Решение Задачи: Галогены и Инертные Газы

Галогены и инертные газы – это две важные группы химических элементов в Периодической системе. Давайте рассмотрим их по отдельности. Галогены Галогены – это элементы VIIА группы (или 17-й группы) Периодической системы. Название "галогены" происходит от греческих слов "halos" – соль и "genes" – рождающий, что означает "солерождающие". Это связано с тем, что галогены образуют соли с металлами. К галогенам относятся: * Фтор (F) * Хлор (Cl) * Бром (Br) * Йод (I) * Астат (At) – радиоактивный элемент, его свойства изучены хуже. * Теннессин (Ts) – синтезированный элемент, его свойства пока мало изучены. Общая характеристика галогенов: 1. Электронное строение: На внешнем энергетическом уровне у всех галогенов 7 электронов. Их общая электронная конфигурация \(ns^2 np^5\). Из-за этого они проявляют высокую химическую активность, стремясь приобрести один электрон для завершения внешнего электронного слоя до устойчивой восьмиэлектронной конфигурации (как у инертных газов). 2. Степени окисления: В соединениях с менее электроотрицательными элементами галогены проявляют степень окисления \(-1\). Например, в \(NaCl\), \(HBr\). Кроме фтора, остальные галогены могут проявлять и положительные степени окисления (+\(1\), +\(3\), +\(5\), +\(7\)) в соединениях с более электроотрицательными элементами, например, с кислородом. Фтор всегда имеет степень окисления \(-1\), так как это самый электроотрицательный элемент. 3. Физические свойства: * При обычных условиях фтор и хлор – газы. * Бром – жидкость. * Йод – твёрдое вещество. * Цвет галогенов: фтор – бледно-жёлтый, хлор – желто-зелёный, бром – красно-бурый, йод – тёмно-фиолетовый (в парах). * Все галогены имеют резкий запах и ядовиты. 4. Химические свойства: * Высокая химическая активность. Активность уменьшается от фтора к йоду. * Взаимодействие с металлами: Образуют соли – галогениды. \[2Na + Cl_2 \rightarrow 2NaCl\] * Взаимодействие с водородом: Образуют галогеноводороды. \[H_2 + F_2 \rightarrow 2HF\] (реакция протекает со взрывом даже в темноте) \[H_2 + Cl_2 \rightarrow 2HCl\] (реакция протекает на свету или при нагревании) \[H_2 + Br_2 \rightleftharpoons 2HBr\] (реакция обратима, протекает при нагревании) \[H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI\] (реакция обратима, протекает при сильном нагревании) * Взаимодействие с неметаллами: Например, с фосфором, серой. * Взаимодействие с водой: Фтор реагирует с водой очень бурно, вытесняя кислород: \[2F_2 + 2H_2O \rightarrow 4HF + O_2\] Хлор и бром частично растворяются в воде, образуя соответствующие кислоты: \[Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO\] (хлороводородная и хлорноватистая кислоты) Йод практически не реагирует с водой. * Реакции замещения: Более активный галоген вытесняет менее активный из растворов его солей. \[Cl_2 + 2KBr \rightarrow 2KCl + Br_2\] \[Br_2 + 2KI \rightarrow 2KBr + I_2\] Фтор вытесняет все остальные галогены. 5. Применение: * Фтор: Производство фреонов, тефлона, ядерного топлива. * Хлор: Обеззараживание воды, производство пластмасс (ПВХ), растворителей, отбеливателей. * Бром: Производство фотоматериалов, лекарств, антипиренов. * Йод: Антисептик (йодная настойка), производство лекарств, добавка к пище (йодированная соль). Инертные газы (Благородные газы) Инертные газы – это элементы VIIIА группы (или 18-й группы) Периодической системы. Их также называют благородными газами. Название "инертные" (от лат. "iners" – бездеятельный) указывает на их низкую химическую активность. К инертным газам относятся: * Гелий (He) * Неон (Ne) * Аргон (Ar) * Криптон (Kr) * Ксенон (Xe) * Радон (Rn) – радиоактивный элемент. * Оганесон (Og) – синтезированный элемент. Общая характеристика инертных газов: 1. Электронное строение: На внешнем энергетическом уровне у всех инертных газов (кроме гелия) 8 электронов (октет). У гелия – 2 электрона (дублет). Их общая электронная конфигурация \(ns^2 np^6\) (для гелия \(1s^2\)). Эта конфигурация является очень устойчивой, что объясняет их низкую химическую активность. 2. Химическая активность: Долгое время считалось, что инертные газы вообще не образуют химических соединений. Однако в 1962 году были получены первые соединения ксенона. Сейчас известны соединения ксенона, криптона и радона, в основном с фтором и кислородом. Гелий, неон и аргон практически не образуют устойчивых химических соединений. 3. Физические свойства: * Все инертные газы – одноатомные газы без цвета, запаха и вкуса. * Они очень малорастворимы в воде. * Имеют очень низкие температуры кипения и плавления. Температуры кипения возрастают от гелия к радону. * Плотность увеличивается с ростом атомной массы. 4. Нахождение в природе: * Гелий – второй по распространённости элемент во Вселенной (после водорода). На Земле встречается в природном газе, а также образуется при радиоактивном распаде тяжёлых элементов. * Остальные инертные газы (неон, аргон, криптон, ксенон) содержатся в воздухе в небольших количествах. Аргон – самый распространённый инертный газ в атмосфере Земли (около 0,93% по объёму). * Радон образуется при радиоактивном распаде урана и тория. 5. Применение: * Гелий: Наполнение воздушных шаров и дирижаблей (безопаснее водорода, так как негорюч), создание инертной атмосферы для сварки, в криогенной технике (для получения очень низких температур), в дыхательных смесях для водолазов. * Неон: Неоновые лампы (рекламные вывески), лазеры. * Аргон: Заполнение ламп накаливания (для увеличения срока службы нити), создание инертной атмосферы для сварки металлов, в металлургии. * Криптон: Заполнение ламп накаливания, лазеры. * Ксенон: Мощные источники света (ксеноновые лампы в автомобилях, прожекторах), в медицине (анестезия). * Радон: В медицине (радоновые ванны), для изучения геологических процессов. Таким образом, галогены – это очень активные неметаллы, стремящиеся приобрести электрон, а инертные газы – это элементы с устойчивой электронной оболочкой, которые практически не вступают в химические реакции.