Halogeny

Charakteristika halogenů

• halogeny = tvoří soli (hals = řec. sůl, gennaó = řec. tvořit)
• VII. A skupina

Příprava, výroba a využití halogenů

Výroba

• elektrolýza taveniny NaCl (nebo vodného roztoku: solanky) – vylučování Cl na anodě
  • NaCl + H₂O > NaOH + Cl₂ + H₂

příprava:

• Cl: 16HCl + 2KMnO4 -> 5Cl₂ + 2KCl + 2MnCl₂ + 8H₂O
• vytěsnění halogenu z halogenidu 2NaBr + Cl₂ -> 2NaCl + Br₂
• oxidací silnými oxidačními činidly

využití

• F: freony (spreje, ledničky), florování past, NaF, sklovina a kosti
• Cl: plasty, PVC, bělící a dezinfekční účinky
• I: barvy, jodová tinktura – lékařství (5% roztok v ethanolu)
• Br: přísada do barviv, fotografický průmysl AgBr₃, lékařství Bromhexin

biogenní význam

• F: kosti, zuby (CaF₂)
• I: hormon štítné žlázy (thiroxin)
• Cl: Cl^– > udržování osmotického tlaku tělních tekutinách, HCl – žaludeční šťávy

Elektronová konfigurace

• konfigurace: ns 2 np 5
• zestabilnění konfigurace
  • vytvořením kovalentní vazby – polární i nepolární, Cl2
  • přijetím elektronu: Cl- > halogenidy
• 7 valenčních elektronů (+ 1 nespárovaný)
• jednovazné (V excitovaných stavech jsou atomy halogenů (s výjimkou fluoru) tří-, pěti- a sedmivazné)

Vyvození základních vlastností (vaznost, oxidační čísla)

fyzikální vlastnosti

• s rostoucím protonovým číslem roste teplota tání a varu
• s rostoucím protonovým číslem klesá elektronegativita a schopnost tvořit anionty X^–
• Van der Waalsovy síly

chemické vlastnosti

• 1 nepárový elektron: základní stav – 1vazné
• excitují: 3x, max. 7 vazné, krom F jen jedno vazný – neexcituje
• oxidační čísla: -I, I, III, V, VII ( F jen –I: velká elektronegativita, nemá komu předávat e-, plný d orbital)
• velmi reaktivní: výskyt ve sloučeninách
• krom F mají několik kovalentních vazeb (hlavně s O₂)
• vysoká elektronegativita (nej F)
• iontová vazba (přijetím e^–)
• kovalentní vazba (sdílením e^–)
• slučivé s většinou kovů

Společné vlastnosti halogenů

• tvoří dvouatomární molekuly X₂
• jedovaté: leptají sliznici
• oxidační účinky
• typické nekovy
• 1e^– pro získání stabilní konfigurace

Výskyt

• At – nevyskytuje se v přírodě, radioaktivní látka
• reaktivní > v přírodě pouze vázané ve sloučeninách
• nej. halogenidy (dvouprvkové sloučeniny s kovy)
• nej. F, Cl (kazivec – fluorit – CaF₂, sůl kamenná NaCl)

Oxidačně – redukční vlastnosti

• silná oxidační činidla (účinky klesají s elektronegativitou)
• halogen s větší elektronegativitou vytěsňuje v roli oxidačního činidla z halogenidů halogen s menší elektronegativitou

Sloučeniny halogenů

Bezkyslíkaté

Halogenovodíky

• plynné l., rozpustné ve vodě, polární
• HF, HCl, HBr, HI – kovalentní hydridy s polární vazbou
• bezbarvé plyny, štiplavý zápach
• rozpustné ve vodě
• vodné roztoky > halogenovodíkové kyseliny (nemají oxidační účinky, reakce pouze s neušlechtilými kovy)

Halogenovodíkové kyseliny

• nejsilnější HI – největší atomový poloměr
• HF: slabá kyselina, rozpouští sklo (SiO₂)  4HF + SiO₂ -> SiF₄ + 2H₂O, úschova v plastových lahvích

HCl

• kyselina chlorovodíková/solná
• důležitá pro chemický průmysl
• 36-37% koncentrovanost
• v žaludku (- žaludeční šťávy 0,3%)
• > trávení, zabíjí mikroorganismy, aktivuje enzym pepsin
• čistící prostředky, dezinfekce

