Materiały internetowe http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/index/Notes_Chapter_08.pdf http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/power_point/Ch24.ppt http://web.mit.edu/2.813/www/Class%20Slides/Lecture%207%20Mat.Prod.pdf http://www.google.pl/search?hl=pl&lr=&client=firefox-a&channel=s&rls=org.mozilla:pl:official&q=uklad+okresowy+pierwiastkow%2BPower+Point&start=20&sa=N http://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture%20Notes%20pdfs/Series%204%20Periodic%20Trends.pdf http://zchoin.fct.put.poznan.pl

Fluorowce Grupa 17 ns2np5 brak jednego elektronu do konfiguracji oktetu dwuatomowe cząsteczki, w których struktura oktetu jest uzyskiwana poprzez uwspólnienie elektronów

Informacje ogólne Halogen Promień atomowy (nm) Promień jonowy (nm) Temp. topnienia (oC) Temp. wrzenia (oC) Gęstość (g cm-3) Zawartość (%) Fluor 0.072 0.133 -220 -188 1.11 0.062 Chlor 0.099 0.181 -101 -34.7 1.56 0.013 Brom 0.114 0.195 -7.2 58.8 3.12 0.0003 Jod 0.216 114 184 4.93 0.00005 Astat* - 302 380 Trace *wyłącznie w postaci sztucznych izotopów promieniotwórczych - 28 izotopów o T1/2 od 10-7 s do 8,3 godz.

Temperatury topnienia i wrzenia fluorowców

Boardworks GCSE Additional Science: Chemistry The Halogens Pary fluorowców Brom i jod nie są gazami, ale mają niskie temperatury wrzenia. Photo credit: Dr John Mileham Brunatne pary bromu widoczne są na d cieczą. Jod ulega sublimacji podczas podgrzewania

Występowanie fluoru i chloru - minerały CaF2 - fluoryt Ca5(PO4)3F - apatyt Na3AlF6 - kriolit NaCl - sól kamienna KCl - sylwin KCl MgCl26H2O - karnalit KCl MgSO43H2O - kainit  

Metody otrzymywania fluorowców a) CaF2 + H2SO4 = CaSO4  + 2HF b) Elektroliza stopionego KHF2 w bezwodnym HF : Anoda 2F- = F2 + 2e Katoda 2H+ + 2e = H2 Konieczność oddzielenia przestrzeni anodowej od katodowej w przeciwnym wypadku zajdzie reakcja: H2 + F2 = 2HF  Chlor a) Elektroliza roztworu wodnego lub stopionego NaCl: 2Cl- = Cl2 + 2e b) Z chlorków poprzez utlenianie za pomocą KMnO4 w środowisku kwaśnym:  2MnO4- + 10Cl- + 16H+ = 5Cl2 + 2Mn2+ + 8H2O

Metody otrzymywania fluorowców Brom a) Podobnie jak chlor b) 2Br- + Cl2 = Br2 + 2Cl- Jod 2I- + Cl2 = I2 + 2Cl-

Zastosowania fluorowców Chlor Brom Jod Odkażacze Lampy halogenowe Diagnostyka rentgenowska Dodatek do soli Leczenie tarczycy Leczenie nowotworów Pasta do zębów Uzdatnianie wody Produkcja aluminium Pokrycia teflonowe Wzbogacanie uranu Odkażanie wody Kwas solny Tworzywa sztuczne Wybielacze Filmy fotograficzne Gazy łzawiace Opóźniacze zapłonu Farmaceutyki

Związki z wodorem (wodorki) HX: gazy dobrze rozpuszczalne w wodzie – powstają kwasy:  HF HCl HBr HI wzrost mocy kwasów Kwas solny : roztwór wodny chlorowodoru (HCl) Otrzymywanie wodorków:  HF CaF2 + H2SO4 = CaSO4  + 2HF  HCl a) NaCl + H2SO4 = NaHSO4 + HCl NaHSO4 + NaCl = Na2SO4 + HCl b) H2 + Cl2 = 2HCl

Stopień dysocjacji w r-rze 0.1M Względna kwasowość HX HX Stała dysocjacji Stopień dysocjacji w r-rze 0.1M HF 7x10-4 0.085 HCl 1x107 0.920 HBr 1x109 0.930 HI 1x1011 0.950

