Галогены как группа химических элементов¶

Галогены — группа химических элементов 17-й группы периодической системы (по устаревшей короткопериодной классификации — элементы главной подгруппы VII группы). К галогенам относятся фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), йод (I), астат (At) и теннессин (Ts). Общее электронное строение внешнего уровня — ns²np⁵, то есть до завершения октета не хватает одного электрона, что определяет высокую химическую активность и преимущественно неметаллический характер элементов.

¶Общая характеристика

Название «галогены» (от греч. ἅλς — соль и γένος — рождение) означает «рождающие соли»: типичные галогены легко образуют соли при взаимодействии с металлами. Атомы галогенов проявляют высокое сродство к электрону и большую электроотрицательность, уступающую только кислороду, азоту и некоторым благородным газам. В соединениях с менее электроотрицательными элементами они имеют степень окисления −1; в соединениях с кислородом и другими галогенами — положительные степени окисления (+1, +3, +5, +7).

Молекулы простых веществ двухатомны (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) и существуют в разных агрегатных состояниях при нормальных условиях: фтор и хлор — газы, бром — жидкость, йод — твёрдое вещество. Астат — радиоактивный элемент, встречающийся в природе лишь в следовых количествах; теннессин получен искусственно и изучен крайне слабо.

¶Физические свойства

С ростом атомного номера увеличиваются размеры атомов, снижается электроотрицательность и окислительная способность, возрастают температуры плавления и кипения.

¶Химические свойства

Галогены — сильные окислители. Окислительная активность убывает в ряду F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂: каждый предыдущий элемент вытесняет последующий из его солей. Фтор реагирует практически со всеми элементами, включая благородные газы (образует фториды ксенона и криптона) и воду. С водородом галогены образуют галогеноводороды HF, HCl, HBr, HI — бесцветные газы с резким запахом, хорошо растворимые в воде; их водные растворы являются кислотами, сила которых растёт от HF к HI.

В водных растворах галогены диспропорционируют, образуя галогенид- и гипогалогенит-ионы; этим объясняются отбеливающие и дезинфицирующие свойства хлорной воды. Кислородсодержащие кислоты (хлорная, хлорноватая, йодная и другие) и их соли — сильные окислители.

¶Нахождение в природе

Из-за высокой реакционной способности галогены в свободном виде в природе не встречаются. Основные природные формы — галогениды металлов: каменная соль NaCl, сильвин KCl, карналлит, плавиковый шпат CaF₂, а также галогениды в морской воде. Йод концентрируется в некоторых водорослях и нефтяных водах, фтор входит в состав апатитов и флюорита.

¶Применение

• Фтор и его соединения — производство фторопластов (политетрафторэтилен), хладагентов, фторирование питьевой воды и зубных паст.
• Хлор — обеззараживание воды, получение соляной кислоты, хлорорганических соединений, отбеливателей.
• Бром — производство антипиренов, фотореагентов, лекарственных препаратов.
• Йод — медицина (антисептики), производство красителей, аналитическая химия; соединения йода применяются в фотографии.
• Астат и теннессин — только научные исследования.

¶Биологическая роль

Фтор, хлор, бром и йод входят в состав живых организмов. Хлор участвует в поддержании осмотического баланса и входит в состав соляной кислоты желудочного сока; йод — необходимый компонент тиреоидных гормонов, его недостаток вызывает заболевания щитовидной железы. Бром и фтор в микроколичествах влияют на обмен веществ, однако в больших дозах все галогены и их соединения токсичны.

¶Токсичность и безопасность

Свободные галогены — едкие и токсичные вещества, поражающие дыхательные пути и слизистые оболочки. Фтор и хлор вызывают тяжёлые отравления, бром — химические ожоги кожи. Работа с ними требует специальной защиты и вентиляции. Галогенорганические соединения могут накапливаться в окружающей среде; ряд из них (например, некоторые хлорфторуглероды и полихлорированные бифенилы) ограничен международными соглашениями из-за озоноразрушающего и токсического действия.