Плавиковая кислота способна гравировать стекло и некоторые неорганические фториды длительное время.
Может показаться нелогичным, что HF является самой слабой галогенводородной кислотой, так как фтор обладает самой высокой электроотрицательностью. Тем не менее связь Н-F очень сильна, в результате чего кислота очень слабая. Сильная связь определяется короткой длиной связи и большой энергией диссоциации. Из всех галогенидов водорода HF имеет самую короткую длину связи и самую большую энергию диссоциации связи.
Галогенные оксокислоты
Галогенные оксокислоты представляют собой кислоты с атомами водорода, кислорода и галогена. Их кислотность может быть определена с помощью анализа структуры. Галогенные оксокислоты приведены ниже:
- Хлорноватистая кислота HOCl.
- Хлористая кислота HClO 2 .
- Хлорноватая кислота HClO 3 .
- Хлорная кислота HClO 4 .
- Бромноватистая кислота HOBr.
- Бромноватая кислота HBrO 3 .
- Бромная кислота HBrO 4 .
- Иодноватистая кислота HOI.
- Йодноватая кислота HIO 3 .
- Метайодная кислота HIO4, H5IO6.
В каждой из этих кислот протон связан с атомом кислорода, поэтому сравнение длин связей протонов здесь бесполезно. Доминирующую роль здесь играет электроотрицательность. Активность кислотны возрастает с увеличением числа атомов кислорода, связанный с центральным атомом.
Внешний вид и состояние вещества
Основные физические свойства галогенов кратко можно выразить в следующей таблице.
Состояние вещества (при комнатной температуре)
| Галоген
| Внешний вид
|
|
| фиолетовый
|
|
|
|
|
| красно-коричневый
|
газообразное
|
| бледно-жёлто-коричневый
|
|
| бледно-зелёный
|
Объяснение внешнего вида
Цвет галогенов является результатом поглощения видимого света молекулами, что вызывает возбуждение электронов. Фтор поглощает фиолетовый свет, и, следовательно, выглядит светло-жёлтым. Йод, наоборот, поглощает жёлтый свет и выглядит фиолетовым (жёлтый и фиолетовый - дополняющие цвета). Цвет галогенов становится темнее с ростом периода.
В закрытых ёмкостях жидкий бром и твёрдый йод находятся в равновесии со своими парами, которые можно наблюдать в виде цветного газа.
Хотя цвет астата неизвестен, предполагается, что он должен быть темнее йода (т. е. черным) в соответствии с наблюдаемой закономерностью.
Теперь, если вас попросят: «Охарактеризуйте физические свойства галогенов», вам будет что сказать.
Степень окисления галогенов в соединениях
Степень окисления часто используется вместо понятия "валентность галогенов". Как правило, степень окисления равна -1. Но если галоген связан с кислородом или другим галогеном, он может принимать другие состояния: СО кислорода -2 имеет приоритет. В случае двух различных атомов галогена, соединенных вместе, более электроотрицательный атом превалирует и принимает СО -1.
Например, в хлориде йода (ICl) хлор имеет СО -1, и йод +1. Хлор является более электроотрицательным, чем йод, поэтому его СО равна -1.
В бромной кислоте (HBrO 4) кислород обладает СО -8 (-2 х 4 атома = -8). Водород имеет общую степень окисления +1. Сложение этих значений даёт СО -7. Так как конечное СО соединения должно быть нулевым, то СО брома равна +7.
Третьим исключением из правила является степень окисления галогена в элементарной форме (X 2), где его СО равна нулю.
Галоген
| СО в соединениях
|
|
|
| 1, +1, +3, +5, +7
|
| 1, +1, +3, +4, +5
|
|
|
| 1, +1, +3, +5, +7
|
Почему СО фтора всегда -1?
Электроотрицательность увеличивается с ростом периода. Поэтому фтор имеет самую высокую электроотрицательность из всех элементов, что подтверждается его положением в периодической таблице. Его электронная конфигурация 1s 2 2s 2 2p 5 . Если фтор получает еще один электрон, крайние р-орбитали полностью заполнены и составляют полный октет. Поскольку фтор имеет высокую электроотрицательность, он может легко отобрать электрон у соседнего атома. Фтор в этом случае изоэлектронен инертному газу (с восемью валентными электронами), все его внешние орбитали заполнены. В таком состоянии фтор гораздо более стабилен.
Получение и применение галогенов
В природе галогены находятся в состоянии анионов, поэтому свободные галогены получают методом окисления путём электролиза или с помощью окислителей. Например, хлор вырабатывается гидролизом раствора поваренной соли. Применение галогенов и их соединений многообразно.
