Gli alogeni nella tavola periodica si trovano a sinistra dei gas nobili. Questi cinque elementi tossici non metallici sono nel gruppo 7 della tavola periodica. Questi includono fluoro, cloro, bromo, iodio e astato. Sebbene l'astato sia radioattivo e abbia solo isotopi di breve durata, si comporta come lo iodio ed è spesso classificato come alogeno. Poiché gli elementi alogeni hanno sette elettroni di valenza, hanno solo bisogno di un elettrone in più per formare un ottetto completo. Questa caratteristica li rende più reattivi rispetto ad altri gruppi di non metalli.
Caratteristiche generali
Gli alogeni formano molecole biatomiche (del tipo X2, dove X indica un atomo di alogeno) - una forma stabile dell'esistenza di alogeni sotto forma di elementi liberi. I legami di queste molecole biatomiche sono non polari, covalenti e singoli. Le proprietà chimiche degli alogeni consentono loro di combinarsi facilmente con la maggior parte degli elementi, quindi non si verificano mai disaccoppiati in natura. Il fluoro è l'alogeno più attivo e l'astato il meno.
Tutti gli alogeni formano sali del gruppo I con similiproprietà. In questi composti, gli alogeni sono presenti come anioni alogenuri con una carica di -1 (ad esempio, Cl-, Br-). La desinenza -id indica la presenza di anioni alogenuri; ad esempio Cl- si chiama "cloruro".
Inoltre, le proprietà chimiche degli alogeni consentono loro di agire come agenti ossidanti - per ossidare i metalli. La maggior parte delle reazioni chimiche che coinvolgono gli alogeni sono reazioni redox in soluzione acquosa. Gli alogeni formano legami singoli con carbonio o azoto nei composti organici in cui il loro stato di ossidazione (CO) è -1. Quando un atomo di alogeno viene sostituito da un atomo di idrogeno legato in modo covalente in un composto organico, il prefisso halo- può essere utilizzato in senso generale, oppure i prefissi fluoro-, cloro-, bromo-, iodio- per alogeni specifici. Gli elementi alogeni possono essere reticolati per formare molecole biatomiche con legami singoli covalenti polari.
Cloro (Cl2) fu il primo alogeno scoperto nel 1774, seguito da iodio (I2), bromo (Br 2), fluoro (F2) e astato (At, scoperto per ultimo, nel 1940). Il nome "alogeno" deriva dalle radici greche hal- ("sale") e -gen ("formare"). Insieme, queste parole significano "formazione di sale", sottolineando il fatto che gli alogeni reagiscono con i metalli per formare sali. Halite è il nome del salgemma, un minerale naturale composto da cloruro di sodio (NaCl). E infine, gli alogeni sono usati nella vita di tutti i giorni: il fluoro si trova nel dentifricio, il cloro disinfetta l'acqua potabile e lo iodio favorisce la produzione di ormoni.tiroide.
Elementi chimici
Il fluoro è un elemento con numero atomico 9, indicato dal simbolo F. Il fluoro elementare fu scoperto per la prima volta nel 1886 isolandolo dall'acido fluoridrico. Allo stato libero, il fluoro esiste come molecola biatomica (F2) ed è l'alogeno più abbondante nella crosta terrestre. Il fluoro è l'elemento più elettronegativo della tavola periodica. A temperatura ambiente è un gas giallo pallido. Il fluoro ha anche un raggio atomico relativamente piccolo. La sua CO è -1, ad eccezione dello stato biatomico elementare, in cui il suo stato di ossidazione è zero. Il fluoro è estremamente reattivo e interagisce direttamente con tutti gli elementi tranne l'elio (He), il neon (Ne) e l'argon (Ar). Nella soluzione H2O, l'acido fluoridrico (HF) è un acido debole. Sebbene il fluoro sia fortemente elettronegativo, la sua elettronegatività non determina l'acidità; HF è un acido debole a causa del fatto che lo ione fluoro è basico (pH> 7). Inoltre, il fluoro produce ossidanti molto potenti. Ad esempio, il fluoro può reagire con il gas inerte xeno per formare un forte agente ossidante xeno difluoruro (XeF2). Il fluoro ha molti usi.
