A periódusos rendszer részei

7A. Csoport (vagy VIIA) a periódusos rendszer a halogének: fluor (F), klór (Cl), bróm (Br), jód (I) és asztatin (At). A "halogén" név jelentése "sóképző", a görög szavakból származik glória- ("só") és -gen ("képződés").

A 7A csoport elemei hét vegyértékelektronnal rendelkeznek a legnagyobb energiájú pályájukon (ns 2 np 5.) Ez egy elektron távolságra van attól, hogy nyolc elektron teljes oktettje legyen, így ezek az elemek hajlamosak -1 töltésű anionokat alkotni, amelyeket halogenidekfluorid, F-; klorid, Cl-, bromid, Br- és jodid, I-. Más nemfémekkel kombinálva a halogének kovalens kötés útján képeznek vegyületeket.

A halogének elemi formájukban az X2 diatomiás molekulákat alkotnak, amelyeket egyetlen kötés köt össze. Mivel az összes halogénatomnak egy párosítatlan elektronja van atom formájukban, könnyű számukra „párosítani” a diatómás molekulákat. Az X2 molekulák nem polárosak, így az egyetlen kölcsönhatás közöttük meglehetősen gyenge londoni erő, de az atomok méretének növekedésével a londoni erők erősebbé válnak, növelve olvadás- és forráspontjukat: a fluor -188 ° C-on cseppfolyósodó gáz C, klór egy olyan gáz, amely sokkal magasabb hőmérsékleten -34 ° C-on cseppfolyósodik; a bróm olyan folyadék, amely 59 ° C-on forr; a jód szilárd anyag, amely 113 ° C-on olvad és 184 ° C-on forr.

A halogének rendkívül reaktívak (főleg fluor), és természetesen nem találhatók meg elemi formájukban. Általában különböző fémekkel kombinálva találhatók ásványi anyagokban, vagy más nemfémekkel kombinálva molekuláris vegyületekben. A halogének könnyen képeznek szénnel vegyületeket is; a szenet tartalmazó szerves molekulák gyakran ismertek alkil-halogenidek, vagy szerves halogenidek, és sokféle háztartási és ipari felhasználású. Hidrogénnel kombinálva (amelynek szintén egy párosítatlan elektronja van) a halogének alkotják a hidrogén-halogén-savakfluorozott sósav (HF), sósav (HCl), brómhidrogén-sav (HBr) és hidrogén-jodid-sav (HI).

Elemi formájában a fluor (F2) halványsárga gáz; rendkívül reaktív és mérgező. (Valójában sok vegyész, aki megpróbálta elkülöníteni az elemi fluort - ami rendkívül nehéz feladatnak bizonyult - viszonylag korán meghalt. Lásd Isaac Asimov könyvét, Asimov a kémiáról (1974), "Halál a laboratóriumban".) Az elem neve a latin szóból származik folyékony, ami "áramlást" jelent. 950 ppm koncentrációban található a földkéregben, így a 13. leggyakoribb elem; a tengervízben is megtalálható 1,3 ppm koncentrációban. Megtalálható az ércek fluoritjában (más néven fluoreszkóp, kalcium-fluorid, CaF2), kriolitban [Na3AlF6] és fluorapatit 3 (PO4) 2] 3 · CaF2>.

Ion formájában, fluoridként (F -), elengedhetetlen az étrendben, de csak kis adagokban. Erősíti a csontokat és a fogakat azáltal, hogy beépül a csont és a zománc hidroxi-apatit kristályaiba, a [Ca3 (PO4) 2] 3 · Ca (OH) 2-be, és egy részét átalakítja a még keményebb (és savállóbb) formává. fluorapatit, [Ca3 (PO4) 2] 3 · CaF2. A fluort fogkrémben használják, és gyakran adják a városi ivóvízhez, 1 ppm vagy annál alacsonyabb koncentrációban, a fogszuvasodás elleni védelem érdekében. (Legalábbis kis adagokban nincs hatása senki "értékes testnedveire".)

