Галоген
| Галогены | |||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| |||||||||||
| ↓ Период | |||||||||||
| 2 |  9 галоген | ||||||||||
| 3 |  17 галоген | ||||||||||
| 4 |  35 Галоген | ||||||||||
| 5 |  53 Галоген | ||||||||||
| 6 | Астат (Ат) 85 Галоген | ||||||||||
| 7 | Теннессин (Ц) 117 Галоген | ||||||||||
Легенда
| |||||||||||
Галогены oʊ ( / ˈ h æ l ə dʒ ə n , ˈ h eɪ , - l / -, - ˌ dʒ ɛ n - [1] [2] [3] ) представляют собой группу в таблице Менделеева, состоящую из шести химически родственных элементов : фтора (F), хлора (Cl), брома (Br), йода (I) и радиоактивных элементов астата (At) и теннессина (Ts), хотя некоторые авторы [4] исключил бы теннессин, поскольку его химический состав неизвестен и теоретически ожидается, что он будет больше похож на химический состав галлия . В современной номенклатуре ИЮПАК эта группа известна как группа 17 . [5]
Слово «галоген» означает «солеобразователь» или «соляльщик». Когда галогены реагируют с металлами , они образуют широкий спектр солей , включая фторид кальция , хлорид натрия (обычная поваренная соль), бромид серебра и йодид калия . [6]
Группа галогенов — единственная группа таблицы Менделеева , которая содержит элементы в трех основных состояниях вещества при стандартных температуре и давлении , хотя температура не намного выше комнатной. То же самое справедливо и для групп 1 и 15 , если предположить, что в качестве основного вещества принимается белый фосфор. стандартное состояние. [n 1] Все галогены при соединении с водородом образуют кислоты. Большинство галогенов обычно производятся из минералов или солей . Средние галогены — хлор, бром и йод — часто используются в качестве дезинфицирующих средств . Броморганические соединения являются наиболее важным классом антипиренов , тогда как элементарные галогены опасны и могут быть токсичными.
История
[ редактировать ]Фтористый минерал флюорошпат был известен еще в 1529 году. Первые химики поняли, что соединения фтора содержат неоткрытый элемент, но не смогли его выделить. В 1860 году английский химик Джордж Гор пропустил электрический ток через плавиковую кислоту и, вероятно, получил фтор, но в то время он не смог доказать свои результаты. [ нужна ссылка ] В 1886 году Анри Муассан , химик из Парижа, провел электролиз растворенного бифторида калия, в безводном фтористом водороде , и успешно выделил фтор. [7]
Соляная кислота была известна алхимикам и ранним химикам. Однако элементарный хлор не производился до 1774 года, когда Карл Вильгельм Шееле нагрел соляную кислоту с диоксидом марганца . Шееле назвал этот элемент «дефлогистированной соляной кислотой», под которым в течение 33 лет был известен хлор. В 1807 году Хамфри Дэви исследовал хлор и обнаружил, что это реальный элемент. Газообразный хлор использовался как ядовитый газ во время Первой мировой войны . Он вытеснил кислород в загрязненных районах и заменил обычный насыщенный кислородом воздух токсичным газообразным хлором. Газ может обжечь человеческие ткани снаружи и внутри, особенно легкие, затрудняя или делая невозможным дыхание в зависимости от уровня загрязнения. [7]
Бром был открыт в 1820-х годах Антуаном Жеромом Баларом . Балард открыл бром, пропуская газообразный хлор через образец рассола . название мюрид Первоначально он предложил для нового элемента , но Французская академия изменила название элемента на бром. [7]
Йод был открыт Бернаром Куртуа , который использовал золу морских водорослей в процессе производства селитры . Куртуа обычно кипятил золу морских водорослей с водой, чтобы получить хлорид калия . Однако в 1811 году Куртуа добавил в свой процесс серную кислоту и обнаружил, что в результате его процесса образуются пурпурные пары, которые конденсируются в черные кристаллы. Подозревая, что эти кристаллы представляют собой новый элемент, Куртуа отправил образцы для исследования другим химикам. доказал, что йод является новым элементом Жозеф Гей-Люссак . [7]
В 1931 году Фред Эллисон заявил, что открыл элемент 85 с помощью магнитооптической машины , и назвал элемент Алабамин, но ошибся. В 1937 году Раджендралал Де заявил, что открыл 85-й элемент в минералах, и назвал этот элемент дакин, но он тоже ошибся. Попытка открытия 85-го элемента в 1939 году Хорией Хулубеем и Иветтой Кошуа с помощью спектроскопии также оказалась неудачной, как и попытка в том же году Уолтера Миндера , открывшего йодоподобный элемент, образующийся в результате распада полония бета - . Элемент 85, теперь называемый астатом, был успешно получен в 1940 году Дейлом Р. Корсоном , К. Р. Маккензи и Эмилио Дж. Сегре , которые бомбардировали висмут альфа -частицами . [7]
В 2010 году группа под руководством физика-ядерщика Юрия Оганесяна с участием ученых из ОИЯИ , Окриджской национальной лаборатории , Ливерморской национальной лаборатории Лоуренса и Университета Вандербильта успешно бомбардировала атомы берклия-249 атомами кальция-48, чтобы получить теннессин. [8]
Этимология
[ редактировать ]В 1811 году немецкий химик Иоганн Швайгер предложил, чтобы название «галоген», означающее «производитель соли», от αλς [hals] «соль» и γενειν [генеин] «рождать», заменило название «хлор», которое ранее предложил английский химик Гемфри Дэви . [9] Имя элемента, данное Дэви, преобладало. [10] Однако в 1826 году шведский химик барон Йонс Якоб Берцелиус предложил термин «галоген» для элементов фтора, хлора и йода, которые образуют вещество, похожее на морскую соль, когда образуют соединение с щелочным металлом. [11] [12]
Все английские названия этих элементов имеют окончание -ine . Название фтора происходит от латинского слова fluere , что означает «течь», поскольку оно произошло от минерала флюорита , который использовался в качестве флюса в металлообработке. Название хлора происходит от греческого слова «хлорос », что означает «зеленовато-желтый». Название брома происходит от греческого слова bromos , что означает «зловоние». Название йода происходит от греческого слова iodes , что означает «фиолетовый». Имя Астата происходит от греческого слова astatos , что означает «нестабильный». [7] Теннессин назван в честь американского штата Теннесси , где он был синтезирован.
