مشخصات کلی عناصر p گروه VIIA. هالوژن ها نحوه تعیین الکترون های ظرفیت

9 F 1s 2 2s 2 2p 5


17 Cl 3s 2 3p 5


35 Br 3d 10 4s 2 4p 5


53 I 4d 10 5s 2 5p 5


85 در 4f 14 5d 10 6s 2 6p 5


5 عنصر زیرگروه اصلی گروه VII نام گروهی مشترک "هالوژن" (Hal) دارند که به معنی "نمک ساز" است.


زیر گروه هالوژن ها شامل فلوئور، کلر، برم، ید و استاتین است (آستاتین یک عنصر رادیواکتیو است که کمی مطالعه شده است). اینها عناصر p از گروه سیستم تناوبی D.I هستند. مندلیف. در سطح انرژی بیرونی، اتم های آنها دارای 7 الکترون ns 2 np 5 هستند. این امر مشترک بودن خواص آنها را توضیح می دهد.

خواص عناصر زیر گروه هالوژن


آنها به راحتی هر کدام یک الکترون اضافه می کنند و حالت اکسیداسیون -1 را نشان می دهند. هالوژن ها این درجه از اکسیداسیون را در ترکیبات با هیدروژن و فلزات دارند.


با این حال، اتم های هالوژن، علاوه بر فلوئور، همچنین می توانند حالت های اکسیداسیون مثبت را نشان دهند: +1، +3، +5، +7. مقادیر احتمالی حالت های اکسیداسیون با ساختار الکترونیکی توضیح داده می شود که برای اتم های فلوئور می توان با نمودار نشان داد.


فلوئور به عنوان الکترونگاتیوترین عنصر، تنها می تواند یک الکترون را در هر سطح فرعی 2p بپذیرد. این یک الکترون جفت نشده دارد، بنابراین فلوئور فقط می تواند تک ظرفیتی باشد و حالت اکسیداسیون همیشه -1 است.


ساختار الکترونیکی اتم کلر با نمودار زیر بیان می شود:



اتم کلر دارای یک الکترون جفت نشده در سطح فرعی 3p است و حالت عادی (تحریک نشده) کلر تک ظرفیتی است. اما از آنجایی که کلر در دوره سوم است، پنج اوربیتال دیگر از سطح فرعی سوم دارد که می تواند 10 الکترون را در خود جای دهد.


در حالت برانگیخته اتم کلر، الکترون ها از سطوح فرعی 3p و 3s به سطح فرعی 3d حرکت می کنند (با فلش هایی در نمودار نشان داده شده است). جداسازی (جفت شدن) الکترون های واقع در یک اوربیتال، ظرفیت را دو واحد افزایش می دهد. بدیهی است که کلر و آنالوگ های آن (به جز فلوئور) فقط می توانند ظرفیت متغیر عجیب و غریب 1، 3، 5، 7 و حالت های اکسیداسیون مثبت مربوطه را نشان دهند. فلوئور اوربیتال آزاد ندارد، به این معنی که در طی واکنش های شیمیایی، الکترون های جفتی در اتم جدا نمی شوند. بنابراین، هنگام در نظر گرفتن خواص هالوژن، همیشه باید ویژگی های فلوئور و ترکیبات را در نظر گرفت.


محلول های آبی ترکیبات هیدروژنی هالوژن ها اسیدها هستند: HF - هیدروفلوریک (فلوریک)، HCl - هیدروکلریک (هیدروکلریک)، HBr - هیدروبرمیک، HI - هیدرویدیک.

ساختار یکسان لایه الکترونیکی خارجی (ns 2 np 5) شباهت زیاد عناصر را تعیین می کند.

مواد ساده - غیر فلزات F 2 (گاز)، Cl 2 (گاز)، Br 2 (l)، l 2 (جامد).


هنگام تشکیل پیوندهای کووالانسی، هالوژن ها اغلب از یک الکترون p جفت نشده موجود در یک اتم تحریک نشده استفاده می کنند که B=I را نشان می دهد.

حالت های ظرفیت اتم های CI، Br، I.

با ایجاد پیوند با اتم‌های عناصر الکترونگاتیو بیشتر، اتم‌های کلر، برم و ید می‌توانند از حالت ظرفیت زمین به حالت برانگیخته تبدیل شوند که با انتقال الکترون‌ها به اوربیتال‌های خالی سطح d همراه است. در این حالت، تعداد الکترون های جفت نشده افزایش می یابد، در نتیجه اتم های CI، Br، I می توانند تعداد بیشتری پیوند کووالانسی تشکیل دهند:


تفاوت F و سایر هالوژن ها

در اتم F، الکترون های ظرفیت در سطح انرژی دوم قرار دارند که فقط دارای زیرسطح های s و p است. این امر امکان انتقال اتم‌های F به حالت‌های برانگیخته را حذف می‌کند، بنابراین فلوئور در همه ترکیبات ثابت B برابر با I را نشان می‌دهد. علاوه بر این، فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر است که در نتیجه c ثابت نیز دارد. O. -1.

مهمترین ترکیبات هالوژن

I. هالیدهای هیدروژن HHal.


II متال هالیدها (نمک‌های اسیدهای هیدروهالیک) بی‌شمارترین و پایدارترین ترکیبات هالوژن هستند.


III. ترکیبات آلی هالوژن


IV. مواد حاوی اکسیژن:


اکسیدهای ناپایدار، که وجود 6 اکسید از آنها را می توان قابل اعتماد در نظر گرفت (Cl 2 O، ClO 2، Cl 2 O 7، Br 2 O، BrO 2، I 2 O 5).


اکسواسیدهای ناپایدار، که تنها 3 اسید به عنوان مواد جداگانه جدا می شوند (HClO 4، HlO 3، HlO 4).


نمک های اکسواسیدها، عمدتاً کلریت ها، کلرات ها و پرکلرات ها.

