HALOGENE: EIGENSCHAFTEN, STRUKTUREN UND VERWENDUNGEN - CHEMIE - 2025

Die Halogene sind keine metallischen Elemente der Gruppe VIIA oder 17 des Periodensystems. Sie haben Elektronegativitäten und hohe elektronische Affinitäten, die den ionischen Charakter ihrer Bindungen mit Metallen stark beeinflussen. Das Wort "Halogene" ist griechischen Ursprungs und bedeutet "Salzbildner".

Aber was sind diese Halogene? Fluor (F), Chlor (Cl), Brom (Br), Jod (I) und das radioaktive und kurzlebige Element Astatin (At). Sie sind so reaktiv, dass sie miteinander unter Bildung von zweiatomigen Molekülen reagieren: F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ und At ₂ . Diese Moleküle zeichnen sich durch ähnliche strukturelle Eigenschaften (lineare Moleküle) aus, wenn auch mit unterschiedlichen physikalischen Zuständen.

Quelle: Von W. Oelen über Wikimedia Commons

Im obigen Bild sind drei Halogene dargestellt. Von links nach rechts: Chlor, Brom und Jod. Weder Fluor noch Astatin können in Glasbehältern aufbewahrt werden, da letztere ihrer Korrosivität nicht widerstehen. Beachten Sie, wie sich die organoleptischen Eigenschaften von Halogenen ändern, wenn man ihre Gruppe zum Element Jod hinunterbewegt.

Fluor ist ein Gas mit gelblichen Farbtönen; Chlor auch, aber grünlich-gelb; Brom ist eine dunkelrote Flüssigkeit; Jod, ein schwarzer Feststoff mit violetten Obertönen; und Astat, ein dunkler, glänzender metallischer Feststoff.

Halogene können mit fast allen Elementen des Periodensystems reagieren, auch mit einigen Edelgasen (wie Xenon und Krypton). Wenn sie dies tun, können sie Atome zu ihren positivsten Oxidationsstufen oxidieren und sie in starke Oxidationsmittel verwandeln.

Sie verleihen Molekülen auch spezifische Eigenschaften, wenn sie einige ihrer Atome binden oder ersetzen. Diese Arten von Verbindungen werden Halogenide genannt. In der Tat sind Halogenide die natürliche Hauptquelle für Halogene, und viele von ihnen sind im Meer gelöst oder Teil eines Minerals. Dies ist der Fall bei Fluorit (CaF ₂ ).

Sowohl Halogene als auch Halogenide haben ein breites Anwendungsspektrum; von industriell oder technologisch bis hin zur einfachen Hervorhebung des Geschmacks bestimmter Lebensmittel wie Steinsalz (Natriumchlorid).

Physikalische und chemische Eigenschaften

Atomgewichte

Fluor (F) 18,99 g / mol; Chlor (Cl) 35,45 g / mol; Brom (Br) 79,90 g / mol; Iod (I) 126,9 g / mol und Astat (At) 210 g / mol,

Körperlicher Status

Gasphase; Cl-Gas; Flüssiges br; Ich fest und fest.

Farbe

F, hellgelbbraun; Cl, hellgrün; Br, rotbraun; Ich, violett und At, metallisch schwarz * * (angenommen)

Schmelzpunkte

F -219,6 ° C; Cl-101,5ºC; Br -7,3 ° C; I 113,7 ° C und bei 302 ° C.

Siedepunkte

F -118,12ºC; Cl -34,04 ° C; Br 58,8 ° C; I 184,3 ° C und bei 337 ° C.

Dichte bei 25 ° C.

F - 0,0017 g / cm ³ ; Cl-0,0032 g / cm ³ ; Br-3,102 g / cm ³ ; I-4,93 g / cm ³ und At-6,2-6,5 g / cm ³

Wasserlöslichkeit

Cl-0,091 mmol / cm ³ ; Br-0,21 mmol / cm ³ und I-0,0013 mmol / cm ³ .

Ionisationsenergie

F-1.681 kJ / mol; Cl-1,251 kJ / mol; Br-1.140 kJ / mol; I-1,008 kJ / mol und At-890 kJ / mol.