Il cloro è un elemento con numero atomico 17 e simbolo chimico Cl. Scoperto nel 1774 isolandolo dall'acido cloridrico. Nel suo stato elementare, forma una molecola biatomica Cl2. Il cloro ha diversi CO: -1, +1, 3, 5 e7. A temperatura ambiente è un gas verde chiaro. Poiché il legame che si forma tra due atomi di cloro è debole, la molecola Cl2 ha una capacità molto elevata di entrare nei composti. Il cloro reagisce con i metalli per formare sali chiamati cloruri. Gli ioni cloro sono gli ioni più comuni presenti nell'acqua di mare. Il cloro ha anche due isotopi: 35Cl e 37Cl. Il cloruro di sodio è il più comune di tutti i cloruri.
Il bromo è un elemento chimico con numero atomico 35 e simbolo fr. Fu scoperto per la prima volta nel 1826. Nella sua forma elementare, il bromo è una molecola biatomica Br2. A temperatura ambiente è un liquido bruno-rossastro. La sua CO è -1, +1, 3, 4 e 5. Il bromo è più attivo dello iodio, ma meno attivo del cloro. Inoltre, il bromo ha due isotopi: 79Br e 81Br. Il bromo si presenta come sali di bromuro disciolti nell'acqua di mare. Negli ultimi anni la produzione di bromuro nel mondo è notevolmente aumentata grazie alla sua disponibilità e lunga durata. Come altri alogeni, il bromo è un agente ossidante ed è altamente tossico.
Lo iodio è un elemento chimico con numero atomico 53 e simbolo I. Lo iodio ha stati di ossidazione: -1, +1, +5 e +7. Esiste come molecola biatomica, I2. A temperatura ambiente è un solido viola. Lo iodio ha un isotopo stabile, 127I. Scoperto per la prima volta nel 1811con alghe e acido solforico. Attualmente, gli ioni iodio possono essere isolati nell'acqua di mare. Sebbene lo iodio non sia molto solubile in acqua, la sua solubilità può essere aumentata utilizzando ioduri separati. Lo iodio svolge un ruolo importante nel corpo, partecipando alla produzione degli ormoni tiroidei.
L'astato è un elemento radioattivo con numero atomico 85 e simbolo At. I suoi possibili stati di ossidazione sono -1, +1, 3, 5 e 7. L'unico alogeno che non è una molecola biatomica. In condizioni normali, è un solido metallico nero. L'astato è un elemento molto raro, quindi si sa poco al riguardo. Inoltre, l'astato ha un'emivita molto breve, non superiore a poche ore. Ricevuto nel 1940 come risultato di sintesi. Si ritiene che l'astato sia simile allo iodio. Presenta proprietà metalliche.
La tabella seguente mostra la struttura degli atomi di alogeno, la struttura dello strato esterno di elettroni.
| Alogeno | Configurazione elettronica |
| Fluoro | 1s2 2s2 2p5 |
| Cloro | 3s2 3p5 |
| Bromo | 3d10 4s2 4p5 |
| Iodio | 4d10 5s2 5p5 |
| Astato | 4f14 5g106s2 6p5 |
Una struttura simile dello strato esterno di elettroni determina che le proprietà fisiche e chimiche degli alogeni sono simili. Tuttavia, quando si confrontano questi elementi, si osservano anche differenze.
Proprietà periodiche nel gruppo degli alogeni
Le proprietà fisiche delle sostanze semplici alogeni cambiano all'aumentare del numero degli elementi. Per una migliore comprensione e maggiore chiarezza, ti offriamo diverse tabelle.
