P-στοιχεία της ομάδας VII. Αλογόνα (στοιχεία της ομάδας VII της κύριας υποομάδας) Πώς ονομάζονται τα στοιχεία της ομάδας 7;
9 F 1s 2 2s 2 2p 5
17 Cl 3s 2 3p 5
35 Br 3d 10 4s 2 4p 5
53 I 4d 10 5s 2 5p 5
85 Σε 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5
Τα 5 στοιχεία της κύριας υποομάδας της ομάδας VII έχουν μια κοινή ονομασία ομάδας «halogens» (Hal), που σημαίνει «αλατοπαραγωγός».
Η υποομάδα των αλογόνων περιλαμβάνει φθόριο, χλώριο, βρώμιο, ιώδιο και αστατίνη (η αστατίνη είναι ένα ραδιενεργό στοιχείο, ελάχιστα μελετημένο). Αυτά είναι τα π-στοιχεία της ομάδας του περιοδικού συστήματος του Δ.Ι. Μεντελέεφ. Στο εξωτερικό ενεργειακό επίπεδο, τα άτομά τους έχουν 7 ηλεκτρόνια ns 2 np 5. Αυτό εξηγεί την κοινότητα των ιδιοτήτων τους.
Ιδιότητες στοιχείων της υποομάδας αλογόνου
Προσθέτουν εύκολα ένα ηλεκτρόνιο το καθένα, παρουσιάζοντας κατάσταση οξείδωσης -1. Τα αλογόνα έχουν αυτόν τον βαθμό οξείδωσης σε ενώσεις με υδρογόνο και μέταλλα.
Ωστόσο, τα άτομα αλογόνου, εκτός από το φθόριο, μπορούν επίσης να εμφανίσουν θετικές καταστάσεις οξείδωσης: +1, +3, +5, +7. Οι πιθανές τιμές των καταστάσεων οξείδωσης εξηγούνται από την ηλεκτρονική δομή, η οποία για τα άτομα φθορίου μπορεί να αναπαρασταθεί από το διάγραμμα
Όντας το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο, το φθόριο μπορεί να δεχθεί μόνο ένα ηλεκτρόνιο ανά υποεπίπεδο 2p. Έχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο, επομένως το φθόριο μπορεί να είναι μόνο μονοσθενές και η κατάσταση οξείδωσης είναι πάντα -1.
Η ηλεκτρονική δομή του ατόμου χλωρίου εκφράζεται από το διάγραμμα:
Το άτομο χλωρίου έχει ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο στο υποεπίπεδο 3p και η κανονική (μη διεγερμένη) κατάσταση του χλωρίου είναι μονοσθενής. Επειδή όμως το χλώριο βρίσκεται στην τρίτη περίοδο, έχει άλλα πέντε τροχιακά του 3ου υποεπίπεδου, τα οποία μπορούν να φιλοξενήσουν 10 ηλεκτρόνια.
Στη διεγερμένη κατάσταση του ατόμου του χλωρίου, τα ηλεκτρόνια μετακινούνται από τα υποεπίπεδα 3p και 3s στο υποεπίπεδο 3d (που φαίνεται με βέλη στο διάγραμμα). Ο διαχωρισμός (σύζευξη) ηλεκτρονίων που βρίσκονται στο ίδιο τροχιακό αυξάνει το σθένος κατά δύο μονάδες. Προφανώς, το χλώριο και τα ανάλογα του (εκτός από το φθόριο) μπορούν να εμφανίζουν μόνο περιττό μεταβλητό σθένος 1, 3, 5, 7 και αντίστοιχες θετικές καταστάσεις οξείδωσης. Το φθόριο δεν έχει ελεύθερα τροχιακά, πράγμα που σημαίνει ότι κατά τις χημικές αντιδράσεις δεν υπάρχει διαχωρισμός ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων στο άτομο. Επομένως, όταν εξετάζουμε τις ιδιότητες των αλογόνων, είναι πάντα απαραίτητο να λαμβάνονται υπόψη τα χαρακτηριστικά του φθορίου και των ενώσεων.
Τα υδατικά διαλύματα των ενώσεων υδρογόνου των αλογόνων είναι οξέα: HF - υδροφθορικό (φθορικό), HCl - υδροχλωρικό (υδροχλωρικό), HBr - υδροβρωμικό, HI - υδροϊωδικό.
Η πανομοιότυπη δομή του εξωτερικού ηλεκτρονικού στρώματος (ns 2 np 5) καθορίζει τη μεγάλη ομοιότητα των στοιχείων.
Απλές ουσίες - μη μέταλλα F 2 (αέριο), Cl 2 (αέριο), Br 2 (l), l 2 (στερεό).
Όταν σχηματίζουν ομοιοπολικούς δεσμούς, τα αλογόνα χρησιμοποιούν συνήθως ένα μη ζευγαρωμένο p-ηλεκτρόνιο διαθέσιμο σε ένα μη διεγερμένο άτομο, το οποίο εμφανίζει B = I.
Καταστάσεις σθένους ατόμων CI, Br, I.
Σχηματίζοντας δεσμούς με άτομα περισσότερων ηλεκτραρνητικών στοιχείων, τα άτομα χλωρίου, βρωμίου και ιωδίου μπορούν να μεταβούν από τη βασική κατάσταση σθένους σε διεγερμένα, κάτι που συνοδεύεται από τη μετάβαση ηλεκτρονίων σε κενά τροχιακά του d-υποεπιπέδου. Σε αυτή την περίπτωση, ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων αυξάνεται, με αποτέλεσμα τα άτομα CI, Br, I να μπορούν να σχηματίσουν μεγαλύτερο αριθμό ομοιοπολικών δεσμών:
Διαφορά μεταξύ F και άλλων αλογόνων
Στο άτομο F, τα ηλεκτρόνια σθένους βρίσκονται στο 2ο επίπεδο ενέργειας, το οποίο έχει μόνο υποεπίπεδα s και p. Αυτό αποκλείει τη δυνατότητα μετάβασης των ατόμων F σε διεγερμένες καταστάσεις, επομένως το φθόριο σε όλες τις ενώσεις εμφανίζει σταθερά Β ίση με I. Επιπλέον, το φθόριο είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο, με αποτέλεσμα να έχει και σταθερά c. Ο. -1.