Elektronegativität

F-4,0; Cl-3,0; Br-2,8; I-2.5 und At-2.2.

Halogene haben 7 Elektronen in ihrer Valenzschale, daher ihre große Bereitschaft, ein Elektron zu gewinnen. Halogene weisen aufgrund ihrer kleinen Atomradien und der großen Anziehungskraft, die der Kern auf Valenzelektronen ausübt, eine hohe Elektronegativität auf.

Reaktivität

Halogene sind hochreaktiv, was ihre Toxizität erklären würde. Darüber hinaus sind sie Oxidationsmittel.

Die abnehmende Reihenfolge der Reaktivität ist: F> Cl> Br> I> At.

Staat in der Natur

Halogenatome sind aufgrund ihrer hohen Reaktivität nicht frei; Vielmehr bilden sie Aggregate oder zwei zweiatomige Moleküle, die durch kovalente Bindungen verbunden sind.

Molekülstrukturen

Halogene existieren in der Natur nicht als Elementaratome, sondern als zweiatomige Moleküle. Allen ist jedoch gemeinsam, dass sie eine lineare Molekülstruktur haben, und der einzige Unterschied liegt in der Länge ihrer Bindungen und ihren intermolekularen Wechselwirkungen.

Die linearen Moleküle XX (X ₂ ) zeichnen sich durch Instabilität aus, da beide Atome das Elektronenpaar stark anziehen. Warum? Weil seine äußeren Elektronen eine sehr hohe effektive Kernladung erfahren, Zef. Je höher Zef, desto kleiner ist der Abstand der Verbindung XX.

Wenn man sich in der Gruppe nach unten bewegt, wird Zef schwächer und die Stabilität dieser Moleküle nimmt zu. Somit ist die abnehmende Reihenfolge der Reaktivität: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂ . Es ist jedoch unpassend, Astatin mit Fluor zu vergleichen, da ausreichend stabile Isotope aufgrund ihrer Radioaktivität unbekannt sind.

Intermolekulare Wechselwirkungen

Andererseits fehlt seinen Molekülen ein Dipolmoment, da sie unpolar sind. Diese Tatsache ist verantwortlich für ihre schwachen intermolekularen Wechselwirkungen, deren einzige latente Kraft die Streu- oder Londoner Kraft ist, die proportional zur Atommasse und zum molekularen Bereich ist.

Auf diese Weise hat das kleine Molekül von F ₂ nicht genügend Masse oder Elektronen, um einen Feststoff zu bilden. Im Gegensatz zu I ₂ ist das Jodmolekül ein Feststoff, der violette Dämpfe abgibt.

Brom stellt ein Zwischenbeispiel zwischen den beiden Extremen dar: Br ₂ -Moleküle interagieren genug, um in flüssigem Zustand zu erscheinen.

Das Astatin erscheint wahrscheinlich aufgrund seines zunehmenden metallischen Charakters nicht als At _2, sondern als At-Atome, die metallische Bindungen bilden.

In Bezug auf seine Farben (gelb-grünlich-gelb-rot-lila-schwarz) basiert die am besten geeignete Erklärung auf der Molekülorbitaltheorie (TOM). Der energetische Abstand zwischen dem letzten vollständigen Molekülorbital und dem nächsten mit der höchsten Energie (Anti-Bindung) wird durch Absorption eines Photons mit zunehmenden Wellenlängen überwunden.

Halogenide

Halogene reagieren unter Bildung von Halogeniden, entweder anorganisch oder organisch. Am bekanntesten sind die Halogenwasserstoffe: Fluorwasserstoff (HF), Chlorwasserstoff (HCl), Bromwasserstoff (HBr) und Iodwasserstoff (HI).

Alle in Wasser gelösten erzeugen saure Lösungen; so sauer, dass HF jeden Glasbehälter zersetzen kann. Darüber hinaus gelten sie als Ausgangsmaterialien für die Synthese extrem starker Säuren.

Es gibt auch sogenannte Metallhalogenide mit chemischen Formeln, die von der Wertigkeit des Metalls abhängen. Beispielsweise haben die Alkalimetallhalogenide die Formel MX und unter diesen sind: NaCl, Natriumchlorid; KBr, Kaliumbromid; CsF, Cäsiumfluorid; und LiI, Lithiumiodid.

