Галоген
-
История галогенов
- Фтор был открыт в 1860 году, хлор в 1774 году, бром в 1820-х годах, йод в 1811 году.
- Астат был открыт в 1940 году, теннессин в 2010 году.
-
Этимология
- Название «галоген» предложил Иоганн Швайггер в 1811 году.
- Название «фтор» происходит от латинского «fluere», «хлор» от греческого «chloros», «бром» от греческого «bromos», «йод» от греческого «iodes», «астат» от греческого «astatos», «теннессин» от американского штата Теннесси.
-
Химические свойства
- Галогены являются неметаллами, фтор наиболее химически активный.
- Галогены обладают высокой реакционной способностью и токсичностью.
- Фтор образует прочные связи с углеродом, тефлон устойчив к термическим и химическим воздействиям.
-
Молекулы и соединения
- Галогены образуют гомоядерные двухатомные молекулы.
- Все галогены вступают в реакцию с водородом, образуя галогениды водорода.
- Галогениды водорода являются кислотами, фтористый водород образует водородные связи.
-
Галогениды металлов
- Галогены реагируют с натрием, образуя фторид натрия, хлорид натрия, бромид натрия, йодид натрия и астатид натрия.
- Железо реагирует с фтором, хлором и бромом, образуя галогениды железа(III).
-
Реакции железа с галогенами
- Железо реагирует с йодом, образуя йодид железа(II)
- Железная вата реагирует с фтором, образуя фторид железа(III)
- Хлор реагирует с нагретым утюгом, образуя хлорид железа(III)
- Бром реагирует с железом, образуя бромид железа(III)
-
Межгалогеновые соединения
- Межгалогеновые соединения содержат не более двух различных галогенов
- Крупные интергалогены могут быть получены из чистых галогенов
- Межгалогены более реакционноспособны, чем двухатомные молекулы галогенов
-
Галогенорганические соединения
- Хлор и йод необходимы для организма
- Органогалогены синтезируются с помощью реакции нуклеофильной абстракции
-
Полигалогенированные соединения
- Полигалогенированные соединения токсичны и биоаккумулируются
- Примеры: ПХД, ПБДЭ, ПФУ
-
Реакции с водой
- Фтор реагирует с водой, образуя кислород и фтористый водород
- Хлор растворяется в воде, образуя соляную кислоту и хлорноватистую кислоту
- Бром медленно реагирует с водой, образуя бромистый водород и бромистую кислоту
- Йод минимально растворим в воде и не вступает в реакцию
-
Физические и атомные свойства
- Фтор имеет один стабильный изотоп, хлор — два, бром — два, йод — один
- Астат и теннессин не имеют стабильных изотопов
-
Производство
- Фтор получают из плавиковой кислоты
- Хлор получают из галита и карналлита
- Бром получают электролизом или пропусканием хлора через морскую воду
- Йод получают из нитратных руд или природного газа
- Астат получают бомбардировкой висмута альфа-частицами
- Теннессин получают из берклия-249 и кальция-48
-
Приложения
- Дезинфицирующие средства: хлор и бром используются для стерилизации и отбеливания
- Освещение: галогенные лампы имеют более высокую температуру и белый цвет
- Компоненты лекарственных средств: галогены улучшают проникновение через липидные мембраны
- Биологическая роль: анионы фтора содержатся в организме в малых количествах
-
Содержание фтора в организме человека
- В тканях человека содержится около 50 частей фтора на миллиард
- Типичный 70-килограммовый человек содержит от 3 до 6 граммов фтора
-
Роль хлорида в организме
- Анионы хлорида необходимы для многих биологических видов, включая человека
- Концентрация хлора в сухом весе зерновых составляет от 10 до 20 частей на миллион
- В крови человека содержится в среднем 0,3% хлора
- Человеческие кости обычно содержат 900 частей хлора на миллион
- Ткани человека содержат примерно 0,2-0,5% хлора
- В организме обычного 70-килограммового человека содержится в общей сложности 95 граммов хлора
-
Роль брома в организме
- Некоторое количество брома в виде аниона бромида присутствует во всех организмах
- Биологическая роль брома в организме человека не доказана
- Люди обычно потребляют от 1 до 20 миллиграммов брома в день
- Обычно содержание брома в крови человека составляет 5 частей на миллион
- Типичный 70-килограммовый человек содержит 260 миллиграммов брома
-
Роль йода в организме
- Обычно люди потребляют менее 100 микрограммов йода в день
- Дефицит йода может привести к умственной отсталости
- Йодоорганические соединения содержатся у человека в щитовидной железе, желудке, эпидермисе и иммунной системе
- К продуктам, содержащим йод, относятся треска, устрицы, креветки, сельдь, омары, семена подсолнечника, морские водоросли и грибы
- Обычно в крови человека содержится 0,06 миллиграмма йода на литр
- Типичный 70-килограммовый человек содержит от 10 до 20 миллиграммов йода
-
Астат и его токсичность
- Астат, хотя и является очень редким веществом, был обнаружен в земле в микрограммах
- Его биологическая роль неизвестна из-за его высокой радиоактивности и периода полураспада
- Теннесси создан исключительно человеком и не играет никакой другой роли в природе
-
Токсичность галогенов
- Галогены имеют тенденцию к снижению токсичности по отношению к более тяжелым галогенам
- Газообразный фтор чрезвычайно токсичен, вдыхание фтора в концентрации 25 частей на миллион потенциально смертельно
- Плавиковая кислота также токсична, способна проникать в кожу и вызывать ожоги
- Фтор может быть смертельным в количестве от 5 до 10 граммов
- Длительное потребление фтора в концентрациях, превышающих 1,5 мг/л, связано с риском развития флюороза зубов
- Вдыхание хлора в концентрации 3 частей на миллион может быстро вызвать токсическую реакцию
- Вдыхание хлора в концентрации 50 частей на миллион очень опасно
- Вдыхание хлора в концентрации 500 частей на миллион в течение нескольких минут смертельно
- Чистый бром несколько токсичен, сто миллиграммов брома смертельны
- Анионы бромида также токсичны, смертельная доза бромида составляет 30 граммов
- Йод несколько токсичен, способен раздражать легкие и глаза, допустимый предел составляет 1 миллиграмм на кубический метр
- При пероральном приеме 3 грамма йода могут привести к летальному исходу
- Анионы йода в основном нетоксичны, но при попадании в организм в больших количествах могут быть смертельными
- Астатин радиоактивен и очень опасен, но его токсичность не имеет большого значения для среднестатистического человека
- Теннессин не поддается химическому исследованию из-за его малого периода полураспада, но его радиоактивность делает его очень опасным
-
Супергалоген
- Некоторые алюминиевые кластеры обладают суператомными свойствами
- Эти алюминиевые кластеры образуются в виде анионов в газообразном гелии и вступают в реакцию с газом, содержащим йод
- При масс-спектрометрическом анализе одним из основных продуктов реакции оказывается Al13I-
- Эти кластеры из 13 атомов алюминия с добавленным дополнительным электроном не вступают в реакцию с кислородом
- Дополнительный электрон находится в алюминиевом кластере в месте, противоположном атому йода
- Кластерный компонент в ионе Al13I- аналогичен иону йодида или иону бромида
- Ожидается, что связанный с ним кластер Al13I-2 будет вести себя химически аналогично трийодид-иону