Материал: 5 и 6 группы

Внимание! Если размещение файла нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам
background image

41 

 

Тригалогениды

 

применяются

 

для

 

получения

 

фосфористой

 

кислоты

фосфорорганических

 

соединений

красителей

лекарств

инсектицидов

 

и

 

отравляющих

 

веществ

PCl

3

, PBr

3

 

и

 PI

3

 

образуются

 

при

 

взаимодействии

 

белого

 

фосфора

 

с

 

недостатком

 

галогена

Р

4

 + 6

С

l

2

 = 4PCl

3

Трифторид

 

фосфора

 

получают

 

обменными

 

реакциями

PCl

3

 + 3HF

(

газ

)

 = PF

3

 + 3HCl

; 2PCl

3

 + 3ZnF

2

 = 2PF

3

+ 3ZnCl

2

Пентагалогениды

 

фосфора

: PF

5

 – 

газ

 (t

кип

.

 = –84,6 °

С

и

 

твердые

 

вещества

 – PCl

5

 (t

возг

= 159 °

С

и

 PBr

5

 (t

кип

.

 = 

= 106 °

С

). 

В

 

парах

 

молекулы

 PHal

5

 

имеют

 

форму

 

триго

-

нальной

 

бипирамиды

 (sp

3

d-

гибридизация

 

валентных

 

орби

-

талей

 

атома

 

фосфора

). 

Кристаллический

 PCl

5

 

построен

 

из

 

тетраэдриче

-

ских

 

ионов

 [P

С

l

4

]

+

 

и

 

октаэдрических

 

ионов

 [P

С

l

6

]

а

 

PBr

5

 

 

из

 

ионов

 [PBr

4

]

+

 

и

 Br

.  

Пары

 

пентагалогенидов

 

при

 

нагревании

 (t 

>

 300 °C) 

разлагаются

PCl

5

 

 PCl

3

 + Cl

2

что

 

позволяет

 

использовать

 PCl

5

 

в

 

качестве

 

хлорирующего

 

реагента

Как

 

типичные

 

галогенангидриды

 PCl

5

 

и

 PBr

5

 

разлагаются

 

водой

образуя

 

сна

-

чала

 

оксотригалогениды

 

фосфора

а

 

затем

 

ортофосфорную

 

кислоту

PCl

5

 + H

2

O = POCl

3

 + 2HCl,   POCl

3

 + 3H

2

O = H

3

PO

4

 + 3HCl. 

Оксотрихлорид

 

фосфора

 POCl

3

 – 

бесцветная

 

жидкость

 (t

кип

= 105 °

С

t

пл

.

= 1 °

С

), 

растворяет

 

неорганические

 

соли

например

, NaCl 

и

 NH

4

Cl, 

и

 

сама

 

хорошо

 

растворима

 

в

 

бензоле

хлороформе

сероуглероде

 

и

 

др

Применяется

 

для

 

получения

 

фосфорорганических

 

соединений

Будучи

 

координационно

-

ненасыщенными

 

соединениями

пентагалогениды

 

способны

 

образовывать

 

комплексные

 

соединения

PF

5

 + HF = H[PF

6

и

 PCl

5

 + HCl = H[PCl

6

]. 

H[PF

6

и

 H[PCl

6

являются

 

сильными

 

кислотами

их

 

соли

 Na[PF

6

и

 

Na[PCl

6

хорошо

 

растворимы

 

во

 

многих

 

органических

 

растворителях

 

и

 

химически

 

инертны

что

 

позволяет

 

использовать

 

эти

 

соединения

 

как

 

элек

-

тропроводящие

 

добавки

 

в

 

процессах

 

электролиза

 

в

 

неводных

 

растворах

.  

 

Соединения

 

мышьяка

сурьмы

 

и

 

висмута

 

с

 

галогенами

 

Мышьяк

сурьма

 

и

 

висмут

 (III) 

образуют

 

фториды

хлориды

бромиды

 

и

 

иодиды

а

 

из

 

соединений

 

висмута

 (V) 

получены

 

только

 

фториды

Галогени

-

ды

 

Э

Hal

3

 

и

 

Э

Hal

5

 

по

 

своей

 

природе

 

являются

 

галогенангидридами

но

 

отли

-

чаются

 

некоторыми

 

особенностями

 

в

 

реакциях

 

с

 

водой

Физические

 

свойст

-

ва

 

соединений

 

приведены

 

в

 

таблице

 4. 

