III. FLUOROWCE

1. Właściwości ogólne

Fluor, chlor, brom, jod i astat

gazy ciecz c. stałe

s²p⁵ : 7 elektronów walencyjnych

Najtrwalszy: - 1 stopień utlenienia → na tym stopniu utlenienia

fluorowce w przyrodzie występują w postaci minerałów (NaCl, KCl, CaF₂)

Pozostałe stopnie utlenienia dla chloru, bromu i jodu: od +1 do +7, przede wszystkim : +1, +3, +5 i +7

Silnie elektroujemne pierwiastki:

F Cl Br I

4,10 2,83 2,74 2,21

Elektroujemność fluorowców (również pozostałych pierwiastków grup głównych) maleje wraz ze wzrostem ich mas atomowych.

W stanie wolnym należą do silnych utleniaczy:

X₂ + 2e = 2X^-

F Cl Br I

E^o ,X₂/X^-, V : +2,87 +1,36 +1,06 +0,54

Również na dodatnich stopniach utlenienia wykazują właściwości utleniające (np. w chloranach lub nadchloranach).

Rozpowszechnienie fluorowców

chlor - 0,13 %

fluor - 0,062 %

brom - 2 ⋅ 10^-4 %

jod - 5 ⋅ 10^-6 %

astat - wyłącznie w postaci sztucznych izotopów promieniotwórczych - 28 izotopów

o T_1/2 od 10^-7 s do 8,3 godz.

Minerały fluoru i chloru:

CaF₂ - fluoryt

Ca₅(PO₄)₃F - apatyt

Na₃AlF₆ - kriolit

NaCl - sól kamienna

KCl - sylwin

KCl ⋅ MgCl₂ ⋅ 6H₂O - karnalit

KCl ⋅ MgSO₄ ⋅ 3H₂O - kainit

Uwaga:

Są to sole pojedyncze lub podwójne.

NaCl, CaF₂ - sole pojedyncze

Ca₅(PO₄)₃F ≡ CaF₂ ⋅ 3Ca₃(PO₄)₂ - sól podwójna

KCl ⋅ MgCl₂ ⋅ 6H₂O - sól podwójna (dokładnie: hydrat soli podwójnej)

2. Metody otrzymywania fluorowców

Fluor

a) CaF₂ + H₂SO₄ = CaSO_{4 ↓} + 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:

10Cl^- + 2MnO₄^- + 16H⁺ = 5Cl₂ + 2Mn²⁺ + 8H₂O

Brom

a) Podobnie jak chlor

b) 2Br^- + Cl₂ = Br₂ + 2Cl^-

Jod

2I^- + Cl₂ = I₂ + 2Cl^-

3. Rozpuszczalność w wodzie i wodorotlenkach

W wodzie

a) F₂ + H₂O = 2HF + ¹/₂O₂ bardzo gwałtownie

b) Cl₂ (Br₂)

Cl₂ + H₂O = HCl + HClO

HClO = HCl + ¹/₂O₂

c) I₂ w wodzie bardzo słabo, natomiast łatwo w KI :

I₂ + I^- = I₃^-

W roztworach wodnych wodorotlenków

d) Cl₂ (Br₂):

X₂ + 2NaOH = NaX + NaXO + H₂O

Jonowo: X₂ + 2OH^- = X^- + XO^- + H₂O

4. Związki z wodorem (wodorki)

HX: gazy dobrze rozpuszczalne w wodzie - powstają kwasy:

HF HCl HBr HI

wzrost mocy kwasów

Roztwór wodny chlorowodoru (HCl) - kwas solny

Otrzymywanie wodorków:

HF CaF₂ + H₂SO₄ = CaSO_{4 ↓} + 2HF

HCl a) NaCl + H₂SO₄ = NaHSO₄ + HCl

NaHSO₄ + NaCl = Na₂SO₄ + HCl

b) H₂ + Cl₂ = 2HCl

Trawienie szkła

Głównym składnikiem szkła jest krzemionka (SiO₂)

SiO₂ + 4HF = SiF₄ + 2H₂O

SiF₄ + 2HF = H₂SiF₆ (kwas heksafluorokrzemowy)

5. Związki fluorowców z tlenem

a) Tlenki

Fluor	Chlor	Brom	Jod
OF2 (-1) O2F2 (-1)	Cl2O (+1) Cl2O3 (+3) ClO2 (+4) Cl2O4 (+4) Cl2O6 (+6) Cl2O7 (+7)	Br2O (+1) BrO2 (+4)	I2O4 (+4) I2O5 (+5) I2O7 (+7)

W nawiasach podano stopnie utlenienia fluorowców

Uwaga: OF₂ i O₂F₂ to nie są tlenki lecz fluorki !

Nazewnictwo:

OF₂ (a nie F₂O) - difluorek tlenu (a nie tlenek difluoru)

Cl₂O₃ - tritlenek dichloru

ClO₂ - ditlenek chloru

Br₂O₄ - tetratlenek dibromu

I₂O₅ - pentatlenek dijodu

Cl₂O₇ - heptatlenek dichloru

b) Oksokwasy (kwasy tlenowe)

Stopień utlenienia fluorowca	Fluor	Chlor	Brom	Jod
+1	HOF^(x) podfluorawy (fluorek hydroksylu)	HClO podchlorawy	HBrO podbromawy	HIO podjodawy
+3		HClO2 chlorawy	HBrO2 bromawy
+5		HClO3 chlorowy	HBrO3 bromowy	HIO3 jodowy
+7		HClO4 nadchlorowy	HBrO4 nadbromowy	nadjodowe: HIO4 H3IO5 H5IO6 H4I2O9 H7I3O14

^(x) - fluor na -1 st. utlenienia

Dwa sposoby nazewnictwa oksokwasów:

HClO kwas podchlorawy kwas chlorowy(I)

HClO₂ kwas chlorawy kwas chlorowy(III)

HClO₃ kwas chlorowy kwas chlorowy(V)

HClO₄ kwas nadchlorowy kwas chlorowy(VII)

Sole kwas sól

-awy -yn -owy -an

Przykłady:

NaClO → podchloryn sodu → chloran(I) sodu

KClO₄ → nadchloran potasu → chloran(VII) potasu

Kwasy nadjodowe

Wszystkie wywodzą się z HIO₄. Można to przedstawić :

HIO4	+	H2O	=	H3IO5	+	H2O	=	H5IO6
(2x)
H2I2O8	+	H2O	=	H4I2O9
(3x)
H3I3O12	+	H2O	=	H5I3O13	+	H2O	=	H7I3O14

- te kwasy są znane.

U w a g a : to nie są reakcje otrzymywania kwasów nadjodowych!

6. Zastosowanie fluorowców

Chlor używany jest jako środek dezynfekujący wodę

(tzw. chlorowanie wody pitnej lub wody w basenach kąpielowych).

Ostatnio zamiast chloru, jako środka do dezynfekcji wody używa się

Dwutlenku chloru, który otrzymujemy w reakcji:

5NaClO₂ + 4HCl = 4ClO₂ + 5NaCl + 2H₂O

Koniec rozdz. III

Władysław Walkowiak Wykład - Chemia Nieorganiczna

1/12

ChN_Wykład 3_III. Fluorowce

---