Halogenidy

• soli halogenovodíkových kyselin
• dobrá rozpustnost ve vodě
• Iontové:
  • NaCl, KCl, MgCl
  • iontové vazby
  • kovy s malou elektronegativitou

• kovalentní:
  • kovalentní vazba
  • molekulové: nekovy, polokovy (TiCl₂, PCl₅, PbCl₄)
  • s atomovou strukturou: kovy ze střední části PSP (CdCl₂, CuCl₂)

• AgBr: fotografický průmysl
• KCl: Sylvin, draselné hnojivo (v H2O rozpustný)
• NH4Cl: Salmiak – posypový materiál na silnice
• NaCl: nejdůležitější halogenid, sůl, konzervace, dochucování
• floridy: CaF₂ (nerozpustný, zubní sklovina, kosti), NaF (prevence zubního kazu)
• bromidy: tlumí činnost CNS, sedativa/hypnotika (návykové/vedlejší účinky), NaBr, KBr

Kyslíkaté

Oxidy

• 19, nejsou moc důležité
• nestálé, kyselinotvorné
• nejstálejší I₂O₅ – oxid jodičný

Kyseliny

• HClO: nejstabilnější (kyselina chlorná), snadno uvolňuje at. kyslík (oxidační, desinfekční a bělící účinky)
• HClO₂, HClO₃ (silné oxidační činidlo)
• HClO₄: nejsilnější (kyselina chloristá) – bezbarvá explozivní kapalina, oxidační účinky, soli – pyrotechnika, výbušniny
• pevné (HIO₄, H₂IO₆, HIO₃ > soli pevné krystalické látky)
• Cl2 + H2O > HClO + HCl (voda se upravuje ozonizací – nejdříve chlorem a poté ozonem)
• Cl2 + 2NaOH > NaClO + NaCl + H2O (bělící a dezinfekční účinky – Savo atd)
• 2Cl2 + Ca(OH)2 > Ca(ClO)2 + CaCl2 + H2O (dezinfekční účinky, do vápna)
• KClO3 – v pyrotechnice, v sirkách – silné ox. činidlo > dobře uvolňuje kyslík > dobře hoří
• HClO > NaClO (silné oxidační činidlo, bělící účinky)
• HClO₂   > CaOCl₂ (chlorové vápno, bělení papíru a textilu, silné oxidační činidlo)

> NaClO₂ (silné oxidační činidlo)

• HClO₃ > NaClO_3, KClO₃ (ox. činidla, třaskaviny, zápalky)
• HClO₄ > KClO₄, NH₄ClO₄ (slabá ox. činidla, pyrotechnika)

nejdůležitější

• Chlorové vápno (směs chloridu a chlornanu vápenatého). Používá se k bělení vláken a jako dezinfekční prostředek.
• Chlorečnan draselný KClO₃ se používá jako laboratorní oxidační činidlo a pod názvem Travex k ničení trávy a plevelů.
• Chloristan draselný KClO₄ se používá při výrobě výbušnin, ve kterých působí jako oxidační činidlo.

Síla těchto kyselin

• nejsilnější kyseliny (síla roste: chlorná, chloritá > chlorečná > chloristá – klesají ox. vlastnosti)
  • HI, HClO₄ – jedna z nejsilnějších anorganických kyselin

Halogenkyseliny

• krystalické, jedovaté látky, leptají pokožku
• halogenací
• čím blíže je atom halogenu ke karboxylové skupině, tím je kyselina silnější
• čím vyšší je počet atomů halogenů v molekule, tím je kyselina silnější
• kyselina chloroctová: leptavé účinky, organická syntéza
• kyselina trochloroctová: k nejsilnějším kyselinám, hubení plevele

Neutralizace kyselin obsahujících halogen

• příprava halogenů – neutralizací
• reakce kyselin se zásadami (především hydroxidy) se nazývá neutralizace
• je charakterizována vznikem molekul vody a příslušné soli
• reakce většinou probíhá v roztoku (někdy i v tavenině). Obecnou rovnici lze zapsat:
• H⁺ + OH^– > H₂O kde H⁺ představuje kyselinu a OH^– hydroxid.
• HCl + NaOH → NaCl + H₂O
• H₂SO₄ + Ca(OH)₂ → CaSO₄ + 2 H₂O