В

 

газовой

 

фазе

 

молекулы

 

тригалоге

-

нидов

 

имеют

 

строение

 

тригональной

 

пирамиды

 (sp

3

-

гибридизация

 

орбита

-

лей

 

центрального

 

атома

рис

. 12). 

F

F

F

F

P

F

background image

42 

 

 

Рис

. 12. 

Строение

 

молекул

 

галогенидов

 

Э

F

3

 

и

 

Э

F

5

 

 

Пентагалогениды

 

в

 

газовой

 

фазе

 (a) 

состоят

 

из

 

молекул

 

Э

F

5

имею

-

щих

 

форму

 

тетрагональной

 

пирамиды

 (sp

3

d

2

-

гибридизация

), 

а

 

в

 

жидком

 

и

 

твёрдом

 

состояниях

 (b) – 

из

 

полимерных

 

молекул

 – 

цепочек

 

октаэдров

 

с

 

общими

 

вершинами

 

Таблица

 4  

Свойства

 

галогенидов

 

мышьяка

сурьмы

 

и

 

висмута

 

 

Вещество

 

Физическое

 

состояние

 

Растворимость

 

в

 

воде

 

Температура

 

плавления

, °

С

 

Температура

 

кипения

, °

С

 

AsF

бесцв

газ

 

растворим

 –78,9  –52,8 

AsCl

5

 

бесцв

жидкость

 

разлагается

 –40 

разл

SbF

бесцв

жидкость

 

растворим

 6  149,5 

SbCl

лим

.-

жёлт

жид

-

кость

 

растворим

 4,0  140 

SbI

коричн

твёрд

в

-

во

 

разлагается

 79 

разл

до

 130°

BiF

5

 

белые

 

кристаллы

 

гидролизуется

  550 

возгон

AsF

3

 

бесцв

жидкость

 

раств

., 

гидролиз

. –5,9 

57,8 

AsCl

3

 

бесцв

жидкость

 

растворим

 –16  130 

AsBr

бесцв

кристаллы

 

растворим

 31,2  221 

AsI

красн

кристаллы

 

растворим

 141  371 

SbF

бесцв

кристаллы

 

раств

и

 

гидролиз

. 291 

318 

SbCl

3

 

бесцв

кристаллы

 

988 

г

 

в

 100 

г

 

воды

 

при

 25 º

С

 

72,3 221 

SbBr

3

 

бесцв

кристаллы

 

раств

., 

гидролиз

. 97 

280 

SbI

красн

кристаллы

 

раств

., 

гидролиз

. 170 

400 

BiF

3

 

бесцв

кристаллы

 

плохо

 

раств

. 730 

 

BiCl

3

 

бесцв

кристаллы

 

гидролизуется

 232 

441 

BiBr

оранж

кристаллы

 

гидролизуется

 218 

461 

BiI

чёрн

кристаллы

 

малорастворим

 407  439 

возгон

 

Наличие

 

вакантных

 d-

орбиталей

 

у

 

центральных

 

атомов

 

делает

 

эти

 

вещества

 

сильнейшими

 

кислотами

 

Льюиса

поэтому

 

Э

Hal

3

 

и

 

Э

Hal

5

 

спо

-

собны

 

присоединять

 

молекулы

 

воды

 

и

 

галогенид

-

ионы

 

с

 

образованием

  

комплексных

 

соединений

background image

43 

 

SbCl

5

 + H

2

 [SbCl

5

(H

2

O)] 

 H

+

 + [SbCl

5

(OH)]

SbCl

5

 + HCl 

 H[SbCl

6

 H

+ [SbCl

6

]

SbCl

5

 + NaCl 

 Na[SbCl

6

 Na

+

 + [SbCl

6

]

AsCl

3

 + NaCl = Na[AsCl

4

], 

BiI

3

 + KI 

 K[BiI

4

]. 

