Halogeni elementi

Elementi sedme grupe PSE nazivaju se i halogeni (grčki "gradioci soli"). U halogene se ubraja i vodonik zbog svojih hemijskih osobina. Halogeni su najizrazitiji nemetali. Ipak, reaktivnost im opada porastom atomske težine jer valenti elektroni postaju sve udaljeniji od jezgra i time se javlja težnja za otupštanjem elektrona, a elektron se nešto teže prima.

Ovo uzrokuje da je fluor najreaktivniji halogen, zatim hlor... Svi grade dvoatomske molekule. Porastom atomske težine, molekule je sve lakše rastaviti na slobodne atome. Takođe, kod joda se opaža neznatan metalni karakter (ima metalni sjaj).

I njihove fizičke osobine se pravilno menjaju - fluor i hlor su gasovi (žut - fluor i žutozelen - hlor), brom je tečnost (tamnosmeđ), a jod čvrsta supstanca (ljubičast) kao i astat. Vidi se da čak i boja postaje sve tamnije porastom atomske težine.

Fluor

• atomski broj: 9
• A_r: 19
• grupa: 7
• perioda: L
• blok: p
• osobine: nemetal
• agregatno stanje: gasovito
• T.K: 85 K
• T.T: 53,5 K
• gustina: 0,0017g/cm³
• elektronegativnost: 4,0
• otkriće: H. Moissan, 1886.
• lat. naziv: fluorum
• oksidaciona stanja: -1
• raspored elektrona po nivoima:2, 7
• elektronska konfiguracija: [He]2s²2p⁵
• atomski poluprečnik: 50 pm
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • F-F, 159
  • O-F, 190
  • N-F, 272
  • F-C, 484
• izotopi:
  1. F-19
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan

Hlor

• atomski broj: 17
• A_r: 35,45
• grupa: 7
• perioda: M
• blok: p
• osobine: nemetal
• agregatno stanje: gasovito
• T.K: 240 K
• T.T: 172 K
• gustina: 0,0032g/cm³
• elektronegativnost: 3,0
• otkriće: K. W. Sheele 1774.
• lat. naziv: chlorum
• oksidaciona stanja: -1, +7, +5, +4, +3, +1
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 7
• elektronska konfiguracija: [Ne]3s²3p⁵
• atomski poluprečnik: 100 pm
• brzina zvuka (m/s): 206
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • Cl-O, 206
  • Cl-Cl, 242
  • Cl-H, 431
• izotopi:
  1. Cl-35
     • zastupljenost u prirodi: 75%
     • raspad: stabilan
  2. Cl-37
     • zastupljenost u prirodi: 25%
     • raspad: stabilan
  3. Sintetisan je izotop Cl-36.

Brom

• atomski broj: 35
• A_r: 79,9
• grupa: 7
• perioda: N
• blok: p
• osobine: nemetal
• agregatno stanje: tečno
• T.K: 332 K
• T.T: 266 K
• gustina: 3,1g/cm³
• elektronegativnost: 2,8
• otkriće: A. J. Balard, 1826.
• lat. naziv: bromum
• oksidaciona stanja: -1, +7, +5, +4, +3, +1
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 7
• elektronska konfiguracija: [Ar]4s²3d¹⁰4p⁵
• atomski poluprečnik: 115 pm
• brzina zvuka (m/s): 206
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • Br-Br, 193
  • Br-C, 286
  • Br-H, 366
  • Br-O, 234
• izotopi:
  1. Br-79
     • zastupljenost u prirodi: 51%
     • raspad: stabilan
  2. Br-81
     • zastupljenost u prirodi: 49%
     • raspad: stabilan

Jod

• atomski broj: 53
• A_r: 126,9
• grupa: 7
• perioda: O
• blok: p
• osobine: nemetal
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 457 K
• T.T: 387 K
• gustina: 4,93g/cm³
• elektronegativnost: 2,5
• otkriće: B. Courtois, 1804.
• lat. naziv: iodum
• oksidaciona stanja: -1, +7, +5, +3
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 18, 7
• elektronska konfiguracija: [Kr]5s²4d¹⁰5p⁵
• atomski poluprečnik: 140 pm
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • I-H, 299
  • I-C, 228
  • I-O, 234
  • I-I, 151
• izotopi:
  1. I-127
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: stabilan
  2. Sintetisani su izotopi I-129 i I-131.

Astat

• atomski broj: 85
• A_r: 210
• grupa: 7
• perioda: P
• blok: p
• osobine: nemetal (amfoteran element)
• agregatno stanje: čvrsto
• T.K: 610 K
• T.T: 575 K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: 2,2
• otkriće: D.R. Corson, E. Serge, K. R. MacKenzie 1940.
• lat. naziv: astatium
• oksidaciona stanja: -1, +3, +1
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 32, 18, 7
• elektronska konfiguracija: [Xe]6s²5d¹⁰4f¹⁴6p⁵
• atomski poluprečnik: 145 pm
• jačina nekih kovalentnih veza (kJ/mol):
  • At-At, 110
• izotopi:
  1. At-210
     • zastupljenost u prirodi: 100%
     • raspad: zarobljavanje elektrona, alfa
     • vreme poluraspada: 8,1 čas
     • raspada se na: Po-210, Bi-206
  2. Astatov izotop je deo procesa raspada urana. Nastaje raspadom francijuma. Najređi je element u zemljinoj kori. Veštačkim putem je sintetisano još oko 20 izotopa astata sa veoma malim vremenima poluraspada.

