§ 11. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЭЛЕМЕНТОВ VIA-ГРУППЫ - ГАЛОГЕНОВ Краткий конспект VIIA-группу периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева составляют шесть элементов: фтор F, хлор Cl, бром Вг, иод I, астат At и теннессин Ts. Все эти элементы имеют общее групповое название галогены. Нужно отметить, что астат — редкий радиоактивный элемент, его свойства плохо изучены. Ещё менее изучен недавно полученный теннессин. Строение атомов. На внешнем энергетическом уровне атомов галогенов расположено семь электронов, следовательно, до получения восьмиэлектронного слоя им недостаёт только одного электрона. По этой причине галогены - силь- ные окислители; присоединяя недостающий электрон, их атомы приобретают степень окисления -1. увеличением радиуса атомов от фтора к астату уменьшается электроотрицательность галогенов и, сле-довательно, их окислительная способ-ность. Семь электронов на внешнем энер-тетическом уровне атомов галогенов позволяют предположить, что максимальная степень окисления галогенов в соединениях равна +7, в частности, в высших оксидах Г207, где Г - общий символ для галогенов. Этот вывод будет справедлив лишь отчасти. Дело в том, что фтор — самый электроотрицательный химический элемент и положительных степеней окисления не про-являет. Галогены в природе встречаются только в виде соединений. Наиболее известные из них — флюорит, или плави-ковый шпат, CаF2 (рис. 13), криолит КзА F6, каменная соль, или галит, NaCl (подробнее о нём будет рассказано в параграфе 37, см. рис. 97), сильвин КСl (рис. 14). Большинство соединений брома и иода хорошо растворяется в воде, поэтому в видевсего эти галогены встречаются не в виде минералов, а в водах морей и океанов. Некоторые бурые водоросли, например ла нария (морская капуста), накапливают значительное количество иода. Отсюда и польза их употребления в пищу, и использование в качестве сырья для получения этого галогена. Галогены - простые вещества имеют двухатомные молекулы, образованные за счёт ковалентной неполярной связи: Fz, Clz, Br2 и т. д. В твёрдом состоянии галогены образу-от молекулярную кристаллическую решётку. При обычных условиях светло-жёлтый фтор и жёлто-зелёный хлор — газы, бром - бу-ровато-коричневая жидкость, а иод - твёрдое чёрно-серое вещество с металлическим блеском. В промышленности фтор и хлор получают электролизом расплавов или растворов солей (см. § 26, 36). В лаборатории хлор получают окислени- ем соляной кислоты подходящим сильным окислителем - соединениями марганца или хрома при нагревании: 4HC1 + MnO2 = MnCl + C12T + 2H20 16HC1 + 2KMn04 = 2MnCl2 + 2KC1 + 5C12T + 8H,0 14HC1 + K2Cr207 = 2CrClz + 2KC1 + 3Cl2T + 7H20 Фтор, хлор и бром очень ядовиты. Они вызывают паралич дыхания, поражают кожу и слизистую оболочку глаз. Хлор - первое боевое отравляющее вещество, которое применили германские войска в Первую мировую войну. Химические свойства галогенов. Для галогенов наиболее характерны окис- лительные свойства. 1. Галогены взаимодействуют с металлами с образованием солей — галоге-нидов. Напомним, что сам термин «галогены» (от греч. galos - соль, genes род, происхождение) дословно переводится как «рождающие соли». Даже металлы средней активности, такие, как железо, горят в атмосфере хлора (рис. 15): 2Fe + 3Cl2 = 2FeClz Иод - более слабый окислитель, чем фтор, хлор и бром, поэтому для его реакции с металлами требуется нагревание или присутствие катализатора. В качестве катализатора реакции иода с алюминием выступает обыкновенная H20 вода (рис. 16): 2A1 + 312 = 2All3 Биологическая роль и применение галогенов. Галогены играют важную отраслях промышленности. роль в жизнедеятельности живых организмов; также их используют во многих Фтор участвует в формировании зубной эмали, придающей зубам твёрдость, поэтому в состав многих зубных паст входят соединения этого галотена. Важное значение имеет фтор и в промышленном производстве, где его главные потребители - ядерная промышленность и электротехника. Самое известное соединение фтора - политетрафторэтилен (запатентованное название — тефлон). Это уникальный полимерный материал. Он устойчив к действию практически всех веществ и в то же время очень гладкий. Спектр его применения очень широк: от сковородок до медицинских нитей. Хлор относят к макроэлементам. В живых организмах его содержа- ние составляет около 0,25 %. Хлорид-ионы обеспечивают водно-солевой об-мен, поддерживают внутриклеточное давление. Соляная кислота входит в состав желудочного сока, играя важнейшую роль в процессе пищеварения: она поддерживает определённый уровень кислотности, необходимый для расщепления пищевых веществ, губительно действует на болезнетворные микроорганиз-мы. По масштабам промышленного применения хлор превосходит все остальные галогены (рис. 18). Хлор и его соединения необходимы для отбеливания тканей и бумаги. С использованием хлорсодержащих веществ производят пластмас-сы, каучуки, красители, растворители, лекарственные препараты. Соединения хлора — эффективные препараты для борьбы с сельскохозяйственными вреди-телями. В больших количествах соединения хлора используют для обеззаражи-вания (хлорирования) питьевой воды. Бром (в форме бромид-ионов) участвует в формировании тканей у животных и в некоторых реакциях клеточного иммунитета. Ионы брома оказывают тормозящее влияние на центральную нервную систему, поэтому препараты брома раньше использовали в качестве успокоительных средств. Сейчас соединения брома в медицине практически не используют в связи с их нейротокси-ческим действием. Соединения брома используют в нефтедобыче, для противопожарной про-питки деревянных конструкций, в качестве средств защиты растений от сельскохозяйственных вредителей. Иод относят к микроэлементам. В организме человека содержится 4 • 10-5 % нода, из них больше половины находится в щитовидной железе — в составе гормонов тироксина и триподтиронина. Недостаток иода в пище снижает вы-работку гормонов щитовидной железы и приводит к тяжёлым заболеваниям. Ведь эти гормоны регулируют мышечную деятельность, работу сердца и мозга, влияют на аппетит и пищеварение. Спиртовой раствор иода, известный под названием «иодная настойка», применяют для обработки небольших ран.