny s slučují s většinou kovů i nekovů na halogenidy, reakcí s vodíkem vznikají halogenovodíky
• stálost aniontů X^– klesá s rostoucím protonovým číslem → lehčí halogen vytěsňuje (nahrazuje) ze sloučenin těžší halogen: Cl₂ + 2 KI → 2 KCl + I₂
• halogenace = začlenění halogenu do molekuly

 

REAKCE HALOGENŮ S VODOU

FLUOR

• reaguje s vodou prudce a oxiduje ji na kyslík

F₂ + H₂O → 2 HF + O

CHLOR

• rozpouští se ve vodě na chlorovou vodu, která se často užívá k oxidacím
• reaguje s vodou pomalu a vzniká kyselina chlorovodíková a kyselina chlorná

Cl₂ + H₂O → HCl + HClO

HClO → HCl + O

• kyselina chlorná se rozkládá a uvolňuje se atomový kyslík (biradikál se dvěma nepárovými elektrony) → má oxidační a dezinfekční (bakteriocidní) účinky
• tato reakce probíhá i při chlorování pitné vody (dezinfekce)
• za studena vznikají chlornany, za tepla chlorečnany

BROM

• rozpouští se ve vodě na jodovou vodu → užívá se k oxidacím a k důkazu násobné vazby v organických sloučeninách

JOD

• rozpouští se ve vodě velmi málo
• jeho vodný roztok s KI (Lugolův roztok) se používá k důkazu škrobu modrofialová barva
• ethanolový roztok jodu (jodová tinktura) se používá k dezinfekci kůže

 

BEZKYSLÍKATÉ SLOUČENINY HALOGENŮ

HALOGENOVODÍKY

• dvouprvkové sloučeniny vodíku a halogenu s obecným vzorcem HX
• bezbarvé, štiplavě páchnoucí, snadno zkapalnitelné plyny (jedovaté)
• v molekulách H–X je jedna kovalentní vazba, její polarita klesá od HF k HI
• vznik:
  • přímou syntézou halogenů s vodíkem: X₂ + H₂ → 2 HX
  • reakcí halogenidu sodného s kyselinou sírovou: NaX + H₂SO₄ → NaHSO₄ + HX
• dobře se rozpouštějí ve vodě → vznikají halogenovodíkové kyseliny (jejich síla roste od HCl k HI)
• kyselina bromovodíková a jodovodíková jsou na vzduchu nestálé a uvolňují brom nebo jod

 

KYSELINA FLUOROVODÍKOVÁ (HF)

• bezbarvá, dýmající kapalina se silně leptavými účinky
• velmi slabá
• leptá sklo (reakce s SiO₂) → musí se uchovávat v plastových lahvích
• rozpouští většinu kovů s výjimkou zlata a kovů platinové skupiny

 

KYSELINA CHLOROVODÍKOVÁ (HCl) (tech. název – kyselina solná)

• těkavá bezbarvá kapalina, velmi silná žíravina
• směs koncentrované kyseliny chlorovodíkové a dusičné v objemovém poměru 3:1 → lučavka královská rozpouští i ušlechtilé kovy (zlato, platina)
• funguje jako aktivátor žaludečního enzymu pepsinu, denaturuje bílkoviny a zabíjí bakterie v potravě (pokud dojde k porušení slizového krytu žaludeční stěny, vznikne žaludeční vřed)
• je vylučována trávicím traktem všech savců, ve dvanáctníku je však neutralizována
• využívá se v geologii a paleontologii k detekci vápence (CaCO₃) a jako čisticí prostředek (bazény)
• významná surovina chemického průmyslu

 

