Хімія. 8 клас. Ярошенко

§ 6. Поняття про галогени й інертні елементи

Вивчення параграфа допоможе вам:

  • зрозуміти поняття галогенів та інертних газів;
  • дізнатися про положення інертних елементів і галогенів у періодичній системі;
  • характеризувати фізичні властивості галогенів та інертних газів;
  • розумітися на деяких хімічних властивостях галогенів;
  • дізнатися про застосування галогенів та інертних газів.

ПОНЯТТЯ ПРО ПРИРОДНУ РОДИНУ ГАЛОГЕНІВ. Неметалічні елементи природної родини галогенів — Флуор (F), Хлор (Cl), Бром (Br), Йод (I) — були відкриті приблизно в той самий час, що й лужні металічні елементи, тобто в першій половині ХІХ ст. Астат (At), якого надто мало в природі, добуто вже у ХХ ст. Подібно до лужних металічних елементів, галогени у природі трапляються лише у складі сполук, тому що прості речовини, утворені з атомів цих елементів, виявляють високу хімічну активність. Молекули всіх галогенів Двохатомні, незалежно від їх агрегатного стану — F2, Cl2, Br2, I2, At2. Валентність атомів галогенів у цих сполуках дорівнює 1.

У перекладі з грецької слово галогени означає солероди. Ця назва дісталась їм за здатність простих речовин фтору, хлору, брому, йоду реагувати з металами та утворювати солі. Одну з таких солей — кухонну сіль, або натрій хлорид NaCl, ви добре знаєте.

Фізичні властивості галогенів. Усі галогени мають запах і колір. Запах у них різкий, подразливий, що при тривалому вдиханні спричинює задуху.

За звичайних умов фтор і хлор — гази, бром — рідина, йод — тверда речовина (мал. 8).

Мал. 8

Про ці та інші фізичні властивості й характеристики галогенів ідеться в таблиці 5.

Таблиця 5

Порівняльна таблиця галогенів як елементів та простих речовин

Хімічний елемент, символ

Порядковий номер елемента в періодичній системі

Назва простої речовини, формула

Mr речовини (округлено)

Агрегатний стан

Колір

Тплав., °С

Ткип., °С

Флуор F

9

фтор F2

38

газ

жовтуватий

-220

-183

Хлор Cl

17

хлор Cl2

71

газ

жовто-зелений

-101

-134

Бром Br

35

бром Br2

160

рідина

червоно-бурий

-7

+59

Йод I

53

йод I2

254

тверда речовина

темно-сірий

+113

+185

Попрацюйте групами

Опрацюйте дані таблиці та з'ясуйте, як змінюються зі збільшенням порядкового номера:

  • а) відносна молекулярна маса простих речовин, утворених з атомів хімічних елементів галогенів;
  • б) температура плавлення галогенів;
  • в) їх температура кипіння;
  • г) агрегатний стан галогенів.

ПОЛОЖЕННЯ ГАЛОГЕНІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. Відшукайте в періодичній системі комірки із символами хімічних елементів родини галогенів. Як бачите, усі вони розміщені в одному вертикальному стовпчику — групі під номером VII. На відміну від лужних елементів, якими розпочинаються періоди, галогени розташовані наприкінці періодів. Після галогену в періоді міститься лише один хімічний елемент — представник родини інертних газів. Галогени мають загальну формулу вищого оксиду — R2O7. Слід пам'ятати, що ця формула не поширюється на сполуки Флуору та Брому з Оксигеном.

Галогени — найактивніші неметали. Вони реагують із багатьма неорганічними та органічними речовинами. Розглянемо приклади.

Взаємодія галогенів з воднем. Усі без винятку галогени взаємодіють із воднем, утворюючи газоподібні речовини, що мають загальну формулу HR і загальну назву гідроген галогеніди (галогеноводні):

F2 + H2 = 2HF гідроген фторид (флуороводень)

Br2 + H2 = 2HBr гідроген бромід (бромоводень)

Визначте валентність Флуору та Брому в утворених речовинах.

Для того щоб відбулася реакція між хлором і воднем, суміш досить освітити яскравим світлом або нагріти. Суміш водню та фтору вибухає навіть у темряві. Бром та пара йоду реагують із воднем лише під час нагрівання, причому за більшої температури, ніж це потрібно для реакції хлору з воднем.