Ununseptijum

• atomski broj: 117
• A_r: verovatno 292
• grupa: 7
• perioda: Q
• blok: p
• osobine: verovatno metal (amfoteran element)
• agregatno stanje: verovatno čvrsto
• T.K: ? K
• T.T: ? K
• gustina: ?g/cm³
• elektronegativnost: ?
• otkriće: još nije izolovan
• lat. naziv: ununseptium
• oksidaciona stanja: ?
• raspored elektrona po nivoima:2, 8, 18, 32, 32, 18, 7
• elektronska konfiguracija: [Rn]7s²6d¹⁰5f¹⁴7p⁵
• atomski poluprečnik: ? pm

Dobijanje

Halogeni, kao veoma reaktivni ne nalaze se u prirodi u slobodnom stanju već u obliku njihovih jeddinjenja u sastavu zemljine kore ili rastvorenih u svetskom moru. Njačešći hlor, zatim brom, fluor i jod. Astat je izuzetno redak.

Hlor čini 1,5% morske vode (iz NaCl). Brom (0,0065%) i jod (5 milionitih delova) prate hlor u vodi (kao kalijumove, natrijumove i magnezijumove soli). Fluor dolazi u mineralima kriolitu (Na₃AlF₆) i apatitu (Ca₅[PO₄]₃ [F,Cl]) kao i u kalcijum-fluoridu (CaF₂).

Iz jedinjenja se halogeni izoluju na nekoliko načina. Prvi od njih jeste elektroliza rastvora ili rastopa soli (primenjuje se za dobijanje hlora) koja je objašnjena u tekstovima o alkalnim i zemnoalkalnim metalima. Za dobijanje Br i I se koristi metoda supstitucije. Tako se u rastvore njihovih soli (ili halogenvodonika) uvodi hlor koji ih, kao elektronegativniji istiskuje iz rastvora.

2X^- + Cl₂ -> 2Cl^- + X₂

Primenjuje se i metoda oksidacije (kiseonikom), uglavnom u laboratorijske svrhe. Kiseonik je elektronegativniji od hlora, broma i joda, ali ne i od fluora pa se ova metoda ne moze koristiti za dobijanje fluora.

2NaCl + MnO₂ + 2H₂SO₄ -> Cl₂ + 2H₂O + Na₂SO₄ + MnSO₄

Fluor se može dobiti samo elektrolizom rastopa soli ili fluorvodonika (nerastvorenog u vodi) jer bi se na anodi umesto fluora oksidovao kiseonik kao elektropozitivniji.

Reakcije

Halogeni su uz alkalne metale najreaktivniji elementi i vrlo jaka oksidaciona sredstva. Najtipičnije reakcije halogena su reakcije sa vodonikom (i nekim drugim nemetalima poput P, As, S, Se...) i metalima.

Sto su halogeni reaktivniji to nemetali s kojima reaguju imaju veći oksidacioni broj. Tako fluor oksiduje sumpor i do +6, a hlor samo do +1 ili +2.

S + 3F₂ -> SF₆

2S + Cl₂ -> S₂Cl₂ + Cl₂ -> 2SCl₂

Razlike u osobinama joše bolje se vide u reakciji sa vodonikom. One su većinom povratne, ali je npr. ravnoteža pri stvaranju HF pomaknuta potpuno u pravcu stvaranja proizvoda, a pri sintezi HI ravnoteža je veoma pomerena na levu stranu (u pravcu razgradnje HI). Sve reakcije su egzoterme, ali se oslobođena energija u reakciji sve više smanjuje porastom atomske težine halogena. Tako se pri sintezi jednog mola HF osobađa preko 300kJ energije, a pri sintezi HI svega 10-ak kJ.

X₂ + H₂ <-> 2HX

Što je halogen reaktivniji moći će oksidovati i inertnije metale (izuzetak je živa, koja reaguje čak i sa jodom).

2Ag + F₂ -> 2AgF

Cu + Cl₂ -> CuCl₂

Mg + Br₂ -> MgBr₂

2Na + I₂ -> 2NaI

Primena

Fluor se upotrebljava za odeljivanje izotopa urana, za sintezu nekih organsih jedinjenja. Hlor nalazi veliku primenu kao dezinfekciono sredstvo (dezinfekcija vode za piće). Takođe koristi se i za organske sinteze i za sintezu HCl (ređe). Nekada je korišćen kao bojni otrov. Brom se uoptrebljava za organske sinteze. Jod se upotrebljava za organske sinteze i u medicini za dezinfekciju rana (jodna tinktura - 7% rastvor joda u alkoholu). Znatno širu primenu imaju jedinjenja halogenih elemenata.

Jedinjenja

Jedinjenja halogenih elemenata možemo podeliti na okside, halogenvodonike, kiseline i soli.

Halogeni grade nekoliko oksida i većina su anhidridi kiselina. Oksid sa najvećim oksidacionim brojem obično je anhidrid najjače kiseline. Fluor ne gradi okside jer je elektronegativniji od kiseonika.

Halogenvodonici su izuzetno važna jedinjenja halogena. Osobine im se pravilno menjaju porstom atomske težine halogena. Svi su gasovi. Reaguju kiselo.

Soli halogena jesu halidi (soli halogenvodonika) i soli kiseoničnih kiselina (hlorati, hloriti, hipohlorati, hipohloriti, bromati, hipobromiti, jodati, hipojoditi).

Literatura:

• Mini Periodic Table
• PSE sa Sveta Hemije
• "Anorganska hemija", Prof. dr Božidar Rožina, skripta Fakulteta polj. znanosti Sveučilišta u Zagrebu