- Фтор
. Несмотря на то что фтор очень реактивен, он используется во многих областях промышленности. Например, он является ключевым компонентов политетрафторэтилена (тефлона) и некоторых других фторполимеров. Хлорфторуглероды представляют собой органические которые ранее использовались в качестве хладагентов и пропеллентов в аэрозолях. Их применение прекратилось из-за возможного их воздействия на окружающую среду. Их заменили гидрохлорфторуглероды. Фтор добавляют в зубную пасту (SnF 2) и питьевую воду (NaF) для предотвращения разрушения зубов. Этот галоген содержится в глине, используемой для производства некоторых видов керамики (LiF), используется в ядерной энергетике (UF 6), для получения антибиотика фторхинолона, алюминия (Na 3 AlF 6), для изоляции высоковольтного оборудования (SF 6).
- Хлор
также нашёл разнообразное применение. Он используется для дезинфекции питьевой воды и плавательных бассейнов. (NaClO) является основным компонентом отбеливателей. Соляная кислота широко используется в промышленности и лабораториях. Хлор присутствует в поливинилхлориде (ПВХ) и других полимерах, которые используются для изоляции проводки, труб и электроники. Кроме того, хлор оказался полезен и в фармацевтической промышленности. Лекарственные средства, содержащие хлор, используются для лечения инфекций, аллергии и диабета. Нейтральная форма гидрохлорида - компонент многих препаратов. Хлор используется также для стерилизации больничного оборудования и дезинфекции. В сельском хозяйстве хлор является компонентом многих коммерческих пестицидов: ДДТ (дихлородифенилтрихлорэтан) использовался в качестве сельскохозяйственного инсектицида, но его использование было прекращено.
- Бром
, благодаря своей негорючести, применяется для подавления горения. Он также содержится в бромистом метиле, пестициде, используемом для хранения урожая и подавления бактерий. Однако чрезмерное использование было прекращено из-за его воздействия на озоновый слой. Бром применяют при производстве бензина, фотоплёнки, огнетушителей, лекарств для лечения пневмонии и болезни Альцгеймера.
- Йод
играет важную роль в надлежащем функционировании щитовидной железы. Если организм не получает достаточного количества йода, происходит увеличение щитовидной железы. Для профилактики зоба данный галоген добавляют в поваренную соль. Йод также используется в качестве антисептического средства. Йод содержится в растворах, используемых для очистки открытых ран, а также в дезинфицирующих спреях. Кроме того, йодид серебра имеет важное значение в фотографии.
- Астат
- радиоактивный и редкоземельный галоген, поэтому ещё нигде не используется. Тем не менее полагают, что этот элемент может помочь йоду в регуляции гормонов щитовидной железы.
Общая характеристика
К галогенам относятся пять основных неметаллических элементов, которые расположены
в VII группе таблицы Менделеева. В эту группу входят такие химические элементы, как фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At.
Свое название галогены получили от греческого слова, которое в переводе обозначает образующий соль или «солеобразующий», так как в принципе большая часть соединений, которые содержат галогены и носят названия солей.
Галогены вступают в реакцию практически со всеми простыми веществами, за исключением только нескольких металлов. Они являются довольно таки энергичными окислителями, имеют очень сильный и резкий запах, прекрасно взаимодействуют с водой, а также имеют большую летучесть и высокую электроотрицательность. А вот в природе их можно встретить лишь в качестве соединений.
Физические свойства галогенов
1. Такие простые химические вещества, как галогены, состоят из двух атомов;
2. Если рассматривать галогены в обычных условиях, то следует знать, что фтор и хлор, находятся в газообразном состоянии, тогда как бром является жидким веществом, а йод и астат относятся к твердым веществам.
3. У галогенов температура плавления, кипения и плотность повышаются с увеличением атомной массы. Также при этом и меняется их окраска, она становиться более темной.
4. При каждом увеличении порядкового номера, уменьшается химическая активность, электроотрицательность и более слабыми становятся неметаллические свойства.
5. Галогены обладают способностью образовывать соединения между собой, как например BrCl.
6. Галогены при комнатной температуре могут находиться во всех трех состояниях материи.
7. Так же важно запомнить то, что галогены относятся к довольно таки токсичным химическим веществам.
Химические свойства галогенов
При химической реакции с металлами, галогены действуют, как окислители. Если, к примеру, взять фтор, то даже в обычных условиях он дает реакцию с большинством металлов. А вот алюминий и цинк воспламеняется даже в атмосфере: +2-1:ZnF2.
Получение галогенов
При получении фтора и хлора в масштабах промышленности используют электролиз или растворы солей.
Если вы внимательно рассмотрите рисунок, изображенный внизу, то увидите, как в лабораторных условиях с помощью установки для электролиза можно получить хлор:
На первом рисунке изображена установка для расплава хлорида натрия, а на втором уже для получения раствора хлорида натрия.
Такой процесс электролиза расплава хлорида натрия можно представить в виде даного уравнения:
При помощи такого электролиза, кроме получения хлора еще образуются также водород и гидроксид натрия:
Конечно же, водород получают более простым и дешевым способом, чего не скажешь об гидроксиде натрия. Его, так же, как и хлор получают практически всегда только с помощью электролиза раствора поваренной соли.
