Międzyhalogenowe
W chemii związek międzyhalogenowy to cząsteczka , która zawiera dwa lub więcej różnych atomów halogenu ( fluoru , chloru , bromu , jodu lub astanu ) i nie zawiera atomów pierwiastków z żadnej innej grupy.
Większość znanych związków międzyhalogenowych jest binarna (złożona tylko z dwóch różnych elementów). Ich wzory to na ogół XYn , , gdzie n = 1, 3, 5 lub 7 a X jest mniej elektroujemnym z dwóch halogenów. Wartość n w interhalogenach jest zawsze nieparzysta z powodu nieparzystej wartościowości halogenów. Wszystkie są podatne na hydrolizę i jonizują, dając początek jonom polihalogenowym. Te utworzone z astatem mają bardzo krótki okres półtrwania, ponieważ astat jest silnie radioaktywny.
Nie są znane żadne związki międzyhalogenowe zawierające trzy lub więcej różnych halogenów, chociaż kilka książek twierdzi, że otrzymano IFCl 2 i IF 2 Cl , a badania teoretyczne wydają się wskazywać, że niektóre związki z serii BrClF
n są ledwo stabilne.
IF5 , takie jak BrF3 halogenującymi , i ICl , są dobrymi środkami . BrF 5 jest zbyt reaktywny, aby wytworzyć fluor. Poza tym monochlorek jodu ma kilka zastosowań, w tym pomoc w pomiarze nasycenia tłuszczów i olejów oraz jako katalizator niektórych reakcji . Szereg związków międzyhalogenowych, w tym IF 7 , stosuje się do tworzenia polihalogenków .
Podobne związki istnieją z różnymi pseudohalogenami , takimi jak azydki halogenowe ( FN 3 , ClN 3 , BrN 3 i IN 3 ) i halogenki cyjanu ( FCN , ClCN , BrCN i ICN ).
Rodzaje interhalogenów
| F | |||||
|---|---|---|---|---|---|
| Kl | |||||
| br | Br2 | ||||
| I | IBr | ||||
| Na | nieznany |
AtBr |
O 2 (?)
|
||
| F | Kl | br | I | Na |
Dwuatomowe interhalogeny
Interhalogeny postaci XY mają właściwości fizyczne pośrednie między właściwościami dwóch macierzystych halogenów. Wiązanie kowalencyjne między dwoma atomami ma charakter jonowy , mniej elektroujemny halogen X jest utleniony i ma częściowy ładunek dodatni. Wszystkie kombinacje fluoru, chloru, bromu i jodu, które mają wyżej wymieniony wzór ogólny, są znane, ale nie wszystkie są trwałe. Niektóre kombinacje astatyny z innymi halogenami nie są nawet znane, a te, które są znane, są wysoce niestabilne.
- Monofluorek chloru (ClF) jest najlżejszym związkiem międzyhalogenowym. ClF jest bezbarwnym gazem o normalnej temperaturze wrzenia -100 ° C.
- Monofluorek bromu (BrF) nie został otrzymany jako czysty związek — dysocjuje na trifluorek i wolny brom . Jest tworzony zgodnie z następującym równaniem:
- Br 2 (l) + F 2 (g) → 2 BrF (g)
Monofluorek bromu dysocjuje w następujący sposób:
- 3 BrF → Br 2 + BrF 3
- Monofluorek jodu (IF) jest niestabilny i rozkłada się w temperaturze 0 ° C, dysproporcjonalnie do jodu elementarnego i pentafluorku jodu .
- Monochlorek bromu (BrCl) jest żółto-brązowym gazem o temperaturze wrzenia 5°C.
- Monochlorek jodu (ICl) występuje w postaci czerwonych, przezroczystych kryształów, które topią się w temperaturze 27,2 °C, tworząc dławiącą brązowawą ciecz (podobną wyglądem i wagą do bromu ). Reaguje z HCl tworząc mocny kwas HICl 2 . Struktura krystaliczna monochlorku jodu składa się z pofałdowanych zygzakowatych łańcuchów, z silnymi interakcjami między łańcuchami.