Характеристики
[ редактировать ]Химическая
[ редактировать ]Галогены фтор, хлор, бром и йод являются неметаллами ; химические свойства двух самых тяжелых членов группы 17 окончательно не исследованы. Галогены демонстрируют тенденцию изменения энергии химической связи сверху вниз по столбцу таблицы Менделеева, при этом содержание фтора слегка отклоняется. Это соответствует тенденции иметь самую высокую энергию связи в соединениях с другими атомами, но имеет очень слабые связи внутри двухатомной молекулы F 2 . Это означает, что ниже по группе 17 периодической таблицы реакционная способность элементов уменьшается из-за увеличения размера атомов. [13]
| Х | х 2 | ХХ | ВХ 3 | АлХ 3 | СХ 4 |
|---|---|---|---|---|---|
| Ф | 159 | 574 | 645 | 582 | 456 |
| кл. | 243 | 428 | 444 | 427 | 327 |
| Бр | 193 | 363 | 368 | 360 | 272 |
| я | 151 | 294 | 272 | 285 | 239 |
Галогены обладают высокой реакционной способностью и поэтому могут быть вредными или смертельными для биологических организмов в достаточных количествах. Такая высокая реакционная способность обусловлена высокой электроотрицательностью атомов из-за их высокого эффективного ядерного заряда . Поскольку галогены имеют семь валентных электронов на самом внешнем энергетическом уровне, они могут получить электрон в результате реакции с атомами других элементов, чтобы удовлетворить правилу октетов . Фтор — наиболее реакционноспособный из всех элементов; это единственный элемент, более электроотрицательный, чем кислород, он разъедает инертные в других отношениях материалы, такие как стекло, и образует соединения с обычно инертными благородными газами . Это едкий и высокотоксичный газ. Реакционная способность фтора такова, что при использовании или хранении в лабораторной посуде он может вступать в реакцию со стеклом в присутствии небольших количеств воды с образованием тетрафторида кремния (SiF 4 ). Таким образом, с фтором необходимо обращаться с помощью таких веществ, как тефлон (который сам по себе является фторорганическим соединением), чрезвычайно сухое стекло или такие металлы, как медь или сталь, которые образуют на своей поверхности защитный слой фторида.
Высокая реакционная способность фтора позволяет создавать самые прочные связи, особенно с углеродом. Например, тефлон связан фтором с углеродом, чрезвычайно устойчив к термическим и химическим воздействиям и имеет высокую температуру плавления.
Молекулы
[ редактировать ]Двухатомные молекулы галогена
[ редактировать ]Стабильные галогены образуют гомоядерные двухатомные молекулы .Из-за относительно слабых межмолекулярных сил хлор и фтор входят в группу, известную как «элементарные газы».
| галоген | молекула | структура | модель | d (X−X) / пм (газовая фаза) | d (X−X) / пм (твердая фаза) |
|---|---|---|---|---|---|
| фтор | FФ2 |  |  | 143 | 149 |
| хлор | кл 2 |  |  | 199 | 198 |
| бром | BrБр2 |  |  | 228 | 227 |
| йод | я 2 |  |  | 266 | 272 |
Элементы становятся менее реакционноспособными и имеют более высокие температуры плавления по мере увеличения атомного номера. Более высокие температуры плавления вызваны более сильными дисперсионными силами Лондона, возникающими из-за большего количества электронов.
Соединения
[ редактировать ]Галогениды водорода
[ редактировать ]Было замечено, что все галогены реагируют с водородом с образованием галогенидов водорода . Для фтора, хлора и брома эта реакция имеет вид:
- Н2 + Х2 2НХ →
Однако йодид водорода и астатид водорода могут расщепляться обратно на составные элементы. [15]
Реакции водород-галоген постепенно становятся менее реактивными по отношению к более тяжелым галогенам. Реакция фтора с водородом взрывоопасна даже в темноте и холоде. Реакция хлора с водородом также взрывоопасна, но только при наличии света и тепла. Реакция брома с водородом еще менее взрывоопасна; он взрывоопасен только при воздействии огня. Йод и астат лишь частично реагируют с водородом, образуя равновесия . [15]
Все галогены образуют бинарные соединения с водородом, известные как галогеноводороды: фтороводород (HF), хлороводород (HCl), бромоводород (HBr), йодоводород (HI) и астатид водорода (HAt). Все эти соединения при смешивании с водой образуют кислоты. Фтороводород — единственный галогеноводород, образующий водородные связи . Соляная кислота, бромистоводородная кислота, иодистоводородная кислота и гидроастатическая кислота являются сильными кислотами , но плавиковая кислота является слабой кислотой . [16]
Все галогеноводороды являются раздражителями . Фтороводород и хлористый водород обладают высокой кислотностью . Фторид водорода используется в качестве промышленного химиката и обладает высокой токсичностью, вызывая отек легких и повреждая клетки. [17] Хлороводород также является опасным химическим веществом. Вдыхание газа с содержанием хлористого водорода более пятидесяти частей на миллион может привести к смерти человека. [18] Бромистый водород еще более токсичен и раздражает, чем хлористый водород. Вдыхание газа с содержанием бромистого водорода более тридцати частей на миллион может быть смертельным для человека. [19] Йодоводород, как и другие галогениды водорода, токсичен. [20]
Галогениды металлов
[ редактировать ]Известно, что все галогены реагируют с натрием с образованием фторида натрия , хлорида натрия , бромида натрия , йодида натрия и астатида натрия. Реакция нагретого натрия с галогенами дает ярко-оранжевое пламя. Реакция натрия с хлором протекает в виде:
- 2Na + Cl 2 → 2NaCl [15]
Железо реагирует с фтором, хлором и бромом с образованием галогенидов железа (III). Эти реакции имеют форму:
- 2Fe + 3X 2 → 2FeX 3 [15]
Однако когда железо реагирует с йодом, образуется только йодид железа (II) .