Если вы рассмотрите рисунок, изображенный вверху, то увидите, как лабораторным способом можно получить хлор. А получают его с помощью взаимодействия соляной кислоты с оксидом марганца:
В промышленности бром и йод получают с помощью реакции вытеснения этих веществ хлором из бромидов и йодидов.
Применение галогенов
Фтор или правильнее будет назвать фторид меди (CuF2) имеет довольно таки широкое применение. Его используют при изготовлении керамики, эмалей и различных глазурей.
Имеющая в каждом доме тефлоновая сковородка и хладагент в холодильниках и кондиционере, также появились благодаря фтору.
Кроме бытовых нужд тефлон также используют в медицинских целях, так как его применяют при производстве имплантатов. Фтор необходим при изготовлении лизн в оптике и в зубных пастах.
Хлор также в нашей жизни встречается буквально на каждом шагу. Самым массовым и распространенным применением хлора, является, конечно же, поваренная соль NaCl. Она так же выступает в роли дезинтоксикационного средства и используется в борьбе с гололедом.
Кроме этого, хлор незаменим в производстве пластика, синтетического каучука и поливинилхлорида, благодаря которым мы получаем одежду, обувь и другие, нужные в нашей повседневной жизни вещи. Его используют при производстве отбеливателей, порошков, красителей, а также другой бытовой химии.
Бром, как правило, необходим, как светочувствительное вещество при печатании фотографий. В медицине он применяется, как успокаивающее средство. Также бром используют при производстве инсектицидов и пестицидов и т.д.
Ну, а всем известный йод, который имеется в аптечке у каждого человека, в первую очередь используется, как антисептик. Кроме своих антисептических свойств, йод присутствует в источниках света, а также является помощником для обнаружения отпечатков пальцев на бумажной поверхности.
Роль галогенов и их соединений для организма человека
Выбирая в магазине зубную пасту, наверное, каждый из вас обращал внимание на то, что на ее этикетке указывается содержание соединений фтора. И это неспроста, так как этот компонент участвует в построении зубной эмали и костей, повышает устойчивость зубов к кариесу. Также он играет важную роль в процессах обмена веществ, участвует в построении скелета костей и предупреждает появление такого опасного заболевания, как остеопороз.
Важная роль в организме человека отведена и хлору, так как он принимает активное участие в сохранении водно-солевого баланса и поддерживание осмотического давления. Хлор участвует в обмене веществ человеческого организма, построении тканей, ну и что тоже немаловажно – в избавление от лишнего веса. Соляная кислота, находящаяся в составе желудочного сока большое значение имеет для пищеварения, так как без нее невозможен процесс переваривания пищи.
Хлор необходим нашему организму и должен ежедневно в необходимых дозах поступать в него. Но если, же его норму поступления в организм превысить или резко снизить, то мы
сразу же это ощутим в виде отеков, головных болей и других неприятных симптомов, которые способны не только нарушить обмен веществ, но и вызвать заболевания кишечника.
У человека в мозге, почках, крови и печени присутствует небольшое количество брома. В медицинских целях бром применяют, как успокоительное средство. Но при его передозировке могут быть неблагоприятные последствия, которые могут привести к угнетенному состоянию нервной системы, а в некоторых случаях и к психическим расстройствам. А недостаток брома в организме ведет к дисбалансу между процессами возбуждения и торможения.
Без йода наша щитовидная железа не может обходиться, так как он способен убивать микробы, поступающие в наше тело. При дефиците йода в организме человека может начаться заболевание щитовидной железы, под названием зоб. При этом заболевании появляются довольно неприятные симптомы. Человек, у которого появился зоб, чувствует слабость, сонливость, повышение температуры, раздражительность и упадок сил.
Из всего этого можно сделать вывод, что без галогенов человек мог бы не только лишиться многих необходимых в повседневной жизни вещей, но без них и не смог бы нормально функционировать наш организм.
Биологическое значение
и применение галогенов
и их соединений
9 класс
Цели.
Воспитательные
. Воспитание
коллективизма, экологической культуры, бытовой
компетентности учащихся.
Развивающие:
развитие умения делать выводы,
выявлять существенное, развитие логического
мышления.
Образовательные:
учащиеся должны знать
биологическую роль галогенов, применение
галогенов и их соединений.
Урок по программе Габриеляна О.С.
комбинированный, с элементами изучения нового
материала, в виде беседы, групповой работы.
Оборудование.
Образцы зубной пасты, изделия
из тефлона, пластмассы, лекарства, фотобумага,
карточки с символами галогенов.
Девиз:
Человек – творец будущего!
ХОД УРОКА
Организационный момент
Учитель. Какие элементы мы проходили на
последних занятиях?
Учащиеся. Галогены
.
Учитель. Что мы изучали про галогены?
Учащиеся. Строение, свойства.
Учитель. Что осталось неизученным?
Учащиеся. Применение, история открытия.
Учитель. Тема нашего урока…
(учащиеся сами
формулируют тему: «Биологическое значение и
применение галогенов и их соединений»). Нам
понадобятся некоторые ваши знания.
На листочках раздаются вопросы, на которые
учащиеся отвечают письменно.
