Хімія 10 клас

РОЗДІЛ 2 НЕМЕТАЛІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ ТА ЇХ СПОЛУКИ

ХІМІЧНІ ЕЛЕМЕНТИ VIIA ГРУПИ

Як відомо, хімічні елементи VIIA групи періодичної системи Флуор F, Хлор Cl, Бром Br, Іод I й Астат At називаються галогенами. Свою назву галогени (у перекладі з грец. — «ті, що народжують солі») одержали завдяки здатності утворювати з металічними елементами солі, наприклад натрій хлорид NaCl, калій бромід KBr, кальцій флуорид CaF2, алюміній іодид AlI3.

Мал. 22. Галогени: а — фтор; б — хлор; в — бром; г — йод; ґ — астат

Назви Хлору, Брому та Іоду пов’язані з властивостями їх простих речовин (мал. 22): Хлор — за кольором (зеленкувато-жовтий), Бром — із запахом (смердючий), Іод — за кольором пари (фіалковий). Назва Флуору походить від латинського слова fluidus — плинний, оскільки добавки мінералу флюориту CaF2 до металічних руд полегшують їх плавлення. Назва радіоактивного елемента Астат грецькою мовою означає «нестійкий».

§ 18. Загальна характеристика

Усвідомлення змісту цього параграфа дає змогу:

характеризувати і порівнювати хімічні елементи VІІA групи за місцем у періодичній системі та електронною будовою їх атомів, поширеність у природі;

оцінювати біологічну роль галогенів.

Електронна будова і властивості атомів елементів відображено у табл. 4. Галогени у періодичній системі розташовані наприкінці кожного періоду, крім першого, перед інертними елементами. Тому серед елементів кожного періоду вони мають найбільший заряд ядра, найменший атомний радіус і, як наслідок, найвище значення електронега- тивності, неметалічний характер властивостей.

- Поясніть, чому в галогенів найменші атомні радіуси серед хімічних елементів кожного періоду.

В атомів галогенів подібна будова зовнішнього електронного шару, на якому сім валентних електронів — ns2np5, один з яких неспарений, що відповідає графічно-електронній формулі:

де n — номер періоду галогена.

Наявність одного неспареного електрона і нестача одного електрона до завершення стійкої восьмиелектронної оболонки зумовлюють характерні для всіх галогенів валентність І та ступені окиснення -1 і, крім Флуору, +1.

Т а б л и ц я 4

Загальна характеристика хімічних елементів VIIA групи

Але атоми галогенів, крім Флуору, здатні виявляти й інші валентності та ступені окиснення, оскільки на зовнішньому енергетичному рівні їх атомів є вакантний d-підрівень із п’ятьма електронними орбі- талями, на які в збудженому стані атома можуть переходити валентні електрони з s- та р-підрівнів (схема 2). Утворення неспареними електронами відповідної кількості ковалентних зв’язків зумовлює виявлення відповідних валентностей ІІІ, V, VІІ і ступенів окиснення +3, +5, +7.

С х е м а 2

Електронна конфігурація валентних електронів атомів галогенів в основному і збудженому станах

Проте зовнішній енергетичний рівень атома Флуору як елемента другого періоду складається тільки з 2s- та 2р-підрівнів, на яких вільних орбіталей немає. Тому розпаровування електронних пар неможливе, і Флуор у сполуках одновалентний і як найелектронегативніший елемент не виявляє позитивних ступенів окиснення.

- Поясніть, чому Флуор — найелектронегативніший хімічний елемент.

Отже, для всіх галогенів найнижчим ступенем окиснення є -1, а найвищим, крім Флуору, +7.

Подібність електронної будови атомів галогенів зумовлює подібність їх властивостей: усі вони є активними неметалічними елементами. Але при переході від Флуору до Іоду зі зростанням розмірів атомів неметалічні властивості закономірно послаблюються.

Флуор та Іод існують у природі лише у вигляді одного ізотопу, Хлор трапляється у вигляді двох ізотопів — 35С1 і 37С1. Легкий ізотоп є більш поширеним (атомна частка 75,53 %).

» Доведіть розрахунками, що атомна частка 35С1 дорівнює 75,53 %.