Οι πιο σημαντικές ενώσεις αλογόνου
Ι. Υδροαλογονίδια HHal.
II Τα αλογονίδια μετάλλων (άλατα υδραλογονικών οξέων) είναι οι πιο πολυάριθμες και σταθερές ενώσεις αλογόνου
III. Οργανοαλογονικές ενώσεις
IV. Ουσίες που περιέχουν οξυγόνο:
Ασταθή οξείδια, από τα οποία η ύπαρξη 6 οξειδίων μπορεί να θεωρηθεί αξιόπιστη (Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 7, Br 2 O, BrO 2, I 2 O 5).
Ασταθή οξοξέα, από τα οποία μόνο 3 οξέα απομονώνονται ως μεμονωμένες ουσίες (HClO 4, HlO 3, HlO 4).
Άλατα οξοξέων, κυρίως χλωριόντων, χλωρικών και υπερχλωρικών.
Η ομάδα VII A περιλαμβάνει τα ακόλουθα στοιχεία: φθόριοφά, χλώριοC.I., βρώμιοBr, ιώδιο Ι, αστατίνηΣτο, - που έχουν κοινή ονομασία αλογόνα, που κυριολεκτικά σημαίνει: αλατοπαραγωγός. Είναι αμέταλλα και ανήκουν στην οικογένεια των p-στοιχείων.
Τα αλογόνα (εκτός από την αστατίνη) βρίσκονται ευρέως στη φύση. Η αστατίνη λαμβάνεται κυρίως τεχνητά. Η συνολική περιεκτικότητα σε αστατίνη στο στρώμα φλοιού πάχους 1,6 km εκτιμάται ότι είναι ≈ 70 mg. Είναι ραδιενεργό (ο χρόνος ημιζωής του πιο σταθερού ισοτόπου είναι 8,1 ώρες), έχει μελετηθεί ελάχιστα και επομένως δεν θα το εξετάσουμε.
Τα αλογόνα δεν υπάρχουν στη φύση σε ελεύθερη μορφή και υπάρχουν μόνο σε δεσμευμένη μορφή, δηλ. με τη μορφή συνδέσεων με άλλα στοιχεία. Τα πιο κοινά στη φύση είναι το χλώριο και το φθόριο, η περιεκτικότητά τους είναι 0,19% και 0,03% της μάζας του φλοιού της γης, αντίστοιχα.
Οι ενώσεις χλωρίου και φθορίου με τη μορφή διαφόρων ορυκτών σχηματίζουν ανεξάρτητα κοιτάσματα στη στεριά. Για το χλώριο, τα πιο σημαντικά φυσικά μέταλλα είναι ορυκτό αλάτιNaCl, καρναλλίτηςKCl ∙ MgCl 2 ∙ 6 H 2 Ο, συλβινίτηςKCl ∙ NaCl. Τα πιο γνωστά φθοριούχα ορυκτά είναι φθορίτη ή φθορίτηCaF 2 , κρυόλιθοςΝα 3 AlF 6 , φθοραπατίτηςCa 5 (ταχυδρομείο 4 ) 3 φά.
Το βρώμιο και το ιώδιο είναι ιχνοστοιχεία και δεν σχηματίζουν τα δικά τους κοιτάσματα ορυκτών. Σημαντικές ποσότητες βρωμίου και ιωδίου, μαζί με άλλα αλογόνα, βρίσκονται στο θαλασσινό νερό με τη μορφή διαφόρων αλάτων, από όπου απορροφώνται ενεργά από τα φύκια.
Η δομή των ατόμων αλογόνου, οι φυσικές και χημικές τους ιδιότητες
Τα άτομα όλων των αλογόνων περιέχουν 7 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων, η δομή των οποίων μπορεί να αναπαρασταθεί ως εξής:
Το φθόριο διαφέρει από τα άλλα αλογόνα στο ότι δεν έχει d-υποεπίπεδο στο εξωτερικό ηλεκτρονικό του στρώμα.
Ορισμένα φυσικά χαρακτηριστικά των ατόμων αλογόνου παρουσιάζονται στον Πίνακα 4.
Πίνακας 4. Συγκριτικά χαρακτηριστικά ορισμένων φυσικών ιδιοτήτων των αλογόνων και των απλών ουσιών που σχηματίζουν
|
Τροχιακή ακτίνα ατόμου, nm | ||||
|
Ενέργεια πρώτης ιοντισμού (Г 0 – 1 ē → Г +1), kJ/mol | ||||
|
Συγγένεια ηλεκτρονίων, kJ/mol | ||||
|
Ηλεκτραρνητικότητα κατά Pauling | ||||
|
Ενέργεια δέσμευσης σε μόριο απλής ουσίας G 2, kJ/mol | ||||
|
Μήκος δεσμού σε μόριο απλής ουσίας, nm | ||||
|
Σημείο τήξης απλών ουσιών, o C |
Στην κανονική κατάσταση, τα στοιχεία της ομάδας VIIA έχουν ένα μη ζευγαρωμένο ηλεκτρόνιο στην εξωτερική τους στιβάδα, έτσι μπορούν να σχηματίσουν μόνο έναν ομοιοπολικό δεσμό με άλλα άτομα μέσω του μηχανισμού ανταλλαγής (το σθένος σε αυτή την περίπτωση θα είναι ίσο με 1). Κατά τη διέγερση, ο αριθμός των μη ζευγαρωμένων ηλεκτρονίων στα αλογόνα (εκτός του F) αυξάνεται σε 3, 5 ή 7 λόγω του ζευγαρώματος των ζευγών ηλεκτρονίων.
