"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Галогены — фтор, хлор, бром и йод, элементы одной группы периодической системы. У их атомов по семь электронов на внешнем уровне, поэтому простые вещества состоят из молекул X₂, а сами галогены охотно принимают электроны. От фтора к йоду меняются окраска и агрегатное состояние, а окислительная активность уменьшается. Знание этой закономерности помогает предсказывать реакции галогенов с солями и различать галогеноводороды и галогениды.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Галогены — элементы главной подгруппы VII группы, простые вещества которых обладают сходными свойствами. К ним относятся фтор, хлор, бром и йод. Это название помогает объединить элементы, реакции которых подчиняются общим закономерностям.
Галогенид-ионы — отрицательно заряженные ионы галогенов, образующиеся, когда атом присоединяет один электрон. Например, атом хлора превращается в ион Cl⁻. Понятие нужно, чтобы понимать состав солей и объяснять, какие частицы участвуют в реакциях.
Галогеноводороды — соединения галогенов с водородом, например хлороводород HCl. В их составе атомы двух разных элементов, а не ионы, как в соли. Это название помогает отличать такие соединения от галогенидов.
Галогениды — соли, содержащие галогенид-ионы. Например, в бромиде калия KBr есть ион Br⁻. По этому определению можно распознать соли галогенов и понять, какие ионы могут участвовать в реакции замещения.
Фтор, хлор, бром и йод находятся в одной вертикальной группе периодической системы. В главной подгруппе элементы одной группы имеют одинаковое число электронов на внешнем уровне, поэтому сходно реагируют с другими веществами. При этом число электронных слоёв у атомов увеличивается сверху вниз, поэтому свойства внутри группы постепенно меняются.
На внешнем электронном слое атома каждого галогена находятся семь электронов. Для завершения этого слоя нужен ещё один, поэтому галогены обычно стремятся принять электрон. Так объясняется образование галогенид-иона с зарядом −1, а также способность простых веществ галогенов выступать окислителями.
Атом галогена может получить недостающий электрон не только от другого вещества, но и при взаимодействии с таким же атомом. Два атома образуют общую электронную пару, которая помогает завершить внешний слой каждого из них. Поэтому молекулы простых веществ двухатомны и записываются как X₂: F₂, Cl₂, Br₂ и I₂.
При обычных условиях фтор и хлор — газы, бром — жидкость, йод — твёрдое вещество. Окраска тоже меняется: фтор бледно-жёлтый, хлор жёлто-зелёный, бром красно-бурый, а пары йода фиолетовые. По мере перехода от фтора к йоду молекулы становятся крупнее, их взаимное притяжение усиливается, поэтому вещества труднее переводить в газообразное состояние; окраска при этом темнеет.
Галогены — окислители: принимая электроны от других частиц, они сами восстанавливаются. От фтора к йоду способность принимать электроны уменьшается, поэтому окислительная активность убывает в ряду F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Более активный галоген может отнять электроны у галогенид-ионов менее активного: например, хлор вытесняет бром из раствора бромида калия.
| Свойство | Фтор | Хлор | Бром | Йод |
|---|---|---|---|---|
| Обозначение химического элемента | F | Cl | Br | I |
| Формула простого вещества | F₂ | Cl₂ | Br₂ | I₂ |
| Состояние и окраска при обычных условиях | Газ, бледно-жёлтый | Газ, жёлто-зелёный | Жидкость, красно-бурая | Твёрдое вещество, тёмно-серое; пары фиолетовые |
| Изменение активности в ряду | Наибольшая | Убывает | Убывает | Наименьшая |
| Характерное проявление окислительных свойств | Вытесняет Cl, Br и I из солей | Вытесняет Br и I из солей | Вытесняет I из солей | Не вытесняет другие галогены из солей |
Сначала сравнивайте формулы простых веществ с обозначениями элементов: элемент записывается символом, а его простое вещество — молекулой X₂. Чтобы предсказать реакцию вытеснения, проверьте, стоит ли свободный галоген левее галогена в соли в ряду F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Если стоит, он активнее и может вытеснить менее активный галоген.
Задача 1. Укажите формулы простых веществ фтора, хлора, брома и йода и объясните, почему молекулы этих веществ двухатомны.
Назовите элементы и их символы: фтор — F, хлор — Cl, бром — Br, йод — I. Для формул простых веществ используйте не символ отдельного атома, а обозначение молекулы.
У каждого атома галогена семь электронов на внешнем уровне. Два одинаковых атома образуют общую электронную пару, благодаря которой внешний уровень каждого становится завершённым.
Запишите по два атома в каждой молекуле. Получаются формулы F₂, Cl₂, Br₂ и I₂.
Ответ: простые вещества галогенов имеют формулы F₂, Cl₂, Br₂, I₂; их молекулы двухатомны, потому что два атома образуют общую электронную пару.
