- Fysische en chemische eigenschappen
- Atoomgewichten
- Fysieke toestand
- Kleur
- Smeltpunten
- Kookpunten
- Dichtheid bij 25º C
- Oplosbaarheid in water
- Ionisatieenergie
- Elektronegativiteit
- Reactiviteit
- Staat in de natuur
- Moleculaire structuren
- Intermoleculaire interacties
- Halogeniden
- Toepassingen
- Chloor
- In industrie
- In de geneeskunde
- Anderen
- Broom
- Jodium
- Fluor
- Astatus
- Referenties
De halogenen zijn geen metalen elementen die behoren tot groep VIIA of 17 van het periodiek systeem. Ze hebben elektronegativiteiten en hoge elektronische affiniteiten, die het ionische karakter van hun bindingen met metalen sterk beïnvloeden. Het woord 'halogenen' is van Griekse oorsprong en betekent 'zoutvormers'.
Maar wat zijn deze halogenen? Fluor (F), chloor (Cl), broom (Br), jodium (I) en het radioactieve en kortstondige element astatine (At). Ze zijn zo reactief dat ze met elkaar reageren om diatomische moleculen te vormen: F 2 , Cl 2 , Br 2 , I 2 en At 2 . Deze moleculen worden gekenmerkt door vergelijkbare structurele eigenschappen (lineaire moleculen), zij het met verschillende fysische toestanden.
Bron: door W. Oelen, via Wikimedia Commons
Drie halogenen worden getoond in de bovenstaande afbeelding. Van links naar rechts: chloor, broom en jodium. Noch fluor, noch astatine kunnen in glazen containers worden bewaard, aangezien deze niet bestand zijn tegen de corrosiviteit. Merk op hoe de organoleptische eigenschappen van halogenen veranderen naarmate men hun groep naar het element jodium verplaatst.
Fluor is een gas met gelige tinten; ook chloor, maar groengeel; broom is een donkerrode vloeistof; jodium, een zwarte vaste stof met violette ondertoon; en astatine, een donkere, glanzende metalen vaste stof.
Halogenen kunnen reageren met bijna alle elementen van het periodiek systeem, zelfs met sommige edelgassen (zoals xenon en krypton). Als ze dat doen, kunnen ze atomen oxideren tot hun meest positieve oxidatietoestand, waardoor ze in krachtige oxidatiemiddelen worden omgezet.
Ze verlenen ook specifieke eigenschappen aan moleculen wanneer ze een deel van hun atomen binden of vervangen. Dit soort verbindingen worden halogeniden genoemd. Halogeniden zijn in feite de belangrijkste natuurlijke bron van halogenen, en veel ervan zijn opgelost in de zee of maken deel uit van een mineraal; dat is het geval bij fluoriet (CaF 2 ).
Zowel halogenen als halogeniden hebben een breed scala aan toepassingen; van industrieel of technologisch, tot het simpelweg benadrukken van de smaak van bepaalde voedingsmiddelen zoals steenzout (natriumchloride).
Fysische en chemische eigenschappen
Atoomgewichten
Fluor (F) 18,99 g / mol; Chloor (Cl) 35,45 g / mol; Broom (Br) 79,90 g / mol; Jodium (I) 126,9 g / mol en Astate (At) 210 g / mol,
Fysieke toestand
Gasvormige fase; Cl gas; Vloeibare br; Ik solide en bij solide.
Kleur
F, bleek geelbruin; Cl, bleekgroen; Br, roodbruin; I, violet en At, metallic zwart * * (verondersteld)
Smeltpunten
F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° C; Br -7,3 ° C; I 113,7 ° C en bij 302 ° C.
Kookpunten
F -118,12 ° C; Cl -34,04 ° C; Br 58,8 ° C; Ik 184,3 ° C en? Bij 337 ° C.
Dichtheid bij 25º C
F- 0,0017 g / cm 3 ; Cl- 0,0032 g / cm 3 ; Br 3,102 g / cm 3 ; I 4,93 g / cm 3 en at-6,2-6,5 g / cm 3
Oplosbaarheid in water
0,091 mmol Cl- / cm 3 ; Br 0,21 mmol / cm 3 en I- 0,0013 mmol / cm 3 .