Anormalne zachowanie HF Zgodnie z regułą przekory, stopień dysocjacji słabego kwasu rośnie z rozcieńczeniem HA H+ + X- Ale w przypadku HF jest odwrotnie. Dlaczego? W stężonym HF, cząsteczki HF tworzą dimery H2F2 (wiązanie wodorowe). Moc kwasu H2F2 jest większa niż HF. H2F2  H+ + HF2-

Związki fluorowców z tlenem Chlor Cl2O (+1), Cl2O3 (+3) ClO2 (+4), Cl2O4 (+4) Cl2O6 (+6), Cl2O7 (+7) Fluor OF2 (-1) O2F2 (-1) Uwaga: OF2 i O2F2 to nie są tlenki lecz fluorki ! Brom Br2O (+1)  BrO2 (+4)   Jod  I2O4 (+4) I2O5 (+5) I2O7 (+7)

Związki fluorowców z tlenem Stopień utlenienia fluorowca Fluor Chlor Brom Jod   +1 +3 +5 +7 HOF(x) podfluorawy (fluorek hydroksylu) HClO Podchlorawy HClO2 Chlorawy HClO3 Chlorowy HClO4 nadchlorowy HBrO Podbromawy HBrO2 Bromawy HBrO3 Bromowy HBrO4 nadbromowy HIO Podjodawy HIO3 Jodowy nadjodowe: HIO4 H3IO5 H5IO6 H4I2O9 H7I3O14 (x) - fluor na -1 st. utlenienia

Kwasy nadjodowe HIO4 + H2O = H3IO5 H5IO6 (2x) H2I2O8 H4I2O9 (3x)

Elektroujemność i powinowactwo elektronowe Pierwiastek E.U. F 4.0 Cl 3.0 Br 2.8 I 2.5 Pierwiastek EA kJ/mol F -348 Cl -364 Br -342 I -285 X(g) + e-  X-(aq)

Boardworks GCSE Additional Science: Chemistry The Halogens Wszystkie fluorowce potrzebują jednego elektronu do uzyskania struktury oktetu +  F Wszystkie fluorowce istnieja w postaci cząsteczek dwuatomowych o wiązaniu kowalencyjnym: F2, Cl2, Br2 and I2.

Wiązanie i stopień utlenienia Atomy fluorowca uwspólniają niesparowane p elektrony z atomem niemetalu i tworzą wiązanie kowalencyjne Fluorowce (z wyjątkiem fluoru) Występują na –1 lub +1 stopniu utlenienia w związkach kowalencyjnych (zależnie od elektroujemności)

Wiązanie i stopień utlenienia Wszystkie fluorowce (z wyjątkiem fluoru) mogą wykorzystać do tworzenia wiązań puste orbitale d

Wiązanie i stopień utlenienia Fluor  najbardziej elektroujemny pierwiastek  posiada jedynie jeden niesparowany elektron p zdolny do utworzenia wiązania  występuje jedynie na –1 stopniu utlenienia

Kolor Wszystkie fluorowce absorbują promieniowanie w zakresie widzialnym Fluor (najmniejszy promień) absorbuje promieniowanie o wysokiej częstości the radiation of (jasnoniebieskie) i ma żółtą barwę Kolor fluorowca zależy od rozpuszczalnika Fluorowce to niepolarne cząsteczki, słabo rozpuszczalne w rozpuszczalnikach polarnych (woda), ale b. dobrze rozpuszczalne w rozpuszczalnikach organicznych (1,1,1-trichloroetan, CCl4)

Kolory fluorowców w stanie wolnym i w roztworach Fluorowiec Kolor W stanie wolnym W wodzie w 1,1,1-trichloroetanie F2 jasnożółty Cl2 zielonożółty żółty Br2 brunatnoczerwony żółtobrązowy pomarańczowy I2 fioletowoczarny Nie rozpuszcza się fioletowy

Kolory w 1,1,1-trichloroetanie: (a) chlor; (b) brom; (c) jod

Właściwości chemiczne Najbardziej reaktywne niemetale Brak jednego elektronu do struktury oktetu Tendencja do uzyskania brakującego elektronu Wysoka elektroujemność Wysokie powinowactwo elektronowe Silne właściwości utleniające Fluor – bardzo silny utleniacz- pierwiastki reagujące z fluorem mają możliwie najwyższe stopnie utlenienia