Следует

 

отметить

что

 

растворением

 

в

 

плавиковой

 

кислоте

 SbF

5

 

можно

 

существенно

 

увеличить

 

е

кислотность

HF + SbF

5

 

 H

+

 + [SbF

6

]

Смесь

состоящая

 

из

 SbF

5

 

и

 

фторсульфоновой

 

кислоты

 HSO

3

F, 

назы

-

вается

 «

сверхкислотой

» 

и

 

по

 

кислотности

 

превосходит

 

серную

 

в

 10

12

 

раз

Сверхкислота

 

способна

 

протонировать

 

галогены

серу

 

и

 

даже

 

алканы

SbF

5

 + HSO

3

 H[SbF

5

(SO

3

F)], 

C(CH

3

)

4

 + H[SbF

5

(SO

3

F)] 

 [C(CH

3

)

3

]

+

[SbF

5

(SO

3

F)]

 + CH

4

При

 

взаимодействии

 

с

 

водой

 

галогенидов

 

мышьяка

 (III), 

образуются

 

кислоты

но

в

 

отличие

 

от

 PHal

3

гидролиз

 AsHal

3

 

обратим

AsCl

3

 + 3H

2

  H

3

AsO

3

 + 3HCl, 

и

 

из

 

крепких

 

солянокислых

 

растворов

 

при

 

кипячении

 

отгоняется

 AsCl

3

Тригалогениды

 

сурьмы

 

и

 

висмута

 

растворяются

 

в

 

небольшом

 

коли

-

честве

 

воды

при

 

этом

 

образуются

 

прозрачные

 

растворы

При

 

разбавлении

 

растворов

 SbCl

3

 

и

 BiCl

3

 

выделяются

 

белые

 

малорастворимые

 

вещества

 

 

оксохлориды

 SbOCl 

и

 BiOCl. 

По

-

видимому

их

 

образованию

 

предшеству

-

ет

 

целый

 

ряд

 

процессов

 

 

реакции

 

замещения

 

хлорид

-

ионов

 

на

 

воду

 (

ак

-

ватация

): 

[Sb(H

2

O)

3

Cl

3

] + H

2

 [Sb(H

2

O)

4

Cl

2

]

+

 + Cl

[Sb(H

2

O)

4

Cl

2

]

+

 + H

2

 [Sb(H

2

O)

5

Cl]

2+

 + Cl

 

и

 

кислотно

-

основные

 

взаимодействия

 

 

отщепление

 

протона

 

от

 

коорди

-

нированных

 

молекул

 

воды

 

с

 

образованием

 

гидроксокомплексов

[Sb(H

2

O)

5

Cl]

2+

 + H

2

 [Sb(H

2

O)

4

(OH)Cl]

+

 + H

3

O

+

[Sb(H

2

O)

4

(OH)Cl]

+

 + H

2

 [Sb(H

2

O)

3

(OH)

2

Cl]

0

 + H

3

O

+

Процесс

 

завершается

 

оксоляцией

 

координированных

 

гидроксо

-

ионов

[Sb(H

2

O)

3

(OH)

2

Cl]

0

 

 SbOCl

 + 4H

2

O. 

Гидролиз

 

трихлоридов

 

сурьмы

 

и

 

висмута

 

можно

 

записать

 

суммар

-

ными

 

уравнениями

SbCl

3

 + H

2

 SbOCl

+ 2HCl, BiCl

3

 + H

2

 BiOCl

+ 2HCl. 

Равновесия

 

могут

 

быть

 

смещены

 

влево

 

добавлением

 

концентриро

-

ванной

 

соляной

 

кислоты

.  

В

 

растворах

 

концентрированных

 

галогенводородных

 

кислот

 

и

 

их

 

со

-

лей

 

тригалогениды

 

превращаются

 

в

 

комплексы

 [

Э

Hal

6

]

3–

 

и

 [

Э

Hal

4

]

SbCl

3

 + 3HCl 

 H

3

[SbCl

6

], SbCl

3

 + 3NaCl 

 Na

3

[SbCl

6

], 

AsCl

3

 + HCl 

 H[AsCl

4

], BiI

3

 + KI 

 K[BiI

4

]. 

background image

44 

 

Высшие

 

галогениды

 

проявляют

 

окислительные

 

свойства

При

 

нагре

-

вании

 

они

 

диссоциируют

претерпевая

 

внутримолекулярное

 

окисление

-

восстановление

Э

Hal

5

 

 

Э

Hal

3

 + Hal

2

Поэтому

 

некоторые

 

бромиды

 

и

 

особенно

 

иодиды

 

неустойчивы

на

-

пример

 BiI

5

 

не

 

существует

а

 AsI

5

 

и

 SbI

5

 

в

 

водных

 

растворах

  

восстанавли

-

ваются

 

иодид

-

ионами

SbI

5

 + H

2

O = SbOI + I

2

 + 2HI. 

