HALOGÉNEK: TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET ÉS FELHASZNÁLÁS - KÉMIA - 2026

A halogének nem fém elemek, amelyek a periódusos rendszer VIIA vagy 17. csoportjába tartoznak. Elektronegativitással és nagyfokú elektronikus affinitással rendelkeznek, amelyek nagyban befolyásolják a fémekkel való kötés ionos jellegét. A „halogének” szó görög eredetű és „sóképzőket” jelent.

De mi ezek a halogének? Fluor (F), klór (Cl), bróm (Br), jód (I) és radioaktív és efemeres elem asztatin (At). Ezek annyira reaktív, hogy reagálnak egymással alkotnak kétatomos molekulák: F ₂, Cl ₂, Br ₂, I _2, és a At ₂. Ezeket a molekulákat hasonló szerkezeti tulajdonságokkal (lineáris molekulák) jellemzik, bár eltérő fizikai állapotúak.

Forrás: W. Oelen, a Wikimedia Commonson keresztül

A fenti képen három halogén látható. Balról jobbra: klór, bróm és jód. Sem a fluort, sem az asztatint nem lehet tárolni üvegtartályokban, mivel az utóbbi nem ellenáll a korróziónak. Vegye figyelembe, hogy a halogének érzékszervi tulajdonságai hogyan változnak, amikor az ember csoportja lefelé mozog a jód elemre.

A fluor egy sárgás árnyalatú gáz; klór is, de zöldes-sárga; a bróm sötét vöröses folyadék; jód, fekete szilárd anyag, lila felhangokkal; és asztatin, egy sötét, fényes fém szilárd anyag.

A halogének a periódusos rendszer szinte minden elemével képesek reagálni, még néhány nemesgázzal (például xenon és kripton). Amikor megteszik, képesek oxidálni az atomokat a legpozitívabb oxidációs állapotukba, és erõs oxidáló szerekké válnak.

Bizonyos tulajdonságokat adnak a molekuláknak is, amikor egyes atomjaikat megkötik vagy helyettesítik. Az ilyen típusú vegyületeket halogenideknek nevezzük. Valójában a halogenidek a halogének fő természetes forrása, és ezek közül sok a tengerben oldódik, vagy ásványi anyag részét képezi; ilyen a fluorit (CaF ₂).

Mind a halogének, mind a halogenidek széles körben felhasználhatók; az ipari vagy technológiai jellegűtől kezdve az egyes élelmiszerek, például kősó (nátrium-klorid) aromájának egyszerű hangsúlyozásáig.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Atomi súlyok

Fluor (F) 18,99 g / mol; Klór (Cl) 35,45 g / mol; Bróm (Br) 79,90 g / mol; Jód (I) 126,9 g / mol és Astate (At) 210 g / mol,

Fizikai állapot

Gáznemű fázis; Cl gáz; Folyékony br; Én szilárd és szilárd.

Szín

F, halványsárga-barna; Cl, halványzöld; Br, vörösesbarna; I, lila és At, metálfekete * * (feltételezhető)

Olvadáspontok

F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° C; Br -7,3 ° C; I 113,7º C és 302º C-on.

Forráspontok

F -118,12 ° C; Cl-34,04 ° C; Br 58,8 ° C; I 184,3º C és? 337º C-on.

Sűrűség 25 ° C-on

F- 0,0017 g / cm ³; Cl- 0,0032 g / cm ³; Br- 3,102 g / cm ³; I- 4,93 g / cm ³ and AT- 6,2-6,5 g / cm ³

Vízben való oldhatóság

Cl- 0,091 mmol / cm ³; Br- 0,21 mmol / cm ³, és I- 0,0013 mmol / cm ³.

Ionizációs energia

F- 1,681 kJ / mol; Cl-1,251 kJ / mol; Br-1,140 kJ / mol; I-1,008 kJ / mol és At-890 kJ / mol.

elektronegativitás

F- 4,0; Cl- 3,0; Br- 2,8; I- 2.5 és At- 2.2.