Αντίστοιχα, οι πιθανές τιμές σθένους κατά το σχηματισμό δεσμού μέσω του μηχανισμού ανταλλαγής σε αυτήν την περίπτωση θα είναι επίσης ίσες με 3, 5 ή 7.
Το φθόριο, σε αντίθεση με όλα τα άλλα αλογόνα, συνήθως εμφανίζει σθένος 1, επειδή δεν μπορεί να εξατμίσει τα ζεύγη ηλεκτρονίων του. Θεωρητικά, το φθόριο, ως στοιχείο της δεύτερης περιόδου, μπορεί να εμφανίσει μέγιστο σθένος 4, αν λάβουμε υπόψη, εκτός από τον μηχανισμό ανταλλαγής, και τον μηχανισμό δότη-δέκτη σχηματισμού ομοιοπολικού δεσμού. Πράγματι, στο εξωτερικό στρώμα ηλεκτρονίων του ατόμου φθορίου, μαζί με ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο, υπάρχουν επίσης 3 ζεύγη ηλεκτρονίων. Λόγω αυτών, ενεργώντας ως δότης, το φθόριο μπορεί επιπλέον να σχηματίσει 3 ομοιοπολικούς δεσμούς. Είναι αλήθεια ότι μπορεί κανείς να υποθέσει ότι το φθόριο θα είναι «απρόθυμο» να το κάνει αυτό, επειδή είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο και είναι πιο χαρακτηριστικό να αφαιρεί ζεύγη ηλεκτρονίων παρά να το παρέχει σε άλλο άτομο, αν και για κοινή χρήση.
Η ένωση BF είναι γνωστή, στην οποία η πολλαπλότητα του δεσμού είναι 3. Αυτό το γεγονός μπορεί να εξηγηθεί αν υποθέσουμε ότι το άτομο φθορίου σχημάτισε έναν δεσμό με έναν μηχανισμό ανταλλαγής και τους άλλους δύο από έναν μηχανισμό δότη-δέκτη.
Αλογόνα (εκτόςφά) στις ενώσεις μπορεί να εμφανίσει τόσο θετικές όσο και αρνητικές καταστάσεις οξείδωσης.
Εμφανίζουν μια θετική κατάσταση οξείδωσης όταν αλληλεπιδρούν με άτομα στοιχείων που είναι πιο ηλεκτραρνητικά από τα ίδια. Σε αυτή την περίπτωση, τα αλογόνα ενεργούν ως αναγωγικός παράγοντας και δίνουν τα ασύζευκτα ηλεκτρόνια τους σε άλλα άτομα από το εξωτερικό στρώμα. Η τιμή της κατάστασης οξείδωσης θα είναι ίση με +1 (σε στατική κατάσταση), +3, +5, +7 (σε διεγερμένη κατάσταση).
Το φθόριο δεν μπορεί να εμφανίσει θετική κατάσταση οξείδωσης, καθώς είναι το πιο ηλεκτραρνητικό στοιχείο και στις χημικές αντιδράσεις παίρνει πάντα ηλεκτρόνια από άλλα άτομα, ενεργώντας μόνο ως οξειδωτικός παράγοντας και σε όλες τις ενώσεις εμφανίζει κατάσταση οξείδωσης -1.
Για το λόγο αυτό, η λήψη φά 2 από φθοριούχα χημικά (χρησιμοποιώντας άτομα άλλου στοιχείου, π.χ. οξείδωση 2 φά - - 2ē = φά 2 0 )) δεν μπορεί να πραγματοποιηθεί. Αυτό μπορεί να γίνει μόνο ηλεκτρικά (με ηλεκτρόλυση ενός τήγματος φθορίου, για παράδειγμα, αλατιούNaF ).
Άλλα αλογόνα παρουσιάζουν αρνητική κατάσταση οξείδωσης όταν αλληλεπιδρούν με άτομα στοιχείων λιγότερο ηλεκτραρνητικά από τα ίδια. Σε αυτή την περίπτωση, δρουν ως οξειδωτικός παράγοντας και παίρνουν από άλλα άτομα ένα ηλεκτρόνιο που λείπει για να ολοκληρώσουν την εξωτερική τους στιβάδα. Η τιμή της κατάστασης οξείδωσης είναι ίση με -1.
Τα αλογόνα σχηματίζουν γενικές ενώσεις με το υδρογόνο
.
Πρόκειται για αέριες ουσίες (σημείο βρασμού HF ≈ 16 o C), πολύ διαλυτές σε H 2 O. Τα υδατικά τους διαλύματα έχουν όξινες ιδιότητες και η ισχύς αυτών των οξέων στη σειρά HF, HCl, HBr, HI αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά. Το πιο ασθενές οξύ είναι το HF, το ισχυρότερο είναι το HI. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι στην ομάδα, οι ακτίνες των ατόμων αλογόνου αυξάνονται από πάνω προς τα κάτω, γεγονός που αποδυναμώνει την ισχύ του δεσμού R-H (καθώς το μήκος του αυξάνεται) και τα ιόντα H + αποσπώνται ευκολότερα.
Το υδροφθορικό ή υδροφθορικό οξύ HF είναι σε κάποιο βαθμό ασθενέστερο από όλα τα άλλα υδραλογονικά οξέα και λόγω της ικανότητας των μορίων του να σχηματίζουν συνδεδεμένους τύπου (HF) n (όπου το n κυμαίνεται από 1 έως 8) λόγω του σχηματισμού δεσμοί υδρογόνου:
H – F H – F; H – F H – F H – F, κ.λπ.
Με οξυγόνο, αλογόνα (εκτόςφά) μπορεί να σχηματίσει 4 τύπους οξειδίων:
.