Хлориды

 

более

 

устойчивы

например

, H[SbCl

6

при

 

нагревании

 

в

 

концентрированной

 

соляной

 

кислоте

 

восстанавливается

но

 

реакция

 

про

-

текает

 

обратимо

H[SbCl

6

] + 2HCl 

 H

3

[SbCl

6

] + Cl

2

BiF

– 

очень

 

сильный

 

окислитель

 

и

 

окисляет

 

воду

 

с

 

образованием

 

озона

3BiF

5

 + 3H

2

O = 3BiF

3

 + 6HF + O

3

.

 

Тригалогениды

 

получают

 

взаимодействием

 

простых

 

веществ

 

с

 

уме

-

ренным

 

количеством

 

галогена

2Sb + 3Cl

2

 = 2SbCl

3

или

 

кипячением

 

оксидов

 

в

 

концентрированных

 

галогенводородных

 

ки

-

слотах

As

2

O

3

 + 6HCl 

 2AsCl

3

 + 3H

2

O. 

Пентагалогениды

 

синтезируют

 

действием

 

избытком

 

галогена

 

на

 

три

-

галогениды

BiF

3

 + F

2

 = BiF

5

а

 

также

 – 

галогенводородов

 

на

 

оксиды

Sb

2

O

5

 + 10HCl = 2SbCl

5

 + 5H

2

O. 

Для

 

мышьяка

сурьмы

 

и

 

висмута

 

известны

 

галогениды

в

 

которых

 

элементы

 

проявляют

 

нетипичные

 

для

 

них

 

чётные

 

степени

 

окисления

на

-

пример

, AsF

4

, As

2

I

4

, SbCl

4

, BiCl

4

, BiI. 

Некоторые

 

из

 

этих

 

веществ

 

построе

-

ны

 

из

 

многоядерных

 

молекул

содержащих

 

элементы

 

в

 

разных

 

степенях

 

окисления

Кроме

 

того

получены

 

смешанные

 

галогениды

Так

при

 

взаи

-

модействии

 AsF

3

 c SbF

3

образуется

 

соединение

 [AsF

2

][SbF

4

], 

а

 

при

 

дейст

-

вии

 Cl

2

 

на

 AsF

3

 

получается

 

димер

 [AsCl

4

]

+

[AsF

6

]

.   

 

1.2.4. 

Соединения

 

с

 

другими

 

неметаллами

 

Сульфиды

 

фосфора

 P

4

S

x

 

 

твёрдые

 

вещества

В

 

основе

 

их

 

структуры

 

лежит

 

тетраэдр

 

Р

4

в

 

котором

 

частично

 

или

 

полностью

 

связи

 

Р

Р

 

замеше

-

ны

 

на

 

сульфидные

 

мостики

 P

S

P. 

Самым

 

устойчивым

 

сульфидом

 

явля

-

ется

 

Р

4

S

3

другие

 

сульфиды

 

при

 

нагревании

 

переходят

 

в

 

него

выделяя

 

элементарную

 

серу

Сульфид

  P

4

S

3

 

применяется

 

в

 

производстве

 

спичек

Сульфиды

 

фосфора

 

имеют

 

кислотный

 

характер

 

и

 

при

 

взаимодействии

 

с

 

сульфидом

 

натрия

 

образуют

 

тиосоли

background image

45 

 

P

4

S

10

 + 6Na

2

S = 4Na

3

PS

4

 (

тиофосфат

 

натрия

 

 

аналог

 

ортофосфата

 

на

-

трия

 Na

3

PO

4

). 