Вопросы для актуализации знаний
1) Перечислите галогены с указанием порядкового
номера и относительной атомной массы каждого.
2) Продолжите фразу: «Молекулы галогенов
состоят из...»
3) Какое значение степени окисления характерно
для галогенов?
4) Как изменяется радиус атомов в подгруппе
галогенов?
5) Как изменяются окислительные свойства от
фтора к астату?
Ответы для самооценки знаний учащимися.
1) F – № 9, A r
= 19; Cl – № 17, A r
= 35,5;
Br – № 35, A r
= 80; I – № 53, A r
= 127;
At – № 85, A r
= 210.
2) Двух атомов.
4) Увеличивается от фтора к астату.
5) Уменьшаются.
Учитель. Если вы не знали что-либо, то
поправьте себя, запомните.
Мотивация
Учитель (показывает на образцы зубной пасты,
изделий из тефлона, лекарств). Как вы думаете,
какие элементы «работают» в этих широко
применяемых материалах?
Учащиеся. Галогены
.
Учитель. Интересно узнать подробнее о
применении галогенов и их соединений.
Работа в группах
Учащиеся в рабочих тетрадях делят лист на две
графы:
1) Что знаю о значении и применении галогенов
и их соединений?
2) Что нового узнал о значении и применении
галогенов и их соединений?
Класс делится на группы по характеру мотивации
учения, особенностям интеллектуального
развития, уровню волевого развития,
саморегуляции, внимания, степени
работоспособности. Работа в группах с текстами о
галогенах: создание буклета о своем
представителе семейства галогенов по плану.
1) Титульный лист должен не только отражать
название темы, но и заинтересовать.
2) Последняя страница должна содержать фамилии
авторов.
3) На четырех страницах буклета отразить
биологическое значение галогена и его
соединений, экологические проблемы, связанные с
данным галогеном, применение галогена и его
соединений в промышленности, сельском хозяйстве,
медицине, быту.
4) Можно отразить в буклете историю открытия
элемента.
5) Буклет может содержать также картинки,
рисунки, схемы по вашему усмотрению.
Социализация – обмен информацией, обсуждение,
занесение в тетрадь.
Этот элемент был предсказан Д.И.Менделеевым под
названием экайода и стал вторым (после технеция)
синтезированным элементом. Его синтез провели
американские ученые Д.Корсон, К.Мак-Кензи и
Э.Сегре (1940) по ядерной реакции:
В настоящее время известно 24 искусственных
изотопа астата. Все они короткоживущие (отсюда и
название элемента: по-гречески означает неустойчивый). Самый
стабильный изотоп – его период полураспада около 8 ч.
По своим свойствам астат похож и на йод, и на
полоний, свинец – имеет выраженные
металлические свойства.
Атомы всех изотопов самого тяжелого галогена
очень неустойчивы. Их ядра претерпевают
быстрый радиоактивный распад, поэтому астата в
земной коре чрезвычайно мало (по самым
оптимистичным оценкам всего ~30 г), и его
свойства остаются малоизученными.
Йод красой своей гордился,
Твердым был, но испарился.
Фиолетовый, как ночь,
Далеко умчался прочь.
Йод был открыт французским химиком Б.Куртуа в
1811 г. Ученый наблюдал появление фиолетовых
паров с запахом, похожим на запах хлора, при
действии концентрированной серной кислоты на
золу морских водорослей.
Название йод образовано от греческого – цвет фиалки,
фиолетовый.
Йод плохо растворяется в воде, значительно
лучше – в спирте и многих других органических
растворителях. Спиртовой раствор йода широко
применяют для дезинфекции небольших ран на коже.
Йод в нашем организме играет выдающуюся роль.
Он обеспечивает нормальное функционирование
щитовидной железы, от которой зависит, в
частности, и способность человека к умственной
работе. Микроколичества йода поступают в
организм с пищей, питьевой водой, некоторыми
продуктами питания (особенно морского
происхождения). В Нижегородской области люди
страдают от дефицита йода – его слишком мало в
питьевой воде. Для того чтобы компенсировать
дефицит йода, используют йодированную соль –
поваренную соль, к которой в заводских условиях
добавлены микроколичества йодида натрия или
калия.
Для того чтобы обезопасить щитовидную железу
от накопления в ней атомов радионуклида 131 I,
которые образуются при работе ядерного реактора
и в результате аварии могут попасть в атмосферу,
врачи рекомендуют выпить стакан молока, в
который добавлена одна капля медицинской йодной
настойки. Объем щитовидной железы очень мал, и
этого количества йода достаточно, чтобы насытить
ее и на неделю лишить способности дополнительно
поглощать поступающий в организм йод. После
взрыва на Чернобыльской АЭС в нашей стране, к
счастью, ни одной аварии, сопровождающейся
выбросом в окружающую среду 131 I, не было.
Йод применяют при глубокой очистке металлов,
синтезе лекарств.
Бром разлился океаном,
Хоть зловонным, но румяным.
