Halogen

ChemicalEdit

The halogens show trends in chemical bond energy moving from top to bottom of the periodic table column with fluorine deviating slightly. It follows a trend in having the highest bond energy in compounds with other atoms, but it has very weak bonds within the diatomic F2 molecule. This means that further down group 17 in the periodic table, the reactivity of elements decreases because of the increasing size of the atoms.

Halogens are highly reactive, and as such can be harmful or lethal to biological organisms in sufficient quantities. This high reactivity is due to the high electronegativity of the atoms due to their high effective nuclear charge. Because the halogens have seven valence electrons in their outermost energy level, they can gain an electron by reacting with atoms of other elements to satisfy the octet rule. Fluorine is the most reactive of all elements; it is the only element more electronegative than oxygen, it attacks otherwise-inert materials such as glass, and it forms compounds with the usually inert noble gases. It is a corrosive and highly toxic gas. A fluor reakcióképessége olyan mértékű, hogy ha laboratóriumi üvegedényekben használják vagy tárolják, kis mennyiségű víz jelenlétében reakcióba léphet az üveggel, és szilícium-tetrafluoridot (SiF4) képezhet. Ezért a fluort olyan anyagokkal kell kezelni, mint a teflon (amely maga is fluororganikus vegyület), rendkívül száraz üveg, vagy olyan fémek, mint a réz vagy az acél, amelyek felületén fluorid védőréteg képződik.

A fluor nagy reakcióképessége lehetővé teszi a lehető legerősebb kötéseket, különösen a szénnel. A teflon például szénnel kötött fluorból áll, és rendkívül ellenálló a termikus és kémiai támadásokkal szemben, valamint magas olvadáspontja van.

MolekulákSzerkesztés

Kétatomos halogénmolekulákSzerkesztés

A halogének homonukleáris kétatomos molekulákat alkotnak (az asztatin esetében nem bizonyított).A viszonylag gyenge intermolekuláris erők miatt a klór és a fluor az “elemi gázok” néven ismert csoportba tartozik.

halogen	molecule	structure	model	d(X−X) / pm (gas phase)	d(X−X) / pm (solid phase)
fluorine	F2
chlorine	Cl2
bromine	Br2
iodine	I2

The elements become less reactive and have higher melting points as the atomic number increases. The higher melting points are caused by stronger London dispersion forces resulting from more electrons.

CompoundsEdit

Hydrogen halidesEdit

All of the halogens have been observed to react with hydrogen to form hydrogen halides. A fluor, a klór és a bróm esetében ez a reakció a következő formában megy végbe:

H2 + X2 → 2HX

A hidrogén-jodid és a hidrogén-asztatid azonban vissza tud hasadni alkotóelemeire.

A hidrogén-halogén reakciók a nehezebb halogének felé haladva fokozatosan egyre kevésbé reaktívak. A fluor-hidrogén reakció még sötétben és hidegben is robbanásveszélyes. A klór-hidrogén reakció szintén robbanékony, de csak fény és hő jelenlétében. A bróm-hidrogén reakció még kevésbé robbanékony; csak láng hatására robbanékony. A jód és az asztatin csak részben reagál hidrogénnel, egyensúlyi reakciót képezve.

Minden halogén bináris vegyületeket alkot a hidrogénnel, amelyeket hidrogénhalogenideknek nevezünk: hidrogén-fluorid (HF), hidrogén-klorid (HCl), hidrogén-bromid (HBr), hidrogén-jodid (HI) és hidrogén-asztatid (HAt). Mindezek a vegyületek vízzel keverve savakat képeznek. A hidrogén-fluorid az egyetlen hidrogénhalogenid, amely hidrogénkötéseket képez. A sósav, a brómsav, a hidrogén-jódsav és a hidrosztatikus sav mind erős savak, a hidrogén-fluorid azonban gyenge sav.

A hidrogén-halogenidek mindegyike irritáló hatású. A hidrogén-fluorid és a hidrogén-klorid erősen savas. A hidrogén-fluoridot ipari vegyi anyagként használják, és erősen mérgező, tüdőödémát okoz és károsítja a sejteket. A hidrogén-klorid szintén veszélyes vegyi anyag. Az ötven ppm-nél több hidrogén-kloridot tartalmazó gáz belélegzése az embereknél halált okozhat. A hidrogén-bromid még mérgezőbb és irritálóbb, mint a hidrogén-klorid. A harminc ppm-nél több hidrogén-bromidot tartalmazó gáz belélegzése halálos lehet az emberre nézve. A hidrogén-jodid a többi hidrogén-halogenidhez hasonlóan mérgező.

FémhalogenidekSzerkesztés

Minden halogénről ismert, hogy nátriummal reagálva nátrium-fluoridot, nátrium-kloridot, nátrium-bromidot, nátrium-jodidot és nátrium-asztatidot képez. A felmelegített nátrium halogénekkel való reakciója élénk narancssárga lángot eredményez. A nátrium reakciója klórral a következő formában megy végbe:

2Na + Cl2 → 2NaCl

A vas fluorral, klórral és brómmal reagálva vas(III)-halogenideket képez. Ezek a reakciók a következő formában mennek végbe:

2Fe + 3X2 → 2FeX3

Ha azonban a vas jóddal reagál, akkor csak vas(II)-jodid képződik.

Fe+I2→FeI2

A vasgyapot még hidegben is gyorsan reagálhat fluorral, és a fehér vas(III)-fluorid vegyületet alkotja. Ha a klór érintkezik a felhevített vassal, reakcióba lépnek, és a fekete vas(III)klorid keletkezik. Ha azonban a reakció körülményei nedvesek, ez a reakció ehelyett vörösesbarna terméket eredményez. A vas brómmal is reagálhat, és vas(III)brómid keletkezik. Ez a vegyület száraz körülmények között vörösesbarna színű. A vas brómmal való reakciója kevésbé reaktív, mint a fluorral vagy klórral való reakciója. A forró vas jóddal is reagálhat, de ekkor vas(II)-jodid képződik. Ez a vegyület szürke lehet, de a reakció mindig jódfelesleggel szennyezett, így ez nem ismert biztosan. A vas reakciója a jóddal kevésbé erőteljes, mint a könnyebb halogénekkel.

Interhalogénvegyületek szerkesztése

Az interhalogén vegyületek XYn alakúak, ahol X és Y halogének, n pedig egy, három, öt vagy hét. Az interhalogén vegyületek legfeljebb két különböző halogént tartalmaznak. A nagy interhalogéneket, mint például a ClF3, egy tiszta halogén és egy kisebb interhalogén, például ClF reakciójával lehet előállítani. Az IF7 kivételével minden interhalogén előállítható tiszta halogének közvetlen összekapcsolásával különböző körülmények között.

Az interhalogének általában reaktívabbak, mint az összes kétatomos halogénmolekula az F2 kivételével, mivel az interhalogénkötések gyengébbek. Az interhalogének kémiai tulajdonságai azonban még mindig nagyjából megegyeznek a kétatomos halogénekével. Sok interhalogén egy vagy több fluoratomból áll, amely egy nehezebb halogénhez kötődik. A klór akár 3 fluoratomhoz, a bróm akár öt fluoratomhoz, a jód pedig akár hét fluoratomhoz is kapcsolódhat. A legtöbb interhalogén vegyület kovalens gáz. Néhány interhalogén azonban folyadék, mint például a BrF3, és sok jódtartalmú interhalogén szilárd anyag.

Organohalogén vegyületek Szerkesztés