هالوژن ها در سمت چپ گازهای نجیب جدول تناوبی قرار دارند. این پنج عنصر غیرفلزی سمی در گروه 7 جدول تناوبی قرار دارند. اینها عبارتند از فلوئور، کلر، برم، ید و استاتین. اگرچه استاتین رادیواکتیو است و فقط ایزوتوپ های کوتاه مدت دارد، اما مانند ید رفتار می کند و اغلب به عنوان یک هالوژن طبقه بندی می شود. از آنجایی که عناصر هالوژن دارای هفت الکترون ظرفیتی هستند، تنها به یک الکترون اضافی برای تشکیل یک اکتت کامل نیاز دارند. این ویژگی آنها را نسبت به سایر گروه های نافلزات واکنش پذیرتر می کند.

ویژگی های عمومی

هالوژن ها مولکول های دو اتمی را تشکیل می دهند (نوع X 2، جایی که X نشان دهنده اتم هالوژن است) - شکل پایدار وجود هالوژن ها به شکل عناصر آزاد. پیوندهای این مولکول های دواتمی غیر قطبی، کووالانسی و منفرد است. به آنها اجازه دهید به راحتی با اکثر عناصر ترکیب شوند، بنابراین هرگز در طبیعت غیر ترکیبی یافت نمی شوند. فلوئور فعال ترین هالوژن و استاتین کمترین هالوژن را دارند.

همه هالوژن ها نمک های گروه I با خواص مشابه را تشکیل می دهند. در این ترکیبات هالوژن ها به شکل آنیون های هالید با بار 1- (مثلاً Cl -، Br -) وجود دارند. پایان -id نشان دهنده حضور آنیون های هالید است. به عنوان مثال کلر - "کلرید" نامیده می شود.

علاوه بر این، خواص شیمیایی هالوژن ها به آنها اجازه می دهد تا به عنوان عوامل اکسید کننده - فلزات اکسید کننده عمل کنند. بیشتر واکنش های شیمیایی که هالوژن ها در آنها شرکت می کنند، واکنش های ردوکس در محلول آبی هستند. هالوژن ها با کربن یا نیتروژن پیوندهای منفرد تشکیل می دهند که عدد اکسیداسیون آنها (CO) -1 است. هنگامی که یک اتم هالوژن با یک اتم هیدروژن با پیوند کووالانسی در یک ترکیب آلی جایگزین می‌شود، پیشوند halo- را می‌توان به معنای کلی یا پیشوندهای fluoro-, chloro-, bromo-, iodo- - برای هالوژن‌های خاص استفاده کرد. عناصر هالوژن می توانند برای تشکیل مولکول های دو اتمی با پیوندهای تک کووالانسی قطبی پیوند متقابل ایجاد کنند.

کلر (Cl2) اولین هالوژنی بود که در سال 1774 کشف شد و پس از آن ید (I2)، برم (Br2)، فلوئور (F2) و استاتین (At، آخرین کشف، در سال 1940) کشف شد. نام "هالوژن" از ریشه یونانی hal- ("نمک") و -gen ("تشکیل") گرفته شده است. این کلمات با هم به معنای «نمک‌ساز» هستند و بر این واقعیت تأکید دارند که هالوژن‌ها با فلزات واکنش می‌دهند و نمک‌ها را تشکیل می‌دهند. هالیت نام سنگ نمک، یک ماده معدنی طبیعی است که از کلرید سدیم (NaCl) تشکیل شده است. و در نهایت، هالوژن ها در زندگی روزمره استفاده می شوند - فلوراید در خمیر دندان یافت می شود، کلر آب آشامیدنی را ضد عفونی می کند، و ید تولید هورمون های تیروئید را افزایش می دهد.

عناصر شیمیایی

فلوئور، عنصری با عدد اتمی 9، با نماد F مشخص می شود. فلوئور عنصری برای اولین بار در سال 1886 با جداسازی آن از اسید هیدروفلوئوریک کشف شد. در حالت آزاد، فلوئور به عنوان یک مولکول دو اتمی (F2) وجود دارد و فراوان ترین هالوژن در پوسته زمین است. فلوئور الکترونگاتیوترین عنصر جدول تناوبی است. در دمای اتاق یک گاز زرد کم رنگ است. فلوئور همچنین شعاع اتمی نسبتا کمی دارد. CO آن -1 است، مگر در حالت دو اتمی عنصری که در آن حالت اکسیداسیون آن صفر است. فلوئور بسیار واکنش پذیر است و مستقیماً با همه عناصر به جز هلیوم (He)، نئون (Ne) و آرگون (Argon) واکنش می دهد. در محلول H2O، اسید هیدروفلوئوریک (HF) یک اسید ضعیف است. اگر چه فلوئور بسیار الکترونگاتیو است، الکترونگاتیوی آن اسیدیته را تعیین نمی کند. HF یک اسید ضعیف است زیرا یون فلوراید بازی است (PH> 7). علاوه بر این، فلوئور مواد اکسید کننده بسیار قوی تولید می کند. به عنوان مثال، فلوئور می تواند با گاز بی اثر زنون واکنش داده و عامل اکسید کننده قوی زنون دی فلوراید (XeF2) را تشکیل دهد. فلوراید کاربردهای زیادی دارد.

کلر عنصری با عدد اتمی 17 و نماد شیمیایی Cl است. در سال 1774 با جداسازی آن از اسید هیدروکلریک کشف شد. در حالت عنصری خود، مولکول دو اتمی Cl 2 را تشکیل می دهد. کلر دارای چندین CO است: -1، +1، 3، 5 و 7. در دمای اتاق یک گاز سبز روشن است. از آنجایی که پیوندی که بین دو اتم کلر ایجاد می شود ضعیف است، مولکول Cl 2 توانایی بسیار بالایی در تشکیل ترکیبات دارد. کلر با فلزات واکنش نشان می دهد و نمک هایی به نام کلرید تشکیل می دهد. یون های کلر رایج ترین یون های موجود در آب دریا هستند. کلر نیز دو ایزوتوپ دارد: 35 کلر و 37 کلر. کلرید سدیم رایج ترین ترکیب در بین کلریدها است.

