Chemia/Pierwiastki grupy 17 - fluorowce

Z Brain-wiki
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
Wikipedia:pl:Chlor 35,5 171,6 239,11 gaz 3,0 [Ne]3s23p5 13,01
Wikipedia:pl:Brom 80 265,8 332,0 ciecz 2,8 [Ar]4s23d104p5 11,84
Wikipedia:pl:Jod 127 396,85 457,4 ciało stałe 2,5 [Kr]4d105s25p5 10,44
Wikipedia:pl:Astat 210 575 610 ciało stałe 2,2 [Xe]4f145d106s26p5 -

Powyższa tabela pochodzi po części z polskiej wikipedii.

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