"Химия. Базовый уровень", Кузнецова Н.Е., Лёвкин А.Н., Шаталов М.А.
Галогены — элементы 17-й группы: фтор, хлор, бром и йод. Их атомам не хватает одного электрона до устойчивого внешнего слоя, поэтому они легко образуют ионы с зарядом −1 и вступают в реакции с металлами и водородом. Простые вещества этих элементов состоят из двухатомных молекул X₂. От фтора к йоду окислительная активность уменьшается, поэтому более активный галоген может вытеснить менее активный из раствора его соли. Эти закономерности помогают предсказывать продукты реакций.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Галогены — химические элементы 17-й группы, простые вещества которых состоят из двухатомных молекул. Название происходит от греческих слов со значением «рождающие соли»: многие галогены образуют соли при реакции с металлами. К галогенам относят фтор, хлор, бром и йод; символом X удобно обозначать любой из них.
Галогенид-ионы — отрицательно заряженные ионы галогенов, возникающие при присоединении одного электрона атомом. Их общий заряд равен −1, а примеры — F⁻, Cl⁻, Br⁻ и I⁻. Эти обозначения помогают составлять формулы солей и понимать, какие частицы присутствуют в растворе.
Галогеноводороды — соединения галогенов с водородом состава HX. Например, HCl — хлороводород, а HI — йодоводород; при растворении в воде галогеноводороды образуют кислоты. Формула HX показывает соотношение атомов, а не заряд иона.
Галогениды — соли, содержащие галогенид-ионы. К ним относятся хлориды, например NaCl, бромиды, например KBr, и йодиды, например KI. Название соли указывает на входящий в неё галогенид-ион.
На внешнем электронном слое атома галогена находятся семь электронов. Для завершения слоя не хватает одного, поэтому атом может присоединить электрон и получить устойчивую конфигурацию; так возникают ионы X⁻ с зарядом −1. В простом веществе атомы делятся электронами, образуя общую связь и молекулы X₂, а не заряженные частицы.
Вниз по группе к электронным оболочкам добавляются новые уровни, поэтому атомный радиус увеличивается. Присоединяемый электрон оказывается дальше от ядра и слабее притягивается им, а экранирование со стороны внутренних электронов становится сильнее. В результате способность атомов захватывать электроны и окислительная активность простых веществ уменьшаются от фтора к йоду.
Молекулы галогенов становятся крупнее вниз по группе, и притяжение между ними усиливается. Чтобы разделить молекулы при плавлении или кипении, требуется всё больше энергии, поэтому температуры плавления и кипения растут. При комнатной температуре фтор и хлор — газы, бром — жидкость, йод — твёрдое вещество; окраска также темнеет от бледно-жёлтой к тёмной.
При реакции с металлом атомы металла отдают электроны, а атомы галогена их принимают. Поэтому образуются ионные соединения — галогениды, например хлорид натрия NaCl. С водородом галогены образуют молекулы HX; в воде эти галогеноводороды проявляют кислотные свойства.
Окислительная активность — способность принимать электроны — убывает в последовательности F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Поэтому свободный более активный галоген может принять электроны у галогенид-ионов менее активного и вытеснить его из раствора соли. Чтобы предсказать направление реакции, сравните положения двух галогенов в ряду: реакция возможна, если свободный галоген стоит выше по активности.
| Характеристика | Фтор | Хлор | Бром | Йод |
|---|---|---|---|---|
| Формула простого вещества | F₂ | Cl₂ | Br₂ | I₂ |
| Агрегатное состояние при комнатной температуре | Газ | Газ | Жидкость | Твёрдое вещество |
| Окраска | Бледно-жёлтая | Жёлто-зелёная | Красно-бурая | Тёмно-серая; пары фиолетовые |
| Изменение окислительной активности в ряду | Максимальная | Уменьшается | Уменьшается | Минимальная |
| Пример взаимодействия с металлом | 2Na + F₂ → 2NaF | 2Na + Cl₂ → 2NaCl | 2Na + Br₂ → 2NaBr | 2Na + I₂ → 2NaI |
| Пример галогеноводорода | HF | HCl | HBr | HI |
Сравнивайте вещества по столбцам, чтобы увидеть изменение свойств от фтора к йоду. По строке об активности можно определить, возможна ли реакция вытеснения, а формулы помогают распознавать молекулы простых веществ и галогеноводородов. Значения окраски приведены для простых веществ в обычных условиях.