برم یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 35 و نماد Br است. برای اولین بار در سال 1826 کشف شد. در شکل عنصری خود، برم یک مولکول دو اتمی Br2 است. در دمای اتاق یک مایع قهوه ای مایل به قرمز است. CO های آن -1، + 1، 3، 4 و 5 است. برم فعال تر از ید است، اما فعال تر از کلر است. علاوه بر این، برم دو ایزوتوپ دارد: 79 Br و 81 Br. برم در برمید محلول در آب دریا یافت می شود. تولید جهانی برمید در سال های اخیر به دلیل در دسترس بودن و ماندگاری طولانی آن افزایش چشمگیری داشته است. مانند سایر هالوژن ها، برم یک عامل اکسید کننده است و بسیار سمی است.

ید یک عنصر شیمیایی با عدد اتمی 53 و نماد I است. ید دارای حالت های اکسیداسیون: -1، +1، +5 و +7 است. به شکل یک مولکول دو اتمی وجود دارد، I 2. در دمای اتاق یک جامد بنفش است. ید دارای یک ایزوتوپ پایدار است - 127 I. برای اولین بار در سال 1811 با استفاده از جلبک دریایی و اسید سولفوریک کشف شد. در حال حاضر، یون های ید را می توان در آب دریا جدا کرد. اگرچه ید در آب چندان محلول نیست، اما با استفاده از یدیدهای منفرد می توان حلالیت آن را افزایش داد. ید نقش مهمی در بدن دارد و در تولید هورمون های تیروئیدی شرکت می کند.

استاتین یک عنصر رادیواکتیو با عدد اتمی 85 و نماد At است. حالت های اکسیداسیون احتمالی آن 1-، +1، 3، 5 و 7 است. تنها هالوژنی که یک مولکول دو اتمی نیست. در شرایط عادی یک جامد فلزی سیاه رنگ است. استاتین یک عنصر بسیار نادر است، بنابراین اطلاعات کمی در مورد آن وجود دارد. علاوه بر این، استاتین نیمه عمر بسیار کوتاهی دارد که بیش از چند ساعت نیست. در سال 1940 در نتیجه سنتز به دست آمد. اعتقاد بر این است که استاتین شبیه ید است. متفاوت است

جدول زیر ساختار اتم های هالوژن و ساختار لایه بیرونی الکترون ها را نشان می دهد.

این ساختار لایه بیرونی الکترون ها به این معنی است که خواص فیزیکی و شیمیایی هالوژن ها مشابه است. با این حال، هنگام مقایسه این عناصر، تفاوت هایی نیز مشاهده می شود.

خواص دوره ای در گروه هالوژن

خواص فیزیکی مواد هالوژن ساده با افزایش عدد اتمی عنصر تغییر می کند. برای درک بهتر و وضوح بیشتر، ما چندین جدول را به شما پیشنهاد می کنیم.

نقطه ذوب و جوش یک گروه با افزایش اندازه مولکولی افزایش می یابد (F

جدول 1. هالوژن ها. خواص فیزیکی: نقطه ذوب و جوش

هالوژن

دمای ذوب (˚C)

نقطه جوش (˚C)

  • شعاع اتمی افزایش می یابد.

اندازه هسته افزایش می یابد (F< Cl < Br < I < At), так как увеличивается число протонов и нейтронов. Кроме того, с каждым периодом добавляется всё больше уровней энергии. Это приводит к большей орбитали, и, следовательно, к увеличению радиуса атома.

جدول 2. هالوژن ها. خواص فیزیکی: شعاع اتمی

شعاع کووالانسی (pm)

شعاع یونی (X -) (PM)

  • انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد.

اگر الکترون‌های ظرفیت بیرونی در نزدیکی هسته قرار نگیرند، حذف آنها از هسته انرژی زیادی نمی‌گیرد. بنابراین، انرژی مورد نیاز برای بیرون راندن یک الکترون خارجی در قسمت پایین گروه عنصر زیاد نیست، زیرا سطوح انرژی بیشتری در آنجا وجود دارد. علاوه بر این، انرژی یونیزاسیون بالا باعث می شود که عنصر کیفیت غیرفلزی از خود نشان دهد. ید و صفحه نمایش استاتین خواص فلزی از خود نشان می دهند زیرا انرژی یونیزاسیون کاهش می یابد (At< I < Br < Cl < F).

جدول 3. هالوژن ها. خواص فیزیکی: انرژی یونیزاسیون

  • الکترونگاتیوی کاهش می یابد.

تعداد الکترون های ظرفیت در یک اتم با افزایش سطوح انرژی در سطوح به تدریج پایین تر افزایش می یابد. الکترون ها به تدریج از هسته دورتر می شوند. بنابراین، هسته و الکترون ها به یکدیگر جذب نمی شوند. افزایش محافظ مشاهده می شود. بنابراین، الکترونگاتیوی با افزایش دوره کاهش می یابد (At< I < Br < Cl < F).

جدول 4. هالوژن ها. خواص فیزیکی: الکترونگاتیوی

  • میل ترکیبی الکترون کاهش می یابد.

با افزایش اندازه اتمی با افزایش دوره، میل ترکیبی الکترون کاهش می یابد (B< I < Br < F < Cl). Исключение - фтор, сродство которого меньше, чем у хлора. Это можно объяснить меньшим размером фтора по сравнению с хлором.

جدول 5. میل ترکیبی الکترونی هالوژن ها

  • واکنش پذیری عناصر کاهش می یابد.

