§ 31. Злучэнні галагенаў

Да найважнейшых злучэнняў галагенаў адносяць галагенавадароды саставу НЭ (Э — элемент галаген) і іх водныя растворы — галагенавадародныя кіслоты, а таксама ўтвораныя імі солі. Атамы ў малекулах галагенавадародаў звязаны кавалентнай палярнай адзінарнай σ-сувяззю. На малюнку 70 паказана ўтварэнне хімічнай сувязі ў малекуле HCl.

Хлоравадародная кіслата

Хлоравадародная (саляная) кіслата HCl — буйнатанажны прадукт хімічнай прамысловасці. Яна з’яўляецца водным растворам хлоравадароду, які ўяўляе сабой бясколерны газ з рэзкім пахам. Растваральнасць HCl пры 20 °С складае каля 450 аб’ёмаў на 1 аб’ём вады.

Канцэнтраваная саляная кіслата, якая ўтрымлівае 36–38 % хлоравадароду і мае шчыльнасць 1,19 г/см³, дыміць на паветры, бо з яе вылучаецца газападобны хлоравадарод. Разбаўленыя растворы НСl не дымяць.

У прамысловасці саляную кіслату атрымліваюць растварэннем у вадзе хлоравадароду. Пры гэтым хлоравадарод сінтэзуюць з простых рэчываў:

H₂ + Cl₂ = 2HCl.

У лабараторных умовах хлоравадарод атрымліваюць уздзеяннем канцэнтраванай сернай кіслаты на хларыды (NaCl або KCl) пры награванні (мал. 71):

.

Хімічныя ўласцівасці. З’яўляючыся моцным электралітам, хлоравадародная кіслата дысацыіруе з утварэннем іонаў вадароду і хларыд-іонаў:

HCl → H⁺ + Cl^–

і валодае ўсімі агульнымі ўласцівасцямі кіслот: дзейнічае на індыкатары і ўтварае солі (хларыды) пры ўзаемадзеянні з металамі (1), асноўнымі і амфатэрнымі аксідамі (2), гідраксідамі металаў (3), солямі (4):

1	Fe + 2HCl = FeCl2 + H2↑ метал	Fe0 + 2H+ = Fe2+ + H2↑
2	МgO + 2HCl = MgCl2 + H2O аксід асноўны	MgO + 2H+ = Mg2+ + H2O
	ZnO + 2HCl = ZnCl2 + H2O аксід амфатэрны	ZnO + 2H+ = Zn2+ + H2O
3	КOH + HCl = КCl + H2O аснова (шчолач)	H+ + OH– = H2O
	Al(OH)3 + 3HCl = AlCl3 + 3H2O амфатэрны гідраксід	3H+ + Al(OH)3 = Al3+ + 3H2O
4	Na2CO3 + 2HCl = 2NaCl + H2O + CO2↑ соль	2H+ + = CO2↑ + H2О

Да спецыфічных уласцівасцей салянай кіслаты варта аднесці рэакцыі, абумоўленыя наяўнасцю аніёна Сl^–. Вылучым два найважнейшыя.

1. Рэакцыі акіслення хларыд-іонаў. Іон хлору ў складзе хлоравадароднай кіслаты мае найніжэйшую ступень акіслення –1 і здольны яе павышаць пры страце электронаў. Значыць, за кошт іонаў хлору кіслата з’яўляецца адноўнікам. Напрыклад, для атрымання хлору ў лабараторыі выкарыстоўваюць рэакцыю канцэнтраванай салянай кіслаты з моцнымі акісляльнікамі (МnO₂, KМnO₄, KClO₃):

.

2. Рэакцыі звязвання аніёна Сl^– з катыёнамі некаторых металаў, напрыклад свінцу Pb²⁺, серабра Ag⁺ у растворы. Гэта ілюструюць ураўненні рэакцый:

2HCl + Pb(NO₃)₂ = PbCl₂↓ + 2HNO₃;
Pb²⁺ + 2Cl^– = PbCl₂↓;
HCl + AgNO₃ = AgCl↓ + HNO₃;
Ag⁺ + Cl^– = AgCl↓.

