Хлор, бром, йод, астат.

Хлор – от греч. клорос (желто-зеленый цвет увядающей листвы); по окраске газообразного хлора. Лат.Chlorum.

Открыт К.-В. Шееле (Швеция)в 1774 г. при обработке пиролюзита MnO₂ соляной кислотой он выделил газ (MnO₂ + 4НCl = MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂).

Бром – от греч. бромос (зловонный); по запаху жидкого брома. Лат. Bromum (Br).

Открыт А.-Ж. Баларом в 1826г. (Франция). Он действовал хлором на рассол морских соляных промыслов, содержащий бромиды. Важнейшим источником брома служат природные воды нефтяных и газовых скважин, морей и некоторых минеральных источников, а также рассолы калийного производства.

Йод – от греч. иодес (фиолетовый0; по цвету парообразного йода. Лат. Iodum.

Открыт Б. Куртуа в 1811г. (Франция). При кипячении серной кислоты с рассолом золы морских водорослей он наблюдал выделение фиолетового пара, при охлаждении превращающегося в темные кристаллы с ярким блеском:

2NaI + 2H₂SO₄ = I₂ + SO₂ + 2H₂O + Na₂SO₄

Важнейшим природным источником йода служат буровые воды нефтяных и газовых скважин.

1.Нахождение в природе.

В природе в свободном виде хлор встречается только в вулканических газах. Широко распространены его соединения: хлорид натрия, хлорид калия, хлорид магния, сильвинит, состоящий из NaCl и KCl, карналлит состава KCl*MgCl₂*6H₂O, каинит состава MgSO₄*KCl*3H₂O и др. В природе 12-ый по химической распространенности элемент (5-й среди неметаллов).Третий по содержанию элемент в природных водах (после О и Н), особенно много хлора в морской воде (до 2% по массе). Жизненно важный элемент для всех организмов. У животных и человека хлорид-ионы Cl^- участвуют в выработке желудочного сока, регулируют водный обмен.

Содержание в земной коре хлора – 0,017%, брома – 0,00016%, йода – 0,00004%, астата – ничтожно мало. Хотя содержание галогенов в природе небольшое, их не причисляют к редким элементам, так как основная масса этих элементов сконцентрирована в воде морей и океанов. Йод концентрируется в некоторых водорослях, в частности в ламинарии, из золы которых получают I₂. Промышленным источником йода и брома служат воды ряда соленых озер и нефтяных скважин.

Йод также необходим для жизнедеятельности человека.

2. Получение.

В промышленности хлорполучают электролизом водного раствора хлорида натрия.

2NaCl_{(расплав)} → 2Na + Cl₂

2NaCl + 2H₂O → H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH

В лабораториихлор берут из баллонов, доставляемых с производства. Небольшие количества хлора удобно получать, действуя концентрированной соляной кислотой на MnO₂ (при нагревании) или KMnO₄:

4HCl + MnO₂ → Cl₂↑ + MnCl₂ + 2H₂O

2KMnO₄ + 16HCl → 5Cl₂ + 2MnCl₂ + 2KCl + 8H₂O

Особо чистый хлорполучают нагреванием хлорида золота:

2AuCl₃ → 2Au + 3Cl₂

Бром получают из природной воды. После выделения из нее 75% хлорида натрия ее обрабатывают хлором, в результате выделяется бром; последний выдувают потоком воздуха и поглощают железными стружками или другими веществами.

Йод получают из содержащегося в природной воде иодида натрия действием окислителей (обычно хлора). Выделившийся йод извлекают из раствора адсорбцией на активном угле, с помощью ионитов или экстракцией.

3.Физические свойства.

Хлор – зеленовато-желтый газ с резким запахом, т.пл. - 101°С, т.кип. - 34°С. Ядовит. Жидкий хлор имеет желтую окраску.

Бром – красно-бурая жидкость, т.пл.-71°С, т. кип. 59°С. Пары брома имеют красную окраску.