- Fe + I 2 → FeI 2
Железная вата может быстро реагировать с фтором с образованием белого соединения фторида железа (III) даже при низких температурах. Когда хлор вступает в контакт с нагретым железом, они реагируют с образованием черного хлорида железа (III) . Однако, если условия реакции влажные, эта реакция вместо этого приведет к образованию красновато-коричневого продукта. Железо также может реагировать с бромом с образованием бромида железа (III) . Это соединение имеет красновато-коричневый цвет в сухих условиях. Реакция железа с бромом менее реакционноспособна, чем его реакция с фтором или хлором. Горячее железо также может реагировать с йодом, но при этом образуется йодид железа(II). Это соединение может быть серым, но реакция всегда загрязнена избытком йода, поэтому точно неизвестно. Реакция железа с йодом менее бурная, чем с более легкими галогенами. [15]
Межгалогенные соединения
[ редактировать ]Межгалогенные соединения имеют форму XY n, где X и Y представляют собой галогены, а n равно единице, трем, пяти или семи. Межгалогенные соединения содержат не более двух разных галогенов. Большие интергалогены, такие как ClF 3 , могут быть получены реакцией чистого галогена с меньшим интергалогеном, таким как ClF . Все интергалогены, кроме IF 7, можно получить путем прямого комбинирования чистых галогенов в различных условиях. [21]
Интергалогены обычно более реакционноспособны, чем все двухатомные молекулы галогенов, за исключением F 2 , поскольку связи между галогенами слабее. Однако химические свойства интергалогенов по-прежнему примерно такие же, как у двухатомных галогенов. Многие интергалогены состоят из одного или нескольких атомов фтора, связанных с более тяжелым галогеном. Хлор и бром могут связываться до пяти атомов фтора, а йод — до семи атомов фтора. Большинство межгалогенных соединений представляют собой ковалентные газы. Однако некоторые интергалогены являются жидкими, например BrF 3 , а многие йодсодержащие интергалогены являются твердыми веществами. [21]
Галогенорганические соединения
[ редактировать ]Многие синтетические органические соединения , такие как пластмассовые полимеры , и некоторые природные соединения содержат атомы галогена; они известны как галогенированные соединения или органические галогениды . Хлор, безусловно, является наиболее распространенным из галогенов в морской воде и единственным, который необходим человеку в относительно больших количествах (в виде ионов хлорида). Например, ионы хлорида играют ключевую роль в функционировании мозга , опосредуя действие тормозного медиатора ГАМК , а также используются организмом для выработки желудочной кислоты. Йод необходим в следовых количествах для производства гормонов щитовидной железы , таких как тироксин . Органогалогены также синтезируются посредством реакции нуклеофильного отщепления . [22]
Полигалогенированные соединения
[ редактировать ]Полигалогенированные соединения — это промышленно созданные соединения, замещенные несколькими галогенами. Многие из них очень токсичны, способны биоаккумулироваться в организме человека и имеют очень широкий спектр применения. К ним относятся ПХБ , ПБДЭ и перфторированные соединения (ПФУ), а также множество других соединений.
Реакции
[ редактировать ]Реакции с водой
[ редактировать ]Фтор бурно реагирует с водой с образованием кислорода (O 2 ) и фтороводорода (HF): [23]
- 2 F 2 (г) + 2 H 2 O(ж) → O 2 (г) + 4 HF(водн.)
Хлор имеет максимальную растворимость ок. 7,1 г Cl 2 на кг воды при температуре окружающей среды (21 °C). [24] Растворенный хлор вступает в реакцию с образованием соляной кислоты (HCl) и хлорноватистой кислоты , раствора, который можно использовать в качестве дезинфицирующего средства или отбеливателя :
- Cl 2 (г) + H 2 O(ж) → HCl(водн.) + HClO(водн.)
Растворимость брома 3,41 г на 100 г воды. [25] но он медленно реагирует с образованием бромистого водорода (HBr) и бромноватистой кислоты (HBrO):
- Br 2 (г) + H 2 O(ж) → HBr(ac) + HBrO(ac)
Однако йод минимально растворим в воде (0,03 г/100 г воды при 20 °С) и не вступает с ней в реакцию. [26] Однако йод образует водный раствор в присутствии иодид-иона, например, при добавлении йодида калия (KI), поскольку трииодид- образуется ион.
