1

1

Materiały internetowe

• http://www.angelo.edu/faculty/kboudrea/inde

x/Notes_Chapter_08.pdf

• http://cwx.prenhall.com/petrucci/medialib/po

wer_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=uk

lad+okresowy+pierwiastkow

%2BPower+Point&start=20&sa=N

•

http://www.its.caltech.edu/~chem1/Lecture

%20Notes%20pdfs/Series%204%20Periodic%20T

rends.pdf

• http://zchoin.fct.put.poznan.pl

2

2

Fluorowce

Grupa

Grupa

17

17

ns

ns

2

2

np

np

5

5

brak jednego

brak jednego

elektronu do

elektronu do

konfiguracji oktetu

konfiguracji oktetu

dwuatomowe

dwuatomowe

cząsteczki, w których

cząsteczki, w których

struktura oktetu jest

struktura oktetu jest

uzyskiwana poprzez

uzyskiwana poprzez

uwspólnienie

uwspólnienie

elektronów

elektronów

3

3

Informacje ogólne

Haloge

n

Promie

ń

atomow

y (nm)

Promie

ń

jonowy

(nm)

Temp.

topnien

ia (

o

C)

Temp.

wrzenia

(

o

C)

Gęstość

(g cm

-3

)

Zawarto

ść

(%)

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

0.133

0.216

114

184

4.93

0.00005

Astat*

-

-

302

380

-

Trace

*wyłącznie w postaci sztucznych izotopów promieniotwórczych - 28 izotopów o

T

1/2

od 10

-7

s do 8,3 godz.

*wyłącznie w postaci sztucznych izotopów promieniotwórczych - 28 izotopów o

T

1/2

od 10

-7

s do 8,3 godz.

4

4

Temperatury topnienia i

Temperatury topnienia i

wrzenia fluorowców

wrzenia fluorowców

5

5

Pary fluorowców

Brom

Brom

i jod nie są gazami, ale mają niskie temperatury wrzenia

i jod nie są gazami, ale mają niskie temperatury wrzenia

.

.

Brunatne pary bromu

Brunatne pary bromu

widoczne są na d cieczą.

widoczne są na d cieczą.

Jod ulega sublimacji podczas

Jod ulega sublimacji podczas

podgrzewania

podgrzewania

6

6

Występowanie fluoru i chloru -

minerały

•

CaF

2

- fluoryt

•

Ca

5

(PO

4

)

3

F -

apatyt

•

Na

3

AlF

6

- kriolit

•

NaCl -

sól kamienna

•

KCl - sylwin

•

KCl MgCl

2

6H

2

O - karnalit

•

KCl MgSO

4

3H

2

O -

kainit

•  

7

7

Metody otrzymywania

fluorowców

• Fluor
• a) CaF

2

+ H

2

SO

4

= CaSO

4 

+ 2HF

• b) Elektroliza stopionego KHF

2

w bezwodnym HF :

• Anoda

2F

-

= F

2

+ 2e

• Katoda

2H

+

+ 2e = H

2

• Konieczność oddzielenia przestrzeni anodowej od

katodowej

w przeciwnym wypadku zajdzie reakcja:

H

2

+ F

2

= 2HF 

• Chlor
• a) Elektroliza roztworu wodnego lub stopionego NaCl:

2Cl

-

= Cl

2

+ 2e

• b) Z chlorków poprzez utlenianie za pomocą KMnO

4

w

środowisku kwaśnym: 