واکنش پذیری هالوژن ها با افزایش دوره کاهش می یابد (At

هیدروژن + هالوژن

هالید زمانی تشکیل می شود که یک هالوژن با عنصر دیگری که الکترونگاتیو کمتری دارد واکنش می دهد و یک ترکیب دوتایی تشکیل می دهد. هیدروژن با هالوژن ها واکنش می دهد و هالیدهایی به شکل HX ایجاد می کند:

  • هیدروژن فلوراید HF;
  • هیدروژن کلرید HCl;
  • هیدروژن برومید HBr؛
  • هیدروژن یدید HI.

هالیدهای هیدروژن به راحتی در آب حل می شوند و اسید هیدروهالیک (هیدروفلوریک، هیدروکلریک، هیدروبرومیک، هیدرویدیک) تشکیل می دهند. خواص این اسیدها در زیر آورده شده است.

اسیدها با واکنش زیر تشکیل می شوند: HX (aq) + H 2 O (l) → X - (aq) + H 3 O + (aq).

همه هالیدهای هیدروژن اسیدهای قوی تشکیل می دهند، به استثنای HF.

اسیدیته اسیدهای هیدروهالیک افزایش می یابد: HF

اسید هیدروفلوئوریک می تواند شیشه و برخی فلوریدهای معدنی را برای مدت طولانی حکاکی کند.

ممکن است غیر منطقی به نظر برسد که HF ضعیف ترین اسید هیدروهالیک است، زیرا فلوئور بالاترین الکترونگاتیوی را دارد. با این حال، پیوند H-F بسیار قوی است و در نتیجه یک اسید بسیار ضعیف ایجاد می شود. یک پیوند قوی با طول پیوند کوتاه و انرژی تفکیک بالا تعیین می شود. از بین تمام هالیدهای هیدروژن، HF کوتاه ترین طول پیوند و بیشترین انرژی تفکیک پیوند را دارد.

اکسواسیدهای هالوژن

اکسو اسیدهای هالوژن اسیدهایی با اتم های هیدروژن، اکسیژن و هالوژن هستند. اسیدیته آنها را می توان با تجزیه و تحلیل ساختاری تعیین کرد. اکسو اسیدهای هالوژن در زیر آورده شده است:

  • اسید هیپوکلروس HOCl.
  • اسید کلر HClO 2.
  • هیپوکلروس اسید HClO 3.
  • اسید پرکلریک HClO 4.
  • اسید هیپوبروم HOBr.
  • اسید برومیک HBrO 3.
  • اسید برومیک HBrO 4.
  • HOI اسید آبی
  • اسید هیدروس HIO 3.
  • اسید متایودیک HIO4، H5IO6.

در هر یک از این اسیدها، یک پروتون به یک اتم اکسیژن پیوند دارد، بنابراین مقایسه طول پیوند پروتون در اینجا مفید نیست. الکترونگاتیوی در اینجا نقش غالب دارد. فعالیت اسیدی با تعداد اتم های اکسیژن مرتبط با اتم مرکزی افزایش می یابد.

ظاهر و حالت ماده

خواص فیزیکی اساسی هالوژن ها را می توان در جدول زیر خلاصه کرد.

حالت ماده (در دمای اتاق)

هالوژن

ظاهر

بنفش

قهوه ای قرمز

گازی

زرد مایل به قهوه ای کم رنگ

سبز کمرنگ

توضیح ظاهر

رنگ هالوژن ها از جذب نور مرئی توسط مولکول ها حاصل می شود که باعث تحریک الکترون ها می شود. فلوراید نور بنفش را جذب می کند و بنابراین زرد روشن به نظر می رسد. از طرف دیگر ید نور زرد را جذب می کند و بنفش به نظر می رسد (زرد و بنفش رنگ های مکمل هستند). رنگ هالوژن ها با افزایش دوره تیره تر می شود.

در ظروف در بسته، برم مایع و ید جامد با بخارات خود در تعادل هستند که به صورت گاز رنگی قابل مشاهده است.

اگرچه رنگ استاتین ناشناخته است، اما با توجه به الگوی مشاهده شده، تیره تر از ید (یعنی سیاه) فرض می شود.

حال، اگر از شما بپرسند: «ویژگی‌های فیزیکی هالوژن‌ها را مشخص کنید»، چیزی برای گفتن خواهید داشت.

حالت اکسیداسیون هالوژن ها در ترکیبات

اغلب به جای مفهوم ظرفیت هالوژن از عدد اکسیداسیون استفاده می شود. به طور معمول، حالت اکسیداسیون -1 است. اما اگر یک هالوژن به اکسیژن یا هالوژن دیگری پیوند خورده باشد، می‌تواند حالت‌های دیگری داشته باشد: اکسیژن CO-2 اولویت دارد. در مورد دو اتم هالوژن مختلف که با هم پیوند دارند، اتم الکترونگاتیو بیشتر غالب است و CO-1 را می پذیرد.

به عنوان مثال، در کلرید ید (ICl)، کلر دارای CO-1 و ید +1 است. کلر الکترونگاتیوتر از ید است، بنابراین CO آن -1 است.

در اسید برومیک (HBrO 4)، اکسیژن دارای CO -8 است (4-2 اتم = -8). هیدروژن حالت اکسیداسیون کلی +1 دارد. با افزودن این مقادیر، CO 7- به دست می آید. از آنجایی که CO نهایی ترکیب باید صفر باشد، CO برم 7+ است.

سومین استثناء قاعده، حالت اکسیداسیون هالوژن در شکل عنصری (X2) است که در آن CO آن صفر است.