Задача 2. Расположите фтор, хлор, бром и йод по убыванию окислительной активности и определите, вытеснит ли хлор бром из раствора бромида калия.
Вспомните закономерность в группе: способность принимать электроны и окислительная активность уменьшаются сверху вниз. Поэтому запишите галогены от самого активного к наименее активному.
Получите ряд F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂. Хлор стоит левее брома, значит, он активнее брома.
Сравните свободный Cl₂ с бромом в соли KBr. Более активный хлор может вытеснить бром из раствора, поэтому реакция возможна.
Ответ: F₂, Cl₂, Br₂, I₂; хлор вытеснит бром из раствора бромида калия.
Задача 3. Составьте уравнение реакции хлора с раствором бромида калия, укажите окислитель и восстановитель.
По ряду активности определите, что Cl₂ вытесняет бром из KBr. Запишите продукты обмена: хлорид калия и простое вещество бром, молекулы которого двухатомны.
Составьте схему Cl₂ + KBr → KCl + Br₂. Чтобы уравнять число атомов брома, поставьте 2 перед KBr; затем поставьте 2 перед KCl, чтобы уравнять калий и хлор.
Итоговое уравнение: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂. Степень окисления хлора меняется с 0 до −1, а брома — с −1 до 0. Хлор принимает электроны и является окислителем, бромид-ионы отдают электроны и являются восстановителем.
Ответ: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂; окислитель — Cl₂, восстановитель — Br⁻ в составе KBr.
Записывать простые вещества галогенов символами отдельных атомов — например, Cl вместо Cl₂ — неверно: символ элемента и формула простого вещества обозначают разные вещи. Ошибка возникает, если забыть, что атомы соединяются в двухатомные молекулы. Проверьте себя: у каждого простого вещества в формуле должно быть два атома галогена.
Считать, что активность возрастает сверху вниз в группе, — значит перепутать направление изменения свойства. Возможно, так рассуждают, потому что с ростом номера элемента растёт и размер атома, но окислительная способность при этом уменьшается. Проверьте порядок: F₂ — самый активный, I₂ — наименее активный.
Предполагать, что любой галоген вытесняет любой другой из раствора соли, нельзя: реакция идёт только при большей активности свободного галогена. Ошибка появляется, если не сравнить оба вещества по ряду активности. Перед записью реакции проверьте, стоит ли свободный галоген левее галогена в составе соли.
Путать галогеноводороды с галогенидами — значит смешивать разные классы соединений. Галогеноводороды состоят из водорода и галогена, а галогениды — это соли с галогенид-ионами. Чтобы проверить себя, найдите в названии или формуле водород: например, HCl — галогеноводород, а KCl — галогенид.
Для понимания свойств галогенов нужны знания о строении атома и электронных оболочках: они объясняют, почему атомам не хватает одного электрона. Положение элементов в периодической системе помогает увидеть связь между строением и сходством химических свойств. Понятие окислительно-восстановительной реакции позволяет проследить, кто принимает и кто отдаёт электроны.
Эта тема служит основой для изучения галогеноводородов и галогенидов. Зная, какие ионы входят в состав солей, можно понять принцип качественных реакций на галогенид-ионы — реакций, по которым распознают определённые частицы. Ряд активности галогенов помогает заранее предсказать, произойдёт ли замещение.
Почему галогены находятся в одной группе периодической системы?
У атомов фтора, хлора, брома и йода одинаковое число электронов на внешнем уровне — семь. Поэтому они сходно ведут себя в химических реакциях: например, стремятся присоединить ещё один электрон.
Почему простые вещества галогенов записывают формулами X₂?
Атому галогена не хватает одного электрона до завершения внешнего уровня. Два одинаковых атома образуют общую электронную пару, поэтому молекула содержит два атома: F₂, Cl₂, Br₂ или I₂.
Как меняются цвет и агрегатное состояние галогенов при переходе от фтора к йоду?
Окраска становится темнее: фтор — бледно-жёлтый газ, хлор — жёлто-зелёный газ, пары брома красно-бурые, пары йода фиолетовые. При обычных условиях фтор и хлор — газы, бром — красно-бурая жидкость, йод — тёмно-серое твёрдое вещество.
Почему хлор может вытеснить бром из раствора бромида, а бром не вытесняет хлор из раствора хлорида?
Хлор окислительно активнее брома, поэтому принимает электроны у бромид-ионов и образует хлорид-ионы, выделяя бром. Бром менее активен и не может отнять электроны у хлорид-ионов.
Как определить, произойдёт ли реакция между галогеном и солью другого галогена?
Сравните положение свободного галогена и галогена в составе соли в ряду активности F₂, Cl₂, Br₂, I₂. Реакция замещения возможна, если свободный галоген стоит левее, то есть активнее.
§ 12. Характеристика галогенов