Физические и атомные
[ редактировать ]В таблице ниже представлена сводка основных физических и атомных свойств галогенов. Данные, отмеченные вопросительными знаками, либо неопределенны, либо представляют собой оценки, частично основанные на периодических тенденциях, а не на наблюдениях.
| Галоген | Стандартный атомный вес ( в ) [n 2] [28] | Температура плавления ( К ) | Температура плавления ( °С ) | Точка кипения ( К ) [29] | Точка кипения ( °С ) [29] | Плотность (г/см 3 при 25 °С) | Электроотрицательность ( Полинг ) | Первая энергия ионизации ( кДж·моль −1 ) | Ковалентный радиус ( вечера ) [30] |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Фтор | 18.9984032(5) | 53.53 | −219.62 | 85.03 | −188.12 | 0.0017 | 3.98 | 1681.0 | 71 |
| хлор | [35.446; 35.457] [n 3] | 171.6 | −101.5 | 239.11 | −34.04 | 0.0032 | 3.16 | 1251.2 | 99 |
| Бром | 79.904(1) | 265.8 | −7.3 | 332.0 | 58.8 | 3.1028 | 2.96 | 1139.9 | 114 |
| Йод | 126.90447(3) | 386.85 | 113.7 | 457.4 | 184.3 | 4.933 | 2.66 | 1008.4 | 133 |
| Астат | [210] [n 4] | 575 | 302 | ? 610 | ? 337 | ? 6.2–6.5 [31] | 2.2 | 899.0 [32] | ? 145 [33] |
| Теннессин | [294] [n 4] | ? 623-823 [34] | ? 350-550 [34] | ? 883 [34] | ? 610 [34] | ? 7.1-7.3 [34] | - | ? 743 [35] | ? 157 [34] |
| С | Элемент | Количество электронов/оболочка |
|---|---|---|
| 9 | фтор | 2, 7 |
| 17 | хлор | 2, 8, 7 |
| 35 | бром | 2, 8, 18, 7 |
| 53 | йод | 2, 8, 18, 18, 7 |
| 85 | астат | 2, 8, 18, 32, 18, 7 |
| 117 | теннессин | 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 (прогнозировано) [36] |
| Тплав ( о С) | −100.7 | −7.3 | 112.9 | |
| журнал(П[Па]) | мм рт.ст. | кл 2 | BrБр2 | я 2 |
|---|---|---|---|---|
| 2.12490302 | 1 | −118 | −48.7 | 38.7 |
| 2.82387302 | 5 | −106.7 | −32.8 | 62.2 |
| 3.12490302 | 10 | −101.6 | −25 | 73.2 |
| 3.42593302 | 20 | −93.3 | −16.8 | 84.7 |
| 3.72696301 | 40 | −84.5 | −8 | 97.5 |
| 3.90305427 | 60 | −79 | −0.6 | 105.4 |
| 4.12490302 | 100 | −71.7 | 9.3 | 116.5 |
| 4.42593302 | 200 | −60.2 | 24.3 | 137.3 |
| 4.72696301 | 400 | −47.3 | 41 | 159.8 |
| 5.00571661 | 760 | −33.8 | 58.2 | 183 |
| журнал(П[Па]) | банкомат | кл 2 | BrБр2 | я 2 |
| 5.00571661 | 1 | −33.8 | 58.2 | 183 |
| 5.30674661 | 2 | −16.9 | 78.8 | |
| 5.70468662 | 5 | 10.3 | 110.3 | |
| 6.00571661 | 10 | 35.6 | 139.8 | |
| 6.30674661 | 20 | 65 | 174 | |
| 6.48283787 | 30 | 84.8 | 197 | |
| 6.6077766 | 40 | 101.6 | 215 | |
| 6.70468662 | 50 | 115.2 | 230 | |
| 6.78386786 | 60 | 127.1 | 243.5 | |
изотопы
[ редактировать ]У фтора есть один стабильный и встречающийся в природе изотоп — фтор-19. Однако в природе существуют следовые количества радиоактивного изотопа фтора-23, который возникает в результате кластерного распада протактиния -231 . Всего обнаружено восемнадцать изотопов фтора с атомными массами от 13 до 31.
Хлор имеет два стабильных и встречающихся в природе изотопа : хлор-35 и хлор-37. Однако в природе существуют следовые количества изотопа хлора-36 , который образуется в результате расщепления аргона-36. Всего обнаружено 24 изотопа хлора с атомными массами от 28 до 51. [7]
Существует два стабильных и встречающихся в природе изотопа брома : бром-79 и бром-81. Всего обнаружено 33 изотопа брома с атомными массами от 66 до 98.
Существует один стабильный и встречающийся в природе изотоп йода — йод-127 . Однако в природе существуют следовые количества радиоактивного изотопа йода-129 , который образуется в результате расщепления и радиоактивного распада урана в рудах. Несколько других радиоактивных изотопов йода также были созданы естественным путем в результате распада урана. Всего обнаружено 38 изотопов йода с атомными массами от 108 до 145. [7]
отсутствуют Стабильные изотопы астата . Однако существует четыре встречающихся в природе радиоактивных изотопа астата, образующихся в результате радиоактивного распада урана , нептуния и плутония . Этими изотопами являются астат-215, астат-217, астат-218 и астат-219. Всего обнаружен 31 изотоп астата с атомными массами от 191 до 227. [7]
отсутствуют Стабильные изотопы теннессина . Теннессин имеет только два известных синтетических радиоизотопа : теннессин-293 и теннессин-294.