A halogéneknek 7 elektronuk van a valenciahéjukban, ezért nagy vágyuk van egy elektron megszerzésére. Ezenkívül a halogéneknek magas elektronegativitása van a kis atomi sugaraiknak és azért a vonzerőhöz, amelyet a mag a valencia elektronokra gyakorol.

Reakcióképesség

A halogének erősen reagálnak, ez magyarázza toxikusságukat. Ezen túlmenően oxidálószerek.

A reakcióképesség csökkenő sorrendje: F> Cl> Br> I> At.

Állam a természetben

Nagy reakcióképességük miatt a halogénatomok természetükben nem szabadak; inkább aggregátumokat képeznek vagy kovalens kötésekkel összekötött diatómmolekulákként találhatók.

Molekuláris szerkezetek

A halogének nem léteznek a természetben elemi atomokként, hanem diatómás molekulákként. Mindegyiküknek azonban közös, hogy lineáris molekuláris szerkezetű, és az egyetlen különbség a kötések hosszában és az intermolekuláris kölcsönhatásokban rejlik.

A XX (X ₂) lineáris molekulákat instabil jellemzi, mivel mindkét atom erősen vonzza az elektronpárokat felé. Miért? Mivel a külső elektronjai nagyon magas hatásfokkal rendelkeznek, Zef. Minél nagyobb a Zef, annál kisebb a XX összeköttetés távolsága.

Ahogy a csoport lefelé mozog, a Zef gyengébbé válik, és ezen molekulák stabilitása növekszik. Így a csökkenő reaktivitás sorrendje: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂. Ugyanakkor nem helyénvaló összehasonlítani az asztatint a fluortal, mivel radioaktivitása miatt nem ismertek elég stabil izotópok.

Intermolekuláris interakciók

Másrészt, molekuláinak hiányzik egy dipólus pillanat, mivel apolárisak. Ez a tény felelős azok gyenge intermolekuláris kölcsönhatásáért, amelyeknek egyetlen rejtett ereje a szórás vagy a londoni erő, amely arányos az atomtömeggel és a molekuláris területtel.

Ezen a módon, a kis molekula F ₂ nincs elég tömeg vagy elektronok szilárd anyagot képez. Az I _2-től eltérően a jód-molekula, amely ennek ellenére szilárd anyag, amely bíbor gőzöket bocsát ki.

A bróm egy közbenső példa a két szélsőség között: A Br ₂ molekulák elég kölcsönhatásba lépnek, hogy folyékony állapotban jelenjenek meg.

Az asztatin valószínűleg növekvő fémes tulajdonsága miatt nem úgy, mint At _2, hanem At atomként, fémes kötéseket képezve.

Színei (sárga-zöldes-sárga-piros-lila-fekete) tekintetében a legmegfelelőbb magyarázat a molekuláris orbitális elméletre (TOM) épül. Az utolsó teljes molekuláris pálya és a legmagasabb energiájú (anti-kötésű) közötti energetikai távolságot egy növekvő hullámhosszú foton abszorpciójával lehet meghaladni.

Halogenidjeik

A halogének halogéneket képeznek, akár szervetlen, akár szerves módon. A legismertebbek a hidrogén-halogenidek: hidrogén-fluorid (HF), hidrogén-klorid (HCl), hidrogén-bromid (HBr) és hidrogén-jodid (HI).

Mindegyik vízben feloldva savoldatot képez; olyan savas, hogy a HF bármilyen üvegtartályt lebonthat. Továbbá kiindulási anyagnak tekintik a rendkívül erős savak szintézisében.

Vannak úgynevezett fémhalogenidek is, amelyek kémiai képlete a fém vegyértékétől függ. Például az alkálifém-halogenidek MX képletűek, és ezek között vannak: NaCl, nátrium-klorid; KBr, kálium-bromid; CsF, cézium-fluorid; és LiI, lítium-jodid.