Дзеянне нітрату серабра(I) прыводзіць да ўтварэння белага тварожыстага асадку AgCl, што выкарыстоўваюць як тэст (якасная рэакцыя) на хларыд-іоны (Дадатак 3).

Супастаўленне ўласцівасцей галагенавадародных кіслот і іх солей

Фторавадарод HF з’яўляецца вадкасцю пры тэмпературах, ніжэйшых за 19 °С, а HCl, HBr, HI — газападобныя рэчывы пры н. у. (табл. 23). Рэзкае адрозненне НF па агрэгатным стане можна растлумачыць утварэннем вадародных сувязей паміж палярнымі малекуламі рэчыва: H—F … H—F … H—F … H—F.

Табліца 23. Галагенавадароды

Асацыяты малекул фторавадароду настолькі трывалыя, што не разбураюцца (прысутнічаюць) нават у газавай фазе да 90 °С. Фторавадарод валодае неабмежаванай растваральнасцю ў вадзе. Яго раствор з’яўляецца слабай кіслатой (фторавадародная кіслата): . Нізкая сіла кіслаты НF абумоўлена высокай трываласцю (энергіяй) сувязі ў малекуле.

Астатнія галагенавадароды добра растваральныя ў вадзе і ўяўляюць сабой моцныя кіслоты: HBr → H⁺+ Br^–; HI → H⁺ + I^–.

Большасць солей, якiя ўтвараюцца гэтымі кіслотамі, добра растваральныя ў вадзе. Для якаснага вызначэння ў растворах хларыд-, брамід- і ёдыд-іонаў выкарыстоўваюць рэакцыю з растворам нітрату серабра(I) AgNO₃. Пры гэтым хларыды ўтвараюць белы тварожысты асадак AgCl, браміды — светла-жоўты AgBr, ёдыды — жоўты AgI (табл. 24, Дадатак 3):

Ag⁺ + Cl^– = AgCl↓; Ag⁺ + Br^– = AgBr↓; Ag⁺ + I^– = AgI↓.

Гэтыя асадкі не раствараюцца ў азотнай кіслаце.

Нітрат серабра(I) не ўтварае асадку з растваральнымі фтарыдамі, таму фтарыд-іоны вызначаюць з дапамогай раствору CaCl₂ (Дадатак 3):

CaCl₂ + 2NaF = CaF₂↓ + 2NaCl; Ca²⁺ + 2F^–= CaF₂↓.

Табліца 24. Якасныя рэакцыі на аніёны галагенавадародных кіслот

Назва кіслаты і яе хімічная формула		Солі	Якасныя рэакцыі на аніёны
			Іон	Рэактыў	Прыкмета рэакцыі
Фторавадародная (плавіковая)	HF	Фтарыды	F– фтарыд	CaCl2	Белы асадак CaF2
Хлоравадародная (саляная)	HCl	Хларыды	Cl– хларыд	AgNO3	Белы тварожысты асадак AgCl
Бромавадародная	HBr	Браміды	Br– брамід	AgNO3	Светла-жоўты асадак AgBr
Ёдавадародная	HI	Ёдыды	I– ёдыд	AgNO3	Жоўты асадак AgI

Прымяненне галагенаў і іх злучэнняў

Галагены знаходзяць вельмі шырокае прымяненне і як простыя рэчывы, і ў выглядзе злучэнняў. Гэта ілюструюць даныя табліцы 25.

Табліца 25. Ужыванне галагенаў і некаторых іх злучэнняў

Галаген	Злучэнне	Найважнейшыя сферы ўжывання
Фтор	Na3[AlF6] (крыяліт))	Вытворчасць алюмінію
	NaF (фтарыд натрыю)	Дадатак да зубных пастаў. Медыцынскі прэпарат
	НF (плавіковая кіслата)	Шкляная прамысловасць. Вытворчасць алюмінію
		Тэрмастойкі палімер. Антыпрыгарнае пакрыццё для патэльняў, прасаў
Хлор	Cl2 (хлор)	Абеззаражванне пітной вады. Адбельванне льняных і баваўняных тканін. Арганічны сінтэз. Атрыманне каляровых металаў з руды. Атрыманне салянай кіслаты
	NaClO (гіпахларыт натрыю)	Кампанент адбельвальных сродкаў
	НCl (саляная кіслата)	Хімічная прамысловасць
	NaCl (галіт))	Харчовая дабаўка. Сыравіна для вытворчасці хлору, натрыю, гідраксіду натрыю
Бром	Br2 (бром)	Арганічны сінтэз: вытворчасць антыпірэнаў (інгібітары гарэння), каўчуку, сродкаў аховы раслін. Вытворчасць медыцынскіх прэпаратаў
Ёд	I2 (ёд)	Медыцына — спіртавы раствор (5–10 %). Фармацэўтычная прамысловасць