هالوژن

CO در ترکیبات

1, +1, +3, +5, +7

1, +1, +3, +4, +5

1, +1, +3, +5, +7

چرا CO فلوئور همیشه -1 است؟

الکترونگاتیوی با افزایش دوره افزایش می یابد. بنابراین فلوئور دارای بالاترین الکترونگاتیوی در بین تمام عناصر است، همانطور که موقعیت آن در جدول تناوبی نشان می دهد. پیکربندی الکترونی آن 1s 2 2s 2 2p 5 است. اگر فلوئور الکترون دیگری به دست آورد، بیرونی ترین اوربیتال های p کاملاً پر شده و یک اکتت کامل را تشکیل می دهند. از آنجایی که فلوئور الکترونگاتیوی بالایی دارد، می تواند به راحتی یک الکترون از اتم همسایه بگیرد. فلوئور در این مورد نسبت به گاز بی اثر (با هشت الکترون ظرفیت) ایزوالکترونیک است، تمام اوربیتال های بیرونی آن پر شده است. در این حالت فلوئور بسیار پایدارتر است.

تولید و استفاده از هالوژن ها

در طبیعت، هالوژن ها در حالت آنیون هستند، بنابراین هالوژن های آزاد از طریق اکسیداسیون با الکترولیز یا استفاده از عوامل اکسید کننده به دست می آیند. به عنوان مثال، کلر از هیدرولیز محلول نمک خوراکی تولید می شود. استفاده از هالوژن ها و ترکیبات آنها متنوع است.

  • فلوئور. اگرچه فلوئور بسیار واکنش پذیر است، اما در بسیاری از کاربردهای صنعتی استفاده می شود. به عنوان مثال، یک جزء کلیدی پلی تترا فلوئورواتیلن (تفلون) و برخی دیگر از فلوروپلیمرها است. کلروفلوئوروکربن ها ترکیبات آلی هستند که قبلا به عنوان مبرد و پیشران در آئروسل ها استفاده می شدند. استفاده از آنها به دلیل اثرات زیست محیطی احتمالی آنها متوقف شده است. هیدروکلرو فلوئوروکربن ها جایگزین آنها شده اند. فلوراید به خمیر دندان (SnF 2) و آب آشامیدنی (NaF) برای جلوگیری از پوسیدگی دندان اضافه می شود. این هالوژن در خاک رس مورد استفاده برای تولید انواع خاصی از سرامیک ها (LiF)، مورد استفاده در انرژی هسته ای (UF 6)، برای تولید آنتی بیوتیک فلوروکینولون، آلومینیوم (Na 3 AlF 6) و برای عایق کاری تجهیزات ولتاژ بالا یافت می شود. SF 6).
  • کلرهمچنین کاربردهای مختلفی پیدا کرده است. برای ضد عفونی کردن آب آشامیدنی و استخرها استفاده می شود. (NaClO) جزء اصلی سفید کننده ها است. اسید کلریدریک به طور گسترده در صنعت و آزمایشگاه استفاده می شود. کلر در پلی وینیل کلرید (PVC) و سایر پلیمرهایی که برای عایق کاری سیم کشی، لوله ها و وسایل الکترونیکی استفاده می شوند وجود دارد. علاوه بر این، استفاده از کلر در صنعت داروسازی ثابت شده است. داروهای حاوی کلر برای درمان عفونت ها، آلرژی ها و دیابت استفاده می شود. شکل خنثی هیدروکلراید جزء بسیاری از داروها است. همچنین از کلر برای استریل کردن تجهیزات بیمارستانی و ضد عفونی استفاده می شود. در کشاورزی، کلر جزء بسیاری از آفت کش های تجاری است: DDT (دی کلرودی فنیل تری کلرواتان) به عنوان یک حشره کش کشاورزی استفاده می شد، اما استفاده از آن به تدریج حذف شده است.

  • برمبه دلیل غیر قابل اشتعال بودن برای سرکوب احتراق استفاده می شود. همچنین در متیل بروماید، آفت کشی که برای حفظ محصولات کشاورزی و کشتن باکتری ها استفاده می شود، یافت می شود. با این حال، استفاده بیش از حد به دلیل تأثیر آن بر لایه اوزون به تدریج حذف شده است. برم در تولید بنزین، فیلم عکاسی، کپسول های آتش نشانی و داروها برای درمان ذات الریه و بیماری آلزایمر استفاده می شود.
  • یدنقش مهمی در عملکرد صحیح غده تیروئید دارد. اگر بدن ید کافی دریافت نکند، غده تیروئید بزرگ می شود. برای جلوگیری از گواتر، این هالوژن را به نمک خوراکی اضافه می کنند. ید همچنین به عنوان یک ضد عفونی کننده استفاده می شود. ید در محلول های مورد استفاده برای تمیز کردن زخم های باز و همچنین در اسپری های ضدعفونی کننده یافت می شود. علاوه بر این، یدید نقره در عکاسی مهم است.
  • استاتین- هالوژن رادیواکتیو و خاکی کمیاب، بنابراین هنوز در هیچ کجا استفاده نشده است. با این حال، اعتقاد بر این است که این عنصر ممکن است به ید در تنظیم هورمون های تیروئید کمک کند.

اتم های هالوژن بسیار راحت تر از اتم های هیدروژن الکترون ها را جذب می کنند. همانطور که شیمیدانان می گویند، اتم های هالوژن دارای الکترونگاتیوی بالایی هستند.

بنابراین، اتم‌های بسیاری از عناصر می‌توانند بیش از چهار الکترون را به اتم‌های هالوژن بدهند (گفتن ارادی یا تحت فشار دشوار است). به عنوان مثال، در PCL پنتاکلرید فسفر، اتم فسفر 5 الکترون به اتم های کلر «قرض» می دهد و در این ترکیب پنج ظرفیتی است.

علاوه بر این، آنچه در اینجا مهم است نه تنها نیرویی است که اتم هالوژن با آن الکترون ها را "کشش" می کند، بلکه اندازه آن نیز چیست. بنابراین، از بین هالوژن ها، فلوئور کوچکترین اتم و ید بزرگترین اتم را دارد.