Йод – черные, металлически блестящие кристаллы; т.пл. 114°С, т.кип. 183°С. Йод легко возгоняется, пар йода окрашен в фиолетовый цвет. Вдыхание паров йода и особенно брома разрушающе действует на дыхательные пути и поэтому опасно.

4. Химические свойства.

Для хлора характерны следующие степени окисления: -1(хлориды); +1(гипохлорит натрия NaClO, белильная известь CaOCl₂); +3; +5 (хлорат калияKClO₃); +7 (хлорная кислота HClO₄ и перхлораты KClO₄, NH₄ClO₄).

Бромпроявляет характерные степени окисления -1(бромоводород и бромиды);+3; +5 (бромат калия KBrO₃ ); +7.

Для йодахарактерны степени окисления -1 (иодоводород и иодиды); +1;+3;+5(иодат калия KIO₃, иодноватый ангидрид I₂O₅);+7(иодная кислота H₅IO₆, метапериодаты натрия и калия NaIO₄, KIO₄).

Хлор легко взаимодействует со многими веществами. Из простых веществ он не ваимодействует только с углеродом, азотом, кислородом и благородными газами.

Галогены хорошо растворимы в органических растворителях.

Прочность связи в молекулах галогенов уменьшается при переходе от хлора к йоду (но возрастает при переходе от фтора к хлору).

Для галогенов характерны окислительно-восстановительные реакции.

Водород в хлоре сгорает:

Cl₂ + H₂ ↔ 2HCl

Хорошо растворим в воде, подвергается в ней дисмутации на 50% и полностью – в щелочном растворе:

Cl₂ + H₂O ↔ HClO + HCl

Cl₂ + 2NaOH = NaClO + NaCl + H₂O

3Cl₂ + 6NaOH = NaClO₃ + 5NaCl + 3H₂O

Раствор хлора в воде называют хлорной водой, на свету кислота HClO разлагается на HCl и атомарный кислород, поэтому «хлорную воду» надо хранить в темной склянке. Хлор очень сильный окислитель по отношению к металлам и неметаллам:

Cl₂ + Na = 2NaCl

3Cl₂ + 2Fe → 2FeCl₃ 200°C

Cl₂ + Se = SeCl₄

5Cl₂+ 2P = 2PCl5 90°C

Реакции с соединениями других галогенов:

Cl₂ + 2KI = 2KСl + I₂↓

3Cl₂ + 3H₂O + KI = 6HCl + KIO₃ 80°C

Качественная реакция – взаимодействие недостатка хлора с иодидом калия и обнаружение иода по синему окрашиванию после добавления раствора крахмала.

Йод в небольшой степени проявляет свойства, характерные для металлов. Например, в среде безводного этилового спирта может быть разлагающийся ниже 0°С нитрат йода I(NO₃)₃:

I₂ + AgNO₃ = AgI + INO₃

3INO₃ = I₂ + I(NO₃)₃

Последний элемент подгруппы – астат – в природе не встречается. Его изотопы получают с помощью различных ядерных превращений, в частности, бомбардировкой Bi α-частицами в циклотроне:

²⁰⁹₈₃Bi + ⁴₂He → ²¹¹₈₅At + 2¹₀n

При плавлении облученного висмута астатулетучивается и может быть собран в охлаждаемом приемнике. Астат имеет период полураспада 8,3 ч, другие его изотопы распадаются еще быстрее.

5.Применение.

Хлор в больших количествах используется для производства растворителей, мономеров и полимеров (ПВХ), ядохимикатов, промежуточных продуктов.

Гипохлориты применяют для отделки тканей и бумажной массы, а также для дезинфекции.

Перхлораты применяют в качестве окислителей во взрывчатых смесях и ракетном топливе.

Галогениды алюминия служат катализаторами в органическом синтезе.

Бромид серебра используется для фотографии.