Ionisatieenergie
F- 1.681 kJ / mol; Cl-1.251 kJ / mol; Br-1.140 kJ / mol; I- 1.008 kJ / mol en At- 890 kJ / mol.
Elektronegativiteit
F- 4,0; Cl-3,0; Br-2,8; I- 2.5 en At- 2.2.
Halogenen hebben 7 elektronen in hun valentieschil, vandaar hun grote gretigheid om een elektron te krijgen. Halogenen hebben ook een hoge elektronegativiteit vanwege hun kleine atoomstralen en de grote aantrekkingskracht die de kern uitoefent op valentie-elektronen.
Reactiviteit
Halogenen zijn zeer reactief, wat dan hun toxiciteit zou verklaren. Bovendien zijn het oxidatiemiddelen.
De afnemende volgorde van reactiviteit is: F> Cl> Br> I> At.
Staat in de natuur
Halogeenatomen zijn vanwege hun grote reactiviteit niet vrij van aard; ze blijken eerder aggregaten te vormen of als twee atomen moleculen die door covalente bindingen verbonden zijn.
Moleculaire structuren
Halogenen komen in de natuur niet voor als elementaire atomen, maar als twee atomen moleculen. Ze hebben echter allemaal gemeen dat ze een lineaire moleculaire structuur hebben, en het enige verschil ligt in de lengte van hun bindingen en hun intermoleculaire interacties.
Lineaire moleculen XX (X 2 ) worden gekenmerkt door onstabiel te zijn, omdat beide atomen het elektronenpaar sterk naar zich toe trekken. Waarom? Omdat de buitenste elektronen een zeer hoge effectieve nucleaire lading ervaren, zegt Zef. Hoe hoger Zef, hoe kleiner de afstand van de schakel XX.
Naarmate men zich verder in de groep beweegt, wordt Zef zwakker en neemt de stabiliteit van deze moleculen toe. De afnemende volgorde van reactiviteit is dus: F 2 > Cl 2 > Br 2 > I 2 . Het is echter onlogisch om astatine te vergelijken met fluor, aangezien er onvoldoende stabiele isotopen zijn vanwege de radioactiviteit.
Intermoleculaire interacties
Aan de andere kant missen de moleculen een dipoolmoment, omdat ze apolair zijn. Dit feit is verantwoordelijk voor hun zwakke intermoleculaire interacties, waarvan de enige latente kracht de verstrooiingskracht of London-kracht is, die evenredig is met de atomaire massa en het moleculaire gebied.
Op deze manier heeft het kleine molecuul F 2 niet genoeg massa of elektronen om een vaste stof te vormen. In tegenstelling tot I 2 , het jodiummolecuul, dat toch een vaste stof blijft die paarse dampen afgeeft.
Broom vertegenwoordigt een tussenvoorbeeld tussen de twee uitersten: Br 2- moleculen werken voldoende samen om in een vloeibare toestand te verschijnen.
De astatine verschijnt waarschijnlijk, vanwege zijn toenemende metaalachtige karakter, niet als At 2 maar als At-atomen die metaalverbindingen vormen.
Wat betreft de kleuren (geel-groenachtig-geel-rood-paars-zwart) is de meest geschikte verklaring gebaseerd op de moleculaire orbitaaltheorie (TOM). De energetische afstand tussen de laatste volledige moleculaire orbitaal, en de volgende met de hoogste energie (anti-binding), wordt overwonnen door een foton met toenemende golflengten te absorberen.
Halogeniden
Halogenen reageren om halogeniden te vormen, zowel anorganisch als organisch. De bekendste zijn de waterstofhalogeniden: waterstoffluoride (HF), waterstofchloride (HCl), waterstofbromide (HBr) en waterstofjodide (HI).
Allemaal opgelost in water genereren zure oplossingen; zo zuur dat HF elke glazen container kan afbreken. Bovendien worden ze beschouwd als uitgangsmaterialen voor de synthese van extreem sterke zuren.
Er zijn ook zogenaamde metaalhalogeniden, die chemische formules hebben die afhankelijk zijn van de valentie van het metaal. De alkalimetaalhalogeniden hebben bijvoorbeeld de formule MX, waaronder: NaCl, natriumchloride; KBr, kaliumbromide; CsF, cesiumfluoride; en LiI, lithiumjodide.
