"Химия", Журин А.А.
Фтор, бром и йод — галогены, элементы 17-й группы периодической системы. Их атомы имеют сходное строение внешнего электронного слоя, поэтому вещества проявляют похожие химические свойства: образуют двухатомные молекулы и соли с металлами. При переходе от фтора к йоду меняются цвет, агрегатное состояние и летучесть простых веществ, а химическая активность постепенно уменьшается.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Галогены — химические элементы 17-й группы периодической системы. К ним относят фтор, бром и йод, потому что в атомах этих элементов одинаковое число электронов на внешнем уровне — семь. Это объясняет сходство их реакций и позволяет изучать их как одну семью.
Фтор — химический элемент F и простое вещество F₂. Он расположен выше брома и йода в группе и является самым активным из них; при комнатной температуре фтор представляет собой светло-жёлтый газ. Буква F обозначает атомы элемента, а индекс ₂ — молекулу из двух атомов.
Бром — химический элемент Br и простое вещество Br₂. Характерная особенность брома — красно-бурая жидкость при комнатной температуре, что необычно для неметаллов. Формула Br₂ показывает, что частицы простого вещества являются двухатомными молекулами.
Йод — химический элемент I и простое вещество I₂. Это тёмно-серое, почти чёрное твёрдое вещество, пары которого имеют фиолетовую окраску. Йод способен возгоняться, то есть переходить из твёрдого состояния сразу в газообразное, минуя жидкое.
Во внешнем электронном слое атомов фтора, брома и йода находится по семь электронов: ns²np⁵. До устойчивой оболочки им не хватает одного электрона, поэтому атомы легко принимают его или участвуют в образовании одной химической связи. Одинаковое строение внешнего слоя и создаёт общность химических свойств галогенов.
От фтора к йоду увеличиваются размеры атомов и молекул, поэтому сильнее проявляются межмолекулярные притяжения. Из-за этого повышаются температуры плавления и кипения: фтор остаётся газом, бром становится жидкостью, а йод — твёрдым веществом. Окраска также усиливается от светло-жёлтой к красно-бурой и тёмной, поскольку крупные частицы иначе поглощают свет.
Летучесть галогенов в целом уменьшается сверху вниз: крупные молекулы труднее покидают вещество. Однако йод легко возгоняется при нагревании, поэтому над его кристаллами появляются фиолетовые пары. Возгонка не означает, что йод становится жидким: жидкая стадия при обычном наблюдении пропускается.
Химическая активность уменьшается от фтора к йоду. В атоме фтора внешний электронный слой расположен ближе к ядру, поэтому атом сильнее притягивает недостающий электрон; у более крупных атомов брома и йода это притяжение слабее. Поэтому фтор вытесняет бром и йод из их солей, а бром вытесняет йод.
С металлами галогены образуют соли, в которых обычно проявляют валентность I: фториды, бромиды и йодиды. Например, натрий реагирует с бромом по уравнению 2Na + Br₂ → 2NaBr, а алюминий — по уравнению 2Al + 3Br₂ → 2AlBr₃. С водородом фтор реагирует очень энергично даже в холоде, бром — при нагревании, а йод образует HI обратимо; устойчивость галогеноводородов уменьшается от HF к HI.
| Характеристика | Фтор F₂ | Бром Br₂ | Йод I₂ |
|---|---|---|---|
| Цвет и агрегатное состояние при комнатной температуре | Светло-жёлтый газ | Красно-бурая жидкость | Тёмно-серое твёрдое вещество |
| Изменение физических свойств при переходе сверху вниз по группе | Окраска усиливается, агрегатное состояние меняется от газа к жидкости и твёрдому веществу; летучесть в целом уменьшается, но йод возгоняется | ||
| Относительная химическая активность | Самая высокая | Средняя | Самая низкая |
| Взаимодействие с металлами и формулы образующихся солей | Фториды, например NaF | Бромиды, например NaBr | Йодиды, например NaI |
| Взаимодействие с водородом | Очень энергично образует HF | При нагревании образует HBr | Обратимо образует HI |
Сначала сравнивайте вещества по вертикальному положению в группе: это помогает определить активность и физические изменения. Затем проверяйте, идёт ли речь об элементе или о простом веществе. В реакциях с металлами учитывайте двухатомные молекулы галогенов и валентность I в солях.
