Хімія. Профільний рівень. 11 клас. Григорович
§ 26. Фтор, бром, йод
Фізичні властивості простих речовин
Усі галогени, як і хлор, складаються з двохатомних молекул і у твердому стані мають молекулярні кристалічні ґратки. У таблиці 6 наведено порівняння фізичних властивостей фтору, брому та йоду.
Хімічні властивості
• Взаємодія з воднем. Усі галогени — сильні окисники й активно реагують із багатьма речовинами. Від фтору до йоду хімічна активність послаблюється, і це добре ілюструє їх взаємодія з воднем. Усі галогени реагують із воднем з утворенням відповідних галогенідів:
Х2 + Н2 = 2НХ (де X — F, Cl, Br, І)
Але реакції відрізняються за активністю: в атмосфері фтору водень займається і реагує з вибухом, для реакції водню з хлором необхідне ініціювання (освітлення або займання), а з бромом та йодом — за нагрівання до 500 °С.
• Взаємодія з простими речовинами. Фтор — найактивніший із неметалів, тому довгий час його не вдавалося одержати. Фтор реагує з більшістю простих речовин, зокрема з деякими інертними газами:
Са + F2 = CaF2
О2 + F2 = O2F2
S + 3F2 = SF6
Xe + F2 = XeF2
Бром також активно взаємодіє з металами і неметалами, багато з яких він окиснює до вищих ступенів окиснення:
2Аl + 3Вr2 = 2АlВr3
2Р + 5Вr2 = 2РВr5
Br2 + 3F2 = 2BrF3
Йод вступає в хімічні реакції менш активно, часто лише за наявності каталізатора. Наприклад, суха суміш алюмінію з йодом може довго зберігатися без змін. Але якщо до неї додати декілька крапель води, то через певний час починається бурхлива реакція:
Таблиця 6. Характеристика простих речовин-галогенів
Характеристика |
Фтор F2 |
Бром Вr2 |
Йод I2 |
Агрегатний стан за звичайних умов |
Газ |
Летка рідина |
Летка тверда речовина |
Колір |
Яскраво-жовтий із жовтогарячим відтінком |
Темно-червоний, навіть бурий, у твердому стані бром утворює червоні кристали |
Твердий йод — сіра кристалічна речовина з металічним блиском, а його випари — фіолетові |
Запах |
Різкий задушливий запах, нагадує озон та хлор |
Дуже сильний неприємний «важкий» запах |
Характерний запах йодної настоянки |
Температура плавлення |
-220 °C |
-7 °С |
114 °С* |
Температура кипіння |
-188 °С |
59 °С |
185 °С |
Густина за н. у. |
1,7 г/л |
3,18 г/см3 |
4,94 г/см3 |
Розчинність у воді |
В атмосфері фтору вода спалахує |
36 г в 1 літрі води |
0,3 г в 1 літрі води |
Фізіологічна дія |
Отруйний. Подразнює дихальні шляхи та шкіру: у разі контакту зі шкірою впродовж 2 с спричиняє термічні опіки |
Отруйний. У разі потрапляння на шкіру утворюються болючі опіки, які важко загоюються |
Отруйний. Випари спричиняють кашель і навіть набряк легенів. Твердий йод спричиняє хімічні опіки шкіри |
* За атмосферного тиску під час нагрівання сублімує (мал. 26.1), а плавиться за умови високого парціального тиску випарів йоду.
Від теплоти, що при цьому виділяється, частина йоду сублімує, утворюючи фіолетові випари (мал. 26.1).
Мал. 26.1. Взаємодія йоду з алюмінієм відбувається за наявності води з виділенням великої кількості теплоти
• Взаємодія з водою. Із водою реагують усі галогени, окрім йоду. Про взаємодію хлору з водою ви вже дізналися з § 23. Фтор із водою реагує дуже активно: під час змішування фтору з водяною парою відбувається вибух, а в разі спрямування струменя фтору на рідку воду — вода займається:
2F2 + 2Н2О = 4HF + О2
Бром із водою взаємодіє так само, як і хлор, але дещо менш активно. Під час розчинення брому у воді в реакцію вступає лише 1-2 % розчиненого брому з утворенням бромідної й гіпобромітної кислот:
Вr2 + Н2О = НВr + НВrО
• Взаємодія з лугами. Через особливості взаємодії галогенів із водою з розчинами лугів вони реагують так само, як і хлор:
• Взаємодія з розчинами галогенідів. Важливою властивістю галогенів є їхня здатність витісняти один одного з розчинів солей: активніший галоген витісняє інші галогени із солі. Хлор витісняє із солей бром і йод, бром — лише йод, а йод не здатний витиснути ані бром, ані хлор:
2NaBr + Сl2 = 2NaCl + Вr2
2NaI + Br2 = 2NaBr + І2
Цим способом добувають бром і йод у промисловості. Ця властивість також ілюструє зміну активності галогенів у ряду F2 — Сl2 — Вr2 — I2. Найактивнішим галогеном, безумовно, є фтор, але реакції з його участю у водному середовищі не проводять.