Az alkáliföldfémek, az átmeneti fémek vagy a p-blokk fémek halogenidei MX _n képletűek, ahol n a fém pozitív töltése. Így, néhány példa ezek közül: FeCl ₃, vas-triklorid; MgBr ₂, magnézium-bromid; AlF ₃, aluminium-trifluoridot; és Cul ₂, réz-jodidot.

A halogének kötéseket képezhetnek szénatomokkal is; ezért behatolhatnak a szerves kémia és a biokémia komplex világába. Ezeket a vegyületeket szerves halogenideknek nevezzük, és általános képletük RX, X jelentése bármelyik halogénatom.

Alkalmazások

Klór

Iparban

-A brómot és a klórt a textiliparban használják a gyapjú fehérítésére és kezelésére, ily módon elkerülve annak zsugorodását nedves állapotban.

-Ditritus fertőtlenítőszerként, valamint ivóvíz és úszómedencék tisztítására használják. Ezenkívül a klórból származó vegyületeket használják a mosodákban és a papíriparban.

- Használható speciális elemek és klórozott szénhidrogének gyártásában. Hús, zöldség, hal és gyümölcs feldolgozására is felhasználják. A klór baktériumölő szerként is működik.

-A bőr tisztítására és detonifikálására, valamint a cellulóz fehérítésére használják. A nitrogén-trikloridot korábban lisztfehérítőként és kondicionáló szerként használták.

-Foszfén gázt (COCl ₂) számos ipari szintézis folyamatban, valamint katonai gázok előállításában használnak. A foszfén nagyon mérgező és számos halálesetért felelős az első világháborúban, ahol a gázt felhasználták.

- Ezt a gázt rovarirtókban és füstölőkben is megtalálják.

-NaCl egy nagyon bőséges só, amelyet ételek fűszerezésére, valamint az állatállomány és a baromfi védelmére használnak. Ezenkívül a test rehidrációs folyadékában is alkalmazzák, mind orálisan, mind intravénásan.

A gyógyászatban

-A gyógyszerekhez kötődő halogénatomok lipofilbbé teszik őket. Ez lehetővé teszi a gyógyszerek számára, hogy könnyebben áthaladjanak a sejtmembránokon, feloldva a lipidekben, amelyek azt alkotják.

- A klór a GABA neurotranszmitter receptoraihoz kapcsolt ioncsatornákon keresztül diffundál a központi idegrendszer neuronjaiba, ezáltal nyugtató hatást vált ki. Ez számos szorongásoldó hatásmechanizmusa.

-HCl jelen van a gyomorban, ahol beavatkozik egy redukáló környezet létrehozásával, amely kedvez az élelmiszer-feldolgozásnak. Ezenkívül a sósav aktiválja a pepszint, egy enzimet, amely iniciálja a fehérjék hidrolízisét, egy szakaszban a protein anyag bélben történő felszívódása előtt.

Egyéb

-Sósavat (HCl) használják a fürdőszobák tisztításában, az oktatási és kutatási laboratóriumokban és számos iparágban.

-PVC (polivinil-klorid) egy vinil-klorid polimer, amelyet ruházatban, padlólapokban, elektromos kábelekben, rugalmas csövekben, csövekben, felfújható szerkezetekben és tetőcserepekben használnak. A klórt emellett köztitermékként használják más műanyagok gyártásában is.

-Klórt használunk a bróm extrahálásához.

-A metil-klorid érzéstelenítő funkciót lát el. Bizonyos szilikon polimerek gyártásában, valamint zsírok, olajok és gyanták extrahálásában használják.

A kloroform (CHCl ₃) sok laboratóriumban, különösen a szerves kémia és a biokémiai laboratóriumokban alkalmazott oldószer, az oktatástól a kutatásig.

- És végül a klór vonatkozásában a triklór-etilént használják a fém alkatrészek zsírtalanítására.

