[предыдущий раздел] [содержание] [следующий раздел]

3. Прочность связи Х-Х и химические свойства простых веществ.

Кратность связи в молекулах галогенов равна единице. Их химические свойства связаны с особенностями разрыва этой связи. Она может разорваться гомо- или гетеролитически. В первом случае электронная плотность распределяется поровну между частицами

Х : Х = Х . + Х . (1),

так, что образуются два атома Х . с неспаренным электроном. Во втором случае электронная плотность смещается к одному из атомов

Х : Х = + (2),

так что образуются положительная и отрицательная частицы.

Энергия гомолитического распада ( H гом), или энергия связи Х-Х изменяется немонотонно: увеличивается от фтора к хлору, а от хлора к иоду уменьшается (см.2 и табл.2) .

Энергию гетеролитического распада ( H гетер)

Х2 = + + H гетер (3)

можно вычислить комбинированием энергии H гом (табл.2), энергии ионизации (табл.1)

Х - = + Еион (4)

и энергии сродства к электрону (табл.1)

Х + = - Еср (5)

H гетер = H гом + Еион - Еср (6)

Величины H гетер (табл.2) монотонно уменьшаются в ряду фтор-хлор-бром-иод. Это объясняется тем, что наибольший вклад в нее вносят энергии ионизации (Еион), которые в группе галогенов уменьшаются монотонно (табл.1).

Наиболее вероятен гетеролитичекий распад для иода, поскольку энергия, затрачиваемая в таком процессе наименьшая и может быть скомпенсирована энергией кристаллической решетки или энергией сольватации и т.д.

Например, выделено соединение , в котором энергетические затраты скомпенсированы образованием сильной ковалентной связи между катионами I+ и основанием Льюиса (донором электронной пары) - пиридином C5H5N   .

При взаимодействии с неметаллами и металлами связь в молекулах Х2 чаще всего разрывается по гомолитическому механизму. Этому способствуют нагревание, освещение, катализаторы.Основные химические свойства простых веществ представлены в табл.3.

Таблица 3.Химические свойства простых веществ.

Неметаллы

Фтор

Хлор

Бром

Иод

He, Ne, Ar

Не взаимодействуют.

Kr, Xe

ЭFn , n = 2,4,6.

Не взаимодействуют.

Галогены

XF (X=Cl, Br, I); BrCl, ICl, IBr
XF3 (X=Cl, Br, I); I2Cl6
XF5 (X=Cl, Br, I)
XF7 (X=I)

О2

F2O2
(в электр.разряде)

Не взаимодействуют.

S

SF6, S2F10

S2Cl2, SCl2,SCl4

S2Br2

Не реагирует.

N2

Не взаимодействуют.

P

3 и РХ5

PI3, P2I4,PI5(?)

H2

Со взрывом в темноте

Со взрывом на свету.

Реагирует выше 2000С; Pt-катализатор

Равновесие H22=2НГ
смещено влево

Металлы

Загораются

Реагируют при нагревании.

По химическим свойствам галогены - самые активные неметаллы. Из-за низкой энергии диссоциации (табл.2) и высокой энергии гидратации иона наиболее реакционно-способным из галогенов оказывается фтор. Он взаимодействует непосредственно со всеми элементами Периодической таблицы Д.И.Менделеева, кроме He, Ne, Ar. В атмосфере фтора сгорают вода

2H2O + 2F2 = 4HF + O2

и стеклянная вата

SiO2 + 2F2 = SiF4 + O2 .

Если же элемент может проявлять несколько степеней окисления, то, как правило, образуются высшие возможные фториды (SF6 , VF5, XeF6 и т.д.).

Взаимодействие фтора с некоторыми переходными металлами, например, никелем, протекает крайне медленно из-за образования на их поверхности тонкой защитной пленки соответствующего фторида металла.

Взаимодействие галогенов с водой и щелочами рассмотрено в 10. От фтора к иоду окислительная способность уменьшается, а восстановительная - увеличивается.

В качестве примера рассмотрим процессы, протекающие при пропускании хлора в водный раствор иодида калия KI. Сначала хлор, как более сильный окислитель, вытесняет иод из иодида калия, что приводит к появлению окраски:

2KI + Cl2 = I2 + 2KCl.
Далее избыток хлора окисляет иод, и раствор при этом обесцвечивается:
I2 + Cl2 +6H2O = 2HIO3 + 10HCl.

Другим примером восстановительных свойств иода может служить получение иодноватой кислоты HIO3:
3I2(тв.) + 10HNO3(конц) = 6HIO3 + 10NO2 + 2H2O.

[предыдущий раздел] [содержание] [следующий раздел]