Właściwości utleniające fluorowców Reakcje z sodem Wszystkie fluorowce reagują z sodem dając halogenki, reaktywność maleje ze wzrostem liczby atomowej fluorowca 2Na(s) + F2(g)  2NaF(s) (eksplozja) 2Na(s) + Cl2(g)  2NaCl(s) (gwałtowna reakcja) 2Na(s) + Br2(g)  2NaBr(s) (reakcja z parami bromu) 2Na(s) + I2(g)  2NaI(s) (reakcja z parami jodu)

Właściwości utleniające fluorowców Utlenianie metali a. F2 utlenia wszystkie metale, także Au i Ag b. Cl2 utlenia metale nieszlachetne i Cu Reakcje z Fe2+(aq) 2Fe2+ + Cl22Fe3+ + 2Cl- 2Fe2+ + Br22Fe3+ + 2Br- 2Fe3+ + 2I-2Fe2+ + I2 Potencjał standardowy(V) Cl2+e-Cl- 1.36 Br2+e-Br- 1.07 I2+e-I- 0.54 Fe3++e-Fe2+ 0.77

Reakcje z wodą Fluor utlenia wodę dając HF i O2 2F2 + 2H2O  2HF + O2 Chlor ulega dysproporcjonowaniu dając HCl and HOCl. Cl2 + H2O  HCl + HOCl Mieszanina Cl2(aq), HCl(aq) i HOCl(aq) nosi nazwę wody chlorowej Jon OCl- to: 1. silny utleniacz z właściwościami wybielającymi OCl- + materiał kolorowy  Cl- + materiał bezbarwny Ulegający rozkladowi pod wpływem ciepła i światła 2OCl-  O2 + 2Cl-

Reakcje z wodą Br2 słabo rozpuszczalny w wodzie. Br2 (aq) + H2O (l)  HBr(aq) + HOBr(aq) OBr-(aq) jest niestabilnym jonem z właściwościami wybielającymi: 2OBr-  O2 + 2Br- 2. OBr- + materiał kolorowy  Br- + materiał bezbarwny I2 nie reaguje z wodą i jest b. słabo rozpuszczalny w wodzie

Reakcje z wodorotlenkami alkalicznymi Wszystkie fluorowce reagują z wodnymi r-rami wodorotlenków alkalicznych i ulegają dysproporcjonowaniu. Produkt końcowy zależy od temperatury i stężenia alkaliów. Stężony NaOH 2F2 + 4NaOH  4NaF + O2 + 2H2O Gorący stężony NaOH Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaOCl + H2O 3NaOCl  2NaCl + NaClO3 (3Cl2 + 6NaOH  5NaCl + NaClO3 + 3H2O

Reakcje z wodorotlenkami alkalicznymi Wszystkie fluorowce reagują z wodnymi r-rami wodorotlenków alkalicznych i ulegają dysproporcjonowaniu. Produkt końcowy zależy od temperatury i stężenia alkaliów. Zimny rozc.NaOH 2F2 + 2NaOH  2NaF + OF2 + H2O Cl2 + 2NaOH  NaCl + NaOCl + H2O Br2 + 2NaOH  NaBr + NaOBr + H2O 3NaOBr  2NaBr + NaBrO3 (3Br2 + 6NaOH  5NaBr + NaBrO3 + 3H2O I2 + 2NaOH  NaI + NaOI + H2O 3NaOI  2NaI+ NaIO3 (3I2 + 6NaOH  5NaI + NaIO3 + 3H2O

Reakcje wypierania Siła utleniająca : F2 >Cl2 >Br2 >I2 Cl2 + 2Br-  2Cl- + Br2 Cl2 + 2I-  2Cl- + I2 Br2 + 2I-  2Br- + I2

+ Ag+(aq) Ag+(aq) + Cl-(aq)  AgCl(s) , biały osad Ag+(aq) + Br-(aq)  AgBr(s) , jasnożółty osad Ag+(aq) + I-(aq)  AgI(s) , żółty osad

Halides + Ag+(aq) Ion Action of AgNO3= Effect of Standing in sunlight Effect of adding excess aq. NH3 Cl- White ppt. Turns grey White ppt. dissolves Br- Pale yellow ppt. Turns yellowish grey Pale yellow ppt. slightly dissolves I- Yellow ppt. Remains yellow Yellow ppt. does not dissolve