Halogeny

Halogeny jsou prvky 17. skupiny PSP, tedy fluor, chlor, brom a jod. Občas se sem řadí i astat. „Halogeny“ by se daly přeložit jako „solotvorné“, což je výstižné, protože rády tvoří soli. Ve sloučeninách se halogeny obecně značí X.

• elektronová konfigurace: ns² np⁵ → 7 valenčních elektronů – stabilní elektronová konfigurace (získají ji vznikem kovalentní vazby nebo iontu)
• oxidační čísla: nejčastěji -I (Cl, Br a I občasi v oxidačních číslech I, III, V, VII)
• shora dolů v tabulce klesá elektronegativita, rostou teploty tání a varu, klesá stálost aniontů a klesá rozpustnost ve vodě
• tvoří dvouprvkové molekuly

Fluor (F)

• žlutozelený plyn
• z halogenů nejelektronegativnější → nejsilnější oxidační činidlo
• typický nekov
• biogenní – vyskytuje se v živých organismech (v kostech, zubech)
• přidává se do zubní pasty, dříve se přidával i do vody
• vyrábí se z něj teflon
• rozkládá vodu na HF + O₂

Chlor (Cl)

• jedovatý žlutozelený plyn, leptá a rozkládá biologické tkáně
• vázaný je ale biogenní, v žaludečních šťavách a krevní plazmě (lidská krev je slaná díky iontům)
• těžší než vzduch
• ve vodě rozpustný na 1% roztok – „chlorová voda“ – reaguje na 2 HCl + O (atomární kyslík)
• vyrábí se z něj plasty a pesticidy
• bělí a dezinfikuje

Brom (Br)

• toxická červenohnědá kapalina
• páchne a leptá tkáně
• rozpustný v lihu, etheru
• Br a Hg jsou jediné kapalné prvky
• používá se při výrobě barviv

Jod (I)

• temně fialový, krystalický
• umí sublimovat
• rozpouští se ve vodě (nepatrně) i organických rozpouštědlech (lépe)
• 5% roztok jodu v lihu – „jodová tinktura“ – součást hormonu ovlivňujícího růst
• kuchyňská sůl se jodiduje, protože kdybychom nepřijímali jod v potravě, onemocní štítná žláza a vytvoří se nám struma
• lihový roztok jodu se používá jako dezinfekce

Astat (At)

• radioaktivní, vzácný
• za pokojové teploty má pevné skupenství

Reakce halogenů

• halogeny jsou reaktivní, toxické, dráždivé a leptavé
• reagují s většinou kovů

experimentREAKCE CHLORU SE ŽELEZEM

2 Fe + 3 Cl₂ → 2 FeCl₂

experimentREAKCE CHLORU S HOŘČÍKEM

Mg + Cl₂ → MgCl₂

experimentREAKCE CHLORU SE SODÍKEM

2 Na + Cl₂ → 2 NaCl

experimentREAKCE BROMU S DRASLÍKEM

2 K + Br₂ → 2 KBr

• s vodíkem reagují na halogenovodíky
• lehčí halogen (výš v tabulce) je schopen vytěsnit těžší halogen, naopak reakce neproběhne:

experimentVYTĚSNĚNÍ JODU CHLOREM

2 KI + Cl₂ → 2 KCl + I₂

experimentVYTĚSNĚNÍ CHLORU FLUOREM

2 NaCl + F₂ → 2 NaF + Cl₂

Příprava halogenů

• elektrolýzou roztoků nebo tavenin halogenidů (chlor se vyrábí elektrolýzou solanky)
• oxidací halogenidů a halogenovodíků:

experimentPŘÍPRAVA CHLORU OXIDACÍ CHLOROVODÍKU

4 HCl + MnO₂ → Cl₂ + MnCl₂ + 2 H₂O

Sloučeniny halogenů

HALOGENOVODÍKY

• sloučeniny vodíku a halogenu (HX)
• ostře páchnoucí štiplavé plyny
• mezi prvky je polární vazba
• samostatně nejsou kyselé, ale ve vodném roztoku ano (jakmile se normálně neškodný plynný halogen dotkne vlhké sliznice, začne ji leptat, proto jsou nebezpečné)
• snadno se disociují (rozkládají na ionty) → H⁺ + Cl^-
• nejsilnější je jodovodík HI
• vodný roztok fluorovodíkové kyseliny HF leptá sklo:

experimentLEPTÁNÍ SKLA (OXIDU KŘEMIČITÉHO) FLUOROVODÍKOVOU KYSELINOU

SiO₂ + 4 HF → SiF₄ (plyn) + 2 H₂O

Chlorovodík HCl se připravuje syntézou vodíku a chloru (exotermická reakce) nebo působením silných kyselin na halogenidy:

experimentVÝROBA CHLOROVODÍKU SYNTÉZOU

H₂ + Cl₂ → 2 HCl

experimentVÝROBA CHLOROVODÍKU REAKCÍ KYSELINY S HALOGENIDEM

2 NaCl + H₂SO₄ → 2 HCl + Na₂SO₄

Vodný roztok chlorovodíku je max. 38% (roztoku se pak technicky říká kyselina solná).