De halogeniden van de aardalkalimetalen, overgangsmetalen of metalen van het p-blok hebben de formule MX n , waarbij n de positieve lading van het metaal is. Enkele voorbeelden hiervan zijn: FeCl 3 , ferri-trichloride; MgBr 2 , magnesiumbromide; AlF 3 , aluminiumtrifluoride; en CuI 2 , cupri-jodide.
Halogenen kunnen echter ook bindingen vormen met koolstofatomen; daarom kunnen ze binnendringen in de complexe wereld van organische chemie en biochemie. Deze verbindingen worden organische halogeniden genoemd en hebben de algemene chemische formule RX, waarbij X een van de halogenen is.
Toepassingen
Chloor
In industrie
-Broom en chloor worden in de textielindustrie gebruikt om wol te bleken en te behandelen, waardoor krimp als het nat wordt voorkomen.
-Het wordt gebruikt als ontsmettingsmiddel van ditritus en voor de zuivering van drinkwater en zwembaden. Bovendien worden verbindingen afgeleid van chloor gebruikt in wasserijen en in de papierindustrie.
-Het wordt gebruikt bij de vervaardiging van speciale batterijen en gechloreerde koolwaterstoffen. Het wordt ook gebruikt bij de verwerking van vlees, groenten, vis en fruit. Chloor werkt ook als een bacteriedodend middel.
-Het wordt gebruikt om leer te reinigen en te detanificeren, en om cellulose te bleken. Stikstoftrichloride werd vroeger gebruikt als meelbleekmiddel en conditioner.
-Fosfeengas (COCl 2 ) wordt gebruikt in tal van industriële syntheseprocessen, evenals bij de productie van militaire gassen. Fosfeen is zeer giftig en is verantwoordelijk voor talrijke sterfgevallen in WOI, waar het gas werd gebruikt.
-Dit gas wordt ook aangetroffen in insecticiden en ontsmettingsmiddelen.
-NaCl is een zeer overvloedig zout dat wordt gebruikt om voedsel op smaak te brengen en bij het behoud van vee en pluimvee. Bovendien wordt het gebruikt in lichaamsrehydratatievloeistoffen, zowel oraal als intraveneus.
In de geneeskunde
-De halogeenatomen die zich aan medicijnen binden, maken ze lipofieler. Hierdoor kunnen medicijnen gemakkelijker celmembranen passeren en oplossen in de lipiden waaruit het bestaat.
-Chloor diffundeert in de neuronen van het centrale zenuwstelsel via ionkanalen die zijn gekoppeld aan receptoren voor de neurotransmitter GABA, waardoor een kalmerend effect ontstaat. Dit is het werkingsmechanisme van verschillende anxiolytica.
-HCl is aanwezig in de maag, waar het ingrijpt door een reducerende omgeving te creëren die de voedselverwerking bevordert. Bovendien activeert HCl pepsine, een enzym dat de hydrolyse van eiwitten in gang zet, een stadium voorafgaand aan de opname van het eiwitmateriaal in de darmen.
Anderen
-Zoutzuur (HCl) wordt gebruikt bij het schoonmaken van badkamers, in onderwijs- en onderzoekslaboratoria en in veel industrieën.
-PVC (polyvinylchloride) is een vinylchloridepolymeer dat wordt gebruikt in kleding, vloertegels, elektrische kabels, flexibele buizen, leidingen, opblaasbare constructies en dakpannen. Bovendien wordt chloor gebruikt als tussenproduct bij de vervaardiging van andere plastic materialen.
-Chloor wordt gebruikt bij de extractie van broom.
-Methylchloride heeft een anesthetische functie. Het wordt ook gebruikt bij de vervaardiging van bepaalde siliconenpolymeren en bij de extractie van vetten, oliën en harsen.
-Chloroform (CHCl 3 ) is een oplosmiddel dat in veel laboratoria wordt gebruikt, vooral in laboratoria voor organische chemie en biochemie, van onderwijs tot onderzoek.
-En tenslotte wat betreft chloor, wordt trichloorethyleen gebruikt om metalen onderdelen te ontvetten.
