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.