Die Halogenide der Erdalkalimetalle, Übergangsmetalle oder Metalle des p-Blocks haben die Formel MX _n , wobei n die positive Ladung des Metalls ist. So sind einige Beispiele von ihnen: FeCl ₃ , Eisen (III) -trichlorid ; MgBr ₂ , Magnesiumbromid; AlF ₃ , Aluminiumtrifluorid; und CuI ₂ , Kupferiodid.

Halogene können jedoch auch Bindungen mit Kohlenstoffatomen eingehen; Daher können sie in die komplexe Welt der organischen Chemie und Biochemie eindringen. Diese Verbindungen werden als organische Halogenide bezeichnet und haben die allgemeine chemische Formel RX, wobei X eines der Halogene ist.

Anwendungen

Chlor

In der Industrie

-Brom und Chlor werden in der Textilindustrie zum Bleichen und Behandeln von Wolle verwendet, um deren Schrumpfung im nassen Zustand zu vermeiden.

-Es wird als Desinfektionsmittel für Ditritus und zur Reinigung von Trinkwasser und Schwimmbädern verwendet. Darüber hinaus werden aus Chlor gewonnene Verbindungen in Wäschereien und in der Papierindustrie eingesetzt.

-Es findet Verwendung bei der Herstellung von Spezialbatterien und chlorierten Kohlenwasserstoffen. Es wird auch bei der Verarbeitung von Fleisch, Gemüse, Fisch und Obst verwendet. Chlor wirkt auch als bakterizides Mittel.

-Es wird verwendet, um Leder zu reinigen und zu detanifizieren und Cellulose zu bleichen. Stickstoff-Trichlorid wurde früher als Mehlbleichmittel und Conditioner verwendet.

-Phosphengas (COCl ₂ ) wird in zahlreichen industriellen Syntheseverfahren sowie bei der Herstellung von Militärgasen eingesetzt. Phosphen ist sehr giftig und für zahlreiche Todesfälle im Ersten Weltkrieg verantwortlich, in dem das Gas verwendet wurde.

-Dieses Gas ist auch in Insektiziden und Begasungsmitteln enthalten.

-NaCl ist ein sehr reichlich vorhandenes Salz, das zum Würzen von Lebensmitteln und zur Erhaltung von Vieh und Geflügel verwendet wird. Darüber hinaus wird es sowohl oral als auch intravenös in Körperhydratationsflüssigkeiten verwendet.

In Behandlung

-Die Halogenatome, die an Medikamente binden, machen sie lipophiler. Dies ermöglicht es Arzneimitteln, Zellmembranen leichter zu durchqueren und sich in den Lipiden aufzulösen, aus denen sie bestehen.

-Chlor diffundiert über Ionenkanäle, die mit Rezeptoren für den Neurotransmitter GABA verbunden sind, in die Neuronen des Zentralnervensystems und erzeugt so eine beruhigende Wirkung. Dies ist der Wirkmechanismus mehrerer Anxiolytika.

-HCl ist im Magen vorhanden, wo es eingreift, indem es eine reduzierende Umgebung schafft, die die Lebensmittelverarbeitung begünstigt. Darüber hinaus aktiviert HCl Pepsin, ein Enzym, das die Hydrolyse von Proteinen initiiert, ein Stadium vor der intestinalen Absorption des Proteinmaterials.

Andere

-Hydrochlorsäure (HCl) wird zur Reinigung von Badezimmern, in Lehr- und Forschungslabors und in vielen Branchen eingesetzt.

-PVC (Polyvinylchlorid) ist ein Vinylchloridpolymer, das in Kleidung, Bodenfliesen, Elektrokabeln, flexiblen Rohren, Rohren, aufblasbaren Strukturen und Dachziegeln verwendet wird. Darüber hinaus wird Chlor als Zwischenprodukt bei der Herstellung anderer Kunststoffe verwendet.

-Chlor wird zur Extraktion von Brom verwendet.