I punti di fusione e di ebollizione del gruppo aumentano all'aumentare delle dimensioni della molecola (F <Cl
Tabella 1. Alogeni. Proprietà fisiche: punti di fusione e di ebollizione
| Alogeno | T fusione (˚C) | Punto di ebollizione (˚C) |
| Fluoro | -220 | -188 |
| Cloro | -101 | -35 |
| Bromo | -7.2 | 58.8 |
| Iodio | 114 | 184 |
| Astato | 302 | 337 |
Il raggio atomico aumenta
La dimensione del nucleo aumenta (F < Cl < Br < I < At), all'aumentare del numero di protoni e neutroni. Inoltre, ad ogni periodo vengono aggiunti sempre più livelli di energia. Ciò si traduce in un orbitale più grande, e quindi un aumento del raggio dell'atomo.
Tabella 2.alogeni. Proprietà fisiche: raggi atomici
| Alogeno | Raggio covalente (pm) | Raggio ionico (X-) (pm) |
| Fluoro | 71 | 133 |
| Cloro | 99 | 181 |
| Bromo | 114 | 196 |
| Iodio | 133 | 220 |
| Astato | 150 |
L'energia di ionizzazione diminuisce
Se gli elettroni di valenza esterni non sono vicini al nucleo, non ci vorrà molta energia per rimuoverli da esso. Pertanto, l'energia richiesta per spingere fuori l'elettrone esterno non è così alta nella parte inferiore del gruppo di elementi, poiché ci sono più livelli di energia. Inoltre, l'elevata energia di ionizzazione fa sì che l'elemento mostri qualità non metalliche. L'esposizione di iodio e astato mostra proprietà metalliche perché l'energia di ionizzazione è ridotta (At < I < Br < Cl < F).
Tabella 3. Alogeni. Proprietà fisiche: energia di ionizzazione
| Alogeno | Energia di ionizzazione (kJ/mol) |
| fluoro | 1681 |
| cloro | 1251 |
| bromo | 1140 |
| iodio | 1008 |
| statine | 890±40 |
L'elettronegatività diminuisce
Il numero di elettroni di valenza in un atomo aumenta con l'aumento dei livelli di energia a livelli progressivamente inferiori. Gli elettroni sono progressivamente più lontani dal nucleo; Pertanto, il nucleo e gli elettroni non sono entrambi attratti l'uno dall' altro. Si osserva un aumento della schermatura. Pertanto, l'elettronegatività diminuisce con l'aumentare del periodo (A < I < Br < Cl < F).
Tabella 4. Alogeni. Proprietà fisiche: elettronegatività
| Alogeno | Elettronegatività |
| fluoro | 4.0 |
| cloro | 3.0 |
| bromo | 2.8 |
| iodio | 2.5 |
| statine | 2.2 |
L'affinità elettronica diminuisce
All'aumentare della dimensione di un atomo con il periodo, l'affinità elettronica tende a diminuire (B < I < Br < F < Cl). Un'eccezione è il fluoro, la cui affinità è inferiore a quella del cloro. Ciò può essere spiegato dalla dimensione più piccola del fluoro rispetto al cloro.
Tabella 5. Affinità elettronica degli alogeni
| Alogeno | Affinità elettronica (kJ/mol) |
| fluoro | -328.0 |
| cloro | -349.0 |
| bromo | -324.6 |
| iodio | -295.2 |
| statine | -270.1 |
La reattività degli elementi diminuisce
La reattività degli alogeni diminuisce con l'aumentare del periodo (A <I
Chimica inorganica. Idrogeno + alogeni
Un alogenuro si forma quando un alogeno reagisce con un altro elemento meno elettronegativo per formare un composto binario. L'idrogeno reagisce con gli alogeni per formare alogenuri HX:
- fluoruro di idrogeno HF;
- acido cloridrico HCl;
- bromuro di idrogeno HBr;
- idroiodio HI.
Gli alogenuri di idrogeno si dissolvono facilmente in acqua per formare acidi idroalodici (fluoridrico, cloridrico, bromidrico, idroiodico). Le proprietà di questi acidi sono riportate di seguito.
Gli acidi sono formati dalla seguente reazione: HX (aq) + H2O (l) → Х- (aq) + H 3O+ (aq).
Tutti gli alogenuri di idrogeno formano acidi forti tranne HF.
L'acidità degli acidi idroalolici aumenta: HF <HCl <HBr <HI.
