Материал: полезная метода

HF + H2O ↔ OH3+ + F−

HF + F– ↔ HF2−

HF + KOH = KHF2 (дифторид) + H2O

KHF2 + KOH = KF(фторид) + H2O

Дифторид кислорода OF2 - светло-желтый газ, малорастворим в воде и не реагирует с ней. Очень токсичен.

Сильный окислитель: H2 + OF2 = HF + H2O

NH3 + OF2 = N2 + HF + H2O

Ме

Xe

XeF4

MeFn

ХЛОР

Хлор непосредственно реагирует почти со всеми металлами: Cl2 + 2Na → 2NaCl

3Cl2 + 2Fe → 2FeCl3

с неметаллами

C неметаллами (кроме С, N2, O2 и инертных газов) - хлориды. 5Cl2 + 2P → 2PCl5

2S + Cl2 → S2Cl2

С водородом: Cl2 + H2 → 2HCl

С кислородом непосредственно не реагирует (как и другие галогены, искл. фтор).

При реакции с фтором, образуется не хлорид, а фторид: Cl2 + 3F2 (изб.) → 2ClF3

При растворении в щелочах:

3Cl2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 (хлорат натрия) + 3H2O

311

Хлорирование сухого гидроксида кальция:

Cl2 + Ca(OH)2 → CaCl(OCl) (хлорная известь) + H2O

Хлор вытесняет бром и иод из их соединений с водородом и металлами:

Cl2 + 2HBr → Br2 + 2HCl

Cl2 + 2NaI → I2 + 2NaCl

Смонооксидом углерода: Cl2 + CO → COCl2 (фосген)

Действие аммиак:

4NH3 + 3Cl2 → NCl3 (трёххлористый азот) + 3NH4Cl

Окислительные свойства - хлор очень сильный окислитель: Cl2 + H2S → 2HCl + S

Реакции с органическими веществами

Снасыщенными соединениями:

CH3-CH3 + Cl2 → C2H5Cl + HCl

Присоединяется к ненасыщенным соединениям по кратным связям: CH2=CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl

Ароматические соединения замещают атом водорода на хлор в присутствии катализаторов (например, AlCl3 или FeCl3):

C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl

ИОД

Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром.

Сметаллами иод (при легком нагревании): Hg + I2 = HgI2

Сводородом (реагирует только при нагревании и не полностью): I2 + H2 = 2HI

Элементный иод — окислитель (менее сильный, чем хлор и бром). I2 + H2S = S + 2HI

При растворении в воде иод частично реагирует с ней: I2 + H2O = HI + HIO

Продукт взаимодействия йода с крахмалом – комплекс сине-

фиолетового цвета (качественная реакция). («Синий йод» — Йодинол, Йокс, Бетадин - являются более мягкими антисептиками)

§4. Галогенводороды

Образуются прямым взаимодействием водорода с галогеном:

Н2 + Г2 = 2НГ Получение НCl:

NaCl + H2SO4 = HCl + Na2SO4

из KBr и KI получить HBr и HI - невозможно т.к.

312

KBr + H2SO4 = KHSO4 + Br2 + SO2 + H2O

KI + H2SO4 = K2SO4 + I2 + H2S + H2O

Получение HBr и HI гидролизом бромида и йодида фосфора: PBr3 + 3H2O = H3PO3 + 3HBr

Физические свойства:

HCl, HBr и HI – газы, хорошо растворимы в воде: НГ + Н2О = Н3О+

+ Г-

Растворы галогенводородов в воде – сильные кислоты. Соли хлориды, бромиды и йодиды – хорошо растворимы в воде (искл. Ag+, Pb2+, а также Hg2Cl2, BiI3).

Все галогенводороды сильные восстановители (эта способность возрастает в ряду HCl – HBr - HI):

HI + O2 = H2O + I2

§ 5. Кислородсодержащие соединения галогенов

Непосредственно галогены с кислородом не реагируют.

Сравнительно стабильны: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7 и I2O5

Оксид хлора (I), хлорноватистый ангидрид – Cl2O – темно-желтый газ с резким запахом. Ядовит, взрывчат.

Получение: 2HgO + 2Cl2 = Cl-Hg-O-Hg-Cl + Cl2O (при 00С)

При комн. темп. разлагается: 4Cl2O = 2ClO2 + 3Cl2

При растворении в воде: Cl2O + H2O = 2HOCl (хлорноватистая кислота)

Оксид хлора (IV), диоксид хлора – ClO2 – бурый газ с резким запахом, ядовит и взрывчат. Сильный окислитель

Получение: KClO3 + H2C2O4 + H2SO4 = K2SO4 + CO2 + ClO2 + H2O или KClO3 + SO2 + H2SO4 = ClO2 + KHSO4

Реагирует с водой и щелочами: ClO2 + H2O = HClO3 + HCl

ClO2 + KOH = KClO2 + KClO3 + H2O

Оксид хлора (VI) – Сl2O6 – бурая вязкая жидкость.

Получение: 2ClO2 + 2O3 = Cl2O6 + 2O2

При комн. темп. разлагается: Cl2O6 = 2ClO2 + O2 Взаимодействует с водой и щелочами:

Cl2O6 + KOH = KClO3 + KClO4 + H2O

Оксид хлора (VII), хлорный ангидрид – Cl2O7 – маслянистая жидкость.