Растворимые

 

в

 

воде

 

тиофосфаты

 

щелочных

 

металлов

 

водой

 

разлага

-

ются

 

с

 

последовательным

 

замещением

 

атомов

 

серы

 

на

 

кислород

Na

3

PS

4

 + H

2

O = Na

3

POS

3

 + H

2

S  

и

 

т

.

д

. …   Na

3

PO

3

S + H

2

O = Na

3

PO

4

 + H

2

S. 

Кислотами

-

окислителями

 

фосфор

 

окисляется

 

до

 

ортофосфорной

 

кислоты

3P + 5HNO

3

 + 2H

2

O = 3H

3

PO

4

 + 5NO. 

Растворы

 

сильных

 

окислителей

 

взаимодействуют

 

со

 

всеми

 

модифи

-

кациями

 

фосфора

например

в

 

лаборатории

 

остатки

 

белого

 

фосфора

 

ней

-

трализуют

 

перманганатом

 

калия

3P

4

 + 20KMnO

4

 + 8H

2

O = 20MnO

2

 + 8K

2

HPO

4

 + 4KH

2

PO

4

При

 

взаимодействии

 

с

 

металлами

 

фосфор

 

способен

 

выступать

 

окис

-

лителем

образуя

 

фосфиды

2P + 3Ca = Ca

3

P

2

  (

при

 

нагревании

). 

Фосфиды

 

щелочных

 

и

 

щелочно

-

земельных

 

металлов

 

легко

 

разлага

-

ются

 

водой

Na

3

Р

 + 3

Н

2

О

 = 

РН

3

 + 3N

аОН

а

 

фосфиды

 

переходных

 

металлов

 

являются

 

соединениями

 

переменного

 

состава

 

и

 

не

 

реагируют

 

с

 

водой

Соединения

 

с

 

серой

 

Э

2

S

3

Э

2

S

5

 – 

малорастворимые

 

в

 

воде

 

соединения

 

с

 

характерной

 

окраской

: As

2

S

3

 

 

жёлтый

, As

2

S

5

 

 

лимонно

-

желтый

Sb

2

S

3

 

 

оранжево

-

красный

, Sb

2

S

5

 

 

темно

-

оранжевый

, Bi

2

S

3

 

 

черный

По

 

кислотно

-

основным

 

свойствам

 

сульфиды

 

мышьяка

сурьмы

 

и

 

висмута

  

повторяют

 

свойства

 

соответствующих

 

оксидов

Так

сульфиды

 As

2

S

5

As

2

S

3

, Sb

2

S

5

 – 

типичные

 

кислотные

 

сульфиды

и

 

реагируют

 

с

 

растворами

 

основных

 

сульфидов

образуя

 

растворимые

 

и

 

устойчивые

 

в

 

воде

 

тиосоли

 

(

или

 

сульфидные

 

комплексы

):  

As

2

S

5

 + 3Na

2

S = 2Na

3

AsS

4

Sb

2

S

5

 + 3Na

2

S = 2Na

3

SbS

4

As

2

S

3

 + Na

2

S = 2NaAsS

2

отличие

 

от

 

сульфидов

 

мышьяка

, Sb

2

S

3

 

имеет

 

амфотерный

 

характер

 

и

 

растворим

 

в

 

сульфидах

 

щелочных

 

металлов

 

и

 

концентрированной

 

соля

-

ной

 

кислоте

Sb

2

S

3

 + 3Na

2

S = 2Na

3

SbS

Sb

2

S

3

 + 12HCl 

 2H

3

[SbCl

6

] + 3H

2

S. 

Сульфид

 

сурьмы

 (V) 

также

 

растворяется

 

в

 

концентрированной

 

соля

-

ной

 

кислоте

однако

 

эта

 

сложная

 

реакция

 

сочетается

 

с

 

окислительно

-

восстановительной

Sb

2

S

5

 + 12HCl = 2H

3

[SbCl

6

] + 3H

2

S + 2S

 (

при

 

нагревании

). 

Сульфид

 Bi

2

S

3

 

 

основный

поэтому

 

его

 

можно

 

растворить

 

только

 

в

 

кислотах

например

концентрированных

 HCl 

и

  HNO

3

Источник: https://files.student-it.ru/previewfile/15400