(Οξείδια που λαμβάνονται για το χλώριοCl 2 Ο, Cl 2 Ο 7; για βρώμιο -Br 2 Ο; για ιώδιο -Εγώ 2 Ο, Εγώ 2 Ο 5 , Εγώ 2 Ο 7 . ΟξείδιοR 2 Ο 3 σε ελεύθερη μορφή δεν απομονώνεται για κανένα αλογόνο).
Οξείδια που λαμβάνονται για το χλώριο 
Και 
, στην οποία εμφανίζει αχαρακτήριστες καταστάσεις οξείδωσης +4 και +6. Αυτές είναι σθένος ακόρεστες ενώσεις επιρρεπείς σε διμερισμό. Έχουν παραμαγνητικές ιδιότητες, γιατί τα άτομα χλωρίου περιέχουν ένα ασύζευκτο ηλεκτρόνιο.
Όλα τα οξείδια λαμβάνονται όχι μέσω της άμεσης αλληλεπίδρασης απλών ουσιών αλογόνου με το οξυγόνο, αλλά έμμεσα. Αυτά είναι όξινα οξείδια. Όταν διαλύονται σε Η 2 Ο, σχηματίζουν οξέα του γενικού τύπου:
Για κάθε στοιχείο, καθώς αυξάνεται η κατάσταση οξείδωσής του, η ισχύς των οξέων αυτής της σειράς αυξάνεται από αριστερά προς τα δεξιά. Η ισχύς των οξέων στα οποία τα στοιχεία παρουσιάζουν τον ίδιο βαθμό οξείδωσης μειώνεται στην ομάδα από πάνω προς τα κάτω. Για παράδειγμα, στη σειρά: H 
Ο, Η 
Ο, Η 
Ο- το ισχυρότερο οξύ είναι το HClO. Αυτό οφείλεται στην αύξηση των μεταλλικών ιδιοτήτων των αλογόνων της ομάδας από πάνω προς τα κάτω, η οποία με τη σειρά της οδηγεί σε αύξηση των βασικών ιδιοτήτων των ενώσεων που περιέχουν οξυγόνο.
Το φθόριο σχηματίζει ενώσεις με το οξυγόνο 
Και 
, όπου το O εμφανίζει θετική κατάσταση οξείδωσης +2 ή +1. Επομένως, αυτές οι ουσίες δεν είναι οξείδια. Όπως όλες οι ενώσεις αλογόνου που περιέχουν οξυγόνο, λαμβάνονται επίσης κυρίως έμμεσα.
Τα αλογόνα σχηματίζουν απλές ουσίες (με τα ίδια ονόματα), τα μόρια των οποίων αποτελούνται από δύο άτομα που συνδέονται με έναν μόνο ομοιοπολικό δεσμό. Εξάλλουφά 2 ΚαιCl 2 υπό κανονικές συνθήκες - αέρια,Br 2 - υγρό,Εγώ 2 - στερεά ουσία.
Η αντοχή του δεσμού στα μόρια των απλών ουσιών μειώνεται από το χλώριο στο ιώδιο. Το F2 πέφτει έξω από αυτό το σχέδιο, η ισχύς του δεσμού του οποίου είναι σημαντικά μικρότερη από την αντοχή του δεσμού στο μόριο Cl 2 (Πίνακας 4).
Τέτοιες ανώμαλες ιδιότητες του φθορίου μπορούν να εξηγηθούν από την απουσία κενού d-υποεπιπέδου στο εξωτερικό ηλεκτρονικό στρώμα των ατόμων του.
Τα άτομα του χλωρίου και άλλων αλογόνων έχουν ελεύθερα d-τροχιακά και επομένως υπάρχει μια πρόσθετη αλληλεπίδραση δότη-δέκτη μεταξύ τους στα μόρια απλών ουσιών, η οποία ενισχύει τον δεσμό. Αυτό φαίνεται στο παρακάτω διάγραμμα:
Όπως προκύπτει από τον Πίνακα 4, η ενέργεια ιονισμού, η ενέργεια συγγένειας ηλεκτρονίων και η σχετική ηλεκτραρνητικότητα των ατόμων αλογόνου στην ομάδα μειώνονται από πάνω προς τα κάτω. Σύμφωνα με αυτό, οι μη μεταλλικές ιδιότητες των αλογόνων και, επομένως, η οξειδωτική ικανότητα των ατόμων τους και των απλών ουσιών που σχηματίζουν στην ομάδα από πάνω προς τα κάτω θα μειωθούν επίσης.
Κάθε ανάντη αλογόνο μπορεί να εκτοπίσει τα κατάντη από τις ενώσεις τους με υδρογόνο και μέταλλα. Για παράδειγμα, το Cl 2 μπορεί να εκτοπίσει το Br 2 και το I 2. Και το Br 2 μπορεί να μετατοπίσει μόνο το I 2:
Сl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl
Br 2 + 2NaІ = І 2 + 2NaBr
Αυτές οι αντιδράσεις συνήθως συμβαίνουν σε υδατικά διαλύματα, επομένως το F2 δεν συμμετέχει σε αυτές, καθώς αποσυνθέτει έντονα το νερό:
2 F 2 + 2H 2 O = 4 HF + O 2
Τα υπόλοιπα αλογόνα είναι σχετικά ελαφρώς διαλυτά σε Η2Ο και, σε ακόμη μικρότερο βαθμό, αλληλεπιδρούν αναστρέψιμα με αυτό σύμφωνα με το ακόλουθο σχήμα:
G 2 + H 2 O 
NG + ΜΚΟ
Επιπλέον, όταν μετακινείται από το χλώριο στο ιώδιο, η ισορροπία αυτής της αντίδρασης μετατοπίζεται όλο και περισσότερο προς τα αριστερά και για το I 2 είναι πρακτικά αχαρακτήριστη.