Bróm

-Bromint használják az aranybányászati ​​folyamatban, valamint az olaj- és gázkút fúrására. A műanyag- és a gáziparban égésgátlóként használják. A bróm elkülöníti a tüzet az oxigéntől, és így kialszik.

- Közvetítő a hidraulikafolyadékok, hűtő- és párátlanító szerek, valamint a hajformázó készítmények gyártásában. A kálium-bromidot fotólemezek és -papírok gyártásához használják.

-A kálium-bromidot görcsoldóként is használják, azonban annak a lehetősége miatt, hogy a só idegrendszeri rendellenességeket okozhat, felhasználása csökkent. Ezen túlmenően egy másik általános felhasználása chipként szolgál szilárd minták mérésére infravörös spektroszkópiával.

-A brómvegyületek vannak jelen a tüdőgyulladás kezelésére szolgáló gyógyszerekben. Ezenkívül a brómvegyületeket beépítik az Alzheimer-kór kezelésére végzett kísérletekben használt gyógyszerekbe.

-A brómot a higanyszennyezés csökkentésére használják az erőművekben, amelyek szénet használnak tüzelőanyagként. A textiliparban szintén használják különböző színű festékek készítésére.

- A metil-brómot növényvédő szerekként használták a talaj és a háztartási füstöléshez, ám az ózonra gyakorolt ​​káros hatása azonban korlátozta annak alkalmazását.

-A halogénlámpák izzók, és kis mennyiségű bróm és jód hozzáadása lehetővé teszi az izzók méretének csökkentését.

Jód

-Jód részt vesz a pajzsmirigy működésében, amely a szervezet anyagcseréjét szabályozó hormon. A pajzsmirigy a T3 és T4 hormonokat választja ki, amelyek a célszervekre hatnak. Például a szívizomra gyakorolt ​​hormonális hatás növeli a vérnyomást és a pulzusszámot.

-Is Jódot használnak a keményítő jelenlétének azonosítására. Az ezüst-jodid a fényképezéshez felhasznált reagens.

Fluor

- Néhány fluoridvegyületet adnak a fogkrémhez az üregek megelőzése érdekében. A fluorid származékai különféle érzéstelenítőkben vannak jelen. A gyógyszeriparban a fluoridot beépítik a gyógyszerekbe, hogy megvizsgálják a szervezetre gyakorolt ​​hatásának lehetséges javulásait.

-Hidrofluorsavat használnak az üveg maratására. Halonok (tűzoltó gázok, például freon) előállításában is. Fluorvegyületet használnak az alumínium elektrolíziséhez tisztításának elérése érdekében.

-A fényvisszaverő bevonatok fluorvegyületet tartalmaznak. Ezt plazma képernyők, lapos képernyők és mikroelektromechanikus rendszerek gyártásánál használják. A fluor is jelen van az egyes agyagokban használt agyagban.

Astatus

Úgy gondolják, hogy az asztatin segíthet a jódnak a pajzsmirigy működésének szabályozásában. Ezenkívül radioaktív izotópját (²¹⁰ At) egerekben végzett rákos vizsgálatok során is felhasználták.

Irodalom

1. A munkahelyi egészségvédelem és biztonság enciklopédia. Halogének és vegyületeik.. Vett:
2. employment.gob.es
3. Kémia LibreTexts. 17. csoport: A halogének általános tulajdonságai. Forrás: chem.libretexts.org
4. Wikipedia. (2018). Halogén. Forrás: en.wikipedia.org
5. Jim Clark. (2015. május). A 7. csoport (a halogének) atom- és fizikai tulajdonságai. Forrás: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML és Stanley, GG Chemistry (2003), 8. kiadás. Cengage tanulás.
7. Elements. A halogének Feltöltve: elements.org.es
8. Brown, Laurel. (2017. április 24.) Halogénjellemzők. Sciencing. Helyreállítva: sciencing.com