- Monochlorek astatyny (AtCl) jest wytwarzany albo przez bezpośrednie połączenie astatyny w fazie gazowej z chlorem, albo przez sekwencyjne dodawanie astatyny i jonu dichromianowego do kwaśnego roztworu chlorku.
- Monobromek jodu (IBr) powstaje w wyniku bezpośredniego połączenia pierwiastków w celu utworzenia ciemnoczerwonej krystalicznej substancji stałej. Topi się w temperaturze 42 °C i wrze w temperaturze 116 °C, tworząc częściowo zdysocjowaną parę.
- Monobromek astatyny (AtBr) jest wytwarzany przez bezpośrednie połączenie astatyny z parami bromu lub wodnym roztworem monobromku jodu.
- Monojodek astatyny (AtI) jest wytwarzany przez bezpośrednie połączenie astatyny i jodu.
Nie odkryto jeszcze żadnych fluorków astatyny. Ich brak został przypuszczalnie przypisany ekstremalnej reaktywności takich związków, w tym reakcji początkowo utworzonego fluorku ze ściankami szklanego pojemnika, z wytworzeniem nielotnego produktu. Tak więc, chociaż uważa się, że synteza fluorku astatyny jest możliwa, może wymagać ciekłego rozpuszczalnika fluorowcofluorkowego, jak to już stosowano do charakteryzowania fluorków radonu.
Ponadto istnieją analogiczne cząsteczki obejmujące pseudohalogeny , takie jak halogenki cyjanu .
Tetratomowe interhalogeny
- Trifluorek chloru (ClF 3 ) jest bezbarwnym gazem, który skrapla się do zielonej cieczy i zamarza do białego ciała stałego. Powstaje w wyniku reakcji chloru z nadmiarem fluoru w temperaturze 250°C w niklowej rurce. Reaguje gwałtowniej niż fluor, często wybuchowo. Cząsteczka jest płaska i litery T. Służy do produkcji sześciofluorku uranu .
- Trifluorek bromu (BrF 3 ) jest żółto-zieloną cieczą przewodzącą prąd elektryczny — ulega samojonizacji, tworząc [BrF 2 ] + i [BrF 4 ] − . Reaguje z wieloma metalami i tlenkami metali, tworząc podobne zjonizowane jednostki; z innymi metalami tworzy fluorek metalu oraz wolny brom i tlen ; az wodą tworzy kwas fluorowodorowy i kwas bromowodorowy. Jest stosowany w chemii organicznej jako środek fluorujący. Ma taki sam kształt cząsteczki jak trifluorek chloru.
- Trójfluorek jodu (IF 3 ) jest żółtym ciałem stałym, które rozkłada się w temperaturze powyżej -28 °C. Można go syntetyzować z pierwiastków, ale należy zachować ostrożność, aby uniknąć tworzenia się IF 5 . F 2 atakuje I 2 dając IF 3 w -45 ° C w CCl 3 F . Alternatywnie, w niskich temperaturach, reakcja fluorowania
- może być użyte. Niewiele wiadomo o trifluorku jodu, ponieważ jest on tak niestabilny.
-
Trójchlorek jodu (ICl 3 ) tworzy cytrynowożółte kryształy, które topią się pod ciśnieniem do brązowej cieczy. Może być wykonany z pierwiastków w niskiej temperaturze lub z pięciotlenku jodu i chlorowodoru. Reaguje z wieloma chlorkami metali, tworząc tetrachlorojodki ( ICl
- 4 ) i hydrolizuje w wodzie. Cząsteczka jest planarnym dimerem (ICl 3 ) 2 , w którym każdy atom jodu otoczony jest czterema atomami chloru. - Trójbromek jodu (IBr 3 ) jest ciemnobrązową cieczą.
Heksatomowe interhalogeny
Wszystkie stabilne heksatomowe i ośmioatomowe interhalogeny zawierają cięższy halogen połączony z pięcioma lub siedmioma atomami fluoru. W przeciwieństwie do innych halogenów, atomy fluoru mają wysoką elektroujemność i mały rozmiar, który jest w stanie je stabilizować.