Λύσεις Cl 2 Και Br 2 στο νερό ονομάζονται νερό χλωρίου και βρωμίου, αντίστοιχα. Εκτός από τα ίδια τα αλογόνα, αυτά τα διαλύματα περιέχουν προϊόντα της αλληλεπίδρασής τους με το H 2 O, γεγονός που τους προσδίδει ορισμένες συγκεκριμένες ιδιότητες.
Υποομάδα μαγγανίου- χημικά στοιχεία της ομάδας 7 του περιοδικού πίνακα χημικών στοιχείων (σύμφωνα με την απαρχαιωμένη ταξινόμηση, στοιχεία της δευτερεύουσας υποομάδας της ομάδας VII). Η ομάδα περιλαμβάνει μέταλλα μεταπτώσεως μαγγάνιο Mn, τεχνήτιο Tc και ρήνιοΣχετικά με. Με βάση την ηλεκτρονική διαμόρφωση του ατόμου, το στοιχείο ανήκει επίσης στην ίδια ομάδα βόριο Bh, τεχνητά συντεθειμένο.
Όπως και σε άλλες ομάδες, τα μέλη αυτής της οικογένειας στοιχείων παρουσιάζουν μοτίβα ηλεκτρονικής διαμόρφωσης, ειδικά εξωτερικά κελύφη, με αποτέλεσμα ομοιότητες στις φυσικές ιδιότητες και τη χημική συμπεριφορά:
Τα στοιχεία της ομάδας 7 έχουν 7 ηλεκτρόνια σθένους. Όλα είναι πυρίμαχα μέταλλα σε ασημί-λευκό χρώμα. Στη σειρά Mn - Tc - Re, η χημική δραστηριότητα μειώνεται. Η ηλεκτρική αγωγιμότητα του ρηνίου είναι περίπου 4 φορές μικρότερη από αυτή του βολφραμίου. Αυτό το μέταλλο είναι ένα εξαιρετικό υλικό για την κατασκευή νημάτων ηλεκτρικών λαμπτήρων, τα οποία είναι ισχυρότερα και πιο ανθεκτικά από τα συμβατικά νήματα βολφραμίου. Στον αέρα, το συμπαγές μεταλλικό μαγγάνιο καλύπτεται με ένα λεπτό φιλμ οξειδίου, το οποίο το προστατεύει από περαιτέρω οξείδωση ακόμη και όταν θερμαίνεται. Αντίθετα, σε λεπτά θρυμματισμένη κατάσταση οξειδώνεται αρκετά εύκολα.
Δύο από τα τέσσερα μέλη της ομάδας, το τεχνήτιο και το βόριο, είναι ραδιενεργά με αρκετά μικρό χρόνο ημιζωής, γι' αυτό και δεν εμφανίζονται στη φύση.
Το μαγγάνιο είναι ένα από τα κοινά στοιχεία, που αποτελεί το 0,03% του συνολικού αριθμού των ατόμων στον φλοιό της γης. Πολλά πετρώματα περιέχουν μικρές ποσότητες μαγγανίου. Παράλληλα, υπάρχουν και συσσωρεύσεις των ενώσεων του οξυγόνου, κυρίως με τη μορφή του ορυκτού πυρολουσίτη MnO 2 . Η ετήσια παγκόσμια παραγωγή μεταλλευμάτων μαγγανίου είναι περίπου 5 εκατομμύρια τόνοι.
Το καθαρό μαγγάνιο μπορεί να ληφθεί με ηλεκτρόλυση των διαλυμάτων των αλάτων του. Περίπου το 90% της συνολικής παραγωγής μαγγανίου καταναλώνεται στην κατασκευή διαφόρων κραμάτων με βάση το σίδηρο. Επομένως, το κράμα υψηλής περιεκτικότητας του με σίδηρο - σιδηρομαγγάνιο (60-90% Mn) - συνήθως τήκεται απευθείας από μεταλλεύματα, το οποίο στη συνέχεια χρησιμοποιείται για την εισαγωγή μαγγανίου σε άλλα κράματα. Το σιδηρομαγγάνιο τήκεται από ένα μείγμα μεταλλευμάτων μαγγανίου και σιδήρου σε ηλεκτρικούς κλιβάνους και το μαγγάνιο ανάγεται με άνθρακα σύμφωνα με την αντίδραση:
Το τεχνήτιο δεν βρίσκεται στο φλοιό της γης. Πολύ μικρές ποσότητες του ελήφθησαν τεχνητά και διαπιστώθηκε ότι οι χημικές του ιδιότητες είναι πολύ πιο κοντά στο ρήνιο παρά στο μαγγάνιο. Ωστόσο, δεν έχει γίνει ακόμη λεπτομερής μελέτη του στοιχείου και των ενώσεων του.
Η περιεκτικότητα σε ρήνιο στον φλοιό της γης είναι πολύ μικρή (9·10−9%). Αυτό το στοιχείο είναι εξαιρετικά διασκορπισμένο: ακόμη και τα πιο πλούσια σε ρήνιο ορυκτά (μολυβδενίτες) το περιέχουν σε ποσότητες που συνήθως δεν υπερβαίνουν το 0,002% κατά βάρος. Το ρήνιο και τα παράγωγά του δεν έχουν βρει ακόμη κάποια ευρεία χρήση. Ωστόσο, το 2007, η παγκόσμια παραγωγή ρηνίου ήταν περίπου 45 τόνοι. Είναι επίσης ένα χημικά ενεργό στοιχείο.
10221 0
Η ομάδα 17 περιλαμβάνει F, Cl, Br, I, At (Πίνακες 1 και 2). Η λέξη αλογόνο ("αλογόνο" + "γεν") σημαίνει "σχηματισμός άλατος". Όλα τα στοιχεία είναι αμέταλλα. Έχουν 7 ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα. Λόγω της υψηλής ηλεκτραρνητικότητας και αντιδραστικότητάς τους, δεν βρίσκονται σε ελεύθερη μορφή στη φύση. Λόγω της εύκολης προσθήκης ενός ηλεκτρονίου, σχηματίζουν ιόντα αλογονιδίων και επομένως υπάρχουν με τη μορφή διατομικών μορίων. Τα άτομα στα μόρια συνδέονται με έναν ομοιοπολικό δεσμό ως αποτέλεσμα της κοινής χρήσης ενός ζεύγους ηλεκτρονίων, ένα από το άτομο. Τα μόρια αλογόνου συγκρατούνται μεταξύ τους με ασθενείς δυνάμεις van der Waals, γεγονός που εξηγεί την υψηλή πτητότητά τους.