•

2MnO

4-

+ 10Cl

-

+ 16H

+

= 5Cl

2

+ 2Mn

2+

+

8H

2

O

8

8

Metody otrzymywania

fluorowców

Brom

a) Podobnie jak chlor
 
b) 2Br

-

+ Cl

2

= Br

2

+ 2Cl

-

 
Jod 
2I

-

+ Cl

2

= I

2

+ 2Cl

-

9

9

Zastosowania fluorowców

Fluor

Fluor

J

J

od

od

Brom

Brom

Chlor

Chlor

Pasta do

Pasta do

zębów

zębów

Uzdatnianie

Uzdatnianie

wody

wody

Produkcja

Produkcja

aluminium

aluminium

Pokrycia

Pokrycia

teflonowe

teflonowe

Wzbogacanie

Wzbogacanie

uranu

uranu

Odkażanie

Odkażanie

wody

wody

Kwas solny

Kwas solny

Tworzywa

Tworzywa

sztuczne

sztuczne

Wybielacze

Wybielacze

Filmy

Filmy

fotograficzne

fotograficzne

Gazy łzawiace

Gazy łzawiace

Opóźniacze

Opóźniacze

zapłonu

zapłonu

Farmaceutyki

Farmaceutyki

Odkażacze

Odkażacze

Lampy

Lampy

halogenowe

halogenowe

Diagnostyka

Diagnostyka

rentgenowska

rentgenowska

Dodatek do

Dodatek do

soli

soli

Leczenie

Leczenie

tarczycy

tarczycy

Leczenie

Leczenie

nowotworów

nowotworów

10

10

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 CaF

2

+ H

2

SO

4

= CaSO

4 

+ 2HF 

• HCl a) NaCl + H

2

SO

4

= NaHSO

4

+ HCl

•

NaHSO

4

+ NaCl = Na

2

SO

4

+ HCl

•

b) H

2

+ Cl

2

= 2HCl

11

11

Względna kwasowość HX

HX

Stała dysocjacji

Stopień

dysocjacji w r-rze

0.1M

HF

7x10

-4

0.085

HCl

1x10

7

0.920

HBr

1x10

9

0.930

HI

1x10

11

0.950

12

12

Anormalne zachowanie HF

Zgodnie z regułą przekory

Zgodnie z regułą przekory

,

,

stopień dysocjacji słabego kwasu rośnie

stopień dysocjacji słabego kwasu rośnie

z rozcieńczeniem

z rozcieńczeniem

HA

HA





H

H

+

+

+ X

+ X

-

-

Ale w przypadku HF jest odwrotnie. Dlaczego?

Ale w przypadku HF jest odwrotnie. Dlaczego?

W stężonym

W stężonym

HF,

HF,

cząsteczki

cząsteczki

HF

HF

tworzą dimery

tworzą dimery

H

H

2

2

F

F

2

2

(wiązanie wodorowe).

(wiązanie wodorowe).

Moc kwasu

Moc kwasu

H

H

2

2

F

F

2

2

jest większa niż

jest większa niż

HF.

HF.

H

H

2

2

F

F

2

2





H

H

+

+

+ HF

+ HF

2

2

-

-

13

13

Związki fluorowców z tlenem

• Fluor
• OF

2

(-1)

• O

2

F

2

(-1)

• Chlor
• Cl

2

O (+1), Cl

2

O

3

(+3)

• ClO

2

(+4), Cl

2

O

4

(+4)

• Cl

2

O

6

(+6), Cl

2

O

7

(+7)

• Brom
• Br

2

O (+1) 

• BrO

2

(+4)

 

• Jod 
• I

2

O

4

(+4)

• I

2

O

5

(+5)

• I

2

O

7

(+7)

Uwaga: OF

2

i O

2

F

2

to nie są tlenki lecz fluorki !

Uwaga: OF

2

i O

2

F

2

to nie są tlenki lecz fluorki !

14

14

Związki fluorowców z tlenem

Stopień

utlenienia

fluorowca

Fluor

Chlor

Brom

Jod

 

 

+1

+3

+5

+7

HOF

(x)

podfluoraw
y
(fluorek
hydroksylu
)

HClO
Podchlora
wy

HClO

2

Chlorawy

HClO

3

Chlorowy

HClO

4

nadchloro
wy

HBrO
Podbroma
wy

HBrO

2

Bromawy

HBrO

3

Bromowy

HBrO

4

nadbromo
wy

HIO
Podjodawy

HIO

3

Jodowy

nadjodowe:
HIO

4

H

3

IO

5

H

5

IO

6

H

4

I

2

O

9

H

7

I

3

O

14

(x)

(x)

- fluor na -1 st. utlenienia

- fluor na -1 st. utlenienia

15

15

HIO

4

+

H

2

O

=

H

3

IO

5

+

H

2

O

=

H

5

IO

6

(2x)

H

2

I

2

O

8

+

H

2

O

=

H

4

I

2

O

9

(3x)

H

3

I

3

O

12

+

H

2

O

=

H

5

I

3

O

13

+

H

2

O

=

H

7

I

3

O

14

Kwasy nadjodowe

Kwasy nadjodowe

16

16

Elektroujemność i powinowactwo

elektronowe

Pierwiast

ek

E.U.