Хлор утрымліваецца ў вельмі небяспечным для жыцця і здароўя рэчыве — дыаксіне, які можа ўтварыцца ў выніку рэакцый арганічных рэчываў і хлору пры высокіх тэмпературах. Арганічныя злучэнні хлору і фтору (напрыклад, фрэону) вучоныя лічаць адной з прычын разбурэння азонавага слоя Зямлі.

Пытанні, заданні, задачы

1. Запішыце хімічныя формулы і назавіце агрэгатны стан галагенавадародаў пры нармальных умовах.

2. З пераліку Mg(OH)₂, FeCl₂, FeCl₃, Fe(NO₃)₃, HBr, HCl, MgCl₂, ZnSO₄ выпішыце формулы і назавіце рэчывы, якія пры дзеянні раствору AgNO₃ утвараюць белы тварожысты асадак.

3. Вызначце ступені акіслення атамаў у злучэннях: KClO₃, HClO₄, Cl₂, KCl. У якім з іх атамы хлору могуць выступаць толькі ў ролі адноўніку?

4. Вызначце масу хлоравадароду ў порцыі салянай кіслаты масай 50 г з масавай доляй рэчыва 12 %.

5. Разлічыце аб’ём хлоравадароду (н. у.), які можа вылучыцца пры дзеянні канцэнтраванай сернай кіслаты на хларыд натрыю масай 100 г.

6. Запішыце хімічныя формулы рэчываў, якія рэагуюць з салянай кіслатой: медзь, аксід медзі(II), аксід кальцыю, аксід вугляроду(IV), жалеза, гідраксід цынку, сульфат натрыю, карбанат натрыю. Растлумачце свой выбар. Складзіце ўраўненні адпаведных рэакцый.

7. Прапануйце план эксперыментальнага вызначэння раствораў ёдыду калію, браміду натрыю і фтарыду натрыю, якія знаходзяцца ў пранумараваных прабірках, выкарыстоўваючы:

• а) рэакцыі замяшчэння;
• б) рэакцыі абмену.

Запішыце ўраўненні адпаведных рэакцый у малекулярнай і іоннай формах.

8. Растлумачце прычыны парушэння паслядоўнай змены тэмператур кіпення галагенавадародаў на малюнку 44 у § 17.

9. Вызначце масавую долю рэчыва ў растворы, атрыманым пры растварэнні хлоравадароду аб’ёмам 40 дм³ (н. у.) у вадзе аб’ёмам 120 см³.

10. Для атрымання брому газападобны хлор прапусцілі праз раствор масай 2 кг з масавай доляй браміду калію 0,12 %. Разлічыце масу атрыманага брому.

*Самакантроль

1. Самай слабай кіслатой з’яўляецца:

• а) НF;
• б) HBr;
• в) HCl;
• г) HClO₄.

2. Водны раствор фторавадароду ўтрымлівае часціцы:

• а) F^–;
• б) Н⁺;
• в) НF;
• г) F₂.

3. Саляная кіслата рэагуе з:

• а) Нg;
• б) AgNO₃;
• в) Cu(ОН)₂;
• г) Al.

4. Белы тварожысты і жоўты асадак адпаведна пры ўзаемадзеянні з нітратам серабра(I) утвараюць:

• а) NaBr і KI;
• б) KCl і KI;
• в) NaCl і HCl;
• г) HI і KI.

5. Газападобны хлоравадарод можна атрымаць узаемадзеяннем:

• а) Н₂ і Cl₂;
• б) NaCl_(р-р) і H₂SO_4(р-р);
• в) KCl_(р-р) і H₂SO_4(р-р);
• г) NaCl_(цв) і H₂SO_4(канц).