Broom
-Broom wordt gebruikt bij het goudwinningproces en bij het boren van olie- en gasbronnen. Het wordt gebruikt als vlamvertrager in de kunststof- en gasindustrie. Het broom isoleert het vuur van de zuurstof waardoor het uitgaat.
-Het is een tussenpersoon bij de productie van hydraulische vloeistoffen, koel- en ontvochtigingsmiddelen en preparaten voor het modelleren van haar. Kaliumbromide wordt gebruikt bij de vervaardiging van fotografische platen en papier.
-Kaliumbromide wordt ook gebruikt als anticonvulsivum, maar vanwege de mogelijkheid dat zout neurologische stoornissen kan veroorzaken, is het gebruik ervan verminderd. Bovendien is een ander algemeen gebruik ervan als een chip voor metingen van vaste monsters van infraroodspectroscopie.
-Broomverbindingen zijn aanwezig in geneesmiddelen die worden gebruikt om longontsteking te behandelen. Bovendien worden broomverbindingen opgenomen in geneesmiddelen die worden gebruikt in onderzoeken die worden uitgevoerd om de ziekte van Alzheimer te behandelen.
-Broom wordt gebruikt om kwikverontreiniging te verminderen in energiecentrales die steenkool als brandstof gebruiken. Het wordt ook in de textielindustrie gebruikt om verschillende kleurstoffen te maken.
-Methylbroom werd gebruikt als bestrijdingsmiddel voor het begassen van grond en huizen, maar het schadelijke effect op ozon heeft het gebruik ervan beperkt.
-Halogeenlampen zijn gloeiend en door de toevoeging van kleine hoeveelheden broom en jodium kan de grootte van de bollen worden verkleind.
Jodium
-Jodium is betrokken bij de werking van de schildklier, een regulerend hormoon van de stofwisseling van het lichaam. De schildklier scheidt hormonen T3 en T4 af, die inwerken op de doelorganen. De hormonale werking op de hartspier veroorzaakt bijvoorbeeld een verhoging van de bloeddruk en hartslag.
-Jodium wordt ook gebruikt om de aanwezigheid van zetmeel te identificeren. Zilverjodide is een reagens dat wordt gebruikt bij de ontwikkeling van foto's.
Fluor
-Sommige fluorideverbindingen worden aan tandpasta's toegevoegd om gaatjes te voorkomen. Derivaten van fluoride zijn aanwezig in verschillende anesthetica. In de farmaceutische industrie wordt fluoride in medicijnen verwerkt om mogelijke verbeteringen in de effecten op het lichaam te bestuderen.
-Hydrofluorzuur wordt gebruikt om glas te etsen. Ook bij de productie van halonen (brandblusgassen, zoals freon). Een fluorverbinding wordt gebruikt bij de elektrolyse van aluminium om de zuivering te bereiken.
-Anti-reflecterende coatings bevatten een fluorverbinding. Dit wordt gebruikt bij de fabricage van plasmaschermen, platte schermen en micro-elektromechanische systemen. Fluor is ook aanwezig in de klei die in sommige keramiek wordt gebruikt.
Astatus
Aangenomen wordt dat astatine jodium kan helpen bij het reguleren van de werking van de schildklier. Ook is de radioactieve isotoop ( 210 At) gebruikt in kankeronderzoeken bij muizen.
Referenties
- Encyclopedie van gezondheid en veiligheid op het werk. Halogenen en hun verbindingen. . Genomen van:
- werkgelegenheid.gob.es
- Chemie LibreTexts. Groep 17: Algemene eigenschappen van halogenen. Genomen uit: chem.libretexts.org
- Wikipedia. (2018). Halogeen. Ontleend aan: en.wikipedia.org
- Jim Clark. (Mei 2015). Atomaire en fysische eigenschappen van de elementen van groep 7 (de halogenen). Genomen uit: chemguide.co.uk
- Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML en Stanley, GG Chemistry (2003), 8e druk. Cengage leren.
- Elementen. Halogenen Ontleend aan: elements.org.es
- Bruin, Laurel. (24 april 2017). Halogeen kenmerken. Wetenschappelijk. Hersteld van: sciencing.com