بر این اساس، 5 اتم فلوئور، کلر یا برم می توانند در اطراف یک اتم فسفر قرار گیرند (PF5، PCL5 و PBg5 تشکیل می شوند)، اما ترکیب P15 وجود ندارد. هگزا فلوراید گوگرد SF6 به خوبی شناخته شده است (ظرفیت اتم های گوگرد 6 است)، اما ترکیبات مشابه با هالوژن های دیگر (حتی با کلر) وجود ندارد.

اتم های هالوژن همچنین می توانند با یکدیگر پیوندهای شیمیایی ایجاد کنند.

بنابراین، اتم های فلوئور می توانند الکترون ها را از اتم های ید قرض بگیرند.

در این مورد، 7 اتم فلوئور می توانند در اطراف یک اتم ید بزرگ قرار گیرند: IF7 تشکیل می شود که در آن ید هفت ظرفیتی است (فلوئور همیشه تک ظرفیتی است).

حداکثر ظرفیت ممکن یک عنصر 8 است. برای هشت اتم فلوئور تک ظرفیتی، حتی اتم های کوچک، دشوار است که در اطراف یک اتم هشت ظرفیتی قرار گیرند، اما چهار اتم اکسیژن دو ظرفیتی می توانند این کار را انجام دهند، به عنوان مثال، در ترکیبات (اکسیدها) فلزات نادر پلاتین اسمیم (OsO4) و روتنیم (RuO4).

به نظر می رسد که ما تشکیل پیوندهای یونی را در موادی مانند کلرید سدیم NaCl یا اکسید کلسیم CaO کشف کرده ایم: یک پیوند شیمیایی در آنها در نتیجه انتقال الکترون ها از یک اتم به اتم دیگر تشکیل می شود. بر این اساس، ما در مورد ظرفیت یونی (الکترووالانسی) صحبت کردیم که با تعداد الکترون های داده شده یا دریافتی تعیین می شد.

اما شیمیدانان مواد زیادی را می شناسند که در آنها ارتباط بین اتم ها به هیچ وجه با انتقال الکترون قابل توضیح نیست.

در اینجا یک مثال ساده است. گاز کلر حاوی مولکول های C12 است که در آن دو اتم کلر محکم به یکدیگر متصل هستند.

این ارتباط چگونه شکل می گیرد؟

اگر یک اتم الکترون خود را به دیگری بدهد تا یک پوسته هشت الکترونی تشکیل دهد، آنگاه اتم اول تنها شش الکترون در لایه الکترونی بیرونی خواهد داشت! دو اتم کاملاً یکسان نمی توانند با چنین «نابرابری» موافقت کنند.

چگونه از این وضعیت خارج می شوند؟ نظریه پیوند شیمیایی که در دهه 20 قرن بیستم در آثار شیمیدان فیزیک آمریکایی هربرت نیوتن لوئیس (1875-1946) و فیزیکدان آلمانی والتر کوسل (1888-1956) توسعه یافت، آن را به این ترتیب توضیح می دهد. هر اتم کلر "دوست" یکی از الکترون های ظرفیت خود را به مالکیت مشترک می دهد.

اکنون هر دو اتم شش الکترون باقیمانده و دو الکترون مشترک خود را "در نظر می گیرند". یعنی همه هنوز هشت الکترون در لایه بیرونی خود دارند!

الکترون های اجتماعی شده (به هر حال، این یک اصطلاح رسمی پذیرفته شده است) دقیقاً در وسط بین دو اتم C1 قرار دارند. این جفت الکترون دو اتم کلر را از طریق برهمکنش الکترواستاتیکی به یکدیگر متصل می کند و هسته های دارای بار مثبت آنها را جذب می کند. بنابراین در فرمول C1-C1، خط بین اتم ها نه تنها به معنای پیوند بین آنها، بلکه یک جفت الکترون نیز می باشد (گاهی اوقات چنین جفتی در واقع به صورت دو نقطه بالا و پایین خط رسم می شود). بر اساس تئوری لوئیس-کوسل، ظرفیت یک اتم با تعداد الکترون های آن که در تشکیل جفت الکترون های مشترک با اتم های دیگر شرکت می کنند، تعیین می شود.

بنابراین، این نوع ظرفیت کووالانسی نامیده می شود - از پیشوند لاتین co (con) - "با هم"، "با". پیوندهای کووالانسی به ویژه در ترکیبات آلی رایج است. به عنوان مثال، در یک مولکول گاز متان CH4، اتم کربن هر چهار الکترون ظرفیت خود را برای استفاده مشترک از چهار اتم هیدروژن از دست می دهد.

بنابراین در مولکول CH4 چهار پیوند کووالانسی C-H ساده (که به آنها تک می گویند) وجود دارد. در یک مولکول گاز اتیلن C2H4، هر اتم کربن توسط دو پیوند ساده (تک) C-H به دو اتم هیدروژن متصل می شود و دو اتم کربن توسط یک پیوند دوگانه C=C به یکدیگر متصل می شوند. و هر خط یک جفت الکترون است.

بنابراین، در این مولکول، یک الکترون (تک) از هر اتم هیدروژن و چهار الکترونی که در لایه بیرونی هر اتم کربن قرار دارند، در تشکیل پیوند بین اتم ها شرکت می کنند. در این حالت، همه اتم های کربن چهار ظرفیتی هستند و اتم های هیدروژن تک ظرفیتی هستند: از هر اتم یک خط گسترش می یابد.

سعی کنید "فرمول الکترونیکی" لوئیس خود را برای یک مولکول اتیلن با خطوط پیوند و نقاط الکترونی ترسیم کنید. به هر حال، مولکول چیست؟

سوال عجیبی است، اینطور نیست؟ با این حال، اغلب همیشه نمی توان به چنین سؤالاتی «ساده» پاسخ داد و تعریف دقیقی از بسیاری از مفاهیم اساسی ارائه داد (سعی کنید برای مثال تعیین کنید که زمان، مکان، طول چیست...). یک مولکول اغلب به عنوان کوچکترین ذره یک ماده تعریف می شود که خواص خود را حفظ می کند.