Производство
[ редактировать ]
около шести миллионов тонн фтористого минерала флюорита Ежегодно добывается . Ежегодно производится четыреста тысяч тонн плавиковой кислоты. Газообразный фтор получают из плавиковой кислоты, получаемой как побочный продукт при производстве фосфорной кислоты . Ежегодно производится около 15 000 метрических тонн газообразного фтора. [7]
Минерал галит — это минерал, который чаще всего добывают для получения хлора, но минералы карналлит и сильвит также добывают для получения хлора. Ежегодно в результате производится сорок электролиза рассола миллионов тонн хлора . [7]
Ежегодно производится около 450 000 метрических тонн брома. Пятьдесят процентов всего производимого брома производится в США , 35% — в Израиле , а большая часть оставшейся части — в Китае . Исторически бром получали путем добавления серной кислоты и отбеливающего порошка в природный рассол. Однако в наше время бром производят электролизом — методом, изобретенным Гербертом Доу . Также можно производить бром, пропуская хлор через морскую воду, а затем пропуская через нее воздух. [7]
В 2003 году было произведено 22 000 тонн йода. Чили производит 40% всего производимого йода, Япония — 30%, меньшие количества производятся в России и США. До 1950-х годов йод добывали из водорослей . Однако в наше время йод получают другими способами. Один из способов получения йода — это смешивание диоксида серы с нитратными рудами, содержащими некоторое количество йодатов . Йод также добывают из месторождений природного газа . [7]
Хотя астат встречается в природе, его обычно получают бомбардировкой висмута альфа-частицами. [7]
Теннессин получают с помощью циклотрона путем слияния берклия-249 и кальция-48 с образованием теннессина-293 и теннессина-294.
Приложения
[ редактировать ]Дезинфицирующие средства
[ редактировать ]И хлор, и бром используются в качестве дезинфицирующих средств для питьевой воды, бассейнов, свежих ран, спа, посуды и поверхностей. Они убивают бактерии и другие потенциально вредные микроорганизмы посредством процесса, известного как стерилизация . Их реакционная способность также используется при отбеливании . Гипохлорит натрия , который получают из хлора, является активным ингредиентом большинства отбеливателей для тканей , а отбеливатели на основе хлора используются при производстве некоторых бумажных изделий.
Освещение
[ редактировать ]Галогенные лампы — это тип ламп накаливания, в которых используется вольфрамовая нить в лампочках, в которые добавлено небольшое количество галогена, такого как йод или бром. Это позволяет производить лампы, которые намного меньше, чем негалогенные лампы накаливания, при той же мощности . Газ уменьшает истончение нити накаливания и почернение внутренней части лампочки, в результате чего срок службы лампы увеличивается. Галогенные лампы светятся при более высокой температуре (от 2800 до 3400 Кельвинов ) и имеют более белый цвет, чем другие лампы накаливания. Однако для этого требуется, чтобы лампы были изготовлены из плавленого кварца, а не из кварцевого стекла, чтобы уменьшить вероятность поломки. [38]
Компоненты препарата
[ редактировать ]При открытии лекарств включение атомов галогена в ведущий кандидат в лекарства приводит к созданию аналогов, которые обычно более липофильны и менее водорастворимы. [39] Как следствие, атомы галогена используются для улучшения проникновения через липидные мембраны и ткани. Отсюда следует, что некоторые галогенированные препараты имеют тенденцию накапливаться в жировой ткани .
Химическая активность атомов галогенов зависит как от места их присоединения к свинцу, так и от природы галогена. Ароматические галогенные группы гораздо менее реакционноспособны, чем алифатические галогенные группы, которые могут проявлять значительную химическую реакционную способность. Для алифатических связей углерод-галоген связь CF является самой прочной и обычно менее химически реакционноспособной, чем алифатические связи CH. Остальные алифатически-галогенные связи слабее, их реакционная способность увеличивается вниз по таблице Менделеева. Они обычно более химически активны, чем алифатические связи CH. Как следствие, наиболее распространенными заменами галогенов являются менее реакционноспособные ароматические группы фтора и хлора.
Биологическая роль
[ редактировать ]Анионы фтора содержатся в слоновой кости, костях, зубах, крови, яйцах, моче и волосах организмов. Анионы фтора в очень небольших количествах могут быть необходимы для человека. [40] В литре человеческой крови содержится 0,5 миллиграмма фтора. Человеческие кости содержат от 0,2 до 1,2% фтора. Ткани человека содержат примерно 50 частей на миллиард фтора. Типичный 70-килограммовый человек содержит от 3 до 6 граммов фтора. [7]
Хлорид-анионы необходимы большому числу биологических видов, включая человека. Концентрация хлора в сухой массе зерновых составляет от 10 до 20 частей на миллион, тогда как в картофеле концентрация хлора составляет 0,5%. На рост растений отрицательно влияет уровень хлоридов в почве, падающий ниже 2 частей на миллион. Кровь человека содержит в среднем 0,3% хлора. Человеческая кость обычно содержит 900 частей на миллион хлора. Ткани человека содержат примерно от 0,2 до 0,5% хлора. В среднем 70-килограммовом человеке содержится 95 граммов хлора. [7]
Некоторое количество брома в форме бромид-аниона присутствует во всех организмах. Биологическая роль брома для человека не доказана, но некоторые организмы содержат броморганические соединения . Люди обычно потребляют от 1 до 20 миллиграммов брома в день. Обычно в крови человека содержится 5 частей на миллион брома, в костях человека — 7 частей на миллион, а в тканях человека — 7 частей на миллион брома. Типичный 70-килограммовый человек содержит 260 миллиграммов брома. [7]
Люди обычно потребляют менее 100 мкг йода в день. Дефицит йода может привести к умственной отсталости . Иодорганические соединения встречаются у человека в некоторых железах , особенно в щитовидной железе , а также в желудке , эпидермисе и иммунной системе . К продуктам, содержащим йод, относятся треска , устрицы , креветки , сельдь , омары , семена подсолнечника , морские водоросли и грибы . Однако неизвестно, играет ли йод биологическую роль в растениях. Обычно в крови человека содержится 0,06 миллиграмма на литр йода, в костях человека — 300 частей на миллиард, а в тканях человека — от 50 до 700 частей на миллиард йода. В типичном 70-килограммовом человеке содержится от 10 до 20 миллиграммов йода. [7]
Астат , хотя и очень скудный, в земле был обнаружен в микрограммах. [7] Его биологическая роль неизвестна из-за его высокой радиоактивности, чрезвычайной редкости и периода полураспада около 8 часов для наиболее стабильного изотопа.