F

4.0

Cl

3.0

Br

2.8

I

2.5

Pierwiast

ek

EA

kJ/mo
l

F

-348

Cl

-364

Br

-342

I

-285

X(g) + e

X(g) + e

-

-





X

X

-

-

(aq)

(aq)

17

17

Wszystkie fluorowce potrzebują jednego elektronu do uzyskania

Wszystkie fluorowce potrzebują jednego elektronu do uzyskania

struktury oktetu

struktury oktetu

Wszystkie fluorowce istnieja w postaci cząsteczek dwuatomowych o

Wszystkie fluorowce istnieja w postaci cząsteczek dwuatomowych o

wiązaniu kowalencyjnym

wiązaniu kowalencyjnym

:

:

F

F

2

2

,

,

Cl

Cl

2

2

,

,

Br

Br

2

2

and

and

I

I

2

2

.

.

+

+





F

F

F

F

F

F

F

F

18

18

•

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

Wiązanie i stopień

utlenienia

utlenienia

19

19

•

Wszystkie fluorowce (z wyjątkiem fluoru)

mogą wykorzystać do tworzenia wiązań puste

orbitale

d

Wiązanie i stopień

Wiązanie i stopień

utlenienia

utlenienia

20

20

Wiązanie i stopień

Wiązanie i stopień

utlenienia

utlenienia

•

Fluor

•

 najbardziej elektroujemny
pierwiastek

•

 posiada jedynie jeden
niesparowany elektron p zdolny do
utworzenia wiązania

•

 występuje jedynie na –1 stopniu
utlenienia

21

21

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, CCl

4

)

22

22

Kolory fluorowców w stanie wolnym i w roztworach

Kolory fluorowców w stanie wolnym i w roztworach

Fluorowie

c

Kolor

W stanie

wolnym

W wodzie

w 1,1,1-

trichloroetanie

F

2

jasnożółty

jasnożółty

jasnożółty

Cl

2

zielonożółty

jasnożółty

żółty

Br

2

brunatnoczer
wony

żółtobrązowy

pomarańczowy

I

2

fioletowoczar
ny

Nie
rozpuszcza
się

fioletowy

23

23

Kolory w

Kolory w

1,1,1-trichloroet

1,1,1-trichloroet

anie

anie

:

:

(a) chlor; (b) brom; (c)

(a) chlor; (b) brom; (c)

j

j

od

od

(a)

(a)

(b)

(b)

(c)

(c)

24

24

Właściwości chemiczne

Właściwości chemiczne

-

Najbardziej reaktywne niemetale

Najbardziej reaktywne niemetale

-

Brak jednego elektronu do struktury

Brak jednego elektronu do struktury

oktetu

oktetu

-

Tendencja do uzyskania brakującego

Tendencja do uzyskania brakującego

elektronu

elektronu

-

Wysoka elektroujemność

Wysoka elektroujemność

-

Wysokie powinowactwo elektronowe

Wysokie powinowactwo elektronowe

•

Silne właściwości utleniające

Silne właściwości utleniające

•

Fluor

Fluor

–

–

bardzo silny utleniacz-

bardzo silny utleniacz-

pierwiastki reagujące z fluorem mają

pierwiastki reagujące z fluorem mają

możliwie najwyższe stopnie utlenienia

możliwie najwyższe stopnie utlenienia

25

25

Właściwości utleniające

Właściwości utleniające

fluorowców

fluorowców

Wszystkie fluorowce reagują z sodem dając

Wszystkie fluorowce reagują z sodem dając

halogenki, reaktywność maleje ze wzrostem

halogenki, reaktywność maleje ze wzrostem

liczby atomowej fluorowca

liczby atomowej fluorowca

2Na(s) + F

2Na(s) + F

2

2

(g)