Бил себя он грозно в грудь:
«Я ведь бром! Не кто-нибудь!..»
Бром от греческого – зловоние.
В 1825 г. французский химик А.Ж.Балар выделил
бром из золы морских водорослей, действуя на них
концентрированной серной кислотой и пиролюзитом
(MnO 2).
Бром – тяжелая темно-красная жидкость* ( =
3,1055 г/см 3), образующая желто-бурые пары с
резким запахом, способные вызвать поражение
дыхательных путей. При попадании жидкого брома
на кожу образуются очень болезненные ожоги и
трудно заживающие язвы.
Бром хранят в склянках с притертыми
стеклянными пробками. Работать с бромом можно
только под тягой в маске (очках) и резиновых
перчатках. При попадании брома на кожу следует
быстро промыть пораженное место спиртом, большим
количеством воды, а затем многократно 2%-м
раствором пищевой соды. При случайном вдыхании
паров брома необходимо вдыхать пары 2%-го
раствора аммиака, а затем кислород или свежий
воздух.
Источником брома в промышленности служат воды
некоторых озер.
Физиологическая роль брома в организме
незначительна. Все слышали, что врачи назначают
«бром» как успокоительное средство. Понятно, что
речь идет не о простом веществе бром (бром очень
ядовит). Больным прописывают раствор бромида
натрия или калия.
Бромом богаты чечевица, фасоль, стручки гороха.
У животных бром обнаружен в крови,
спинномозговой жидкости, гипофизе,
надпочечниках.
Бромид серебра применяют в фотографии. Бромид
натрия добавляют в дубильные растворы для
получения более твердой кожи. Из прозрачных
кристаллов KBr делают линзы, которые великолепно
пропускают инфракрасные лучи и применяются в
приборах ночного видения.
Бромид лития предотвращает коррозию в
холодильных установках, обезвоживает
минеральные масла, помогает кондиционировать
воздух.
В текстильной отрасли промышленности широко
используют броминдиго, с помощью которого
получают целую гамму ярких и чистых цветов от
синего до красного.
На долю хлора приходится 0,017% от массы земной
коры. Хлор входит в состав минерала галита (NаCl),
сильвина (KCl), сильвинита (NaCl KCl) и других.
Хлор хвалился:
«Нет мне равных!
Галоген я самый главный.
Зря болтать я не люблю:
Все на свете отбелю!»
Хлор от греческого – желто-зеленый.
В 1774 г. шведский химик К.Шееле при нагревании
с концентрированной соляной кислотой минерала
пиролюзита MnО 2 получил хлор.
Хлор в промышленности получают
электролизом водного раствора хлорида натрия:
Получать хлор электролизом расплавов хлоридов
экономически невыгодно. В лаборатории для
получения хлора используют окисление
концентрированной соляной кислоты сильными
окислителями:
14HCl + K 2 Cr 2 O 7 = 2CrCl 3 +
2KCl + 3Cl 2 + 7H 2 O.
Температура кипения хлора –33,97 °C; хлор –
зеленовато-желтый газ с резким запахом, в 2,5 раза
тяжелее воздуха; при повышенном давлении
переходит в жидкое состояние (желтая жидкость)
уже при комнатной температуре, поэтому его
удобно транспортировать и хранить в жидком виде
в баллонах. Баллоны с хлором выкрашены в зеленый
цвет.
Растворимость хлора в воде мала.
Раствор, полученный при поглощении 2,5 объемов Cl 2
одним объемом воды, называется хлорной водой.
При незначительном содержании газа в воздухе,
когда ощущается лишь слабый запах, хлор
оказывает обеззараживающее воздействие. Однако
длительное вдыхание воздуха с содержанием хлора
выше 0,01 мг/л вызывает сильное раздражение
слизистых оболочек дыхательных путей,
жжение во рту и кашель, а порой приводит к
смерти от удушья.
Хлор относится к группе удушающих веществ. Он
был первым боевым отравляющим веществом,
примененным немцами во время Первой мировой
войны. Действие отравляющих веществ на организм
различно. Одни, как хлор, поражают главным
образом органы дыхания, другие, как хлорпикрин Cl 3 CNO 2 ,
преимущественно поражают глаза и вызывают
сильное слезотечение (слезоточивые отравляющие
вещества), некоторые, как иприт (С 2 Н 4 Cl) 2 S
и люизит СНCl=СНAsCl 2 , вызывают нарывы на коже
(нарывные отравляющие вещества). Вредное
действие может также заключаться в отравлении
организма веществом, например фосгеном СОCl 2 ,
проникающим в кровь через слизистые оболочки
(ядовитые отравляющие вещества).
Сложные отравляющие вещества, наряду с хлором,
находят применение в сельском хозяйстве для
борьбы с вредителями. Для уничтожения,
например, сусликов хлор из баллона пропускают в
норку в течение 1–2 с; затем норку выдерживают
закрытой около минуты.
Впервые хлор был использован в медицине.