Прості речовини галогенів є неметалами. Їх назви збігаються з назвами відповідних елементів, але пишуться з маленької літери. Винятком є назви простих речовин Флуору (фтор) та Іоду (йод). Молекули галогенів складаються з двох атомів: F2, Cl2, Br2, I2.

Як неметалічні елементи галогени, крім Флуору, утворюють кислотні оксиди Е2Ох, де х — валентність галогену. Сполука Флуору з Оксигеном OF2 є флуоридом. Відповідні оксидам гідроксиди є оксигеновмісними кислотами. Леткі сполуки галогенів з Гідрогеном називаються гідрогенгалогенідами, або галогеноводнями, і мають загальну формулу НЕ. Їх водні розчини є безоксигеновими кислотами. Утворені галогенами солі називаються відповідно флуоридами, хлоридами, бромідами, іодидами.

Поширеність у природі. У зв’язку з великою активністю галогени існують у природі лише у складі солей (мал. 23). Флуор у земній корі найчастіше трапляється у вигляді флюориту, або плавикового шпату CaF2 і кріоліту AlF3 ✵ 3NaF. Основними мінералами Хлору є галіт, або кам’яна сіль NaCl, сильвін KCl, сильвініт NaCl ✵ KCl, карналіт KCl ✵ MgCl2 ✵ 6H2O. Натрій хлорид у величезній кількості розчинений у водах морів, океанів, деяких озер. Великі поклади кам’яної солі є біля Артемівська в Донбасі, сильвініту — поблизу міст Калуш і Стебник у Західній Україні.

Мал. 23. Природні сполуки Флуору: а — флюорит, або польовий шпат, б — кріоліт;

Хлору: в — галіт (кам'яна сіль), г — сильвін, ґ — сильвініт, д — карналіт

Бром та Іод — малорозповсюджені у земній корі елементи, найбільше їх у морській воді та водоростях.

Біологічна роль. Галогени з ґрунту засвоюються рослинами. З водою та кормом вони потрапляють до організму тварин, з харчовими продуктами і водою надходять в організм людини.

Флуор бере участь у забезпеченні нормального стану зубів, кісток, волосся; має вплив на імунну систему, функцію залоз внутрішньої секреції. Нестача Флуору у питній воді та харчових продуктах виявляється в людини через карієс (руйнування твердої частини зубів), його надлишок пошкоджує зубну емаль. Оптимальним є вміст Флуору в питній воді близько 1 мг/л. Добова потреба людини у Флуорі становить у середньому 2—3 мг і задовольняється в основному питною водою.

Хлор — це компонент тканин рослин, тварин і людини. У складі натрій хлориду бере участь у формуванні плазми крові. Хлоридна кислота у шлунковому соку (0,4—0,5 %) забезпечує необхідну для перетравлення їжі кислотність, запобігає розвитку в шлунку процесів гниття та бродіння, впливу хвороботворних бактерій. Добова потреба людини у Хлорі становить у середньому 3 г.

Іод у складі біологічно активних речовин бере участь в обміні речовин. При дефіциті в організмі Іоду розвивається базедова хвороба і, як наслідок, тяжке захворювання — зоб. Для людини добова потреба в Іоді становить приблизно 0,2 г.

Бром разом з Іодом впливають на функцію щитоподібної залози, у вигляді бромідної кислоти разом із хлоридною — на кислотність шлункового соку.

Потребу в галогенах забезпечують різноманітні харчові продукти (овочі, овочеві консерви, варення, чай, крупи, м’ясо, риба, курячі яйця тощо).

 Коротко про головне

Галогени (F, Cl, Br, І, At) — типові неметалічні елементи VІІА групи періодичної системи. Електронна конфігурація атомів галогенів ns2np5, у сполуках виявляють ступені окиснення -1 та валентність І, а також (крім F) непарні позитивні ступені окиснення +1, +3, +5, +7 і валентності ІІІ, V, VІІ. Неметалічні властивості галогенів зі збільшенням атомного номера поступово послаблюються.

Галогени утворюють прості речовини, які є неметалами; кислотні оксиди (крім Флуору) і відповідні їм оксигеновмісні кислоти; галогеноводні, водні розчини яких є безоксигеновими кислотами; солі.

Галогени у природі існують лише в зв’язаному стані. Мають велике значення для функціонування живих організмів.