(g)





2NaF(s)

2NaF(s)

(eksplozja)

(eksplozja)

2Na(s) + Cl

2Na(s) + Cl

2

2

(g)

(g)





2NaCl(s

2NaCl(s

) (gwałtowna reakcja)

) (gwałtowna reakcja)

2Na(s) + Br

2Na(s) + Br

2

2

(g)

(g)





2NaBr(s)

2NaBr(s)

(reakcja z parami

(reakcja z parami

bromu)

bromu)

2Na(s) + I

2Na(s) + I

2

2

(g)

(g)





2NaI(s)

2NaI(s)

(reakcja z parami jodu)

(reakcja z parami jodu)

Reakcje z sodem

Reakcje z sodem

26

26

Właściwości utleniające

Właściwości utleniające

fluorowców

fluorowców

1.

1.

Utlenianie metali

Utlenianie metali

a. F

a. F

2

2

utlenia wszystkie metale,

utlenia wszystkie metale,

także Au i Ag

także Au i Ag

b.

b.

Cl

Cl

2

2

utlenia metale

utlenia metale

nieszlachetne i Cu

nieszlachetne i Cu

2.

2.

Reakcje z

Reakcje z

Fe

Fe

2+

2+

(aq)

(aq)

2Fe

2Fe

2+

2+

+ Cl

+ Cl

2

2





2Fe

2Fe

3+

3+

+ 2Cl

+ 2Cl

-

-

2Fe

2Fe

2+

2+

+ Br

+ Br

2

2





2Fe

2Fe

3+

3+

+ 2Br

+ 2Br

-

-

2Fe

2Fe

3+

3+

+ 2I

+ 2I

-

-





2Fe

2Fe

2+

2+

+ I

+ I

2

2

Potencjał
standardowy(V)

Cl

2

+e

-

Cl

-

1.36

Br

2

+e

-

Br

-

1.07

I

2

+e

-

I

-

0.54

Fe

3+

+e

-

Fe

2+

0.77

27

27

Reakcje z wodą

Fluor

Fluor

utlenia wodę dając

utlenia wodę dając

HF

HF

i

i

O

O

2

2

2F

2F

2

2

+ 2H

+ 2H

2

2

O

O





2HF + O

2HF + O

2

2

Chlor

Chlor

ulega dysproporcjonowaniu dając

ulega dysproporcjonowaniu dając

HCl and

HCl and

HOCl.

HOCl.

Cl

Cl

2

2

+ H

+ H

2

2

O

O





HCl + HOCl

HCl + HOCl

Mieszanina

Mieszanina

Cl

Cl

2

2

(aq), HCl(aq)

(aq), HCl(aq)

i

i

HOCl(aq)

HOCl(aq)

nosi nazwę wody chlorowej

nosi nazwę wody chlorowej

Jon

Jon

OCl

OCl

-

-

to:

to:

1. silny utleniacz z właściwościami wybielającymi

1. silny utleniacz z właściwościami wybielającymi

OCl

OCl

-

-

+

+

materiał kolorowy

materiał kolorowy





Cl

Cl

-

-

+

+

materiał bezbarwny

materiał bezbarwny

2.

2.

Ulegający rozkladowi pod wpływem ciepła i światła

Ulegający rozkladowi pod wpływem ciepła i światła

2OCl

2OCl

-

-





O

O

2

2

+ 2Cl

+ 2Cl

-

-

28

28

Reakcje z wodą

Br

Br

2

2

słabo rozpuszczalny w wodzie

słabo rozpuszczalny w wodzie

.

.

Br

Br

2

2

(aq) + H

(aq) + H

2

2

O (l)

O (l)





HBr(aq) +

HBr(aq) +

HOBr(aq

HOBr(aq

)

)

OBr

OBr

-

-

(aq)

(aq)

jest niestabilnym jonem z właściwościami wybielającymi

jest niestabilnym jonem z właściwościami wybielającymi

:

:

1.