-Methylchlorid hat eine anästhetische Funktion. Es wird auch zur Herstellung bestimmter Silikonpolymere und zur Extraktion von Fetten, Ölen und Harzen verwendet.

-Chloroform (CHCl ₃ ) ist ein Lösungsmittel, das in vielen Labors verwendet wird, insbesondere in Labors für organische Chemie und Biochemie, von der Lehre bis zur Forschung.

-Und schließlich in Bezug auf Chlor wird Trichlorethylen verwendet, um Metallteile zu entfetten.

Brom

-Bromin wird im Goldabbau und beim Bohren von Öl- und Gasbohrungen eingesetzt. Es wird als Flammschutzmittel in der Kunststoff- und Gasindustrie eingesetzt. Das Brom isoliert das Feuer vom Sauerstoff, wodurch es erlischt.

-Es ist ein Vermittler bei der Herstellung von Hydraulikflüssigkeiten, Kühl- und Entfeuchtungsmitteln und Präparaten zur Haarformung. Kaliumbromid wird zur Herstellung von Fotoplatten und -papieren verwendet.

-Kaliumbromid wird auch als Antikonvulsivum verwendet, aber aufgrund der Möglichkeit, dass Salz neurologische Funktionsstörungen verursachen kann, wurde seine Verwendung reduziert. Eine weitere häufige Verwendung ist die Verwendung eines Chips zur Messung fester Proben aus der Infrarotspektroskopie.

-Brominverbindungen sind in Arzneimitteln zur Behandlung von Lungenentzündung enthalten. Darüber hinaus werden Bromverbindungen in Arzneimittel eingearbeitet, die in Studien zur Behandlung der Alzheimer-Krankheit verwendet werden.

-Bromin wird verwendet, um die Quecksilberverschmutzung in Kraftwerken zu reduzieren, die Kohle als Brennstoff verwenden. Es wird auch in der Textilindustrie verwendet, um verschiedene Farbstoffe herzustellen.

-Methylbrom wurde als Pestizid für die Boden- und Haushaltsbegasung verwendet, aber seine schädliche Wirkung auf Ozon hat seine Verwendung eingeschränkt.

-Halogenlampen sind Glühlampen und die Zugabe kleiner Mengen Brom und Jod ermöglicht eine Verringerung der Größe der Glühbirnen.

Jod

-Iod ist an der Funktion der Schilddrüse beteiligt, einem regulatorischen Hormon des Stoffwechsels des Körpers. Die Schilddrüse sezerniert die Hormone T3 und T4, die auf ihre Zielorgane wirken. Zum Beispiel bewirkt die hormonelle Wirkung auf den Herzmuskel einen Anstieg des Blutdrucks und der Herzfrequenz.

-Auch wird Jod verwendet, um das Vorhandensein von Stärke zu identifizieren. Silberiodid ist ein Reagenz, das bei der Entwicklung von Fotografien verwendet wird.

Fluor

- Zahnpasten werden einige Fluoridverbindungen zugesetzt, um Hohlräume zu vermeiden. Derivate von Fluorid sind in verschiedenen Anästhetika vorhanden. In der pharmazeutischen Industrie wird Fluorid in Arzneimittel eingearbeitet, um mögliche Verbesserungen seiner Auswirkungen auf den Körper zu untersuchen.

-Hydrofluorsäure wird zum Ätzen von Glas verwendet. Auch bei der Herstellung von Halonen (Feuerlöschgasen wie Freon). Eine Fluorverbindung wird bei der Elektrolyse von Aluminium verwendet, um dessen Reinigung zu erreichen.

-Anti-reflektierende Beschichtungen enthalten eine Fluorverbindung. Dies wird bei der Herstellung von Plasmabildschirmen, Flachbildschirmen und mikroelektromechanischen Systemen verwendet. Fluor ist auch in dem in einigen Keramiken verwendeten Ton enthalten.

Astatus

Es wird angenommen, dass Astatin Jod bei der Regulierung der Funktion der Schilddrüse helfen kann. Auch sein radioaktives Isotop ( ²¹⁰ At) wurde in Krebsstudien an Mäusen verwendet.

Verweise

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