Хімія. Повторне видання. 8 клас. Ярошенко

§ 5. Поняття про галогени й інертні елементи

Опрацювавши матеріал параграфа, ви зможете:

• оперувати поняттями галогени та інертні гази;
• схарактеризувати положення інертних елементів і галогенів у періодичній системі;
• схарактеризувати фізичні властивості галогенів та інертних газів;
• пояснити деякі хімічні властивості галогенів;
• розповісти про застосування галогенів та інертних газів.

ПОНЯТТЯ ПРО ГАЛОГЕНИ. Неметалічні елементи галогени — Флуор (F), Хлор (Сl), Бром (Вr), Йод (I) — були відкриті приблизно в той самий час, що й лужні металічні елементи, тобто в першій половині XIX ст. Астат (At), якого надто мало в природі, одержано вже у XX ст. Подібно до лужних металічних елементів, галогени в природі трапляються лише у складі сполук, тому що прості речовини, утворені з атомів цих елементів, виявляють високу хімічну активність. Молекули всіх галогенів двоатомні, незалежно від їхнього агрегатного стану, — F₂, Сl₂, Вr₂, I₂, At₂. Валентність атомів галогенів у цих сполуках дорівнює 1.

У перекладі з грецької слово галогени означає солероди. Ця назва дісталась їм за здатність простих речовин фтору, хлору, брому, йоду реагувати з металами та утворювати солі. Одну з таких солей — кухонну сіль, або натрій хлорид NaCl, ви добре знаєте.

Фізичні властивості галогенів. Усі галогени мають запах і колір. Запах у них різкий, подразливий, що за тривалого вдихання спричинює задуху.

За звичайних умов фтор і хлор — гази, бром — рідина, йод — тверда речовина (мал. 10).

Мал. 10

Про ці та інші фізичні властивості й характеристики галогенів ідеться в таблиці 4.

Таблиця 4

Деякі відомості про галогени й утворені ними прості речовини

Хімічний елемент			Проста речовина
Назва, символ	Порядковий номер	Відносна атомна маса (округлено)	Назва, формула	Молярна маса речовини (округлено)	Температура плавлення, °С	Температура кипіння, °С	Агрегатний стан за нормальних умов	Колір
Флуор, F	9	19	фтор, F2	38	-220	-183	газ	жовтуватий
Хлор, Сl	17	36	хлор, Сl2	71	-101	-134	газ	жовто-зелений
Бром, Вr	35	80	бром, Вr2	160	-7	+59	рідина	червоно-бурий
Йод, I	53	127	йод, I2	254	+ 113	+ 185	тверда речовина	темно-сірий

Попрацюйте групами

Опрацюйте дані таблиці 4 та з’ясуйте, як для галогенів змінюються зі збільшенням порядкового номера:

• а) відносна молекулярна маса простих речовин, утворених з атомів хімічних елементів;
• б) температура плавлення;
• в) температура кипіння;
• г) агрегатний стан.

Галогени — найактивніші неметали. Вони реагують з багатьма неорганічними та органічними речовинами. Розглянемо приклади.

Взаємодія галогенів з воднем. Усі без винятку галогени взаємодіють з воднем, утворюючи газоподібні речовини, що мають загальну формулу HR і загальну назву гідроген галогеніди:

F₂ + Н₂ = 2HF гідроген фторид

Вr₂ + Н₂ = 2НВr гідроген бромід

Для того щоб відбулася реакція між хлором і воднем, суміш досить освітити яскравим світлом або нагріти. Суміш водню та фтору вибухає навіть у темряві. Бром і пара йоду реагують з воднем лише під час нагрівання, причому за більшої температури, ніж це потрібно для реакції хлору з воднем.

Визначте валентність Флуору та Брому в утворених речовинах.

Користуючись поданою інформацією, зробіть висновок, як змінюється хімічна активність галогенів у реакції з воднем від фтору до йоду.

