Галогены в химии: что это, их характеристики и свойства, примеры

Галогены – элементы, находящиеся в VIIA группе. Они взаимодействуют со многими неорганическими и органическими соединениями. К ним относятся:

• фтор F;
• хлор Cl;
• бром Br;
• йод I;
• астат At.

Галогены широко распространены в природных условиях.

Строение галогенов

На наружном уровне галогенов располагается шесть спаренных и один неспаренный электрон. До устойчивого состояния элементам недостает одного электрона, поэтому они относятся к сильным окислителям. Молекулы галогенов состоят из двух атомов.

У галогенов в соединениях, как правило, отрицательная степень окисления:

• KCl^-;


• NaCl^-;


• CaCl₂^- и др.

В некоторых соединениях для них характерна положительная степень окисления:

• Cl₂⁺¹O;


• Cl₂⁺⁷O₇;


• KCl⁺⁵O₃ и др.

Фтор – самый электроотрицательный элемент, который окисляет даже кислород. Таким образом, существует фторид кислорода OF₂.

Закономерности галогенов

Для получения галогенов в свободном состоянии, необходимо оценить способность ионов к окислению. В ряду F-Cl-Br-I увеличивается атомный радиус. Значит, иону сложнее удерживать электроны и, таким образом, окислительные свойства в ряду уменьшаются.  

В ряду F-Cl-Br-I уменьшается электроотрицательность. Следовательно, фтор – самый активный элемент. У него самый маленький атомный радиус, поэтому он активно притягивает к себе электроны.

Физические свойства

Для галогенов характерна молекулярная решетка. С этим связаны низкие температуры плавления и кипения, которые по мере увеличения атомной массы повышаются.

В ряду химических элементов F-Cl-Br-I повышается плотность вещества. В нормальных условиях галогены выглядят следующим образом:

• фтор – светло-желтый газ;


• хлор – желто-зеленый газ;


• бром – оранжевая жидкость;


• йод – темно-фиолетовые кристаллы.

Галогены ядовиты и издают неприятный аромат. Они практически не растворимы в воде. Только фтор может реагировать с водой.

2F₂ + 2H₂O → 4HF + O₂

Способы получения

Получение хлора

В промышленности хлор получают путем электролиза.

1. Электролиз расплава хлорида натрия
   • 2 NaCl → 2Na + Cl₂
   • К (-): Na+ + 1 e → Na⁰
   • А (+): 2 Cl- - 1 e → Cl₂⁰


2. Электролиз раствора хлорида натрия
   • 2NaCl + 2H₂O → H₂ + 2NaOH + Cl₂
   • К (-): 2H₂O + 2 e → H₂⁰ + 2OH^-
   • А (+): 2Cl^- - 1 e → Cl₂⁰

В лаборатории хлор получают при реакции соляной кислоты и сильных окислителей.

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Получение фтора

Фтор получают с помощью электролиза расплава.

2KHF₂ → 2K + H₂ + 2F₂

Получение брома

Бром получают с помощью окисления.

2HBr + Cl₂ → Br₂ + 2HCl

Получение йода

Йод получают с помощью окисления.

2KI + Cl₂ → I₂ + 2KCl

Химические свойства

Галогены – окислители, которые реагируют с металлами и неметаллами.

1. С серой
   • S + Cl₂ → SCl₂


2. С фосфором
   • 2Р + 3Cl₂ → 2РCl₃
   • 2Р + 5Cl₂ → 2РCl₅


3. С углеродом
   • 2F₂ + C → CF₄


4. С металлами
   • 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ Для ряда химических элементов F-Cl-Br характерно образование галогенидов железа (III), а для йода — железа (II). При реакциях с медью продукты аналогичны.


5. С водородом
   • F₂ + Н₂ → 2НF


6. С галогенами (более активные вытесняют менее активные галогены)
   • Cl₂ + F₂ → 2ClF

В реакциях со сложными веществами галогены ведут себя как окислители.

1. С водой
   • Cl₂ + H₂O ↔ HCl + HClO 
   • Cl₂ + 6H₂O ↔ 5HCl + HClO₃  
2. Со щелочами
   • Cl₂ + 2NaOH_{холодная} → NaCl + NaClO + H₂O
   • 3Cl₂ + 6NaOH_{горячая} → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O
3. С солями
   • Cl₂ + 2NaI → 2NaCl + I₂

Применение галогенов

Костная ткань и зубная эмаль включают соединения фтора. При недостатке фтора зубная эмаль разрушается. В состав плазмы крови входят различные хлориды. Соединения брома регулируют процессы торможения и возбуждения нервной системы. Йод регулирует работу щитовидной железы, а также контролирует обмен веществ.

Фторид кислорода используется в производстве ракетного топлива. Соединения фтора входят в состав зубных паст. С помощью молекулярного хлора обеззараживают воду, а также используют для отбеливания тканей, бумаги, древесины. Поваренная соль – хлорид натрия, который добавляется в пищу. А хлорид калия применяется в качестве удобрения.