Τραπέζι 1 . Μερικές φυσικές και χημικές ιδιότητες μετάλλων της ομάδας 17
|
|
Ονομα |
Σχετίζεται, στο. βάρος |
Ηλεκτρονική φόρμουλα |
Ακτίνα, μ.μ |
Κύρια ισότοπα (%) |
|
|
φθόριο Φθόριο [από λατ. fluere - να ρέει] |
ομοιοπολικό 58 | |||||
|
Χλώριο Χλώριο [από τα ελλην. χλώριο - πρασινωπό] |
ομοιοπολικό 99 | |||||
|
Bromine Bromine [από τα ελλην. βρώμος - δυσωδία] |
3d 10 4s 2 4p 5 |
Ομοιοπολικό 114.2 |
79 Vg* (50,69) |
|||
|
Ιώδιο Ιώδιο [από τα ελλην. ιωδίες - μωβ] |
4d 10 5s 2 5p 5 |
Ομοιοπολικό 133 | ||||
|
Αστατίνη Αστατίνη [από τα ελληνικά. Άστατος - ασταθής] |
4f 14 5d 10 6s 2 6p 5 |
Όλα τα αλογόνα είναι τοξικά, έχουν χαρακτηριστική πικάντικη οσμή και χρώμα, η ένταση των οποίων αυξάνεται προς το κάτω μέρος της ομάδας. Αυτή η ομάδα αποτελείται από τα πιο αντιδραστικά στοιχεία του Περιοδικού Πίνακα. Οι ατομικές και ιοντικές ακτίνες των αλογόνων, καθώς και τα μήκη των δεσμών σε μόρια, αυξάνονται προς το κάτω μέρος της ομάδας στον Περιοδικό Πίνακα. Αντίθετα, η ενέργεια διάστασης του δεσμού και η ισχύς του μειώνονται, με εξαίρεση το φθόριο.
Τα αλογονίδια αλκαλιμετάλλων (ομάδα 1) είναι ενώσεις ιοντικού τύπου. Στα αλογονίδια μετάλλων αλκαλικών γαιών (ομάδα 2), εκτός από τα ιοντικά, υπάρχουν ενώσεις μερικώς ομοιοπολικού τύπου. Καθώς μετακινείστε από αριστερά προς τα δεξιά κατά μήκος μιας περιόδου, τα αλογονίδια των στοιχείων γίνονται πιο ομοιοπολικά. Η ομοιοπολική φύση των αλογονιδίων αυξάνεται επίσης καθώς κινείται κανείς προς τα κάτω στην ομάδα. Επιπλέον, εάν ένα μέταλλο μπορεί να υπάρχει σε πολλές καταστάσεις οξείδωσης, τότε ο δεσμός του με το αλογονίδιο στη χαμηλότερη από αυτές είναι ιοντικής φύσης και στην υψηλότερη είναι ομοιοπολικός. Τόσο τα ιοντικά όσο και τα ομοιοπολικά αλογονίδια δισθενών μετάλλων τείνουν να κρυσταλλώνονται σε στρώματα πλέγματα. Η εξαίρεση είναι CCl 2, με δομή πολυμερούς. Τα ιόντα αλογονιδίου είναι συνδέτες σε πολλά σύμπλοκα ιόντα, εκτοπίζοντας λιγότερο ισχυρούς συνδέτες όπως το νερό.
Τα αλογονίδια του αργύρου είναι ασταθή στο ηλιακό φως, αποσυντίθενται σε μέταλλο και αλογόνο. Αυτή η ιδιότητα χρησιμοποιείται στην ασπρόμαυρη φωτογραφία. Τα βρωμίδια ήταν τα πιο φωτοευαίσθητα Αγ. Τα αλογονίδια του υδρογόνου, τα οποία είναι από τα πιο γνωστά ισχυρά οξέα, χρησιμοποιούνται ευρέως. Η οξύτητα των υδατικών διαλυμάτων τους αυξάνεται προς τον πυθμένα της ομάδας. Η εξαίρεση είναι το υδροφθόριο. Το υδατικό του διάλυμα ( υδροφθορικό οξύ) έχει ελαφρά οξύτητα λόγω της αντοχής του δεσμού H - Fκαι μια μικρή σταθερά διάστασης οξέος.
Πίνακας 2.Περιεκτικότητα στο σώμα, τοξικές (TD) και θανατηφόρες δόσεις (LD) μετάλλων της ομάδας 17
|
|
στον φλοιό της γης (%) |
Στον ωκεανό (%) |
Στο ανθρώπινο σώμα | ||||
|
Μέσος όρος (με σωματικό βάρος 70 κιλά) |
Αίμα (mg/l) |
||||||
|
TD - 20 mg, LD - 2 g |
|||||||
|
Τοξικός |
|||||||
|
TD - 3 g, LD - >35 g |
|||||||
|
(0,43-0,58)x10 -5 |
(0,05-5) x10 -5 |
TD - 2 mg, LD - 35-350 g |
|||||
|
Ίχνη σε ορισμένα ορυκτά |
Τοξικό λόγω ραδιενέργειας |
||||||
Φθόριο (F) — όσον αφορά την επικράτηση, κατατάσσεται στην 13η θέση μεταξύ των στοιχείων του φλοιού της γης, του πιο δραστικού στοιχείου, του πιο ισχυρού από τους βιομηχανικά παραγόμενους οξειδωτικούς παράγοντες. Σε αέρια μορφή έχει ανοιχτό κίτρινο χρώμα. Στη βιομηχανία χρησιμοποιούνται κυρίως οι οργανικές ενώσεις του, τα πολυμερή και όλα τα άλατα CaF 2 - ως ροή στη μεταλλουργία, και AlF 3 - κατά την παραγωγή Ο Αλ. Μεγάλες ποσότητες φά 2 παρήχθησαν στην πυρηνική βιομηχανία για απόκτηση U.F. 6 στις διαδικασίες εμπλουτισμού πυρηνικών καυσίμων.
