Подгруппа галогенов (фтор, хлор, бром, иод): свойства и качественные реакции

Галогены (в переводе с греческого — «рождающие соли») — элементы главной подгруппы VII группы: фтор F, хлор Cl, бром Br, иод I, астат At. Все они имеют на внешнем уровне 7 электронов (конфигурация ns² np⁵) и являются типичными неметаллами.

Закономерности в подгруппе сверху вниз (F -> Cl -> Br -> I):

• Заряд ядра Z возрастает;

• Атомный радиус закономерно увеличивается;

• Электроотрицательность уменьшается: F (4.0) > Cl (3.0) > Br (2.8) > I (2.5);

• Окислительная активность простых веществ ослабевает: фтор F₂ — самый сильный окислитель в природе, окисляющий даже воду и кислород;

• Агрегатное состояние при н.у.: F₂ — бледно-желтый газ, Cl₂ — желто-зеленый удушливый газ, Br₂ — тяжелая красно-бурая жидкость, I₂ — темно-серые кристаллы с металлическим блеском, способные к возгонке (сублимации).

Хлор Cl₂ активно реагирует с простыми и сложными веществами:

1. С металлами (образуя хлориды): 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃ (железо окисляется строго до Fe⁺³!).

2. С водородом (со взрывом на свету): H₂ + Cl₂ → 2HCl + 184 кДж.

3. С водой (диспропорционирование): Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO (хлорная вода обладает отбеливающим и дезинфицирующим действием благодаря распаду хлорноватистой кислоты HClO → HCl + [O]).

4. Вытеснение галогенов из растворов солей:

Каждый вышестоящий галоген вытесняет нижестоящие из их галогенидов:

• Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂ (раствор становится желто-оранжевым);

• Cl₂ + 2KI → 2KCl + I₂ (выпадает темный осадок иода);

• Br₂ + 2KI → 2KBr + I₂.

Аналитическим групповым реагентом на галогенид-ионы в водных растворах является катион серебра Ag⁺ (раствор нитрата серебра AgNO₃ в присутствии азотной кислоты HNO₃):

1. Хлорид-ион Cl⁻: образуется белый творожистый осадок хлорида серебра AgCl, нерастворимый в HNO₃, но легко растворимый в водном растворе аммиака:

Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓.

2. Бромид-ион Br⁻: образуется светло-желтый (кремовый) творожистый осадок бромида серебра AgBr, трудно растворимый в аммиаке:

Ag⁺ + Br⁻ → AgBr↓.

3. Иодид-ион I⁻: образуется ярко-желтый творожистый осадок иодида серебра AgI, абсолютно нерастворимый даже в концентрированном растворе аммиака:

Ag⁺ + I⁻ → AgI↓.

Фторид серебра AgF, в отличие от остальных галогенидов, превосходно растворим в воде (поэтому катионом Ag⁺ фториды не осаждаются; фторид-ион осаждают солями кальция: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓).

Аналитическая проба с нитратом серебра AgNO₃:

Две главные ловушки по галогенам на ЕНТ:

1. Фторид серебра AgF:

Ученики по аналогии считают, что AgF — нерастворимый осадок. Это ОШИБКА! В отличие от AgCl, AgBr и AgI, фторид серебра AgF — ХОРОШО РАСТВОРИМАЯ в воде соль! Нитратом серебра фторид-ионы осадить нельзя (F⁻ осаждают ионами кальция: Ca²⁺ + 2F⁻ → CaF₂↓ белый осадок).

2. Окислительная активность галогенов:

F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂.

Хлор вытесняет бром и иод: Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂. Но бром или иод НИКОГДА не могут вытеснить хлор из хлоридов!