Halogenidy

17. skupina (VII. A)
F, Cl, Br, I, At
Filip cloumal bradou indického ataše

Elektronová konfigurace valenční vrstvy

ns²np⁵
7 valenčních elektronů ⇒ nestabilní; stabilní je ns²np⁶

• přijmutí jednoho elektronu:
  X + 1e ⁻ → X ⁻ halogenidový anion (jodidový, bromidový, . . . )
  (X zde značí halogen)
  
• společný elektronový pár:
  

  Cl − Cl – oba chlóry mají oba jeden volný elektron, spojí se do Cl₂
  

Fyzikální vlastnosti

F₂ – žlutozelený plyn těžší než vzduch
Cl₂ – žlutozelený plyn těžší než vzduch
Br₂ – hnědočervená kapalina, která dýmá
I₂ – fialová nebo šedá pevná látka
jejich páry jsou toxické

Výskyt

jsou velmi reaktivní, v přírodě se vyskytují pouze ve sloučeninách
minerály:

• kazivec (fluorit – neplést s fluoridy, fluorit je jen tato jediná látka) – CaF₂
  
• kryolit – Na₃[AlF₆]
  
• halit (sůl kamenná) – NaCl
  

Cl ⁻ – v krvi
HCl – v žaludečních šťavách
Cl ⁻ , Br ⁻ , I ⁻ – v mořské vodě
jód – v hormonech štítné žlázy – thyroxin
CaF₂ – obsažen v zubech a kostech

Chemické vlastnosti

oxidační číslo: fluor – vždy −I, chlór, brom, jód – −I. . . V II
jsou to dvouatomové molekuly
vysoká elektronegativita ⇒ snadno přitahují elektrony ⇒ snadno jiné látce „seberou” elektron ⇒ látky se oxidují ⇒ jsou oxidační čínidla
směrem dolů se elektronegativita snižuje – F > Cl > Br > I

2K^IBr ^{− I} + Cl⁰₂ → 2K^ICl ^{− I} + Br⁰₂
2Br ^{− I} − 2e ⁻ → Br⁰₂ . . . oxidace
Cl⁰₂ + 2e ⁻ → 2Cl ^{− I} . . . redukce
tato rovnice je v pořádku
KCl + Br₂ → KBr + Cl₂ – obráceně to neproběhne, Cl má větší elektronegativitu než Br, tudíž přitahuje elektrony silněji, a „nehodlá se jich vzdát”
2Cl ^{− I} − 2e ⁻ → Cl⁰₂ . . . oxidace
Br⁰₂ + 2e ⁻ → 2Br ^{− I} . . . redukce

Halogen je schopen vytěsnit z halogenidu všechny halogeny, které jsou ve skupině pod ním

NaCl + I₂ → XX – chlór není pod jódem
2NaCl + F₂ → 2NaF + Cl₂

jsou dobře rozpustné v nepolárních rozpouštědlech, v polárních málo
nepolární rozpouštědla jsou nejčastěji organická rozpouštědla

Chemické reakce halogen

• halogen + kov, nekov → halogenidy
  
• halogen + vodík → halogenvodíky
  halogenvodíky jsou dobře rozpustné ve vodě, vzniká halogenvodíková kyselina
  

  Cl₂ + H₂ → 2HCl – plynný chlorovodík, vysoce rozpustný ve vodě, roztoku chlorovodíku se říká kyselina chlorovodíková
  HCl(g) – chlorovodík (plyn)
  HCl(roztok) – chlorovodíková kyselina (roztok)
  

• halogen + voda:
  
  • Cl₂ + H₂O → část se rozpustí, vzniká chlorová voda, část reaguje, vzniká HClO + HCl
    HClO je nestálá, rozpadá se: HClO → HCl + O, atomární kyslík dezinfikuje
    
  • Br₂ + H₂O → bromová voda
    
  • I₂ + H₂O – jód je ve vodě velmi špatně rozpustný, můžeme ale přidat KI:
    I₂ + H₂ + KI → Lugolův roztok – barvení preparátů, důkaz škrobu
    I₂ + ethanol (C₂H₅OH) → jodová tinktura – dezinfekce
    

Příprava chlóru

Laboratorní

oxidace HCl (oxidační činidlo – KMnO₄ nebo MnO₂):
H^ICl ^{− I} + K^IMn^{V II}O ^{− II}₄ → K^ICl ^{− I} + Mn^IICl ^{− I}₂ + Cl⁰₂ + H^I₂O ^{− II}
2Mn^{V II} + 10e ⁻ → 2Mn^II     redukce
10Cl ^{− I} − 10e ⁻ → 5Cl⁰₂     oxidace
16HCl + 2KMnO₄ → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂ + 8H₂O
4HCl + MnO₂ → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O

Průmyslová

základní surovinou je chlorid sodný

• elektrolýza taveniny NaCl
  NaCl se roztaví: NaCl → (t)   Na ⁺ + Cl ⁻
  elektrolýza: A(+) : Cl ⁻ − 2e ⁻ → Cl₂
  
• elektrolýza ☉NaCl
  solanka – téměř nasycený roztok NaCl
  2NaCl + 2H₂O (solanka) → 2NaOH + H₂ + Cl₂
  

