Взаимодействие с простыми веществами
В качестве типичного галогена чаще всего выступает хлор. Под воздействием ультрафиолетовых лучей его двухатомные молекулы расщепляются на свободные атомы-радикалы. Это превращение служит стартовой точкой для цепных химических процессов, например, при взаимодействии с водородом или органическими соединениями (этаном, метаном).
При небольшом нагревании хлор активно реагирует с другими неметаллами. Процесс может идти ступенчато:
- С фосфором сначала образуется бесцветная жидкость — трихлорид фосфора, которая при дальнейшем хлорировании переходит в белые кристаллы пентахлорида фосфора.
- С серой реакция дает желтую жидкость (дихлорид дисеры), а присоединение дополнительной молекулы хлора приводит к синтезу темно-красного дихлорида серы.
Что касается кислорода, то напрямую галогены с ним не взаимодействуют. Кислородсодержащие соединения получают исключительно косвенными путями. Зато с большинством металлов галогены реагируют напрямую с образованием солей. Исключение составляют лишь самые стойкие металлы — иридий и родий.
Реакции с водой, кислотами и оксидами
Поведение галогенов в воде весьма специфично. В водной среде протекает обратимый процесс диспропорционирования. Около 30% молекул хлора в насыщенном растворе превращаются в смесь двух кислот: соляной (хлороводородной) и хлорноватистой.
Хлор не способен вытеснять кислород из оксидов. Взаимодействие с кислородсодержащими соединениями возможно только при одном условии: если элемент, соединенный с кислородом, способен повысить свою валентность и степень окисления. Ярким примером служит реакция с оксидом углерода (II), где углерод переходит в состояние +4.
С кислотами хлор реагирует исключительно в том случае, когда анион кислоты может быть окислен. Например, хлор способен окислить азотистую кислоту до азотной (при наличии воды) или вытеснить менее активный галоген — бром — из бромоводородной кислоты.
Взаимодействие со щелочами и солями
В щелочных растворах наблюдается полное диспропорционирование галогена — он одновременно выступает и окислителем, и восстановителем. Итоговые продукты зависят от температурного режима:
- В холодной среде (около 20 °C): формируются хлорид и гипохлорит.
- При нагревании (до 90 °C): образуются хлорид и хлорат.
Реакция хлора с гидроксидом кальция приводит к образованию так называемой белильной (хлорной) извести — беловатой смеси солей кальция. Это вещество легко разрушается даже под действием слабых кислот (включая углекислый газ из влажного воздуха), выделяя газообразный хлор, что и обуславливает специфический запах.
С солями галогены реагируют, если есть возможность повысить степень окисления катиона или аниона. Так, хлор переводит соли железа (II) в соли железа (III), а сульфиты окисляет до сульфатов.
Сравнительная активность: фтор, бром и йод
Окислительная способность галогенов снижается при движении вниз по группе.
- Фтор обладает экстремально сильными окислительными характеристиками. Он разлагает почти любые вещества на элементы. Взаимодействуя с водой, фтор образует фтороводород и атомарный кислород. В реакции со щелочами образуется фторид натрия, фтороводород и оксид фтора.
- Бром слабее хлора, но всё ещё способен окислять ионы железа со степени +2 до +3 (при этом окраска самого брома исчезает).
- Йод — наименее активный окислитель из этой группы. В отличие от брома, он не способен окислить ионы железа (II), поэтому добавление йода просто окрашивает раствор. Качественной реакцией на йод является взаимодействие с крахмалом: образуется продукт интенсивного синего цвета, который легко разлагается при нагревании.
Чтобы легко запомнить продукты диспропорционирования хлора в щелочах, ориентируйтесь на температуру: «В холоде кислорода мало (образуется гипохлорит), в тепле кислорода много (образуется хлорат)».
Вопросы с занятий и экзамена
Почему белильная известь всегда имеет резкий запах?
В состав хлорной извести входят соли, которые реагируют даже со слабыми кислотами. Углекислый газ, присутствующий во влажном атмосферном воздухе, взаимодействует с известью, что приводит к постоянному выделению свободного хлора.
Может ли хлор вытеснить кислород из оксидов?
Нет, хлор не обладает способностью вытеснять кислород. Реакция с оксидом пойдет только в том случае, если элемент в составе оксида способен дополнительно повысить свою валентность.
Как отличить соли брома от солей йода с помощью реактивов?
Йод можно идентифицировать с помощью крахмала — образуется характерное синее окрашивание. Бром таких соединений с крахмалом не дает.
Почему йод не реагирует с солями железа (II)?
Окислительно-восстановительный потенциал йода ниже, чем потенциал перехода железа из степени +2 в +3. Йод является слишком слабым окислителем для этой реакции, в отличие от более сильного брома.
Что ещё разобрать по теме
- Механизм цепных реакций распада галогенов под действием ультрафиолета
- Ступенчатое галогенирование неметаллов (фосфора и серы)
- Влияние температуры на продукты реакций диспропорционирования
- Химический состав и свойства белильной извести
- Сравнительный анализ окислительно-восстановительных потенциалов галогенов
Разберите тему целиком в курсе «Химия»
Здесь — выжимка. В курсе — всё, что спрашивают на занятии и экзамене.
- Полная методичка по теме «Химические свойства галогенов» и ещё 3 009 страниц предмета
- Задания и тесты после каждой темы — как на коллоквиуме
- AI-тьютор ответит на вопрос по теме в любое время
- 90 видеоуроков по предмету
Другие темы раздела «Глава 9. Элементы группы VIIA — галогены»
Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.