Теннессин создан исключительно человеком и не имеет никакой другой роли в природе.
Токсичность
[ редактировать ]Галогены имеют тенденцию снижать токсичность по сравнению с более тяжелыми галогенами. [41]
Газообразный фтор чрезвычайно токсичен; вдыхание фтора в концентрации 25 частей на миллион потенциально смертельно. Плавиковая кислота также токсична, поскольку способна проникать через кожу и вызывать очень болезненные ожоги . Кроме того, фторид-анионы токсичны, но не так токсичны, как чистый фтор. Фторид может быть смертельным в количестве от 5 до 10 граммов. Длительное потребление фторида в концентрациях выше 1,5 мг/л связано с риском флюороза зубов – эстетического состояния зубов. [42] При концентрациях выше 4 мг/л существует повышенный риск развития флюороза скелета — состояния, при котором переломы костей становятся более распространенными из-за затвердевания костей. В настоящее время рекомендуемые уровни фторирования воды (способ предотвращения кариеса ) варьируются от 0,7 до 1,2 мг/л, чтобы избежать вредного воздействия фторида и в то же время получить пользу. [43] Люди с уровнями между нормальными уровнями и уровнями, необходимыми для флюороза скелета, как правило, имеют симптомы, похожие на артрит . [7]
Газообразный хлор очень токсичен. Вдыхание хлора в концентрации 3 частей на миллион может быстро вызвать токсическую реакцию. Вдыхание хлора в концентрации 50 частей на миллион очень опасно. Вдыхание хлора в концентрации 500 частей на миллион в течение нескольких минут смертельно. Кроме того, вдыхание газообразного хлора очень болезненно из-за его коррозионных свойств. Соляная кислота представляет собой кислоту хлора, хотя она относительно нетоксична, она очень агрессивна и выделяет на открытом воздухе очень раздражающий и токсичный газообразный хлористый водород. [41]
Чистый бром несколько токсичен, но менее токсичен, чем фтор и хлор. Сто миллиграммов брома смертельны. [7] Бромид-анионы также токсичны, но в меньшей степени, чем бром. Бромид имеет смертельную дозу 30 грамм. [7]
Йод несколько токсичен, способен раздражать легкие и глаза, его предел безопасности составляет 1 миллиграмм на кубический метр. При пероральном приеме 3 грамма йода могут быть смертельными. Йодид-анионы в основном нетоксичны, но при попадании в организм в больших количествах они также могут быть смертельными. [7]
Астат радиоактивен и, следовательно, очень опасен, но он не производится в макроскопических количествах, и поэтому маловероятно, что его токсичность будет иметь большое значение для обычного человека. [7]
Теннессин невозможно исследовать химически из-за короткого периода его полураспада, хотя его радиоактивность делает его очень опасным.
Супергалоген
[ редактировать ]Некоторые кластеры алюминия обладают свойствами суператома. Эти кластеры алюминия образуются в виде анионов ( Al −
n с n = 1, 2, 3, ... ) в газообразном гелии и прореагировал с газом, содержащим йод. При масс-спектрометрическом анализе одним из основных продуктов реакции оказывается Al.
1313Я −
. [44] Эти кластеры из 13 атомов алюминия с добавленным дополнительным электроном, по-видимому, не реагируют с кислородом, когда он вводится в тот же газовый поток. Если предположить, что каждый атом высвобождает свои 3 валентных электрона, это означает, что присутствует 40 электронов, что является одним из магических чисел для натрия и подразумевает, что эти числа являются отражением благородных газов.
Расчеты показывают, что дополнительный электрон расположен в кластере алюминия в месте, прямо противоположном атому йода. Таким образом, кластер должен иметь более высокое сродство к электрону, чем йод, и поэтому алюминиевый кластер называется супергалогеном (т.е. энергии вертикального отрыва электрона фрагментов, составляющих отрицательные ионы, больше, чем энергии любого атома галогена). [45] Кластерный компонент в Al
1313Я −
ион подобен иодиду йода или иону бромида. Соответствующий Ал
1313Я −
2 Ожидается, что кластер будет вести себя по химическому составу как трииодид -ион. [46] [47]
См. также
[ редактировать ]
- Галогенная связь
- Реакция присоединения галогена
- Галогенная лампа
- Галогенирование
- Интергалоген
- Псевдогалоген
Примечания
[ редактировать ]- ^ Это также может относиться к группе 12 , хотя коперниция все еще не определены. точки плавления и кипения
- ^ Число, указанное в скобках, относится к погрешности измерения . Эта неопределенность применяется к наименее значимой цифре (ам) числа перед значением в скобках (т. е. при счете от крайней правой цифры до левой). Например, 1,007 94 (7) соответствует 1,007 94 ± 0,000 07 , а 1,007 94 (72) соответствует 1,007 94 ± 0,000 72 . [27]
- ^ Средний атомный вес этого элемента меняется в зависимости от источника хлора, а значения в скобках являются верхней и нижней границей. [28]
- ^ Jump up to: а б У элемента нет стабильных нуклидов , а значение в скобках указывает массовое число самого долгоживущего изотопа элемента. [28]
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Джонс, Дэниел (2017) [1917]. Питер Роуч; Джеймс Хартманн; Джейн Сеттер (ред.). Словарь английского произношения . Кембридж: Издательство Кембриджского университета. ISBN 978-3-12-539683-8 .
