Zapisz jako PDF

Fluorowce
Właściwości fizyczne fluorowców
Masa Temperatura
Temperatura
stan
Elektroujemność
Fluorowiec atomowa topnienia
wrzenia [K] skupienia (wg. Paulinga)
[u]
[K]
Fluor
Chlor
Brom
Jod
Astat
19
35,5
80
127
210
53,53
171,6
265,8
396,85
575
85,03
239,11
332,0
457,4
610
gaz
gaz
ciecz
ciało stałe
ciało stałe
Powyższa tabela pochodzi po części z polskiej wikipedii.
Spis treści
1 Występowanie w przyrodzie
2 Właściwości fizyczne
3 Reakcje fluorowców z wodorem
4 Kwasy fluorowcowodorowe
5 Halogenki cząsteczkowe
6 Reakcje wymiany fluorowców
7 Kwasy tlenowe fluorowców
4,0
Konfiguracja
elektronowa
(podkreślono
elektrony
walencyjne)
Potencjał
jonizacji
(eV)
[He]2s22p5
17,42
2
5
3,0
[Ne]3s 3p
2,8
2
2,5
2,2
13,01
10
5
2
5
[Ar]4s 3d 4p
10
[Kr]4d 5s 5p
14
10
2
[Xe]4f 5d 6s 6p
11,84
10,44
5
-
Występowanie w przyrodzie
Fluorowce występują w przyrodzie wyłącznie w postaci związków Najważniejsze minerały
CaF2 — fluoryt
Ca5(PO4)3F — apatyt
Na3ALF6 — kriolit
NaCl — sól kamienna
KCl — sylwin
KClxMgCl2x6H2O — karnalit
Właściwości fizyczne
W warunkach normalnych fluor i brom są żółtozielonymi gazami, brom jest ciemnobrunatną,
lotną cieczą, a jod ciałem stałym o metalicznym połysku. Astat nie występuje w przyrodzie, jest
pierwiastkiem promieniotwórczym o krótkim czasie półtrwania.
Chlor i brom rozpuszczają się w wodzie tworząc bezbarwną wodę chlorową Cl2(aq) i brunatną
wodę bromową Br2(aq). Niezależnie od fizycznego procesu rozpuszczania zachodzą reakcje
chemiczne fluorowców z wodą.
Fluor gwałtownie rozkłada wodę:
2F2 + 2H2O → 4HF + O2
Chlor i brom reagują z wodą powoli i w roztworze ustala się równowaga:
X2 + H2O ↔ HX + HXO
Pod wpływem światła następuje powolny rozkład kwasów HXO z wydzieleniem tlenu
atomowego, który jest silnym utleniaczem:
HXO → HX + O
Dezynfekujące i wybielające właściwości wody chlorowej są związane z działaniem tlenu
atomowego.
Reakcje fluorowców z wodorem
Wszystkie fluorowce reagują bezpośrednio z wodorem tworząc wodorki typu HX.
Reakcja fluoru z wodorem jest gwałtowna i silnie egzotermiczna:
H2 + F2 → 2HF, ΔH0 = -538 kJ/mol.
Synteza HCl zachodzi po zainicjowaniu reakcji kwantem promieniowania:
H2 + Cl2 → 2HCl, ΔH0 = -538 kJ/mol.
Reakcja syntezy HBr przebiega powoli nawet pod wpływem działania promieniowania oraz w
podwyższonej temperaturze:
H2 + Br2 → 2HBr, ΔH0 = -72 kJ/mol.
Ogrzewanie par jodu z wodorem prowadzi do stanu równowagi:
H2 + J2 → 2HJ, ΔH0 = + 52 kJ/mol.
HF jest cieczą, pozostałe fluorowcowodory są gazami.
Kwasy fluorowcowodorowe
Fluorowcowodory ulegają dysocjacji w roztworach wodnych:
HX + H2O → X¯ + H3O+.
Wodne roztwory HCL, HBr i HJ są mocnymi kwasami, natomiast HF jest słabym kwasem. Moc
kwasów rośnie w szeregu
HCl < HBr < HJ,
ponieważ w miarę wzrostu liczby atomowej fluorowca rośnie promień atomowy, czyli zwiększa
się długość wiązania X-H, co ułatwia oddysocjowanie protonu.
Ciekłe fluorowcowodory nie przewodzą prądu elektrycznego (są związkami kowalencyjnymi).
Halogenki cząsteczkowe
Pierwiastki elektroujemne i metale na wyższych stopniach utlenienia tworzą z fluorowcami
halogenki cząsteczkowe, nazywane również kowalencyjnymi w odróżnieniu od jonowych
halogenków metali I i II grupy.
Ważną cechą strukturalną jest występowanie mostków halogenkowych pomiędzy dwoma
atomami metalu lub niemetalu (M-X-M). BF2 występuje w postaci długich łańcuchów -Be-F-FBe- z mostkami fluorkowymi zgiętymi, pentachlorki metali przejściowych tworzą dimery ze
zgiętymi mostkami M-Cl-M, natomiast pentafluorki tworzą cykliczne tetramery z liniowymi
mostkami M-F-M.
Halogenki kowalencyjne łatwo ulegają hydrolizie:
BCl3 + 3H2O → B(OH)3 + 3H+ + 3Cl¯
PBr3 + 3H2O → H3PO3 + 3H+ + 3Br¯
SiCl4 + 4H2O → Si(OH)4 + 4H+ + 4Cl¯
Reakcje wymiany fluorowców
Każdy fluorowiec X2 wypiera z roztworu inne fluorowce o niższym potencjale E (jest to reakcja
redoks):
Cl2 + 2KBr → Br2 + 2KCl
Br2 + 2KJ → J2 + 2KBr
Zdolność utleniania maleje w szeregu: F2>Cl2>Br2>J2
Reakcje wymiany fluorowca mają duże znaczenie w syntezie związków fluorowcoorganicznych.
Fluorowce trudno reagują z tlenem. Większość tlenków otrzymuje się w reakcjach pośrednich:
2NaClO3 + SO2 + H2SO4 → 2ClO2 + 2NaHSO4
2HJO3 → J2O5
Ważniejsze tlenki fluorowców:
Fluorowce (z wyjątkiem fluoru) tworzą 4 typy kwasów tlenowych, w których atom fluorowca
przyjmuje stopnie utlenienia +1, +3, +5, +7. Większość kwasów tlenowych istnieje tylko w
postaci rozcieńczonych roztworów, dla niektórych znane są tylko sole.
Kwasy tlenowe fluorowców
Kwasy halogenowe (I) HOX są bardzo słabymi kwasami, ale silnymi utleniaczami w środowisku
kwaśnym (X oznacza atom fluorowca).
Kwas halogenowy (III) HXO2 znany jest tylko dla chloru.
Kwas halogenowy (V) HXO3 tworzy chlor, brom i jod.
Kwas halogenowy (VII) HXO4 tworzy chlor i jod.
Moc kwasów tlenowych rośnie wraz ze wzrostem liczby atomów tlenu w cząsteczce:
HClO<HClO2<HClO3<HClO4
Moc kwasów maleje w miarę przechodzenia w dół grupy:
HClO>HBrO>HJO