Раствор CaCl(OCl) в воде – хлорная известь –
рекомендовался как дезинфицирующее средство
врачам и студентам-медикам при работе в моргах.
С помощью соединений, содержащих хлор, легко и
быстро отбеливают хлопчатобумажные, льняные
ткани и целлюлозу (соответственно в текстильной
и бумажной отраслях промышленности). Ведь до
появления этих соединений в некоторых
европейских, особенно северных, странах весенней
порой поля и луга устилали льняными тканями,
которые под воздействием солнечных лучей и
других природных факторов приобретали
необходимую белизну. Для лугового отбеливания
ткани из Англии отправляли даже в Голландию, а
купцы из французского города Бордо вывозили
ткани на африканские побережья.
Хлором обеззараживают воду.
В цветной металлургии хлорированием руд
извлекают из них некоторые металлы (титан,
ниобий, тантал).
Суточная потребность взрослого человека в
хлоре (2–4 г) обеспечивается за счет пищевых
продуктов.
Особенно богаты хлором хлеб, мясные и молочные
продукты. В организме хлор играет большую
роль, хлорид-ионы способствуют удержанию тканями
воды при водно-солевом обмене.
Максимальная массовая доля HCl в растворе
соляной кислоты при комнатной температуре
составляет ~36%. Попадание паров HCl в атмосферу
приводит к сильной коррозии стальных изделий,
однако стеклянная аппаратура устойчива.
Техническая соляная кислота часто окрашена в
желтый цвет из-за наличия в ней примеси
соединений железа. Концентрированную HCl иногда
используют в быту для чистки раковин, удаления
ржавчины.
Важное практическое значение имеют
гипохлориты – соли хлорноватистой кислоты НОCl,
содержащей атом хлора в степени окисления +1.
Особенно важны гипохлориты натрия NaOCl и калия KОCl,
которые входят в состав многих чистящих и
отбеливающих паст и порошков, а также хлорная
известь СаCl(ОCl) – хлорка. Отбеливающее и
дезинфицирующее действие гипохлоритов и хлорной
извести объясняется очень сильными
окислительными свойствами гипохлорит-иона OCl –
и оксида Cl 2 О, содержащих атом хлора в
степени окисления +1.
Хлорид-ионы входят в состав желудочного сока,
участвуют в различных внутриклеточных
процессах. Эти ионы в достаточном количестве
поступают в наш организм с пищей. Поваренная соль
служит вкусовой добавкой и для нормального
функционирования организма не нужна. Более того,
врачи считают, что избыток соли в пище
способствует развитию многих заболеваний
(прежде всего сердечно-сосудистых), и часто
назначают больным бессолевые диеты. Поваренные
книги рекомендуют при варке, например, бульона
подсаливать его из расчета одна чайная ложка
соли на один литр воды.
Хлору в степени окисления +3 соответствует
неустойчивая хлористая кислота HClO 2 , соли
которой называются хлориты. Хлориты проявляют
довольно сильные окислительные свойства.
Наибольшее значение имеет хлорит натрия NaClO 2 .
Его используют в дорожном хозяйстве – посыпают
им трещины в асфальтовом покрытии для того, чтобы
предотвратить рост в этих трещинах различных
сорняков, корни которых быстро разрушают
асфальт.
Степени окисления хлора +5 соответствует
сильная хлорноватая кислота НClO 3 и ее соли
– хлораты. Известная бертолетова соль – хлорат
калия KClO 3 – устойчива при хранении, но ее
смеси со многими органическими материалами
взрывоопасны. В домашних условиях недопустимо
работать с взрывчатыми веществами, взрыв может
произойти при простом перемешивании смеси.
В степени окисления +7 хлор образует очень
сильную хлорную кислоту HClO 4 и ее соли –
перхлораты. Устойчивые, например, перхлорат
магния Mg(ClО 4) 2 , иногда используют как
осушитель газов; перхлорат аммония NН 4 ClО 4
применяют как окислитель в твердом ракетном
топливе.
Хлороформ (трихлорметан) СНСl 3 –
бесцветная, прозрачная, тяжелая, подвижная,
летучая жидкость с характерным сладковатым
запахом и жгучим вкусом. Трудно растворяется в
воде. Смешивается во всех соотношениях со
спиртом, бензином и эфирными маслами. Впервые
хлороформ был синтезирован Ю.Либихом в 1831 г.
Однако наркотическое действие хлороформа еще
несколько лет оставалось неизвестным. Лишь в
1848 г. в Англии хлороформ был применен для
общего наркоза при хирургических операциях, а в
России для этой цели хлороформ был впервые
использован Н.И.Пироговым. Хлороформ – сильное
наркотическое вещество, обладающее к тому же
сравнительно высокой токсичностью. Частое
вдыхание в больших концентрациях паров
хлороформа может вызвать нарушение сердечного
ритма, дистрофические изменения в миокарде,
жировое перерождение, цирроз и атрофию печени,
нарушение углеводного обмена, оказать
канцерогенное воздействие на организм.
