Fluorowce- wzory, właściwości
Pierwiastki VII (17) grupy układu okresowego: Fluor, Chlor, Brom, Jod i Astat, nazywane są fluorowcami lub halogenami. Są one niemetalami, o konfiguracji powłoki walencyjnej (konfiguracje elektronowe – patrz tabela 1).
Tabela 1: Wybrane właściwości fluorowców
|
Nazwa pierwiastka |
Symbol |
Trwałe Izotopy |
Temp. przemian fazowych [K] |
Główne źródło w przyrodzie |
||
|
topnienia |
wrzenia |
|||||
|
Fluor |
|
|
|
53,5 |
85,0 |
Fluoroapatyt, |
|
Chlor |
|
|
|
171,6 |
239,1 |
|
|
Brom |
|
|
|
265,8 |
332,0 |
|
|
Jod |
|
|
|
386,8 |
457,4 |
|
|
Astat |
|
|
Tylko nietrwałe; Promieniotwórcze |
575,0 |
610,0 |
Produkt rozpadu promieniotwórczego; nie pozyskiwany ze źródeł naturalnych |
Fluorowce są najbardziej reaktywnymi pierwiastkami chemicznymi, tworzą związki chemiczne z prawie wszystkimi pierwiastkami układu okresowego. Najczęściej występują na stopniu utlenienia –I, ze względu na konfigurację elektronową – przyjęcie jednego elektronu pozwala uzyskać konfigurację gazu szlachetnego (oktet na powłoce walencyjnej). Związki fluorowców na stopniu utlenienia –I nazywane są halogenkami lub odpowiednio dla danego fluorowca – fluorkami, chlorkami, bromkami itd. Ze względu na łatwość przyłączenia jednego elektronu, fluorowce tworzą również stabilne jony (gdzie
– symbol pierwiastka, np.
). W roztworach wodnych, jony
stanowią reszty kwasowe kwasów halogenowodorowych – fluorowodorowego (
), chlorowodorowego (
), bromowodorowego (
), itd. Oprócz stopnia utlenienia –I, fluorowce przyjmują również dodatnie stopnie utlenienia: +I, +III, +V, +VII, zazwyczaj w połączeniach z pierwiastkami elektroujemnymi, np. z tlenem. Do szeroko stosowanych związków fluorowców na wyższych stopniach utlenienia należą podchloryn sodu (chloran(I) sodu,
), stosowany w „chlorowych” wybielaczach i jako „chlor” do dezynfekcji wody, a także chloran(V) potasu – silny utleniacz, wykorzystywany w pirotechnice i stałych paliwach rakietowych.
Fluor- właściwości, otrzymywanie
Wolny fluor tworzy dwuatomowe cząsteczki, . W temperaturze pokojowej jest gazem o żółtawym zabarwieniu, skrapla się w temperaturze -188,11°C. Fluor jest bardzo reaktywny i w przyrodzie występuje tylko w postaci związków chemicznych. Najważniejszymi naturalnymi źródłami fluoru są minerały: Fluoryt (
), Fluoroapatyt (
) i Kriolit (
).
Główne zastosowania fluoru i jego związków to: jako dodatki obniżające temperaturę topnienia w hutnictwie (fluoryt, kriolit), w chłodnictwie (np. czynnik chłodniczy R134a – tetrafluoroetan, ) , w przemyśle polimerowym - produkcja fluoropolimerów takich jak teflon® - poli(tetrafluoroetylen), o wzorze
. Wysoka reaktywność chemiczna fluoru sprawia, że tworzy on związki chemiczne nawet z gazami szlachetnymi, znane są fluorki ksenonu, kryptonu i radonu. Do najważniejszych związków fluoru należy fluorowodór,
, który po rozpuszczeniu w wodzie tworzy kwas fluorowodorowy,
– bardzo silnie żrącą substancję zdolną trawić szkło.
