CHEM:Pierwiastki grupy 17 – fluorowce

Z edu
brain.fuw.edu.pl/edu / Chemia ogólna > Pierwiastki grupy 17 – fluorowce
KL grafika.png KAPITAŁ LUDZKI
NARODOWA STRATEGIA SPÓJNOŚCI
Universitas Varsoviensis orzelek trans 116x128.png
UNIA EUROPEJSKA
EUROPEJSKI
FUNDUSZ SPOŁECZNY
European flag.svg
Projekt Fizyka wobec wyzwań XXI w. współfinansowany jest przez Unię Europejską ze środków Europejskiego Funduszu Społecznego w ramach Programu Operacyjnego Kapitał Ludzki.
Fluorowce
Właściwości fizyczne fluorowców
Fluorowiec Masa
atomowa [u]
Temperatura
topnienia [K]
Temperatura
wrzenia [K]
stan skupienia Elektroujemność
(wg. Paulinga)
Konfiguracja elektronowa

(podkreślono elektrony walencyjne)

Potencjał jonizacji (eV)
Fluor 19 53,53 85,03 gaz 4,0 [He]2s22p5 17,42
wikipl:Chlor 35,5 171,6 239,11 gaz 3,0 [Ne]3s23p5 13,01
wikipl:Brom 80 265,8 332,0 ciecz 2,8 [Ar]4s23d104p5 11,84
wikipl:Jod 127 396,85 457,4 ciało stałe 2,5 [Kr]4d105s25p5 10,44
wikipl:Astat 210 575 610 ciało stałe 2,2 [Xe]4f145d106s26p5 -

Powyższa tabela pochodzi po części z polskiej wikipedii.

Spis treści

Występowanie w przyrodzie

Fluorowce występują w przyrodzie wyłącznie w postaci związków Najważniejsze minerały

  • CaF2 — fluoryt
  • Ca5(PO4)3F — apatyt
  • Na3ALF6 — kriolit
  • NaCl — sól kamienna
  • KCl — sylwin
  • KClxMgCl2x6H2O — karnalit

Właściwości fizyczne

  • W warunkach normalnych fluor i brom są żółtozielonymi gazami, brom jest ciemnobrunatną, lotną cieczą, a jod ciałem stałym o metalicznym połysku. Astat nie występuje w przyrodzie, jest pierwiastkiem promieniotwórczym o krótkim czasie półtrwania.
  • Chlor i brom rozpuszczają się w wodzie tworząc bezbarwną wodę chlorową Cl2(aq) i brunatną wodę bromową Br2(aq). Niezależnie od fizycznego procesu rozpuszczania zachodzą reakcje chemiczne fluorowców z wodą.
  • Fluor gwałtownie rozkłada wodę:
2F2 + 2H2O → 4HF + O2
  • Chlor i brom reagują z wodą powoli i w roztworze ustala się równowaga:
X2 + H2O ↔ HX + HXO
  • Pod wpływem światła następuje powolny rozkład kwasów HXO z wydzieleniem tlenu atomowego, który jest silnym utleniaczem:
HXO → HX + O
Dezynfekujące i wybielające właściwości wody chlorowej są związane z działaniem tlenu atomowego.

Reakcje fluorowców z wodorem

  • Wszystkie fluorowce reagują bezpośrednio z wodorem tworząc wodorki typu HX.
  • Reakcja fluoru z wodorem jest gwałtowna i silnie egzotermiczna:
H2 + F2 → 2HF, ΔH0 = -538 kJ/mol.
  • Synteza HCl zachodzi po zainicjowaniu reakcji kwantem promieniowania:
H2 + Cl2 → 2HCl, ΔH0 = -538 kJ/mol.
  • Reakcja syntezy HBr przebiega powoli nawet pod wpływem działania promieniowania oraz w podwyższonej temperaturze:
H2 + Br2 → 2HBr, ΔH0 = -72 kJ/mol.
  • Ogrzewanie par jodu z wodorem prowadzi do stanu równowagi:
H2 + J2 → 2HJ, ΔH0 = + 52 kJ/mol.
  • HF jest cieczą, pozostałe fluorowcowodory są gazami.