L'acido fluoridrico può incidere a lungo il vetro e alcuni fluoruri inorganici.
Può sembrare controintuitivo che l'HF sia l'acido idroalolico più debole, poiché il fluoro ha il più altoelettronegatività. Tuttavia, il legame H-F è molto forte, risultando in un acido molto debole. Un legame forte è determinato da una breve lunghezza del legame e da un'elevata energia di dissociazione. Di tutti gli alogenuri di idrogeno, HF ha la lunghezza di legame più breve e la più grande energia di dissociazione del legame.
Ossoacidi alogeni
Gli oxoacidi alogeni sono acidi con atomi di idrogeno, ossigeno e alogeno. La loro acidità può essere determinata mediante l'analisi della struttura. Gli ossacidi alogeni sono elencati di seguito:
- Acido ipocloroso HOCl.
- Acido clorico HClO2.
- Acido clorico HClO3.
- Acido perclorico HClO4.
- Acido ipocloroso HOBr.
- Acido bromomico HBrO3.
- Acido bromoico HBrO4.
- Acido iodico HOI.
- Acido ionico HIO3.
- Acido metaiodico HIO4, H5IO6.
In ciascuno di questi acidi, un protone è legato a un atomo di ossigeno, quindi confrontare le lunghezze dei legami protonici è inutile qui. L'elettronegatività gioca un ruolo dominante qui. L'attività acida aumenta con il numero di atomi di ossigeno legati all'atomo centrale.
Aspetto e stato della materia
Le principali proprietà fisiche degli alogeni possono essere riassunte nella tabella seguente.
| Stato della materia (a temperatura ambiente) | Alogeno | Aspetto |
| difficile | iodio | viola |
| statine | nero | |
| liquido | bromo | rosso-marrone |
| gassoso | fluoro | abbronzatura chiara |
| cloro | verde chiaro |
Spiegazione dell'aspetto
Il colore degli alogeni è il risultato dell'assorbimento della luce visibile da parte delle molecole, che provoca l'eccitazione degli elettroni. Il fluoro assorbe la luce viola e quindi appare di colore giallo chiaro. Lo iodio, invece, assorbe la luce gialla e appare viola (giallo e viola sono colori complementari). Il colore degli alogeni diventa più scuro all'aumentare del periodo.
In contenitori chiusi, bromo liquido e iodio solido sono in equilibrio con i loro vapori, che possono essere osservati come un gas colorato.
Sebbene il colore dell'astato sia sconosciuto, si presume che debba essere più scuro dello iodio (cioè nero) secondo il modello osservato.
Ora, se ti viene chiesto: "Caratterizzare le proprietà fisiche degli alogeni", avrai qualcosa da dire.
Lo stato di ossidazione degli alogeni nei composti
Lo stato di ossidazione viene spesso utilizzato al posto della "valenza alogena". Di norma, lo stato di ossidazione è -1. Ma se un alogeno è legato all'ossigeno o ad un altro alogeno, può assumere altri stati:L'ossigeno CO -2 ha la priorità. Nel caso di due diversi atomi di alogeno legati insieme, prevale l'atomo più elettronegativo che assume CO -1.
Ad esempio, nel cloruro di iodio (ICl) il cloro ha CO -1 e lo iodio +1. Il cloro è più elettronegativo dello iodio, quindi la sua CO è -1.
Nell'acido bromico (HBrO4) l'ossigeno ha CO -8 (-2 x 4 atomi=-8). L'idrogeno ha uno stato di ossidazione complessivo di +1. L'aggiunta di questi valori dà CO -7. Poiché la CO finale del composto deve essere zero, la CO del bromo è +7.
La terza eccezione alla regola è lo stato di ossidazione dell'alogeno in forma elementare (X2), dove il suo CO è zero.
| Alogeno | CO nei composti |
| fluoro | -1 |
| cloro | -1, +1, +3, +5, +7 |
| bromo | -1, +1, +3, +4, +5 |
| iodio | -1, +1, +5, +7 |
| statine | -1, +1, +3, +5, +7 |
Perché la SD del fluoro è sempre -1?