A fluoratomok nagyon erős kötéseket képeznek a szénatomokhoz, így a fluor sok szerves molekulába beépül, beleértve a szént, klórt és fluort tartalmazó klór-fluorozott szénhidrogéneket, amelyeket hajtóanyagként és hűtőközegként széles körben használtak, amíg ózonromboló tulajdonságukat nem fedezték fel (lásd: bejegyzés a Freon-12-ről a Molecule Gallery Alkanes részében), valamint a teflonban (lásd a teflonról szóló bejegyzést a Molecule Gallery Polymers részében).

A fluor a hidrogén-fluoridban vagy a hidrogén-fluoridban, HF, gyenge savban is megtalálható. (Savakkal és bázisokkal foglalkozva a "gyenge" azt jelenti, hogy a savas forma csak kis százaléka disszociál "H +" és "F -" ionokká.) Üvegmaratásban, rozsdamentes acél tisztításában és urán feldolgozásában használják. érc. (Az urán feldolgozásakor az ércben lévő urán átalakul UF6 urán-hexafluoriddá, amely szublimálható a gázfázisba; ebben a formában a hasadható urán-235 izotópok gázzal választhatók el a nem hasadó urán-238 izotópoktól diffúzió.) A fluorsav mérgező és maró hatású, üvegen keresztül eszi (műanyag palackokban kell tárolni); gyorsan behatol a bőrbe és intenzív fájdalmat okoz. A koncentrált oldat a testben lévő kalciumionokkal is reakciókat indíthat el, amelyek hipokalcémiát (a kalcium elvesztéséből eredő elektrolit-rendellenességet), szívmegállást vagy halált okozhatnak.

A klór elemi formájában (Cl2) sárga-zöld gáz; mérgező (ez volt az első mérgező gáz, amelyet az I. világháború idején használtak a gázháborúban), és túl reaktív ahhoz, hogy a természetben elemi formában megtalálható legyen. Az elem neve a latin zöldessárga szóból származik, klórok. A földkéregben 130 ppm koncentrációban található meg, így a 20. leggyakoribb elem; tengervízben koncentrációja körülbelül 1,8%. Klorid-anionok, Cl -, halit [nátrium-klorid, NaCl] és szilvit [kálium-klorid, KCl], klór-garit [ezüst-klorid, AgCl] formájában és tengervízben található meg.

Iparilag klór keletkezik a nátrium-klorid elektrolízisével. A klórt ivóvíz és szennyvíz fertőtlenítésére, fehérítőkben, valamint klórozott szerves vegyületek (például a műanyag PVC, polivinil-klorid) előállításához használt vinil-klorid gyártására használják.

A klór a hidrogén-kloridban is megtalálható, amely színtelen gáz éles, irritáló illattal rendelkezik. A sósav vizes oldatai sósavként ismertek; a tömény sósav kb. 37% HCl (körülbelül 12 mol/l). A sósavat más néven "muriatinsav" -nak nevezik, és ezen a néven gyakran úszómedence-kellékekkel együtt értékesítik. Szerves klórvegyületek szintézisében, az acél és más fémek "pácolásában" alkalmazzák, hogy felszínükről feloldódjon a vízkő, és sok más célra. A sósav a gyomorban is termelődik, ahol összetett ételek lebontására szolgál.

A klór fehérítőkben és tisztítószerekben található, általában nátrium-hipoklorit, NaOCl formájában, amelyet ivóvízben lévő baktériumok elpusztítására is használnak.

Szén-tetraklorid, CCl4, amelyet száraz tisztításban és folteltávolítóként használtak; ezt az anyagot az ózonrétegre gyakorolt hatása miatt a montreali jegyzőkönyvek (link) korlátozzák. A kloroform vagy a trihalometán nagyon gyakran használt szerves oldószer; a kloroformgőz érzéstelenítő: James Young Simpson volt az első, aki 1846-ban szülés közben érzéstelenítőként használta a kloroformot (feltehetően nem önmagán!), és a 19. és a 20. század elején széles körben alkalmazták a sebészetben. Mivel azonban a kloroform rákkeltő és mérgező a májra, már nem használják széles körben erre a célra. (Ez óriási majmok kiütésénél is hasznos.)