Користуючись поданою інформацією, зробіть висновок, як змінюється хімічна активність галогенів у реакції з воднем від фтору до йоду.

Гідроген галогеніди за кімнатної температури — гази без кольору, але з характерним запахом, що подразнює слизові оболонки носа та рота. Добре розчиняються у воді. Якщо розчин будь-якого гідроген галогеніду випробувати індикаторами, то метилоранж набуває рожевого кольору, універсальний індикаторний папірець червоніє. Це доводить наявність кислого середовища.

Взаємодія галогенів із металами. Галогени доволі активно реагують із металами.

Так, натрій без нагрівання сполучається із хлором (мал. 9):

Мал. 9. Взаємодія натрію із хлором

Розжарене залізо згоряє у хлорі сліпучим полум'ям (мал. 10):

Мал. 10. Взаємодія заліза із хлором

Суміш порошків алюмінію та йоду за кімнатної температури може як завгодно довго перебувати в незмінному стані. Та досить додати до неї кілька крапель води, як відразу ж розпочинається бурхлива взаємодія (мал. 11).

Мал. 11. Взаємодія алюмінію з йодом

У рівнянні воду серед реагентів не зазначено. Ця реакція каталітична, і вода в ній є каталізатором.

Отже, елементи, віднесені до родини галогенів, а також їхні сполуки мають багато спільного, а фізичні та хімічні властивості речовин, які містять атоми галогенів, змінюються зі зміною порядкового номера (протонного числа) хімічних елементів у періодичній системі.

Пригадайте, які речовини називають каталізаторами.

ПОНЯТТЯ ПРО ІНЕРТНІ ЕЛЕМЕНТИ. Наприкінці ХІХ ст. експериментальні методи досліджень у хімії досягли такого рівня, що впродовж шести років було відкрито 6 нових хімічних елементів та визначено їх місце в періодичній системі. Йдеться про Гелій (Не), Неон (Ne), Аргон (Аr), Криптон (Кr), Ксенон (Хе) і Радон (Rn).

Попрацюйте групами

Знайдіть у періодичній системі елементи з порядковими номерами (протонними числами) 2, 10, 18, 36, 54, 86, і ви пересвідчитеся, що під цими номерами розташовані інертні хімічні елементи. Зверніть увагу на розташування кожного з них у періодах.

Першим був відкритий Аргон. Увагу англійського фізика Джона Релея привернув той факт, що в азоту, добутого з повітря, й азоту, добутого із хімічних сполук, різна густина. За поясненням він звернувся до іншого вченого — Уільяма Рамзая. Після серії експериментів з розділенням зрідженого повітря було відкрито просту газоподібну речовину аргон. Ще раніше, завдяки спектральному аналізу, фізики встановили наявність гелію на Сонці. Невдовзі у складі повітря було відкрито ще три газоподібні прості речовини — криптон, неон і ксенон. Останнім серед продуктів радіоактивного розпаду радію відкрили радон.

Інертні хімічні елементи належать до малопоширених на Землі елементів. Так, У. Рамзай зазначав, що ксенону в повітрі менше, ніж золота в морській воді. І це ще один доказ того, наскільки важливими є наукові дослідження для відкриття хімічних елементів чи створення нових речовин.

ПРОСТІ РЕЧОВИНИ ТА СПОЛУКИ ІНЕРТНИХ ГАЗІВ. Прості речовини інертних елементів за звичайних умов — гази без кольору, смаку, запаху, мають низькі температури плавлення та кипіння. Так, температура кипіння гелію дорівнює -269 °С.

Від інших газоподібних простих речовин їх відрізняє одноатомний склад молекул. До 1962 р. вченим не вдавалося добути жодної сполуки інертних елементів. Нині відомо понад 200 сполук Ксенону, Криптону й Радону, добутих у спеціальних умовах.

Та навіть така властивість інертних газів, як хімічна неактивність, широко застосовується (мал. 12).

Мал. 12. Застосування інертних газів

Так, аргон (а також гелій) застосовують для створення інертної атмосфери під час зварювальних робіт, різання металів. Гелій, криптон та ксенон використовують у лазерній техніці.