مولکول H2O چه خواصی از آب را حفظ می کند؟ نقطه ذوب یا نقطه جوش، چگالی، ویسکوزیته یا سایر خواص فیزیکی آب ندارد.

الکترون های ظرفیت در لایه بیرونی اتم یافت می شوند. تعداد آنها تعیین کننده تعداد ترکیبات شیمیایی احتمالی است که یک اتم می تواند تشکیل دهد. بهترین راه برای تعیین تعداد الکترون های ظرفیت استفاده از جدول تناوبی است.

مراحل

قسمت 1

یافتن الکترون های ظرفیت با استفاده از جدول تناوبی

فلزات غیر انتقالی

    هر ستون جدول تناوبی را از 1 تا 18 شماره گذاری کنید (از اولین ستون سمت چپ شروع کنید).به عنوان یک قاعده، همه عناصر در یک ستون جدول تناوبی دارای تعداد یکسانی الکترون ظرفیت هستند. ستون ها گروه هایی هستند که عناصر شیمیایی به آنها تقسیم می شوند.

    • به عنوان مثال، بالای هیدروژن (H) عدد 1 را بنویسید، زیرا ستون اول با آن شروع می شود و بالای هلیوم (He) عدد 18 را بنویسید، زیرا ستون هجدهم با آن شروع می شود.
  1. حالا در جدول تناوبی، عنصری را که می خواهید تعداد الکترون های ظرفیت آن را پیدا کنید، پیدا کنید.شما می توانید این کار را با نماد عنصر (حروف در هر سلول)، عدد اتمی آن (عدد در گوشه سمت چپ بالای هر سلول)، یا هر اطلاعات دیگری که در دسترس شماست انجام دهید.

    • به عنوان مثال، اجازه دهید تعداد الکترون های ظرفیت کربن (C) را تعیین کنیم. عدد اتمی آن 6 است و گروه چهاردهم با آن آغاز می شود.
    • در این بخش، فلزات واسطه ای را که در گروه های 3 تا 12 قرار دارند، در نظر نمی گیریم. فلزات واسطه در بخش فرعی بعدی مورد بحث قرار خواهند گرفت.
  2. از اعداد گروهی برای تعیین تعداد الکترون های ظرفیت در فلزات غیرگذر استفاده کنید.عدد موجود در واحدهای موجود در عدد گروه، تعداد الکترون‌های ظرفیت را در اتم‌های عناصر تعیین می‌کند. به عبارت دیگر:

    • گروه 1: 1 الکترون ظرفیت
    • گروه 2: 2 الکترون ظرفیت
    • گروه 13: 3 الکترون ظرفیت
    • گروه 14: 4 الکترون ظرفیت
    • گروه 15: 5 الکترون ظرفیت
    • گروه 16: 6 الکترون ظرفیت
    • گروه 17: 7 الکترون ظرفیت
    • گروه 18: 8 الکترون ظرفیت (به جز هلیوم که 2 الکترون ظرفیت دارد)
    • در مثال ما، از آنجایی که کربن در گروه 14 قرار دارد، می‌توان نتیجه گرفت که یک اتم کربن دارای چهار الکترون ظرفیت است.

    فلزات واسطه

    1. عنصر را در گروه های 3 تا 12 پیدا کنید.فلزات واسطه در این گروه ها قرار دارند. در این بخش به شما خواهیم گفت که چگونه تعداد الکترون های ظرفیت را در اتم های چنین عناصری تعیین کنید. توجه داشته باشید که در برخی از عناصر نمی توان تعداد الکترون های ظرفیت را تعیین کرد.

      • به عنوان مثال، تانتالیوم (Ta) را در نظر بگیرید. عدد اتمی آن 73 است. در مرحله بعد، تعداد الکترون های ظرفیت آن را خواهیم یافت (یا حداقل سعی کنید این کار را انجام دهید).
      • توجه داشته باشید که فلزات واسطه شامل لانتانیدها و اکتینیدها (که فلزات خاکی کمیاب نیز نامیده می شوند)، دو ردیف از عناصر هستند که عموماً در زیر جدول اصلی قرار دارند و با لانتانیم و اکتینیم شروع می شوند. همه این عناصر متعلق به گروه 3 جدول تناوبی هستند.
    2. برای درک اینکه چرا تعیین تعداد الکترون های ظرفیتی در فلزات واسطه دشوار است، لازم است کمی در مورد آرایش الکترون ها در اتم ها توضیح دهیم.

    3. از اعداد گروهی برای تعیین تعداد الکترون های ظرفیت در فلزات واسطه استفاده کنید.در اینجا شماره گروه به طور کلی با محدوده تعداد ممکن الکترون های ظرفیتی مطابقت دارد.

      • گروه 3: 3 الکترون ظرفیت
      • گروه 4: 2-4 الکترون ظرفیت
      • گروه 5: 2-5 الکترون ظرفیت
      • گروه 6: 2-6 الکترون ظرفیت
      • گروه 7: 2-7 الکترون ظرفیت
      • گروه 8: 2 یا 3 الکترون ظرفیتی
      • گروه 9: 2 یا 3 الکترون ظرفیتی
      • گروه 10: 2 یا 3 الکترون ظرفیتی
      • گروه 11: 1 یا 2 الکترون ظرفیتی
      • گروه 12: 2 الکترون ظرفیت
      • در مثال ما، تانتالیوم در گروه 5 قرار دارد، بنابراین می توانیم نتیجه بگیریم که اتم آن از دو تا پنج الکترون ظرفیت دارد (بسته به موقعیت).

    قسمت 2

    یافتن الکترون های ظرفیت با استفاده از پیکربندی الکترون
    1. پیکربندی الکترونیکی فرمولی برای آرایش الکترون ها در اوربیتال های الکترونی یک اتم یک عنصر شیمیایی است. به عبارت دیگر، روشی ساده و بصری برای نمایش اوربیتال های الکترونی یک اتم با استفاده از حروف و اعداد است.