На высоте 15–25 км над землей находится
озоновый слой атмосферы, защищающий живые
объекты от жесткого ультрафиолетового
излучения. При попадании в атмосферу
хлорсодержащие соединения диссоциируют под
действием УФ-света с образованием атомов хлора,
которые реагируют с озоном:
Cl + O 3 = ClO + O 2 .
В 1987 г. 36 государств подписали Монреальский
протокол о снижении производства фреонов как
самых опасных разрушителей озона. Запуски
космических челноков также сильно разрушают
озоновый слой. При одном старте «Шаттла» в
атмосферу попадает около 200 т хлора.
Один атом хлора в состоянии уничтожить около 100
тыс. молекул озона:
Cl + O 3 -> ClO + O 2 ,
O 3 -> O 2 + О ,
ClO + O -> Cl + O 2 .
В земной коре наиболее распространен фтор –
0,065% по массе, 13-е место, в основном встречается в
составе двух минералов – плавикового шпата СаF 2
и фторапатита 3Са 3 (PO 2) 2 CaF 2 .
В периодической системе под № 9 находится
элемент, образующий простое вещество с
экстремальными свойствами. В мире он известен
под двумя именами. За рубежом его называют
флюором, что в переводе с латинского означает
«текучий». Это название берет начало от слова
«флюорит», т.е. плавиковый шпат. (Этот минерал
способен снижать температуру плавления руды.)
Флюорит – первое из соединений фтора, которое
использовал человек. В России его называют
фтором. Значение фтора в современном мире трудно
переоценить, но за ним тянется слава
агрессивного, опасного, ядовитого разрушителя.
Фтор – от греческого phthoros
– разрушение.
Природа обезопасила все живое, заключив
природный фтор в состав малорастворимых и
нереакционноспособных соединений – плавикового
шпата, апатита и фосфорита.
Фтор не зря называют неукротимым. Он образует
соединения со всеми химическими элементами.
В токе фтора воспламеняются древесина, резина
и даже… вода. Такая активность обусловлена
особенностями строения атома и молекулы фтора.
Фтор единственный непосредственно реагирует и
образует соединения с благородными металлами
(золото, платина и др.), а также с инертными газами
(кроме гелия, неона и аргона).
Пластмассу тефлон называют органической
платиной, перед ней бессильны «царская водка» и
расплавленные щелочи, высокие и низкие
температуры. В таких соединениях нуждается
ракетная, атомная, авиационная техника.
Фтор – самый сильный окислитель, это свойство
позволяет использовать его в качестве
окислителя ракетного топлива. Фтор – верный
слуга человека во многих отраслях
промышленности. Его соединения применяют в
оптической и лазерной технике, при изготовлении
полупроводниковых приборов и космической
аппаратуры, в современных вычислительных
устройствах и ядерной энергетике.
Фтор считают главным элементом
научно-технического прогресса. Создание новых
способов получения энергии, легких и прочных
пластмасс, нового поколения вычислительной
техники, безотходных производств и многого
другого возможно благодаря соединениям фтора.
Первым известным соединением фтора был
плавиковый шпат СаF 2 , который в средние века
металлурги использовали для понижения
температуры плавления руды и шлака. Минерал был
описан в конце XV в. Василием Валентином, а
затем в 1529 г. основоположником прикладной
химии Георгием Агриколой. В 1771 г. Карл Шееле
получил плавиковую кислоту. Над получением
фтора многие ученые работали почти 100 лет! Это –
Э.Б.Дюма, А.Л.Лавуазье, Г.Дэви, А.М.Ампер, М.Фарадей,
Г.Нокс и Т.Нокс, Э.Ферми, Г.Гор, А.П.Бородин… И,
наконец, Анри Муассан 26 июня 1886 г. получил фтор.
Отчет о работе А.Муассана: фтор был получен
электролизом безводного фтороводорода,
сжиженного при температуре ниже 0 °С с
платиново-иридиевыми электродами.
Для уменьшения активности фтора весь аппарат
был погружен в охладительную смесь, которая
позволяла снизить температуру до –23 °С.
В 1906 г. за выделение, изучение фтора и
его соединений Анри Муассан был удостоен
Нобелевской премии.
Фтороводородная кислота слабая. Но это
единственная кислота, способная реагировать со
стеклом:
4HF + SiO 2 = SiF 4 + 2H 2 O.
Особенность плавиковой кислоты в том, что она
может существовать (так же, как и вода) в виде
олигомеров (HF) n
. Средняя степень
ассоциации в жидкости n
= 6.
HF широко применяется в авиационной, химической,
целлюлозно-бумажной отраслях промышленности; с
ее помощью делают надписи и рисунки на стекле.
Фтор в составе фторапатита входит в состав
зубной эмали, которая обеспечивает твердость
наших зубов.
При недостатке фтора защитный слой фторапатита
разрушается, и появляется кариес. При избытке
фтора наблюдается повышенная хрупкость костей.