O O O

OCl ClO

O O

Получение: HClO4 + P4O10 = Cl2O7 + HPO3

Растворяется в воде: Cl2O7 + H2O = 2HClO4 (хлорная)

313

Оксид йода (V), йодноватый ангидрид - I2O5 – бесцветные кристаллы.

Получение: 2HIO3 = I2O5 + H2O (2400C) При 3000C разлагается: 2I2O5 = 2I2 + 5O2

Окислитель средней силы: I2O5 + CO = I2 + CO2 (количественное определение угарного газа)

§6. Биологическая роль элементов VII А-группа и применение их соединений в медицине и фармации

Элементы фтор F, хлор Сl, бром Вr, иод I, астат At, входящие в VIIAгруппу, называются галогенами (общее обозначение Г)

По содержанию в организме человека хлор (0,15 %) относится к макроэлементам, в то время как остальные элементы этой группы являются микроэлементами (содержание ~10–5%). Галогены в виде различных соединений входят в состав тканей человека и животных. Хлор и иод относятся к незаменимым элементам, а остальные являются постоянными составными частями тканей.

В организме все галогены находятся в степени окисления —1, хлор и бром — в виде гидратированных ионов Сl– и Вr –, а фтор и иод — главным образом в связанной форме в составе некоторых биоорганических соединений. Вследствие уменьшения электроотрицательности в ряду F– — Сl– — Вr– — I– связь углерода с иодом наименее полярная. Поэтому иод находится в живых организмах в виде элементорганических соединений (со связью С—I).

Фтор Масса фтора в организме человека составляет около 7 мг (~10–5 %).

Соединения фтора концентрируются в костной ткани, ногтях, зубах. В состав зубов входит около 0,01 % фтора, причем большая часть приходится на эмаль, что связано с присутствием в ней труднорастворимого фторапатита Ca5(PO4)3F Недостаток фтора в организме приводит к кариесу зубов:

Интерес к биологическому действию фтора связан прежде всего с проблемой зубных болезней, так как фтор предохраняет зубы от кариеса. Минеральную основу зубных тканей — дентина составляют гидроксилапатит Са5(РО4)3(ОН), хлорапатит Са5(РО4)3Сl и фторапатит Ca5(PO4)3F. Фторид-ион легко замещает гидроксид-ион в гидроксилапатите, образуя защитный эмалевый слой более твердого фторапатита:

Са5(РО4)3(ОН) + F– = Са5(РО4)3(F) + OH–

Кроме того, фторид-ионы способствуют осаждению кальция фосфата, тем самым ускоряя процесс реминерализации (образования кристаллов):

314

5Сa2+ + 3PO43– + F– = 3Ca3(PO4)2 CaF2

Кариес зубов начинается с образования на поверхности зуба поврежденного участка эмали в виде пятна. Под действием кислот, вырабатываемых бактериями, происходит растворение

гидроксилапатитной компоненты эмали: Са5(РО4)3ОН + 7Н+ = 5Са2+ + 3Н2РО4– + Н2О

Очень часто разрушению подвергается не внешняя поверхность зуба, покрытая слоем эмали, а внутренние участки дентина, обнаженные при повреждении эмали. Имеются предположения, что пока эмаль повреждена незначительно, введение натрия фторида способствует образованию фторапатита, облегчая реминерализацию начавшегося повреждения.

Обогащение питьевой воды фтором, т. е. фторирования воды с целью доведения содержания в ней фтора до нормы (1 мг/л), приводит к значительному снижению заболеваемости населения кариесом зубов. Фторирование питьевой воды осуществляется добавлением к ней определенного количества натрия фторида.

Натрий фторид NaF употребляют в медицинской практике в качестве местно действующего наружного средства. Применение NaF основано на образовании фторапатита:

NaF (паста) + Ca5(PO4)3OH = NаОН + Са5(РО4)3F (зубная ткань)

При этом происходит одновременно и подщелачивание среды ротовой полости, что способствует, по-видимому, нейтрализации кислот, вырабатываемых бактериями.

Вреден не только недостаток, но и избыток фтора. При содержании фтора в питьевой воде выше предельно допустимой нормы (1,2 мг/л) зубная эмаль становится хрупкой, легко разрушается и появляются другие симптомы хронического отравления фтором — повышение хрупкости костей, костные деформации и общее истощение организма. Возникающее в этом случае заболевание называется флуорозом (фторозом).

Образование комплексных галогенидов имеет место и в живых организмах. Так, токсическое действие избытка фторид-ионов на организм связано с образованием фторидных комплексов с катионами металлов, входящих в активные центры ферментов Е:

В результате блокирования свободной орбитали металла подавляется активность ферментов.

ХЛОР. В организме человека содержится примерно 100 г (2790 ммоль) хлора (маc. доля 0,15 %). Хлорид-ионы играют важную биологическую роль. Они активируют некоторые ферменты, создают благоприятную среду для действия протолитических ферментов желудочного сока, обеспечивают ионные потоки через клеточные мембраны, участвуют в поддержании осмотического равновесия.

Хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное, участие с

315