L'elettronegatività aumenta con il periodo. Pertanto, il fluoro ha la più alta elettronegatività di tutti gli elementi, come evidenziato dalla sua posizione nella tavola periodica. La sua configurazione elettronica è 1s2 2s2 2p5. Se il fluoro guadagna un altro elettrone, gli orbitali p più esterni sono completamente riempiti e formano un ottetto completo. Perché il fluoro ha alta elettronegatività, può facilmente prendere un elettrone da un atomo vicino. Il fluoro in questo caso è isoelettronico rispetto al gas inerte (con otto elettroni di valenza), tutti i suoi orbitali esterni sono riempiti. In questo stato, il fluoro è molto più stabile.
Produzione e utilizzo di alogeni
In natura, gli alogeni sono allo stato di anioni, quindi gli alogeni liberi si ottengono per ossidazione mediante elettrolisi o con l'aiuto di agenti ossidanti. Ad esempio, il cloro è prodotto dall'idrolisi di una soluzione salina. L'uso degli alogeni e dei loro composti è vario.
- Fluoro. Sebbene il fluoro sia altamente reattivo, viene utilizzato in molte applicazioni industriali. Ad esempio, è un componente chiave del politetrafluoroetilene (Teflon) e di alcuni altri fluoropolimeri. I clorofluorocarburi sono sostanze chimiche organiche precedentemente utilizzate come refrigeranti e propellenti negli aerosol. Il loro uso è cessato a causa del loro possibile impatto sull'ambiente. Sono stati sostituiti da idroclorofluorocarburi. Il fluoro viene aggiunto al dentifricio (SnF2) e all'acqua potabile (NaF) per prevenire la carie. Questo alogeno si trova nell'argilla usata per produrre alcuni tipi di ceramica (LiF), usata nell'energia nucleare (UF6), per produrre l'antibiotico fluorochinolone, alluminio (Na 3 AlF6), per isolamento ad alta tensione (SF6).
- Il cloro ha anche trovato una varietà di usi. Viene utilizzato per disinfettare l'acqua potabile e le piscine. Ipoclorito di sodio (NaClO)è il componente principale degli sbiancanti. L'acido cloridrico è ampiamente utilizzato nell'industria e nei laboratori. Il cloro è presente nel cloruro di polivinile (PVC) e in altri polimeri utilizzati per isolare fili, tubi ed elettronica. Inoltre, il cloro si è dimostrato utile nell'industria farmaceutica. I medicinali contenenti cloro sono usati per trattare infezioni, allergie e diabete. La forma neutra di cloridrato è un componente di molti farmaci. Il cloro viene anche utilizzato per sterilizzare e disinfettare le attrezzature ospedaliere. In agricoltura, il cloro è un ingrediente di molti pesticidi commerciali: il DDT (diclorodifeniltricloroetano) era usato come insetticida agricolo, ma il suo uso è stato interrotto.
- Il bromo, a causa della sua incombustibilità, viene utilizzato per sopprimere la combustione. Si trova anche nel bromuro di metile, un pesticida usato per preservare i raccolti e sopprimere i batteri. Tuttavia, l'uso eccessivo di bromuro di metile è stato gradualmente eliminato a causa del suo effetto sullo strato di ozono. Il bromo viene utilizzato nella produzione di benzina, pellicole fotografiche, estintori, medicinali per la cura della polmonite e del morbo di Alzheimer.
- Lo iodio svolge un ruolo importante nel corretto funzionamento della tiroide. Se il corpo non riceve abbastanza iodio, la ghiandola tiroidea si allarga. Per prevenire il gozzo, questo alogeno viene aggiunto al sale da cucina. Lo iodio è anche usato come antisettico. Lo iodio si trova nelle soluzioni utilizzate perpulire le ferite aperte, nonché in spray disinfettanti. Inoltre, lo ioduro d'argento è essenziale nella fotografia.
- L'astato è un alogeno radioattivo e di terre rare, quindi non è ancora utilizzato da nessuna parte. Tuttavia, si ritiene che questo elemento possa aiutare lo iodio nella regolazione degli ormoni tiroidei.