A bróm sötét, vörösesbarna folyadék szobahőmérsékleten (az egyetlen nemfém elem, amely szobahőmérsékleten folyékony), szörnyű szaggal. A "bróm" név a görög "bűz" szóból származik brómák. 0,4 ppm koncentrációban található a földkéregben, így a 62. leggyakoribb elem; 65 ppm koncentrációjú tengervízben is megtalálható. Bróm-bromid-ionokként megtalálható az érc-bromargiritben [ezüst-bromid, AgBr], tengervízben, valamint néhány természetes tengeri só-lerakódásban és sós lében.

A brómot gyakran beépítik szerves vegyületekbe; a szerves brómvegyületek nagyon hasznosak számos szerves szintézisreakcióban. A bróm megtalálható az olyan halonoknak nevezett vegyületekben is, amelyek szénatomokat tartalmaznak, amelyekhez fluor, fluor és néha klór is kapcsolódik. Ezeket a vegyületeket tűzoltó készülékekben használják, mivel nem károsítják az elektronikus berendezéseket. A metil-bromidot, a CH3Br-t korábban talaj füstölőként használták rovarok és baktériumok elpusztítására, de használatát a montreali jegyzőkönyvek alapján fokozatosan megszüntetik.

A jód szobahőmérsékleten sötét, fényes, lila kristályokat képez. A név a görög szóból származik jódok, jelentése "ibolya". 0,14 ppm koncentrációban található a földkéregben, így a 64. leggyakoribb elem; a tengervízben is megtalálható 0,06 ppm koncentrációban. Megtalálható az ércek jodargyritjában [ezüst-jodid, AgI] és lautaritban [kalcium-jodát, Ca (IO3) 2], tengervízben, valamint néhány természetes tengeri só-lelőhelyben és sós lében.

A jód mérgező, de sokkal kevésbé reaktív, mint a többi halogén, hogy nem annyira veszélyes, és alacsony koncentrációban antibakteriális szerként alkalmazható. A "jód tinktúrája" 3% elemi jód oldata etanol és víz keverékében, amelyet általában fertőtlenítőszerként használnak a sebek tisztítására és a víz fertőtlenítésére. A jód (jodid anion formájában, I -) elengedhetetlen az étrendben; felhalmozódik a pajzsmirigyben, ahol beépülnek az anyagcsere funkcióinak szabályozását elősegítő hormonokba. A jódhiány a golyva nevű állapotot eredményezi, amelyben a pajzsmirigy megnagyobbodik. A sót (jódozott só) jódot általában kálium-jodid (KI), nátrium-jodid (NaI) és kálium-jodát (KIO3) formájában adják hozzá. A pajzsmirigybetegségek diagnosztizálására radioaktív jód-131-et, béta-emittert bomlanak, amely xenon-131-re bomlik, felezési ideje 8 nap. Az AgI ezüst-jodid fényérzékeny, és fényképészetben használják; felhőzet felhőzetében is használják az eső kialakulásának elősegítésére.

Az Asztatin radioaktív elem. Az elem neve a görög szóból származik astatos, ami "instabil" -t jelent. A földkéregben csak nyomokban található meg, és egyike a tíz legkevésbé gazdag vegyületnek.

Az aszstatin nyomokban található meg egyes uránércekben, ahol az urán és a tórium bomlási sorozatának részeként termelődik, de mivel az összes izotópja meglehetősen rövid felezési idővel rendelkezik (a leghosszabb, az astatin-210 fele élettartama 8 óra), nincs sok ezen elem körül. (Becslések szerint kevesebb, mint 30 gramm asztatin van a földkéregben.)

Hivatkozások

John Emsley, Az elemek, 3. kiadás. Oxford: Clarendon Press, 1998.

John Emsley, A természet építőelemei: A-Z útmutató az elemekhez. Oxford: Oxford University Press, 2001.

David L. Heiserman, Kémiai elemek és vegyületeik feltárása. New York: TAB Books, 1992.