HALOGENIDY

• soli halogenovodíkových kyselin
• převážně dobře rozpustné ve vodě x výjimky: AgCl, Hg2Cl2, PbCl (za laboratorní teploty nerozpustný za vyšší ano)
• připravují se např.:
  • přímou syntézou prvků: 2 Fe + 3 Cl2 → 2 FeCl3
  • reakcí halogenovodíkových kyselin s neušlechtilými kovy, oxidy a hydroxidy kovů:
    • Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂ nebo KOH + HCl → KCl + H₂O
• halogenidové anionty se často uplatňují jako ligandy v koordinačních sloučeninách např. [Co(NH3)3Cl3] – triamo-trichlorokobaltitý komplex
• a) iontové
  • sloučeniny halogenů s prvky s nízkou elektronegativitou (typické kovy)
  • mají vysokou teplotu tání a teplotu varu
  • v roztoku/tavenině vedou elektrický proud
  • př. NaCl, KBr
• b) polymerní (s atomovou strukturou)
  • sloučeniny halogenů a kovů ze střední části PSP
  • spojeny kovalentními vazbami do řetězců nebo vrstev
  • mají nižší teplotu tání a teplotu varu
  • př. CoCl₂
• c) molekulové halogenidy
  • sloučeniny halogenu s nekovem nebo polokovem
  • spojeny kovalentními vazbami do molekul
  • snadno těkají, často tekuté
  • př. PCl₅

 

CHLORID SODNÝ (NaCl) (halit, sůl kamenná, kuchyňská sůl)

• pevná krystalická bezbarvá/bílá látka
• vyskytuje se rozpuštěný v mořské vodě a na místech, kde v geologické minulosti došlo k vysušení moře (USA, Polsko, Německo)
• důležitá surovina pro potravinářský průmysl (dochucování, konzervace masa atd.) a pro chemický
• průmysl (výroba sodíku, jedlé sody, chloru)
• využívá se ve zdravotnictví ve formě 0,9% roztoku – tzv. fyziologický roztok (infuze atd.)
• další zásadní význam má NaCl při zimní údržbě silnic (posypová sůl)

 

CHLORID DRASELNÝ (KCl) (sylvín)

• bílá krystalická látka slané chuti, dobře rozpustná ve vodě
• používá se k výrobě draselných hnojiv a k výrobě elementárního draslíku
• využívá se jako látka zastavující srdce při popravách v USA

 

KYSLÍKATÉ SLOUČENINY HALOGENŮ

• fluor nemůže excitovat → kyslíkaté sloučeniny netvoří

 

OXIDY

• velmi reaktivní, nestálé
• nejstálejší je krystalický oxid jodičný I₂O₅
• oxid chloričitý ClO₂ se používá pro bělení buničiny a jako desinfekce pitné vody

 

OXOKYSELINY

• stálejší než oxidy, ale obvykle existují pouze ve vodných roztocích
• v bezvodém stavu existuje pouze kyselina chloristá HClO₄ a kyselina jodičná HIO₃ a pentahydrogenjodistá H₅IO₆ (pevné látky)
• soli oxokyselin halogenů jsou pevné krystalické látky
• s rostoucím oxidačním číslem roste síla oxokyselin, ale klesá jejich oxidační schopnost

 

KYSELINA CHLORNÁ (HClO)

• velmi slabá a nestálá kyselina, silné oxidační činidlo
• její soli se nazývají chlornany
  • směs chloridu a chlornanu sodného se používá k bělení jako tzv. bělicí louh rovnice
  • směs chloridu a chlornanu vápenatého se používá jako bělicí a desinfekční prostředek jako tzv. chlorové vápno rovnice pouze za studena vyšší teplota chlorečnany

 

KYSELINA CHLOREČNÁ (HClO₃)

• silná, nestálá kyselina, silné oxidační činidlo
• její soli chlorečnany se používají k výrobě výbušnin a zápalek

 

KYSELINA CHLORISTÁ (HClO₄)

• bezbarvá olejovitá kapalina
• jedna z nejsilnějších anorganických kyselin
• její soli chloristany se používají v pyrotechnice (chloristan draselný a amonný)