Физико-химические свойства простых веществ галогенов

Особенности строения и химическая активность

Простые вещества, образованные элементами подгруппы галогенов, имеют общую формулу молекул — $Г_2$. Внутри этих молекул атомы соединены простой ковалентной связью. Энергия связи (обозначаемая как Г–Г) определяет химическую активность галогенов: чем легче разрушить молекулу на отдельные атомы, тем активнее вещество вступает в реакции.

Энергия связи галоген-галоген распределяется следующим образом:

• Фтор ($F_2$): 158,8 кДж/моль.
• Хлор ($Cl_2$): 242,6 кДж/моль.
• Бром ($Br_2$): 193,9 кДж/моль.
• Йод ($I_2$): 152,5 кДж/моль.

Именно относительно небольшая прочность связи в молекуле обусловливает очень высокую химическую активность всех представителей данной группы.

Внешний вид и агрегатные состояния

Все простые вещества галогенов являются окрашенными соединениями, причем интенсивность их окраски и агрегатное состояние закономерно изменяются. При нормальных условиях (н.у.) галогены представлены во всех трех агрегатных состояниях:

1. Фтор ($F_2$): представляет собой светло-желтый газ.
2. Хлор ($Cl_2$): существует в виде желто-зеленого газа.
3. Бром ($Br_2$): это красно-коричневая тяжелая жидкость.
4. Йод ($I_2$): твердое вещество в виде черных кристаллов.

Особый интерес представляет йод. Несмотря на то что при стандартных условиях это твердое вещество, оно обладает высокой летучестью. Черные кристаллы йода способны полностью испаряться, минуя жидкую фазу. Этот процесс перехода из твердого состояния сразу в газообразное называется возгонкой (или сублимацией), при этом образуются пары фиолетового цвета.

Температуры плавления и кипения

Физические константы, такие как температуры плавления ($t_{пл}$) и кипения ($t_{кип}$), строго индивидуальны для каждого из галогенов и закономерно возрастают по мере увеличения атомной массы элемента:

• Для фтора характерны крайне низкие температуры: $t_{пл}$ составляет –219,62 °C, а $t_{кип}$ равна –188,12 °C.
• Хлор также кипит и плавится при отрицательных температурах: $t_{пл}$ = –101,5 °C, $t_{кип}$ = –34,04 °C.
• Бром плавится при –7,2 °C, а закипает уже при 58,8 °C, что делает его летучей жидкостью.
• Йод имеет самые высокие показатели в ряду: плавится при 113,7 °C и кипит при 184,4 °C.

Органолептические свойства и растворимость в воде

Все галогены обладают резким, специфическим запахом, который легко обнаруживается даже при крайне малых концентрациях этих веществ в окружающем воздухе. Например, запах хлора ассоциируется у многих с запахом хлорной извести, а запах кристаллического йода напоминает аромат привычной аптечной настойки.

Что касается взаимодействия с водой (растворимость при 20 °C), то галогены ведут себя по-разному:

• Фтор является настолько сильным окислителем, что не просто растворяется, а химически разлагает воду.
• Хлор растворяется в воде с образованием раствора с концентрацией около 1,4%.
• Растворимость брома несколько выше и составляет 3,5%.
• Йод в воде практически нерастворим, его растворимость достигает лишь 0,03%.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Механизм реакции фтора с водой
• Причины изменения энергии связи в ряду хлор-бром-йод
• Кристаллическая решетка твердого йода
• Токсикология и безопасность при работе с летучими галогенами

Другие темы раздела «Глава 9. Элементы группы VIIA — галогены»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.