- ^ «Галоген» . Словарь Merriam-Webster.com .
- ^ «Галоген» . Dictionary.com Полный (онлайн). nd
- ^ Фрике, Буркхард [2007.12.??] Сверхтяжелые элементы: предсказание их химических и физических свойств PDF | «Элемент 117» | www.researchgate.net | Получено - 2023.08.13 (20:58:??) -- гггг.мм.дд (чч:мм:сс)
- ^ «Галоген | Элементы, примеры, свойства, использование и факты | Британника» . www.britanica.com . Проверено 21 марта 2022 г.
- ^ «Химические свойства галогенов - Группа 17 - галогены - Edexcel - Комбинированный научный пересмотр GCSE - Edexcel» . BBC Bitesize . Проверено 21 марта 2022 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж г час я дж к л м н тот п д р с т в v В х Эмсли, Джон (2011). Строительные блоки природы . ОУП Оксфорд. ISBN 978-0199605637 .
- ^ Оганесян, Ю.Ц. ; Абдуллин, Ф.Ш.; Бейли, PD; Бенкер, Делавэр; Беннетт, Мэн; Дмитриев С.Н.; и др. (2010). «Синтез нового элемента с атомным номером Z = 117 » . Письма о физических отзывах . 104 (14): 142502. Бибкод : 2010PhRvL.104n2502O . doi : 10.1103/PhysRevLett.104.142502 . ПМИД 20481935 . S2CID 3263480 .
- ^ Швайггер, АО (1811 г.). «Постскриптум редактора о новой номенклатуре». Журнал химии и физики (на немецком языке). 3 (2): 249–255. На стр. 251, Швайггер предложил слово «галоген»: лучше говорить « Галоген слово не является чуждым в минералогии благодаря галитовому семейству Вернера ) от соли αλς и старого γενειν (дорического γενεν) с правильным словообразованием (так как это . " (Вместо этого следует сказать, при правильной морфологии, «галоген» (это слово не является странным, поскольку [оно] уже в минералогии через разновидность «галита» Вернера) от αλς [als] «соль» и старого γενειν [генеин] (дорический γενεν) «молиться».)
- ^ Снелдерс, Хэм (1971). «АО Швайггер: его романтизм и его кристаллическая электрическая теория материи». Исида . 62 (3): 328–338. дои : 10.1086/350763 . JSTOR 229946 . S2CID 170337569 .
- ↑ В 1826 году Берцелиус ввёл термины Saltbildare (солеобразователи) и Corpora Halogenia (солеобразующие вещества) для элементов хлора, йода и фтора. Видеть: Берцелиус, Якоб (1826). « Годовой отчет о прогрессе в физике и химии». Арсб. Научный. Прогресс (на шведском языке). 6 . Стокгольм, Швеция: PA Norstedt & Söner: 187. Из стр. 187: «Первые из них, т. е. электроотрицательные , делятся на три класса: 1) первый содержит тела, которые в сочетании с электроположительными немедленно производят соли, которые я поэтому назовите солеобразователи (Corpora Halogonia). Они состоят из хлора, йода и фтора *)». (Первые из них [т. е. элементы], электроотрицательные [элементы], делятся на три класса: 1) К первому относятся вещества, которые, [при] соединении с электроположительными [элементами], немедленно образуют соли, и которые я поэтому называю «солеобразователи» (солеобразующие вещества). Это хлор, йод и фтор*).)
- ↑ Слово «галоген» появилось в английском языке еще в 1832 году (или ранее). См., например: Берцелиус, Дж. Дж. с А. Д. Бачем, пер., (1832) «Очерк химической номенклатуры, предваряющий трактат по химии», The American Journal of Science and Arts , 22 : 248–276; см., например, стр. 263.
- ^ Страница 43, Руководство по пересмотру химии Edexcel International GCSE, Кертис, 2011 г.
- ^ Гринвуд и Эрншоу 1997 , с. 804.
- ^ Jump up to: а б с д и Джим Кларк (2011). «Разнообразные реакции галогенов» . Проверено 27 февраля 2013 г.
- ^ Джим Кларк (2002). «КИСЛОТНОСТЬ ГАЛОДОРОДОВ» . Проверено 24 февраля 2013 г.
- ^ «Факты о фтористом водороде» . 2005. Архивировано из оригинала 1 февраля 2013 г. Проверено 28 октября 2017 г.
- ^ «Хлороводород» . Проверено 24 февраля 2013 г.
- ^ «Бромоводород» . Проверено 24 февраля 2013 г.
- ^ «Факты о яде: низкие химические вещества: йодид водорода» . Проверено 12 апреля 2015 г.
- ^ Jump up to: а б Саксена, П.Б. (2007). Химия межгалогенных соединений . Издательство Дискавери. ISBN 9788183562430 . Проверено 27 февраля 2013 г.
- ^ Гриббл, GW (2009). Природные галогенорганические соединения – комплексная обновленная информация . Спрингер. ISBN 9783211993224 . Проверено 23 апреля 2022 г.
- ^ «Окислительная способность элементов 7 группы» . Chemguide.co.uk . Проверено 29 декабря 2011 г.
- ^ «Растворимость хлора в воде» . Resistoflex.com. Архивировано из оригинала 23 апреля 2012 г. Проверено 29 декабря 2011 г.