Задача 1. Запишите формулу простого вещества брома и определите число атомов в его молекуле. Нужно отличить символ химического элемента Br от формулы его простого вещества. Для галогенов действует правило двухатомного состава.
Задача 2. Составьте уравнение реакции натрия с хлором и назовите продукт. Натрий образует ион Na⁺, а хлор — ион Cl⁻. Поэтому частицы соединяются в отношении 1:1, но исходный хлор существует как молекула Cl₂.
Задача 3. Произойдёт ли реакция раствора бромида калия с хлором? Если да, запишите уравнение. Хлор активнее брома и способен принять электроны у бромид-ионов. Калий остаётся ионом-наблюдателем, а свободный бром выделяется в виде молекул Br₂.
Записывают простое вещество галогена одноатомной формулой. Путают символ элемента с формулой молекулы или переносят привычные обозначения металлов на галогены. Проверка простая: у молекул фтора, хлора, брома и йода ставьте индекс 2 — X₂.
Переносят заряд иона на молекулу простого вещества. Заряд −1 относится к частице X⁻, а не к нейтральной молекуле X₂. Ошибка возникает, если не различать атом, ион и простое вещество; проверяйте, какой именно объект записан в условии.
Считают, что активность растёт сверху вниз по группе. Так можно ошибочно судить по увеличению атомного размера, но окислительная активность меняется наоборот. Сверьте порядок F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂: йод — самый слабый окислитель из перечисленных.
Предполагают, что любой галоген вытесняет другой из соли. Реакция зависит от относительной активности, а не только от наличия галогена и соли. Перед записью уравнения сравните свободный галоген с тем, который входит в соль: вытеснение возможно только более активным.
Для понимания галогенов нужны знания о строении атома, электронных оболочках и периодическом законе: они объясняют присоединение электрона и изменение свойств в группе. Также пригодятся навыки составления формул и уравнений, определения степеней окисления и распознавания ионных соединений. Эти знания используются при изучении окислительно-восстановительных реакций, растворов кислот и свойств солей.
Почему простые вещества галогенов состоят из двухатомных молекул?
У атома галогена на внешнем уровне семь электронов, и для завершения этого уровня ему нужен ещё один. Два атома могут образовать общую электронную пару, поэтому простое вещество существует в виде молекул X₂.
Почему галогены легко присоединяют электрон?
На внешнем уровне атома галогена семь электронов, поэтому присоединение одного завершает его электронную оболочку. При этом образуется устойчивый галогенид-ион X⁻.
Как изменяются свойства галогенов сверху вниз по группе?
От фтора к йоду увеличиваются радиус атома и размеры молекул, а температура плавления и кипения растёт. Окислительная активность, наоборот, уменьшается; окраска простых веществ становится темнее, а агрегатное состояние меняется от газа к жидкости и твёрдому веществу.
Как определить, вытеснит ли один галоген другой из раствора соли?
Сравните окислительную активность галогенов: более активный вытесняет менее активный из раствора его соли. Например, хлор вытесняет бром из бромида, а бром не вытесняет хлор из хлорида.
Чем галогеноводород отличается от галогенид-иона?
Галогеноводород — нейтральное соединение водорода с галогеном состава HX, например HCl. Галогенид-ион — заряженная частица X⁻, которая образуется, когда атом галогена присоединяет электрон.
§ 24. Галогены