1.

2OBr

2OBr

-

-





O

O

2

2

+ 2Br

+ 2Br

-

-

2. OBr

2. OBr

-

-

+

+

materiał kolorowy

materiał kolorowy





Br

Br

-

-

+

+

materiał bezbarwny

materiał bezbarwny

I

I

2

2

nie reaguje z wodą i jest b. słabo rozpuszczalny w

nie reaguje z wodą i jest b. słabo rozpuszczalny w

wodzie

wodzie

29

29

Wszystkie fluorowce reagują z wodnymi r-rami wodorotlenków

Wszystkie fluorowce reagują z wodnymi r-rami wodorotlenków

alkalicznych i ulegają dysproporcjonowaniu. Produkt końcowy

alkalicznych i ulegają dysproporcjonowaniu. Produkt końcowy

zależy od temperatury i stężenia alkaliów.

zależy od temperatury i stężenia alkaliów.

Reakcje z wodorotlenkami

alkalicznymi

Stężony
NaOH

2F

2

+ 4NaOH  4NaF + O

2

+

2H

2

O

Gorący
stężony
NaOH

Cl

2

+ 2NaOH  NaCl + NaOCl +

H

2

O

3NaOCl  2NaCl + NaClO

3

(3Cl

2

+ 6NaOH  5NaCl +

NaClO

3

+ 3H

2

O

30

30

Wszystkie fluorowce reagują z wodnymi r-rami wodorotlenków

Wszystkie fluorowce reagują z wodnymi r-rami wodorotlenków

alkalicznych i ulegają dysproporcjonowaniu. Produkt końcowy

alkalicznych i ulegają dysproporcjonowaniu. Produkt końcowy

zależy od temperatury i stężenia alkaliów.

zależy od temperatury i stężenia alkaliów.

Zimny
rozc.NaO
H

2F

2

+ 2NaOH  2NaF + OF

2

+

H

2

O

Cl

2

+ 2NaOH  NaCl + NaOCl +

H

2

O

Br

2

+ 2NaOH  NaBr + NaOBr +

H

2

O

3NaOBr  2NaBr + NaBrO

3

(3Br

2

+ 6NaOH  5NaBr +

NaBrO

3

+ 3H

2

O

I

2

+ 2NaOH  NaI + NaOI + H

2

O

3NaOI  2NaI+ NaIO

3

(3I

2

+ 6NaOH  5NaI + NaIO

3

+

3H

2

O

Reakcje z wodorotlenkami

alkalicznymi

31

31

Siła utleniająca

Siła utleniająca

: F

: F

2

2

>Cl

>Cl

2

2

>Br

>Br

2

2

>I

>I

2

2

Cl

Cl

2

2

+ 2Br

+ 2Br

-

-





2Cl

2Cl

-

-

+ Br

+ Br

2

2

Cl

Cl

2

2

+ 2I

+ 2I

-

-





2Cl

2Cl

-

-

+ I

+ I

2

2

Br

Br

2

2

+ 2I

+ 2I

-

-





2Br

2Br

-

-

+ I

+ I

2

2

Reakcje wypierania

32

32

+ Ag

+

(aq)

Ag

Ag

+

+

(aq) + Cl

(aq) + Cl

-

-

(aq)

(aq)





AgCl(s) ,

AgCl(s) ,

biały osad

biały osad

Ag

Ag

+

+

(aq) + Br

(aq) + Br

-

-

(aq)

(aq)





AgBr(s) ,

AgBr(s) ,

jasnożółty osad

jasnożółty osad

Ag

Ag

+

+

(aq) + I

(aq) + I

-

-

(aq)

(aq)





AgI(s) ,

AgI(s) ,

żółty osad

żółty osad

33

33

Halides + Ag

+

(aq)

Ion

Action of

AgNO

3=

Effect of

Standing in

sunlight

Effect of

adding

excess aq.

NH

3

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