Στενή διάταξη ατόμων σε ένα μόριο φάοδηγεί σε ισχυρή απώθηση μεταξύ μη δεσμευτικών ηλεκτρονίων, γεγονός που εξηγεί την εξασθένηση του δεσμού στο μόριο. Επομένως, το φθόριο στη στοιχειακή κατάσταση στη μορφή φά 2 δεν βρίσκεται, αλλά υπάρχει ως ιόν φθορίου σε κρυόλιθος Να 3 AlF 6 και αργυραδάμαντας (φθορίτης) CaF 2 .
Το F έχει πάντα κατάσταση οξείδωσης -1. Η μικρή ομοιοπολική ακτίνα του επιτρέπει να σχηματίζει ενώσεις με υψηλούς αριθμούς συντονισμού. Για παράδειγμα, SF 6 υπάρχει, α S.J. 6 δεν μπορεί να σχηματιστεί. Τα ιόντα φθορίου μετάλλου έχουν μικρό μέγεθος ιόντων φά- προκαλεί υψηλές ενθαλπίες πλέγματος και θερμοδυναμική σταθερότητα.
Λόγω της υψηλής οξειδωτικής ικανότητας του φθορίου, τα αλογόνα μπορούν να αντιδράσουν μεταξύ τους, σχηματίζοντας ενώσεις διαλογόνων(«ιντεραλογονίδια») ClF, ClF 3, BrF 5, IF 7, στην οποία η κατάσταση οξείδωσης άλλων αλογόνων κυμαίνεται από +1 έως +7.
Μετά την επώαση του ήπατος αρουραίου με NaFΤο απορροφούμενο φθόριο συγκεντρώνεται στα μιτοχόνδρια και τους πυρήνες των ηπατοκυττάρων. Απορροφάται από τον οστικό ιστό (δόντια, οστά, χόνδροι) 3 φορές πιο ενεργά από ότι από το αίμα. Το F απεκκρίνεται κυρίως από τα νεφρά. Η τοξική επίδραση των ιόντων φθορίου οφείλεται στο γεγονός ότι δεσμεύουν και έτσι αδρανοποιούν τους ενεργοποιητές ιόντων των ενζυμικών συστημάτων ΑΝΩΝΥΜΗ ΕΤΑΙΡΙΑ 2+ , Mg 2+ με το σχηματισμό φτωχά διαλυτών φθοριωδών ιόντων. Σύνθετα ιόντα PF - , B.F. 4 - , SiF 6 2-, λόγω της ισχύος των ομοιοπολικών δεσμών στα μόριά τους, είναι βιολογικά ανενεργοί. φά- αναστέλλει τις μεταλλοπρωτεΐνες.
Χλώριο (Cl) - βρίσκεται στη φύση κυρίως με τη μορφή αλατιού NaCl. Λαμβάνεται από αυτό με ηλεκτρόλυση Cl 2 - βαρύ κιτρινοπράσινο αέριο με έντονη οσμή. Στη βιομηχανία, χρησιμοποιείται ως λευκαντικό και στην παραγωγή οργανοχλωρικών διαλυτών και πολυμερών. Επιπλέον, χρησιμοποιείται ευρέως για την αποστείρωση νερού σε υδραγωγεία σε συγκεντρώσεις (0,6-6)x10 -5 mol/kg. Ωστόσο, όταν το νερό είναι μολυσμένο με οργανικές ουσίες που περιέχουν άζωτο, η χλωρίωση του νερού είναι επικίνδυνη επειδή τα άτομα Clμπορεί να αντικαταστήσει τα άτομα Η σε μόρια αλκανίων και αλκενίων σε φωτολυτικές αντιδράσεις, δηλαδή όταν ακτινοβοληθεί με ορατό φως με μήκος κύματος 200-800 nm. Σε αυτή την περίπτωση, σχηματίζονται τοξικές οργανοχλωρικές ενώσεις - παράγωγα διοξίνη, ειδικότερα, εξαιρετικά τοξικό 2,3,7,8-τετραχλωροδιβενζο- n-διοξίνη (Εικ. 1). Οι "διοξίνες" αναφέρονται γενικά σε πολυχλωριωμένες διβενζο-και-διοξίνες. Όλα αυτά, ακόμη και σε πολύ χαμηλές συγκεντρώσεις, μειώνουν απότομα την ανθρώπινη ανοσία στις ιογενείς λοιμώξεις και επηρεάζουν τη γενετική συσκευή.
Ρύζι. 1.Διοξίνες (2,3,7,8-τετραχλωροδιβενζο-ρ-διοξίνη)
Συνδέσεις με Ο 2 (χλωριούχο HClO, «υποχλωριώδη» άλατα. χλωριούχο HClO 2, "χλωριώδη" άλατα. υποχλωριώδες HClO 3, «χλωρικά» άλατα. χλώριο HClO 4 οξέα, υπερχλωρικά άλατα, καθώς και τα ανιόντα και τα οξείδια τους) είναι οξειδωτικοί παράγοντες. χρησιμοποιούνται ως απολυμαντικά.