У медицині за участю інертних газів проводять обстеження головного мозку, легень та серця; радонові ванни лікують хворі суглоби, гелій додають до складу дихальних сумішей. Навіть харчова промисловість знайшла їм застосування (пакувальні та витискувальні гази тощо).

Яскраві реклами, що прикрашають вітрини магазинів, різнокольорове освітлення вулиць під час свят також не обходяться без інертних газів.

МІСЦЕ ІНЕРТНИХ ЕЛЕМЕНТІВ У ПЕРІОДИЧНІЙ СИСТЕМІ. Після відкриття інертних елементів постала проблема з розміщенням їх у періодичній системі. Те, що вони наділені подібними властивостями, серед яких основна — це інертність (бездіяльність) відносно інших речовин, стало причиною розміщення їх в окремій групі періодичної системи. У 1900 р. прийняли рішення доповнити періодичну систему нульовою групою й розташувати там інертні елементи. Але в сучасній періодичній системі нульова група відсутня й інертні елементи включено до VІІІ А групи в довгоперіодній системі (і до головної підгрупи VІІІ групи короткоперіодної системи).

Стисло про основне

• Прикладом природної родини неметалічних елементів є галогени Флуор, Хлор, Бром, Йод, Астат.

• Прості речовини галогени мають двохатомні молекули і є типовими неметалами як за фізичними, так і за хімічними властивостями.

• У реакціях з іншими речовинами галогени виявляють високу хімічну активність, яка зменшується зі збільшенням відносної атомної маси елементів.

• Інертні, або благородні, елементи Гелій, Неон, Аргон, Криптон, Ксенон і Радон є особливою родиною, оскільки прості речовини, утворені з атомів цих елементів, мають одноатомні молекули, газоподібні за кімнатної температури і виявляють стійку інертність (неактивність) відносно взаємодії з іншими речовинами.

• Хімічні елементи галогени та інертні елементи розташовано в періодичній системі в кінці періодів.

Сторінка ерудита

Прості речовини галогени отруйні, тож у разі потрапляння в організм із повітрям, водою чи їжею становлять небезпеку для здоров'я людини. А от негативно заряджені частинки, утворені з їхніх атомів (вони мають назву «йони Хлору»), для людини життєво необхідні. Для прикладу, йони Хлору Сl- входять до складу кухонної солі. Нею не лише приправляють чи консервують продукти харчування, але при певних захворюваннях людям ставлять крапельниці з розчином цієї речовини.

Йонів Флуору організм людини потребує для міцності зубної емалі. Тому зубні пасти досить часто містять добавки сполук цього елемента. Йон Хлору входить до складу шлункового соку. Окремі медичні препарати, що діють заспокійливо на нервову систему людини, містять іони Брому. Потрібні організму людини і йодовмісні йони, щоб правильно функціонувала щитоподібна залоза. Якщо в її роботі виникають ускладнення, це негативно позначається на здоров'ї всього організму. Вам, очевидно, доводилося бачити на упаковках із кухонною сіллю напис «йодована». Що це означає? До кухонної солі додано невелику кількість солей Йоду, і в такий спосіб люди можуть поповнити його запаси у своєму організмі.

Знаємо, розуміємо

1. Які елементи належать до природної родини галогенів?

2. Поясніть, чому галогени не трапляються у природі у вільному стані.

3. Дайте характеристику фізичних властивостей галогенів.

4. Що вам відомо про хімічні властивості галогенів? Як вони змінюються зі збільшенням порядкових номерів хімічних елементів?

5. Які елементи належать до природної родини інертних елементів? Чому вони мають таку назву?

6. Дайте характеристику фізичних властивостей і застосування інертних газів.

Застосовуємо

23. Випишіть формули складних речовин, що трапляються в тексті параграфа, та позначте над символами елементів валентність атомів.

24. Укажіть правильну відповідь, що стосується такого переліку речовин: натрій, фтор, калій, бром, гелій, аргон, неон.

  • А переважають галогени
  • Б переважають інертні гази
  • В переважають лужні метали
  • Г галогенів, інертних газів і лужних металів порівну

25. Установіть відповідність між речовинами та їхніми відносними молекулярними масами.

Речовини

Відносні молекулярні маси

1

хлор

А

80

2

аргон

Б

160

3

калій оксид

В

71

4

бром

Г

40

Д

94