Условие: запишите формулу простого вещества брома и формулы его соединений с натрием и кальцием. Нужно учесть, что молекула брома двухатомна, а в солях бром имеет валентность I. Поэтому индексы в формулах определяются не формой молекулы Br₂, а соотношением зарядов ионов.
Ответ: Br₂, NaBr, CaBr₂. Проверка проста: суммарная валентность металла и брома в каждой соли должна быть одинаковой.
Условие: сравните активность фтора и йода и определите, какой галоген вытеснит другой из раствора его соли. Фтор находится выше йода в группе, значит, он сильнее притягивает электрон и проявляет большую окислительную способность. Более активный галоген вытесняет менее активный из раствора его соли.
Ответ: фтор вытесняет йод из раствора иодида калия, а йод не вытесняет фтор из фторида. В общем виде F₂ окисляет ионы I⁻ до простого вещества I₂.
Условие: составьте уравнение реакции брома с алюминием и найдите массу бромида алюминия по заданной массе алюминия при избытке брома. Числовая масса алюминия в условии не указана, поэтому обозначим её через m(Al). Сначала нужно получить правильное соотношение веществ, а затем применить его к любой заданной массе.
Ответ: 2Al + 3Br₂ → 2AlBr₃; масса бромида алюминия равна примерно 9,89 массы взятого алюминия. Если, например, m(Al) = 5 г, получится около 49,4 г AlBr₃.
Ошибка: записывать фтор, бром и йод как отдельные атомы F, Br и I. Её допускают, когда путают химический элемент с простым веществом. Проверяйте, о чём говорится: простые вещества имеют формулы F₂, Br₂ и I₂.
Ошибка: считать, что активность возрастает от фтора к йоду. Причина — неверное применение правила об увеличении атомного радиуса вниз по группе. Проверьте себя: фтор расположен выше и вытесняет бром и йод из их солей.
Ошибка: приписывать атомам агрегатное состояние или цвет. Такие признаки относятся к простым веществам, а не к отдельным атомам химического элемента. Если в ответе встречаются слова газ, жидкость или кристаллы, убедитесь, что речь идёт о F₂, Br₂ или I₂.
Ошибка: составлять формулы солей без учёта валентности галогена I. Из-за этого вместо правильного CaBr₂ иногда записывают CaBr или Ca₂Br. Проверьте формулу по взаимному уравниванию валентностей металла и галогена.
Для понимания темы нужны знания о строении атома, электронных оболочках и положении элементов в периодической системе. По номеру группы можно связать число внешних электронов с химическими свойствами. Это помогает объяснить сходство галогенов и изменение их активности.
Также пригодятся понятия химического элемента, простого вещества, молекулы и валентности. Они позволяют не путать F с F₂ и правильно составлять формулы солей. Без этих различий легко ошибиться в уравнениях реакций.
Свойства фтора, брома и йода понадобятся при изучении солей, галогеноводородов и периодических закономерностей. Реакции вытеснения показывают связь между строением атома и активностью вещества. Позже это поможет сравнивать и другие группы элементов.
Почему фтор, бром и йод относят к одной группе элементов?
У атомов фтора, брома и йода на внешнем электронном слое по семь электронов. Поэтому им не хватает одного электрона до устойчивой оболочки, что определяет сходные химические свойства и принадлежность к 17-й группе — галогенам.
Почему простые вещества фтора, брома и йода имеют формулы F₂, Br₂ и I₂?
Атомы этих элементов соединяются попарно, образуя устойчивые двухатомные молекулы. Поэтому простые вещества записывают как F₂, Br₂ и I₂, а не как отдельные атомы.
Как изменяются цвет и агрегатное состояние галогенов от фтора к йоду?
Фтор — светло-жёлтый газ, бром — красно-бурая жидкость, а йод — тёмно-серое или почти чёрное твёрдое вещество с фиолетовыми парами. Сверху вниз увеличиваются размеры и масса молекул, поэтому усиливается окраска и меняется агрегатное состояние.
Какой из галогенов активнее — фтор или йод?
Фтор значительно активнее йода. Его атомы сильнее притягивают один недостающий электрон, поэтому фтор легче вступает в реакции.
Почему фтор вытесняет йод из раствора его соли, а йод не вытесняет фтор?
Реакция замещения идёт от более активного галогена к менее активному. Фтор активнее йода, поэтому он окисляет ионы йода до простого вещества I₂, а йод не может превратить фторид-ионы в F₂.
17. Фтор, бром, йод