Η περιεκτικότητα σε χλώριο στους ιστούς των θηλαστικών είναι κοντά στην περιεκτικότητά του στο θαλασσινό νερό. Ιόντα χλωρίου Cl- κατανέμονται σχεδόν ομοιόμορφα στο σώμα των ζωντανών όντων σε αξιοσημείωτες ποσότητες (από 70 έως 103 mmol/l). Απεκκρίνονται από τα νεφρά. Το υγρό χλώριο προκαλεί σοβαρά εγκαύματα στο δέρμα και το αέριο χλώριο ερεθίζει έντονα τα μάτια και τους πνεύμονες, σχηματίζοντας υδροχλωρικά και υποχλωρικά οξέα με το υγρό των ιστών. Μπορεί να αναπτυχθεί πνευμονία στους πνεύμονες.
Βρώμιο (Br) - ένα παχύρρευστο σκούρο κόκκινο υγρό με έντονη οσμή και βαρείς καφέ ατμούς. Είναι το μόνο μη μέταλλο που είναι υγρό σε θερμοκρασία δωματίου. Χρησιμοποιείται ως πρόσθετο καυσίμου, ως αναστολέας καύσης σε πυρίμαχα υλικά, σε χρώματα και φυτοφάρμακα και στη φωτογραφία. Ωστόσο, ο βιολογικός ρόλος είναι ελάχιστα μελετημένος Br 2 δηλητηριώδες. Αναλογία Br/Clστο αίμα είναι περίπου 0,01 και Br- βρίσκεται κυρίως στο πλάσμα. Συνοδεύει το χλώριο στις μεταβολικές διεργασίες και απεκκρίνεται στα ούρα.
Ιώδιο (Ι) - ένα σκληρό μαύρο γυαλιστερό μη μέταλλο. Εξυψώνεται εύκολα. Χρησιμοποιείται ως απολυμαντικό διάλυμα αλκοόλης, σε πρόσθετα τροφίμων, βαφές, καταλύτες και στη φωτογραφία. Ανήκει στα βιολογικά απαραίτητα («ουσιώδη») στοιχεία και αποτελεί μέρος των θυρεοειδικών ορμονών. Η έλλειψή του θεωρείται παράγοντας προδιάθεσης για την ανάπτυξη καρκίνου του θυρεοειδούς και του μαστού.
Εγώσυσσωρεύεται επιλεκτικά στον θυρεοειδή αδένα (πάνω από 80%). Ιωδιούχο Εγώ- εισήλθε στο σώμα, συγκεντρώνεται γρήγορα στον αδένα, όπου η συγκέντρωσή του είναι 25-500 φορές υψηλότερη από ό,τι στο αίμα. Στον θυρεοειδή αδένα, το ιωδίδιο οξειδώνεται σε ιώδιο, το οποίο, υπό την επίδραση ενός συγκεκριμένου ενζύμου, ιωδίζει τους αρωματικούς δακτυλίους της τυροσίνης στα μόρια της θυρεοσφαιρίνης για να σχηματίσει λιπόφιλες αυξητικές ορμόνες - θυροξίνη, ιωδοθυρονίνη, τριιωδοθυρονίνη. Το ιώδιο σε συγκέντρωση 5x10 -5 M αποσυνδέει την οξειδωτική φωσφορυλίωση στα μιτοχόνδρια και σχηματίζει εύκολα αδιάλυτες χηλικές ενώσεις με διπλά φορτισμένα μεταλλικά ιόντα, ειδικά με Mg 2+ και βουλευτής 2+. Η δραστηριότητα του θυρεοειδούς αδένα ενεργοποιείται από το ιώδιο που περιέχει θυρεοειδοτρόπος ορμόνης της υπόφυσης.
Η έλλειψη ιωδίου στην ανθρώπινη τροφή οδηγεί σε υποθυρεοειδισμό και νόσο του Graves (βρογχοκήλη). Το ιώδιο βρίσκεται σε αξιοσημείωτες ποσότητες στα φύκια (καστανά φύκια του γένους Λαμινάρια) με τη μορφή μονο- και διιωδοτυροσίνης, καθώς και μονο- και διιωδοθυρονίνης, η οποία επιτρέπει σε αυτά τα φύκια να χρησιμοποιούνται για παθήσεις του θυρεοειδούς ως φυσική πηγή έτοιμων πρόδρομων ουσιών της αυξητικής ορμόνης.
Σε βιογεωχημικές επαρχίες με έλλειψη ιωδίου, τα άλατά του προστίθενται στο επιτραπέζιο αλάτι, αλλά αυτό δεν φέρνει θετικά αποτελέσματα. Έχει βρεθεί ότι η έλλειψη ιωδίου μπορεί να καταπολεμηθεί πολύ πιο αποτελεσματικά με την προσθήκη φυσικών προϊόντων που περιέχουν ιώδιο, ιδιαίτερα φυκιών, σε προϊόντα διατροφής, για παράδειγμα, ψωμί. Προηγουμένως, το ιώδιο εξήχθη από την τέφρα των καφέ φυκιών, τώρα - από πηγές πετρελαίου και αλατιού. Σημειώστε ότι ένα από τα βασικά ένζυμα του μεταβολισμού του ιωδίου ( δεϊωδινάση), που εξασφαλίζει την ομοιόσταση της θυροξίνης, ανήκει στις σεληνοπρωτεΐνες. Κατά συνέπεια, η καταπολέμηση της ανεπάρκειας ιωδίου στο πλαίσιο της ανεπάρκειας Seείναι ανούσιο, και λαμβάνοντας υπόψη τον μηχανισμό ανάδρασης, είναι επιβλαβές.
Αστατίνη (At) - ένα ραδιενεργό μη μέταλλο που λαμβάνεται με βομβαρδισμό νετρονίων του ισοτόπου 209 Bi. Λόγω του μικρού χρόνου ημιζωής του, δεν έχει μελετηθεί πολύ.
Ιατρικά βιοοργανικά. Ο Γ.Κ. Μπαράσκοφ
Cl| ↓ | ↓ | ↓ | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ↓ | ↓ | ↓ | ↓
|