• Якісна реакція на йод. Йод взаємодіє з крохмалем, у результаті чого утворюється складна комплексна сполука, забарвлена в темно-синій колір. Цю реакцію використовують для виявлення йоду (і крохмалю) у розчинах. Крохмальний клейстер є чутливим реактивом на йод.
Застосування галогенів
Фтор у чистому вигляді майже не застосовують через його високу хімічну активність та складність зберігання. Але широко застосовують сполуки Флуору.
• Вуглеводні, у яких атоми Гідрогену заміщені атомами Флуору та Хлору (Брому), використовують як холодоагенти — фреони.
• Рідкі перфлуоровуглеводні (вуглеводні, у яких усі атоми Гідрогену заміщені Флуором) завдяки можливості дуже добре розчиняти кисень застосовують як замінники крові, а тверді перфлуоровуглеводні — як тефлонове покриття для посуду.
• Деякі сполуки Брому (натрій бромід, бромкамфора) використовують як заспокійливі засоби. У побуті їх помилково називають «бромом».
• Спиртовий розчин йоду широко застосовують у медицині для дезінфекції. Потрапивши на шкіру, йод залишає коричневі плями, які змиваються розчином соди або спиртом.
• Аргентум(І) бромід та аргентум(І) йодид використовують для виготовлення фотохромного скла — скла, яке змінює свій колір у разі опромінення світлом. Крім того аргентум(І) бромід застосовують у виробництві чорно-білої фотоплівки.
Біологічне значення галогенів
Флуор є життєво необхідним для організму людини елементом. В організмі людини він міститься переважно в зубній емалі у складі флуорапатиту Ca5(PO4)3F. За нестачі Флуору (<0,5 мг/л у питній воді) зубна емаль руйнується внаслідок вимивання Флуору з флуорапатиту, що є причиною карієсу. Для профілактики карієсу рекомендують використовувати зубні пасти з умістом сполук Флуору або вживати флуоровану воду (до концентрації 1 мг/л). Надлишок Флуору (>1 мг/л питній воді) є причиною флюорозу — захворювання зубів і кісток.
Хлор — один із найважливіших біогенних елементів, він міститься у складі всіх живих організмів. У тварин і людини хлорид-іони беруть участь у гомеостазі. У шлунку людини хлорид-іони створюють сприятливе середовище для дії ферментів шлункового соку.
• Хлор — життєво важливий елемент для рослин. Він необхідний для утворення кисню в процесі фотосинтезу, поглинання коренями кисню, сполук Калію, Кальцію, Магнію. Але надмірна концентрація хлорид-іонів у рослинах, що виникає в разі засолення ґрунту, знижує вміст хлорофілу та активність фотосинтезу, сповільнює ріст і розвиток рослин.
Бром у вигляді простої речовини дуже шкідливий. Уже за вмісту випарів брому в повітрі близько 0,001 % (за об’ємом) відбувається подразнення слизових оболонок, запаморочення, а за більших концентрацій — судоми м’язів горла. Рідкий бром у разі потрапляння на шкіру спричиняє хворобливі опіки.
Сполуки Брому мають заспокійливу дію, їх використовують для виготовлення спеціальних лікарських препаратів.
Йод міститься в усіх живих організмах. Його вміст у рослинах залежить від умісту його сполук у ґрунті й воді. Деякі морські водорості (морська капуста, або ламінарія, фукус тощо) накопичують до 1 % Йоду. У тварин і людини Йод міститься у складі тиреоїдних гормонів щитоподібної залози — тироксину і трийодтироніну, які мають багатобічну дію на ріст, розвиток і обмін речовин організмів.
Ключова ідея
Галогени є поширеними в природі речовинами, елементи-галогени — біологічно важливі елементи, виявляють переважно окисні властивості.
ЛАБОРАТОРНІ ДОСЛІДИ № 3,4
Якісні реакції на бромід- та йодид-іони
Обладнання: штатив із пробірками, піпетки.
Реактиви: розчини натрій хлориду, натрій броміду, натрій йодиду, аргентум(І) нітрату.
Дотримуйтесь правил безпеки
У три пробірки налийте по 1 мл розчинів натрій хлориду, натрій броміду та натрій йодиду. До кожної пробірки додайте по 2-3 краплі розчину аргентум(І) нітрату.
Опишіть свої спостереження, зазначте колір осадів. Запишіть рівняння реакцій, що відбуваються, у молекулярній та йонно-молекулярній формах.
Запитання та завдання
139. Порівняйте фізичні властивості фтору, хлору, брому і йоду.
140. Схарактеризуйте хімічні властивості галогенів, порівняйте їхню хімічну активність.
141. Чи можна використати фтор для витиснення хлору з водного розчину натрій хлориду? Відповідь поясніть.
142. Чи можна фтор добути електролізом водного розчину натрій флуориду? Чому? Як добувають фтор?
143. Бром реагує з лугами так само, як і хлор. Запишіть рівняння реакцій брому з охолодженим та з нагрітим розчинами калій гідроксиду.
144. Які з галогенів взаємодіють з: а) натрій хлоридом; б) калій бромідом; в) магній йодидом? Запишіть рівняння реакцій. Укажіть окисник і відновник.
Цей контент створено завдяки Міністерству освіти і науки України