Chlor- właściwości, otrzymywanie
Podobnie jak fluor, wolny chlor również tworzy dwuatomowe cząsteczki i jest gazem w temperaturze pokojowej. Jest nieco mniej reaktywny od fluoru, jednak również tworzy związki chemiczne z większością pierwiastków chemicznych, w tym również z gazami szlachetnymi. W naturze chlor występuje przede wszystkim w postaci chlorków, najczęściej występującym z nich jest chlorek sodu, , potocznie zwany solą kuchenną. Chlorek sodu jest rozpuszczony w wodzie morskiej, a także występuje jako minerał kopalny (sól kamienna, Halit). Przemysłowo, chlor otrzymywany jest głównie przez elektrolizę solanki, wodnego roztworu
.
Chlor i jego związki znajdują szerokie zastosowanie, między innymi jako środki dezynfekujące i wybielające (podchloryn sodu), jako utleniacze (chlorany(V) i chlorany(VII)), w chłodnictwie – freony, związki chloru, fluoru i węgla. Wśród najważniejszych związków chloru można wymienić kwas solny (wodny roztwór chlorowodoru, ), jeden z najszerzej stosowanych kwasów mineralnych, podchloryn sodu (
), stosowany jako środek dezynfekujący, wybielacz i utleniacz oraz kwas chlorowy(VII),
– jeden z najmocniejszych kwasów mineralnych.
Brom- właściwości, otrzymywanie
Brom również tworzy dwuatomowe cząsteczki w stanie wolnym, ale w temperaturze pokojowej jest brązową, dymiącą cieczą. Jest mniej reaktywny od chloru i bardziej reaktywny od jodu. Reaguje łatwo z metalami w obecności wody, tworząc sole – bromki, w których przyjmuje stopień utlenienia –I. W naturze brom występuje głównie w wodzie morskiej i solankach podziemnych oraz w rozproszeniu w różnych minerałach. Przemysłowo, brom otrzymuje się z solanek bogatych w poprzez reakcję z gazowym chlorem, według równania (1).
(1)
Związki bromu znajdują zastosowanie między innymi jako środki gaszące i spowalniające palenie, związki organiczne zawierające brom są stosowane jako leki, bromek srebra, , znajduje zastosowanie w produkcji filmów fotograficznych. W przeszłości, bromek potasu,
, był stosowany jako środek uspokajający, jednak wycofano go z użycia ze względu na wywoływanie szkodliwość dla układu nerwowego przy długotrwałym podawaniu.
Jod- właściwości, otrzymywanie
Jod w temperaturze pokojowej jest fioletowym ciałem stałym, złożonym z dwuatomowych cząsteczek . Stały jod wykazuje silną tendencję do sublimacji – przechodzenia ze stanu stałego bezpośrednio w gaz. Jest mniej reaktywny od lżejszych fluorowców, jego związki mają bardziej kowalencyjny charakter. Podobnie jak chlor i brom, występuje w wodzie morskiej i solankach, może być otrzymywany przez utlenianie jonów jodkowych za pomocą bromu, zgodnie z równaniem (2) lub za pomocą chloru - równanie (3).
(2)
(3)
Jod znajduje zastosowanie do dezynfekcji ran w postaci jodyny – roztworu jodu w 90% etanolu, zawierającego jodek potasu jako stabilizator wolnego jodu. Jest również niezbędnym do życia mikroelementem, składnikiem hormonów tarczycy – tyroksyny i trójjodotyroniny - jego niedobór prowadzi do chorób tarczycy. Jod w postaci jodanu(V) potasu, dodawany jest w niewielkich ilościach do soli kuchennej (sól jodowana).
Astat- właściwości, otrzymywanie
Astat jest najcięższym z fluorowców, nieposiadającym żadnego trwałego izotopu. Promieniotwórcze izotopy astatu występują w minimalnych ilości na Ziemi, jako elementy naturalnych szeregów promieniotwórczych. Chemicznie, astat podobny jest do jodu, ma jednak niższą elektroujemność a jego związki – bardziej kowalencyjny charakter. Wyizolowanie i zbadanie astatu jako wolnego pierwiastka było możliwe dzięki syntezie z jąder lżejszych pierwiastków – astat po raz pierwszy otrzymano bombardując bizmut-209 cząstkami α przyśpieszonymi w cyklotronie.