HALOGENIDY

Jsou dobře rozpustné ve vodě, kromě chloridů Ag⁺, Hg₂²⁺, Pb²⁺, Tl⁺.

Příprava halogenidů

• přímou syntézou z prvků: 2 Fe + 3 Cl₂ → 2 FeCl₃
• neušlechtilý kov + halogenovodíková kyselina: Zn + 2 HCl → ZnCl₂ + H₂
• oxid + halogenovodíková kyselina: CuO + 2 HCl → CuCl₂ + H₂O
• neutralizace hydroxidu + halogenovodíkové kyseliny: KOH + HCl → KCl + H₂O
• uhličitan + halogenovodíková kyselina: CaCO₃ + 2 HCl → CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Triviální názvy halogenidů

NaCl – chlorid sodný = sůl kamenná, halit CaF₂ – fluorid vápenatý = kazivec (viz soli níže) KCl – chlorid draselný = sylvín KCl.MgCl₂ . 6 H₂O (KMgCl₃ . 6 H₂O) – hexahydrát chloridu draselno-hořečnatého = karnalit

HALOGENDERIVÁTY A FREONY

• viz Halogenderiváty

OXIDY

• nejvíce je oxidů chloru
• nestálé, rozkládají se už za pokojové teploty

OXOKYSELINY

• oxokyseliny chloru: HClO, HClO₂, HClO₄ (existuje i bezvodá, velmi silná)
• oxokyseliny bromu: HBrO, HBrO₃
• oxokyseliny jodu: HIO₃, H₅IO₆

SOLI

• bílé, krystalické
• chlorany
• chlorečnany: vznikají tepelným rozkladem chloranů nebo reakcí Cl + hydroxid alk. kovů → třaskaviny, střeliviny, výbušniny, travex (k ničení plevele)
• chloristany: méně nebezpečné, vznikají tepelný rozkladem chlorečnanů → pyrotechnika, raketové motory

infoVLASTNOSTI KONKRÉTNÍCH CHLORANŮ

• Ca(ClO)₂ – chlorové vápno
  • Vlastnosti: Bílá látka, která páchne po chlóru, je dráždivá. Také má silné oxidační vlastnosti. Lépe se rozpouští v tvrdší vodě než v měkké.
  • Použití: Chlorové vápno se používá pro čištění vody, především v bazénech. Používá se především proto, že se ho do bazénu nemusí dávat hodně. Z chlornanu vápenatého se dá vyrobit domácí výbušnina tzv. „chlorová bomba“.
• NaClO – Labarraqueův louh
  • Vlastnosti: Chlornan sodný je nažloutlá látka, která je žíravá. Stabilní je pouze ve formě hydrátu, nejčastěji pentahydrátu. Ve formě anhydridu se tedy rozkládá. Roztok chlornanu vápenatého ve vodě je zásaditý.
  • Použití: Používá se jako součást dezinfekčních prostředků, jako je SAVO, kde je v 5% roztoku společně s dalšími látkami. Může se také používat jako bělící prostředek na čištění prádla. Hojně se také využívá na dezinfekci vody v bazénech. Na rozdíl od chlornanu vápenatého se prodává v tekuté formě.
• NH₄Cl – salmiak, E510
  • Vlastnosti: Chlorid amonný je bílá krystalická látka. V přírodě se vyskytuje jako nerost salmiak. Je škodlivý při požití (způsobuje nevolnost, zvracení, …)
  • Použití: V potravinářství se salmiak skrývá pod označením E510. Přidává se do chleba jako živná látka pro droždí. Také se používá jako regulátor kyselosti nebo se přidává do lékořicových bonbónů (salmiakki). Také čistí povrchy před pájením. A používá se v suchých článcích baterie. Také se může použít jako protijed proti amfetaminu.

infoVLASTNOSTI KONKRÉTNÍCH FLUORIDŮ

• CaF₂ – fluorit, kazivec
  • Vlastnosti: Fluorid vápenatý je béžová látka nerozpustná ve vodě. Pro člověka je relativně neškodný na rozdíl od ostatních fluoridů.
  • Použití: Reakcí s kyselinou sírovou se z něho získává fluorovodík. Také se používá v optice, protože výborně propouští infračervené a ultrafialové záření. Tedy je používán třeba firmou Canon. Může se použít jako tavidlo – čistí povrch při pájení.