Химические свойства соединений галогенов

В галогеноводородах и галогенидах галогены проявляют свою низшую степень окисления – -1. Галогеноводороды – это бесцветные соединения водорода с галогенами состава НГ (где «Г» – атом галогена).

При н. у. HCl, HBr и HI – газообразные вещества, HF – легколетучая жидкость, температура кипения которой +19,5°С. Все эти вещества ядовиты и требуют очень осторожного обращения!

Галогеноводороды хорошо растворяются в воде, а фтороводород смешивается с водой в любых соотношениях (т. е. неограниченно растворим). Водные растворы галогеноводородов являются кислотами. Сила этих кислот увеличивается сверху вниз, т. е. самая сильная кислота – иодоводородная, а самая слабая – фтороводородная (рис. 1).

Рис. 1. Сравнение кислотных свойств галогеноводородных кислот

Попробуем объяснить эту закономерность. Кислотные свойства галогеноводородных кислот будут тем больше, чем меньше прочность связи Н–Г. От HF к HI уменьшается степень перекрывания электронных облаков атомов водорода и галогена, а область перекрывания будет находиться на большем расстоянии от ядер атомов. Кроме того, электроотрицательность атомов галогенов сверху вниз по группе, т. е. от F к I, уменьшается. Поэтому в молекуле HF электронное облако атома водорода смещается в сторону атома галогена в большей степени. Это приводит к усилению связи между атомами (рис. 2). Запомним, фтороводородная кислота – слабая, остальные галогеноводородные кислоты – сильные, причем их сила увеличивается от HCl к HI.

Рис. 2. Образование химической связи в молекулах галогеноводородов

Фтороводородная кислота имеет еще одно название – плавиковая кислота. Уникальным свойством плавиковой кислоты является способность растворять стекло. Поэтому плавиковую кислоту хранят не в стеклянной посуде, а в сосудах из пластика или в стеклянной посуде, покрытой слоем парафина.

В пластиковый стакан наливаем раствор плавиковой кислоты. Помещаем в раствор тонкую стеклянную трубочку. Трубочка так тонка, что понадобится груз, чтобы зафиксировать момент ее растворения. Через некоторое время трубочка растворяется, и груз падает на дно стакана. Способность плавиковой кислоты растворять стекло объясняется тем, что фтороводород реагирует с оксидом кремния, входящим в состав стекла. В реакции образуется фторид кремния

4 HF + SiO₂ = SiF₄↑ + 2H₂O.

Плавиковая кислота используется для нанесения на стеклянные изделия рисунков, надписей, меток, а также для полировки стекла.

Проведем опыт травления стекла фтороводородом.

Получим фтороводород. Для этого в пластиковую кювету насыпаем немного фторида натрия. Затем приливаем концентрированную серную кислоту. Сразу же выделяется фтороводород.

2NaF + H₂SO₄ = Na₂SO₄ + 2HF↑

Закроем кювету крышкой, к которой прикреплена стеклянная пластина. Через пять минут откроем крышку. Извлечем стекло и промоем водой. Стекло стало матовым. Выделившийся фтороводород прореагировал с оксидом кремния, входящим в состав стекла. Этот процесс используется для получения матовых стекол.

В отличие от фтороводорода хлороводород ограниченно растворим в воде, но его растворимость достаточно высока – в 1 объеме воды при комнатной температуре растворяется около 450 объемов хлороводорода. Раствор хлороводорода в воде называется соляной, или хлороводородной кислотой.

Концентрированная соляная кислота дымит на воздухе (рис. 3). Это сильная кислота. Для нее характерны все общие свойства кислот: изменение окраски индикаторов, взаимодействие с металлами, основными и амфотерными оксидами, основаниями, некоторыми солями.

Рис. 3. «Дымящая» соляная кислота

Соли галогеноводородных кислот называются галогенидами. Для распознавания растворимых в воде галогенидов, кроме фторидов, используют реакцию с нитратом серебра. В результате этого взаимодействия выпадает осадок нерастворимого галогенида серебра.

Как различить растворы хлорида натрия NaCl, бромида натрия NaBr и иодида калия KI? Их можно распознать по цвету осадков, образующихся при действии нитрата серебра. Отливаем в три пробирки пробы растворов и добавляем раствор нитрата серебра AgNO₃. Выпадают осадки разных цветов. В пробирке с раствором хлорида натрия образуется белый творожистый осадок хлорида серебра

NaCl + AgNO₃ = AgCl↓ + NaNO₃

с раствором бромида натрия – желтоватый осадок бромида серебра

NaBr + AgNO₃ = AgBr↓ + NaNO₃

с иодидом калия – желтый осадок иодида серебра

KI + AgNO₃ = AgI↓ + NaNO₃.

Галогениды серебра разлагаются на свету. Это свойство используется в фотографии. На фотопленке и фотобумаге изображение появляется вследствие разложения на свету бромида серебра.

Список литературы

1. Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб. для общеобраз. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, Л.С. Понтак. – М.: АСТ: Астрель, 2007. (§ 32)
2. Оржековский П.А. Химия: 9-й класс: учеб для общеобр. учрежд. / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013. (§ 18)
3. Рудзитис Г.Е. Химия: неорган. химия. Орган. химия: учеб. для 9 кл. / Г.Е. Рудзитис, Ф.Г. Фельдман. – М.: Просвещение, ОАО «Московские учебники», 2009.
4. Хомченко И.Д. Сборник задач и упражнений по химии для средней школы. – М.: РИА «Новая волна»: Издатель Умеренков, 2008.
5. Энциклопедия для детей. Том 17. Химия / Глав. ред. В.А. Володин, вед. науч. ред. И. Леенсон. – М.: Аванта+, 2003.

Дополнительные рекомендованные ссылки на ресурсы сети Интернет

1. Единая коллекция цифровых образовательных ресурсов (видеоопыты по теме) (Источник).
2. Электронная версия журнала «Химия и жизнь» (Источник).

Домашнее задание

1. с. 127 №№ 3,4 из учебника П.А. Оржековского «Химия: 9-ый класс» / П.А. Оржековский, Л.М. Мещерякова, М.М. Шалашова. – М.: Астрель, 2013.