Фтор получают только электролизом расплава
гидрофторида калия KHF 2 , в котором растворен
фтороводород. Транспортируют фтор обычно в
сжиженном виде в специальных охлаждаемых
емкостях (так называемых танках). Небольшие
количества фтора в лаборатории можно получить по
реакции:
2K 2 MnF 6 + 4SbF 5 = 4KSbF 6 +
2MnF 3 + F 2 .
Фреоны, например СF 2 Cl 2 –
дифтордихлорметан, используются в холодильниках
и кондиционерах в качестве «рабочего вещества».
Фтор входит в состав полимеров, лекарств,
моющих средств, ядохимикатов, красителей,
компонентов искусственной крови.
Еще во время Второй мировой войны были
созданы боевые отравляющие вещества
нервно-паралитического действия – зарин, зоман,
содержащие в своем составе фтор.
Фториды используются в медицине,
растениеводстве и животноводстве. С ними
связывают перспективу лечения рака и
регулирования наследственности, создание мощных
психотропных средств, транквилизаторов,
антибиотиков.
После изучения текстов учащиеся обмениваются
информацией в группе, записывают в тетрадь, что
они узнали нового. Далее каждая группа создает
рукописный буклет с описанием одного из
галогенов и представляет его всему классу. Один
учащийся защищает творческую работу всей
группы. Во время защиты буклета идет
презентация по галогенам.
Учитель. Вы потрудились на славу. Есть
простор для вашего творчества. Вы будете
работать и примените полученные знания
.
Закрепление материала
Викторина «Угадай галоген»
(Ответ – карточка с символом элемента.)
1.
Какой галоген входит в состав зубной
эмали?
2.
Какой галоген даже в твердом состоянии со
взрывом соединяется с водородом?
3.
Без него не обходится ни одна хорошая
зубная паста.
4.
Парадокс? Противоречье?
Разрушитель зубы лечит!
Подсказал науке слон:
«Кариесу... заслон!»
(О т в е т. Фтор
.)
1.
В жидком состоянии его впервые получил
Майкл Фарадей, охлаждая в смеси поваренной соли
со льдом.
2.
В переводе с греческого его название
означает «желто-зеленый».
3.
Он был использован в качестве первого
боевого отравляющего вещества.
4.
Хлорофилл не любит…
Это ведь отнюдь не вздор.
Слов стечение роковое,
В... гибнет все живое.
(О т в е т. Хлор
.)
1.
Единственный жидкий неметалл.
2.
Мурид – так назвал его первооткрыватель
Антуан Балар.
3.
Мне сегодня … помог:
Я спокоен, словно йог.
(О т в е т. Бром
.)
1.
Академик А.Е.Ферсман назвал его
«вездесущим».
2.
Отсутствие какого элемента в организме
человека вызывает заболевание щитовидной
железы?
3.
Помни, боевой народ:
Первый лекарь – это...
Раны мажь, не ойкай,
... настойкой.
(О т в е т. Йод
.)
1.
Самый неустойчивый галоген.
2.
Галоген, которого практически нет в
природе.
3.
Мечта познать его пуста.
Он сам – сплошная тайна.
Секунды счет ведет...
И, исчезая, тает.
(О т в е т. Астат
.)
Кроссворд «Галогены»
По вертикали:
1. Агрегатное состояние первых
двух представителей галогенов при нормальных
условиях. 2. Самый тяжелый галоген, полученный
искусственно в 1940 г. с помощью ядерной реакции.
Обнаружен в природе в 1943 г. По свойствам
близок к йоду. 3. Наиболее характерное свойство
галогенов – присоединение электрона,
отдаваемого металлами, поэтому о них говорят:
«Галогены – сильные...» 4. Самый химически
активный галоген. Впервые получен в 1886 г.
А.Муассаном (Франция). 5. Переход из твердого
состояния непосредственно в пар, способный
превращаться в твердое тело, минуя стадию
жидкого состояния. Легко осуществляется для
йода. Используется для очистки веществ.
6. Количество электронов на внешнем
энергетическом уровне в атомах галогенов. 7.
Значение слова «бром» в переводе с греческого
языка на русский. 8. Название солей, которые
получаются в результате взаимодействия хлора с
металлами; соли хлороводородной кислоты.
Заключение
Учащийся.
Группы семь аборигены:
Солероды – галогены.
Окислительный народ –
Эти
F, Cl, Br и
I!
В клетках 9 и 17
Два преступника томятся.
Главный электронный вор,
Разрушитель Фтор – Флюор,
С водородом заодно
Влезет запросто в окно.
Ядовит зеленый Хлор,
Замышляет страшный ор.
Он побег готовит в роли
Самой безобидной соли.
Жидкий и зловонный Бром
Притаился за бугром.
Вот сейчас петлю накинет
На Алкены и Алкины…
И хитер в разбойный род
Фиолетовый Йод.
Твердый только до поры,
На глазах уйдет в пары.
Посмотри, каков нахал:
Перепортил весь крахмал!
* Темно-красный цвет жидкого
брома виден в проходящем свете, в отраженном
свете он темно-фиолетовый, почти черный. – Прим.
ред.