- Pentafluorek chloru (ClF 5 ) jest bezbarwnym gazem, który powstaje w wyniku reakcji trifluorku chloru z fluorem w wysokich temperaturach i pod wysokim ciśnieniem. Reaguje gwałtownie z wodą oraz większością metali i niemetali .
- Pięciofluorek bromu (BrF 5 ) jest bezbarwną, dymiącą cieczą powstałą w wyniku reakcji trifluorku bromu z fluorem w temperaturze 200 °C. Jest fizycznie stabilny, ale rozkłada się gwałtownie w kontakcie z wodą, substancjami organicznymi oraz większością metali i niemetali .
- Pentafluorek jodu (IF 5 ) jest bezbarwną cieczą powstałą w reakcji pięciotlenku jodu z fluorem lub jodu z fluorkiem srebra(II) . Jest wysoce reaktywny, nawet powoli ze szkłem. Reaguje z wodą, tworząc kwas fluorowodorowy , a z gazowym fluorem, tworząc heptafluorek jodu . Cząsteczka ma postać czworokątnej piramidy .
Ośmioatomowe interhalogeny
- Siedmiofluorek jodu (IF 7 ) jest bezbarwnym gazem i silnym środkiem fluorującym. Powstaje w wyniku reakcji pentafluorku jodu z gazowym fluorem. Cząsteczka jest pięciokątną bipiramidą . Związek ten jest jedynym znanym związkiem międzyhalogenowym, w którym większy atom zawiera siedem mniejszych atomów.
- Wszelkie próby syntezy heptafluorku bromu lub chloru zakończyły się niepowodzeniem; zamiast tego pięciofluorek bromu lub pięciofluorek chloru wraz z gazowym fluorem.
Nieruchomości
Zazwyczaj wiązania międzyhalogenowe są bardziej reaktywne niż dwuatomowe wiązania halogenowe — ponieważ wiązania międzyhalogenowe są słabsze niż dwuatomowe wiązania halogenowe, z wyjątkiem F 2 . Jeśli interhalogeny są wystawione na działanie wody, przekształcają się w halogenkowe i tlenohalogenkowe . W przypadku BrF5 ta reakcja może być wybuchowa . Jeśli interhalogeny są wystawione na działanie dwutlenku krzemu lub metalu tlenki, następnie odpowiednio krzem lub metal wiążą się z jednym z rodzajów halogenów, pozostawiając wolne dwuatomowe halogeny i dwuatomowy tlen. Większość interhalogenów to fluorowce halogenowe, a wszystkie pozostałe z wyjątkiem trzech (IBr, AtBr i AtI) to chlorki halogenowe. Chlor i brom mogą wiązać się z pięcioma atomami fluoru, a jod z siedmioma. AX i AX 3 mogą tworzyć się między dwoma halogenami, których elektroujemności są stosunkowo blisko siebie. Gdy interhalogeny są wystawione na działanie metali, reagują, tworząc halogenki metali składowych halogenów. Siła utleniania interhalogenu wzrasta wraz z liczbą halogenów przyłączonych do centralnego atomu interhalogenu, a także wraz ze zmniejszaniem się rozmiaru centralnego atomu związku. Interhalogeny zawierające fluor są bardziej lotne niż interhalogeny zawierające cięższe halogeny.
Interhalogeny z jednym lub trzema halogenami związanymi z centralnym atomem są utworzone przez dwa pierwiastki, których elektroujemności nie są daleko od siebie. Interhalogeny z pięcioma lub siedmioma halogenami związanymi z centralnym atomem są utworzone przez dwa pierwiastki, których rozmiary są bardzo różne. Liczba mniejszych halogenów, które mogą związać się z dużym centralnym halogenem, zależy od stosunku promienia atomowego większego halogenu do promienia atomowego mniejszego halogenu. Wiele związków międzyhalogenowych, takich jak IF 7 , reaguje ze wszystkimi metalami z wyjątkiem tych z grupy platynowców . IF 7 , w przeciwieństwie do interhalogenów w XY 5 , nie reaguje z fluorkami metali alkalicznych .