Усі гідроген галогеніди за кімнатної температури — гази без кольору, але з характерним запахом, що подразнює слизові оболонки носа та рота. Добре розчиняються у воді. Якщо розчин будь-якого гідроген галогеніду випробувати індикаторами, то метилоранж набуває рожевого кольору, універсальний індикаторний папірець червоніє. Це доводить наявність у розчині кислоти.

Взаємодія галогенів з металами. Галогени доволі активно реагують з металами.

Так, натрій без нагрівання сполучається з хлором (мал. 11):

Мал. 11. Взаємодія натрію з хлором

Розжарене залізо згорає у хлорі сліпучим полум’ям (мал. 12):

Мал. 12. Взаємодія заліза з хлором

Суміш порошків алюмінію та йоду за кімнатної температури може як завгодно довго перебувати в незмінному стані. Та досить додати до неї кілька крапель води, як відразу ж розпочинається бурхлива взаємодія алюмінію з йодом (мал. 13).

Мал. 13. Взаємодія алюмінію з йодом

У рівнянні воду серед реагентів не зазначено. Але вона необхідна для утворення сполук, які очищають поверхню алюмінію від плівки алюміній оксиду.

Отже, елементи, що належать до родини галогенів, а також їхні сполуки мають багато спільного, а фізичні та хімічні властивості речовин, які містять атоми галогенів, змінюються зі зміною порядкового номера хімічних елементів у таблиці періодичної системи.

ПОНЯТТЯ ПРО ІНЕРТНІ ЕЛЕМЕНТИ. Наприкінці XIX ст. експериментальні методи досліджень у хімії досягли такого рівня, що впродовж шести років було відкрито 6 нових хімічних елементів та визначено їхнє місце в таблиці періодичної системи. Йдеться про Гелій (Не), Неон (Ne), Аргон (Аr), Криптон (Кr), Ксенон (Хе) і Радон (Rn).

Попрацюйте групами

Знайдіть у періодичній системі елементи з порядковими номерами 2, 10, 18, 36, 54, 86, і ви пересвідчитеся, що під цими номерами розташовані інертні хімічні елементи. З’ясуйте розташування кожного з них у періодах.

Першим був відкритий Аргон. Увагу англійського фізика Джона Стретта (лорда Релея) привернув той факт, що в азоту, добутого з повітря, й азоту, добутого з хімічних сполук, різна густина. За поясненням він звернувся до іншого вченого — Вільяма Ремзі. Після серії експериментів з розділенням зрідженого повітря було відкрито просту газоподібну речовину аргон. Ще раніше, завдяки спектральному аналізу, фізики встановили наявність гелію на Сонці. Невдовзі у складі повітря було відкрито ще три газоподібні прості речовини — криптон, неон і ксенон. Останнім відкрили радон, що містився серед продуктів радіоактивного розпаду радію.

Інертні хімічні елементи належать до малопоширених на Землі елементів. Так, В. Ремзі зазначав, що ксенону в повітрі менше, ніж золота в морській воді. І це ще один доказ того, наскільки важливими є наукові дослідження для відкриття хімічних елементів чи створення нових речовин.

ПРОСТІ РЕЧОВИНИ ТА СПОЛУКИ ІНЕРТНИХ ГАЗІВ. Прості речовини інертних елементів за звичайних умов — гази без кольору, смаку, запаху, мають низькі температури плавлення та кипіння. Так, температура кипіння гелію дорівнює -269 °С.

Від інших газоподібних простих речовин їх відрізняє одноатомний склад молекул. До 1962 р. вченим не вдавалося добути жодної сполуки інертних елементів. Саме тому їх ще називають благородними газами. Нині відомо понад 200 сполук Ксенону, Криптону й Радону, добутих у спеціальних умовах.

Та навіть така властивість інертних газів, як хімічна неактивність, забезпечила їм широке застосування (мал. 14).

Мал. 14. Застосування інертних газів

Так, аргон (а також гелій) застосовують для створення інертної атмосфери під час зварювальних робіт, різання металів. Гелій, криптон та ксенон використовують у лазерній техніці.

У медицині за участю інертних газів проводять обстеження головного мозку, легень та серця; радонові ванни лікують хворі суглоби, гелій додають до складу дихальних сумішей. Навіть харчова промисловість знайшла їм застосування (пакувальні та витискувальні гази тощо).