- ^ «Свойства брома» . bromaid.org. Архивировано из оригинала 8 декабря 2007 года.
- ^ «Йод Паспорт безопасности» . Опасность.com. 21 апреля 1998 г. Проверено 29 декабря 2011 г.
- ^ «Стандартная неопределенность и относительная стандартная неопределенность» . на CODATA Ссылка . Национальный институт стандартов и технологий . Проверено 26 сентября 2011 г.
- ^ Jump up to: а б с Визер, Майкл Э.; Коплен, Тайлер Б. (2011). «Атомные веса элементов 2009 г. (Технический отчет ИЮПАК)» (PDF) . Чистое приложение. хим. 83 (2): 359–396. doi : 10.1351/PAC-REP-10-09-14 . S2CID 95898322 . Проверено 5 декабря 2012 г.
- ^ Jump up to: а б Лиде, Д.Р., изд. (2003). Справочник CRC по химии и физике (84-е изд.). Бока-Ратон, Флорида: CRC Press.
- ^ Слейтер, Дж. К. (1964). «Атомные радиусы в кристаллах». Журнал химической физики . 41 (10): 3199–3205. Бибкод : 1964ЖЧФ..41.3199С . дои : 10.1063/1.1725697 .
- ^ Бончев, Данаил; Каменска, Верджиния (1981). «Прогнозирование свойств трансактинидных элементов 113–120». Журнал физической химии . 85 (9): 1177–86. дои : 10.1021/j150609a021 .
- ^ Роте, С.; Андреев А.Н.; Анталич, С.; Борщевский А.; Каппони, Л.; Коколиос, TE; Де Витте, Х.; Элиав, Э.; и др. (2013). «Измерение первого потенциала ионизации астата методом лазерной ионизационной спектроскопии» . Природные коммуникации . 4 : 1–6. Бибкод : 2013NatCo...4.1835R . дои : 10.1038/ncomms2819 . ПМЦ 3674244 . ПМИД 23673620 .
- ^ «Узнайте факты об элементе Астат» . www. Thoughtco.com . Проверено 12 ноября 2021 г.
- ^ Jump up to: а б с д и ж «Как много вы знаете об элементе Теннессин?» . www. Thoughtco.com . Проверено 12 ноября 2021 г.
- ^ «Таблица Менделеева WebElements » Теннессин » Свойства свободных атомов» . www.webelements.com . Проверено 12 ноября 2021 г.
- ^ Морсс, Лестер Р.; Эдельштейн, Норман М.; Фугер, Жан (2011). Морсс, Лестер Р.; Эдельштейн, Норман М; Фугер, Жан (ред.). Химия актинидных и трансактинидных элементов . Дордрехт, Нидерланды: Springer Science+Business Media . Бибкод : 2011tcot.book.....M . дои : 10.1007/978-94-007-0211-0 . ISBN 978-94-007-0210-3 .
- ^ "Краткий справочник физико-химических величин Равделя, Л.: Химия, 1974 г. – 200 стр. \\ стр 67 табл. 24" (PDF) .
- ^ «Галогенная лампа» . Технологический центр Эдисона . Проверено 5 сентября 2014 г.
- ^ Томас, Г. (2000). Медицинская химия. Введение . John Wiley & Sons, Западный Суссекс, Великобритания. ISBN 978-0-470-02597-0 .
- ^ Фавелл, Дж. «Фтор в питьевой воде» (PDF) . Всемирная организация здравоохранения . Проверено 10 марта 2016 г.
- ^ Jump up to: а б Грей, Теодор (2010). Элементы . Беговой пресс. ISBN 9781579128951 .
- ^ Фавелл, Дж.; Бейли, К.; Чилтон, Дж.; Дахи, Э.; Фьютрелл, Л.; Магара, Ю. (2006). «Руководства и стандарты» (PDF) . Фтор в питьевой воде . Всемирная организация здравоохранения. стр. 37–9. ISBN 978-92-4-156319-2 .
- ^ «Заявление CDC по поводу отчета Национального исследовательского совета (NRC) о фторе в питьевой воде за 2006 год» . Центры по контролю и профилактике заболеваний. 10 июля 2013. Архивировано из оригинала 9 января 2014 года . Проверено 1 августа 2013 г.
- ^ Бержерон, Делавэр; Каслман, А. Велфорд; Морисато, Цуго; Ханна, Шив Н. (2004). «Формирование Al 13 I − : Доказательства супергалогенного характера Al 13 ". Science . 304 (5667): 84–7. Бибкод : ...84B . doi : 10.1126/science.1093902 . PMID 15066775. . S2CID 26728239 2004Sci... 304
- ^ Гири, Сантанаб; Бехера, Сваямпрабха; Йена, Пуру (2014). «Супергалогены как строительные блоки безгалогенных электролитов в литий-ионных батареях †». Ангеванде Хеми . 126 (50): 14136. Бибкод : 2014АнгЧ.12614136Г . дои : 10.1002/ange.201408648 .
- ^ Болл, Филип (16 апреля 2005 г.). «Новый вид алхимии». Новый учёный .
- ^ Бержерон, Делавэр; Роуч, Пи Джей; Каслман, штат Аризона; Джонс, НЕТ; Ханна, СН (2005). «Суператомы кластера Al как галогены в полигалогенидах и как щелочноземельные элементы в йодидных солях». Наука . 307 (5707): 231–5. Бибкод : 2005Sci...307..231B . дои : 10.1126/science.1105820 . ПМИД 15653497 . S2CID 8003390 .
Дальнейшее чтение
[ редактировать ]- Гринвуд, Норман Н .; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн . ISBN 978-0-08-037941-8 .