ClF 3 jest najbardziej reaktywnym z interhalogenów XY 3 . ICl3 jest najmniej reaktywny . BrF 3 ma najwyższą stabilność termiczną z interhalogenów z czterema atomami. ICl 3 ma najniższy. Trifluorek chloru ma temperaturę wrzenia -12 ° C. Trójfluorek bromu ma temperaturę wrzenia 127°C i jest cieczą w temperaturze pokojowej . Trójchlorek jodu topi się w temperaturze 101 ° C.
Większość związków międzyhalogenowych to gazy kowalencyjne . Niektóre interhalogeny, zwłaszcza zawierające brom, są cieczami , a większość interhalogenów zawierających jod to ciała stałe. Większość interhalogenów składających się z lżejszych halogenów jest dość bezbarwna, ale interhalogeny zawierające cięższe halogeny mają głębszy kolor ze względu na ich wyższą masę cząsteczkową . Pod tym względem interhalogeny są podobne do halogenów. Im większa różnica między elektroujemnościami dwóch halogenów w interhalogenie, tym wyższa temperatura wrzenia interhalogenu. Wszystkie interhalogeny są diamagnetyczne . Długość wiązania międzyhalogenów w serii XY wzrasta wraz z rozmiarem składowych halogenów. Na przykład ClF ma długość wiązania 1,628 Å , a IBr ma długość wiązania 2,47 Å.
Produkcja
Możliwe jest wytwarzanie większych związków międzyhalogenowych, takich jak ClF 3 , przez wystawienie mniejszych związków międzyhalogenowych, takich jak ClF, na działanie czystych dwuatomowych halogenów, takich jak F 2 . Ta metoda produkcji jest szczególnie przydatna do wytwarzania fluorowców . W temperaturach od 250 do 300 ° C ten rodzaj metody produkcji może również przekształcać większe interhalogeny w mniejsze. Możliwe jest również wytwarzanie interhalogenów poprzez łączenie dwóch czystych halogenów w różnych warunkach. Ta metoda może wygenerować dowolny zapis międzyhalogenowy dla IF 7 .
Mniejsze interhalogeny, takie jak ClF, mogą powstawać w bezpośredniej reakcji z czystymi halogenami. Na przykład F 2 reaguje z Cl 2 w temperaturze 250 °C, tworząc dwie cząsteczki ClF. Br 2 reaguje z dwuatomowym fluorem w ten sam sposób, ale w temperaturze 60°C. I 2 reaguje z dwuatomowym fluorem już w temperaturze 35°C. Zarówno ClF, jak i BrF mogą być wytwarzane w reakcji większego interhalogenu, takiego jak ClF 3 lub BrF 3 , i dwuatomowej cząsteczki pierwiastka znajdującego się niżej w układzie okresowym . Wśród heksatomowych interhalogenów IF 5 ma wyższy temperatura wrzenia (97 ° C) niż BrF 5 (40,5 ° C), chociaż oba związki są cieczami w temperaturze pokojowej . Międzyhalogenowy IF 7 można wytworzyć w reakcji jodku palladu z fluorem.
Zobacz też
Notatki
Bibliografia
- Greenwood, Norman N .; Earnshaw, Alan (1997). Chemia pierwiastków (wyd. 2). Butterwortha-Heinemanna . ISBN 978-0-08-037941-8 .
- Kugler, Wielka Brytania; Keller, C. (1985). „At, Astatine”, system nr. 8a . Podręcznik Gmelin chemii nieorganicznej i metaloorganicznej . Tom. 8 (wyd. 8). Springer-Verlag. ISBN 3-540-93516-9 .
- Zuckerman, JJ; Hagen, AP (1989). Reakcje i metody nieorganiczne, tworzenie wiązań z halogenami . John Wiley & Synowie . ISBN 978-0-471-18656-4 .
Linki zewnętrzne
| Kontrola władz : Biblioteki narodowe |
|---|