Užití halogenů

• fluór
  Teflon (obchodní značka) – obsahuje fluór
  freony
  
• chlór
  dezinfekce vody
  výroba kyseliny chlorovodíkové
  výroba PVC (polyvinylchlorid)
  
• jód
  výroba jodové tinktury – ca 5% roztok I₂ v C₂H₅OH (ethanol)
  

Důkaz Cl ⁻ , Br ⁻ , I ⁻

máme tři stejně vypadající látky: ☉NaCl, ☉KBr, ☉NaI; která je která?
činidlo – dusičnan stříbrný – AgNO₃
Na^ICl ⁻ I + Ag^INO₃ ^{− I} → Na^INO₃ ^{− I} + Ag^ICl ^{− I} ↓ (bílá sraženina)
Na ⁺ + Cl ⁻ + Ag ⁺ + NO ⁻ ₃ → Na ⁺ + NO₃ ⁻ + AgCl ↓ – iontová rovnice
Cl ⁻ + Ag ⁺ → AgCl ↓ – základní iontová rovnice – vyjadřuje princip reakce, vyjadřuje, které ionty spolu reagují (vynechají se ty ionty, se kterými se nic neděje)
Cl ⁻ + Ag ⁺ → AgCl ↓ – bílá
Br ⁻ + Ag ⁺ → AgBr ↓ – žlutobílá
I ⁻ + Ag ⁺ → AgI ↓ – žlutá

Sloučeniny halogenů

Halogenvodíky

HF, HCl, HBr, HI

Struktura

kovalentní hydridy, polární
H^{δ +} − Cl^{δ −} – je parciální náboj, elektronový pár je posunutý k halogenu

Vlastnosti

plyny štiplavého zápachu
zdraví škodlivé, ve vyšší koncentraci toxické
ve vodě velmi dobře rozpustné – vznikají halogenvodíkové kyseliny o stejném vzorci (HF, HCl, HBr, HI) – rozdíl je v názvosloví (z flourovodíku vzniká kyselina fluorovodíková atd); kyseliny jsou silné
polarita – HF > HCl > HBr > HI
síla kyseliny – HF < HCl < HBr < HI

Kyselina fluorovodíková

HF(aq) (aq značí vodný roztok, kyselina fluorovodíková se pak nedá splést s fluorovodíkem)
leptá sklo – skladuje se v plastových nádobách
spíše slabá kyselina

Kyselina chlorovodíková

HCl(aq)
kyselina solná

Vlastnosti

silná kyselina
bezbarvá kapalina (ale pouze, když je čistá, technická je nažloutlá)
laboratorní příprava: 2NaCl + H₂SO → Na₂SO₄ + 2HCl
průmyslová výroba:

• výroba chlorovodíku: H₂ + Cl₂ → 2HCl(g) – silně exotermická (musí se chladit)
  rozpuštění chlorovodíku ve vodě: HCl(g) + H₂O − − − − − >HCl(aq)
  
• vzniká jako vedlejší produkt při chloraci organických látek
  

Užití

• laboratorní příprava chloru
  
• čištění plechu před letováním
  ZnO + 2HCl → ZnCl₂(ag) + H₂O
  
• odstranění vodního kamene
  CaCO₃ + HCl → (H₂CO₃ + CaCl₂) → CO₂ + H₂O + CaCl₂(aq) – vytěšnění soli slabé kyseliny (CaCO₃ – z H₂CO₃) silnější – vznik slabé kyseliny
  

Biologický význam

obsaženo v žaludečních šťávách (zředěná – 0, 3 – 0, 4%, žaludek je uzpůsoben)

Halogenidy

halogenid ̸= halogen – halogeny jsou prvky, halogenid je sloučenina halogenu a jiného prvku
halogeny mají v halogenidech vždy oxidační číslo −I
Definice – dvouprvkové sloučeniny halogenu a jiného prvku; jsou to soli odvozené od halogenvodíkových kyselin
rozdělení: iontové (NaCl = Na ⁺ Cl ⁻ ), molekulové (PCl₅), polymerní (CaCl₂

Fluorid vápenatý

CaF₂
také se mu říká kazivec (fluorit); nerozpustný ve vodě, obsažen v kostech a zubech

Fluorid sodný

NaF
prevence proti zubnímu kazu

Chlorid sodný

NaCl
tvoří halit, sůl kamennou, kuchyňskou sůl
nedostatek: křeče svalstva
nadbytek: vysoký krevní tlak ⇒ kardiovaskulární choroby (infarkt)
užití: dochucování pokrmů, konzervační prostředek, výroba chloru a sody
fyziologický roztok – uchovávání kontaktních čoček; roztok NaCl o určité koncentraci; je izotonický s lidskou krví

Kyslíkaté sloučeniny halogenů

Oxidy

jsou nestálé, za běžné teploty se většinou rozkládají

Oxokyseliny

známy většinou pouze ve vodných roztocích, jejich soli jsou krystalické

Kyselina chlorná

HClO
velmi slabá kyselina
snadno uvolňuje atomární kyslík
vzniká při zavádění chlóru do vody