Kwasy fluorowcowodorowe

  • Fluorowcowodory ulegają dysocjacji w roztworach wodnych:
    HX + H2O → X¯ + H3O+.
  • Wodne roztwory HCL, HBr i HJ są mocnymi kwasami, natomiast HF jest słabym kwasem. Moc kwasów rośnie w szeregu
    HCl < HBr < HJ,
    ponieważ w miarę wzrostu liczby atomowej fluorowca rośnie promień atomowy, czyli zwiększa się długość wiązania X-H, co ułatwia oddysocjowanie protonu.
  • Ciekłe fluorowcowodory nie przewodzą prądu elektrycznego (są związkami kowalencyjnymi).

Halogenki cząsteczkowe

  • Pierwiastki elektroujemne i metale na wyższych stopniach utlenienia tworzą z fluorowcami halogenki cząsteczkowe, nazywane również kowalencyjnymi w odróżnieniu od jonowych halogenków metali I i II grupy.
  • Ważną cechą strukturalną jest występowanie mostków halogenkowych pomiędzy dwoma atomami metalu lub niemetalu (M-X-M). BF2 występuje w postaci długich łańcuchów -Be-F-F-Be- z mostkami fluorkowymi zgiętymi, pentachlorki metali przejściowych tworzą dimery ze zgiętymi mostkami M-Cl-M, natomiast pentafluorki tworzą cykliczne tetramery z liniowymi mostkami M-F-M.
  • Halogenki kowalencyjne łatwo ulegają hydrolizie:
BCl3 + 3H2O → B(OH)3 + 3H+ + 3Cl¯
PBr3 + 3H2O → H3PO3 + 3H+ + 3Br¯
SiCl4 + 4H2O → Si(OH)4 + 4H+ + 4Cl¯

Reakcje wymiany fluorowców

  • Każdy fluorowiec X2 wypiera z roztworu inne fluorowce o niższym potencjale E0 (jest to reakcja redoks):
Cl2 + 2KBr → Br2 + 2KCl
Br2 + 2KJ → J2 + 2KBr
  • Zdolność utleniania maleje w szeregu: F2>Cl2>Br2>J2
  • Reakcje wymiany fluorowca mają duże znaczenie w syntezie związków fluorowcoorganicznych.
  • Fluorowce trudno reagują z tlenem. Większość tlenków otrzymuje się w reakcjach pośrednich:
2NaClO3 + SO2 + H2SO4 → 2ClO2 + 2NaHSO4
2HJO3 → J2O5
  • Ważniejsze tlenki fluorowców:
  • Fluorowce (z wyjątkiem fluoru) tworzą 4 typy kwasów tlenowych, w których atom fluorowca przyjmuje stopnie utlenienia +1, +3, +5, +7. Większość kwasów tlenowych istnieje tylko w postaci rozcieńczonych roztworów, dla niektórych znane są tylko sole.

Kwasy tlenowe fluorowców

  • Kwasy halogenowe (I) HOX są bardzo słabymi kwasami, ale silnymi utleniaczami w środowisku kwaśnym (X oznacza atom fluorowca).
  • Kwas halogenowy (III) HXO2 znany jest tylko dla chloru.
  • Kwas halogenowy (V) HXO3 tworzy chlor, brom i jod.
  • Kwas halogenowy (VII) HXO4 tworzy chlor i jod.
  • Moc kwasów tlenowych rośnie wraz ze wzrostem liczby atomów tlenu w cząsteczce:
HClO<HClO2<HClO3<HClO4
  • Moc kwasów maleje w miarę przechodzenia w dół grupy:
HClO>HBrO>HJO
Osobiste