Яскраві реклами, що прикрашають вітрини магазинів, різнокольорове освітлення вулиць під час свят також не обходяться без інертних газів.

МІСЦЕ ІНЕРТНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. Після відкриття інертних елементів постала проблема з розміщенням їх у періодичній системі. Те, що утворені ними прості речовини наділені подібними властивостями, серед яких основна — це інертність (бездіяльність) відносно інших речовин, стало причиною розміщення їх в окремій групі періодичної системи. У 1900 р. ухвалили рішення доповнити періодичну систему нульовою групою й розташувати там інертні елементи. Але в сучасній періодичній системі нульова група відсутня, а інертні елементи включено до VIII А групи довгої форми (і до головної підгрупи VIII групи короткої форми).

Стисло про основне

• Прикладом природної групи неметалічних елементів є галогени Флуор, Хлор, Бром, Йод, Астат.

• Прості речовини галогени мають двохатомні молекули та є типовими неметалами як за фізичними, так і за хімічними властивостями.

• У реакціях з іншими речовинами галогени виявляють високу хімічну активність, яка зменшується зі збільшенням відносної атомної маси елементів.

• Інертні елементи Гелій, Неон, Аргон, Криптон, Ксенон і Радон є особливою групою. Утворені ними прості речовини, газоподібні за кімнатної температури, мають низькі температури кипіння. Усі вони виявляють стійку інертність (неактивність) щодо взаємодії з іншими речовинами.

• Хімічні елементи галогени та інертні елементи розташовано в періодичній системі в кінці періодів.

Сторінка ерудита

Прості речовини галогени отруйні, тож у разі потрапляння в організм із повітрям, водою чи їжею становлять небезпеку для здоров’я людини. А от негативно заряджені частинки, утворені з їхніх атомів, для людини життєво необхідні. Для прикладу, йони Хлору Сl^- входять до складу кухонної солі. Нею не лише приправляють чи консервують продукти харчування, але за певних захворювань людям ставлять крапельниці з розчином цієї речовини. Йон Хлору входить до складу шлункового соку.

Йонів Флуору організм людини потребує для міцності зубної емалі. Тому зубні пасти досить часто містять добавки сполук цього елемента. Окремі медичні препарати, що діють заспокійливо на нервову систему людини, містять йони Брому. Потрібні організму людини і йодовмісні йони, щоб правильно функціонувала щитоподібна залоза. Якщо їх уміст в організмі відхиляється від норми, то в роботі залози відбуваються порушення, і це негативно позначається на здоров’ї всього організму. Вам, очевидно, доводилося бачити на пакованнях з кухонною сіллю напис «йодована». Що це означає? До кухонної солі додано невелику кількість солей Йоду, і в такий спосіб люди можуть поповнити його запаси у своєму організмі.

Знаємо, розуміємо

1. Які елементи належать до природної родини галогенів?

2. Поясніть, чому галогени не трапляються в природі у вільному стані.

3. Дайте порівняльну характеристику фізичних властивостей галогенів.

4. Що вам відомо про хімічні властивості галогенів? Як вони змінюються зі збільшенням порядкових номерів хімічних елементів?

5. Які елементи належать до природної родини інертних елементів? Чому вони мають таку назву?

6. Дайте характеристику фізичних властивостей і застосування інертних газів.

Застосовуємо

17. Випишіть формули складних речовин, що трапляються в тексті параграфа, та позначте над символами елементів валентність атомів.

18. Укажіть правильну відповідь, що стосується такого переліку речовин: натрій, фтор, калій, бром, гелій, аргон, неон.

А переважають галогени

Б переважають інертні гази

В переважають лужні метали

Г галогенів, інертних газів і лужних металів — порівну

19. Увідповідніть назви речовин і їхні відносні молекулярні маси.

Назви речовин		Відносні молекулярні маси
1	хлор	А	80
2	аргон	Б	160
3	калій оксид	В	71
4	бром	Г	40
		Д	94