      • به عنوان مثال، پیکربندی الکترونیکی سدیم (Na) را در نظر بگیرید: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 1
      • لطفا توجه داشته باشید که پیکربندی الکترونیکی طبق فرمول ساخته شده است: (رقم) (حرف) (رقم بالای خط) (رقم) (حرف) (رقم بالا) ...
      • ... و غیره. اینجا (رقم) (حرف)نام یک اوربیتال الکترونی است و (بالانویس) تعداد الکترون های آن اوربیتال است.
      • در مثال ما، اتم سدیم دارای 2 الکترون در اوربیتال 1s به علاوه 2 الکترون در اوربیتال 2s به علاوه 6 الکترون در اوربیتال 2p به علاوه 1 الکترون در اوربیتال 3s است. در مجموع 11 الکترون وجود دارد که صحیح است زیرا عدد اتمی سدیم 11 است.
      • لطفاً توجه داشته باشید که سطوح فرعی پوسته های الکترونی دارای تعداد مشخصی الکترون هستند. حداکثر تعداد الکترون ها برای اوربیتال ها به شرح زیر است:
        • s: 2 الکترون
        • p: 6 الکترون
        • d: 10 الکترون
        • f: 14 الکترون
    2. اکنون می دانید که چگونه پیکربندی الکترونیکی را رمزگشایی کنید، می توانید تعداد الکترون های ظرفیت یک عنصر خاص (البته به جز برای فلزات واسطه) را پیدا کنید. اگر پیکربندی الکترون در مسئله داده شده است، به مرحله بعد بروید. اگر نه، ادامه مطلب را بخوانید.

      • در اینجا پیکربندی کامل الکترونی اوگانسون (Og؛ عدد اتمی 118) آمده است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 6 5s 2 4d 10 5p 6 6s 2 4f 14 5d 10 6 p 6 7s 2 5f 14 6 p 6
      • اکنون، برای تعیین پیکربندی الکترونی هر عنصر، فقط باید این الگو را پر کنید (تا زمانی که هیچ الکترونی نداشته باشید). ساده تر از آن چیزی است که به نظر می رسد. به عنوان مثال، پیکربندی الکترونیکی کلر (Cl؛ عدد اتمی 17) را تعیین کنید که اتم آن دارای 17 الکترون است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5
      • توجه داشته باشید که تعداد کل الکترون ها 17 است: 2 + 2 + 6 + 2 + 5 = 17. شما باید تعداد الکترون ها را در آخرین اوربیتال تغییر دهید، زیرا اوربیتال های قبلی مانند الگو هستند (زیرا آنها هستند به طور کامل با الکترون پر شده است).
      • برای جزئیات بیشتر در مورد تنظیمات الکترونیکی، بخوانید.
    3. اوربیتال‌ها طبق قانون هشت‌گانه با الکترون‌ها پر می‌شوند:دو الکترون اول اوربیتال 1 را پر می کنند، دو الکترون بعدی اوربیتال 2s را پر می کنند، شش الکترون بعدی اوربیتال 2p را پر می کنند (و غیره). هنگامی که با اتم های فلزات غیرگذر سروکار داریم، می گوییم که این اوربیتال ها "پوسته های مداری" را در اطراف اتم تشکیل می دهند که هر پوسته متوالی دورتر از پوسته قبلی است. فقط پوسته اول شامل دو الکترون است و تمام پوسته های دیگر حاوی هشت الکترون هستند (به جز، دوباره، اتم های فلزات واسطه). به این قانون هشتگانه می گویند.

      • برای مثال، بور (B) را در نظر بگیرید. عدد اتمی آن 5 است، یعنی اتم بور دارای پنج الکترون است و پیکربندی الکترونیکی آن به صورت زیر است: 1s 2 2s 2 2p 1. از آنجایی که اولین لایه مداری فقط دو الکترون دارد، می‌توان نتیجه گرفت که بور فقط دو لایه دارد: اولی با دو الکترون (در مدار 1s) و دومی با سه (در اوربیتال‌های 2s و 2p).
      • به عنوان مثالی دیگر، کلر (Cl) را در نظر بگیرید که دارای سه لایه مداری است: اولی با دو الکترون در مدار 1s، دومی با دو الکترون در مدار 2s و شش الکترون در مدار 2p، سومی با دو الکترون در مدار 2p. اوربیتال 3s و پنج الکترون در یک اوربیتال 3p.
    4. تعداد الکترون های لایه بیرونی را بیابید.این تعداد الکترون های ظرفیت یک عنصر خاص خواهد بود. اگر پوسته بیرونی کاملاً پر شده باشد (به عبارت دیگر اگر دارای هشت الکترون یا در مورد پوسته اول دو الکترون باشد)، عنصر بی اثر است و به راحتی با عناصر دیگر واکنش نمی دهد. باز هم، این قوانین برای فلزات واسطه اعمال نمی شود.

      • به عنوان مثال، بور را در نظر بگیرید. از آنجایی که در لایه بیرونی بور سه الکترون وجود دارد، می‌توان نتیجه گرفت که بور دارای سه الکترون ظرفیتی است.
    5. از ردیف های جدول تناوبی برای تعیین تعداد پوسته های مداری استفاده کنید.به ردیف های جدول تناوبی عناصر شیمیایی دوره می گویند. هر دوره با تعداد لایه های الکترونی اتم ها مطابقت دارد. شما می توانید از این برای تعیین تعداد الکترون های ظرفیت یک عنصر استفاده کنید - به سادگی عدد اتمی عنصر را در یک نقطه بشمارید، از سمت چپ شروع کنید. لطفا توجه داشته باشید که این روش برای فلزات واسطه اعمال نمی شود.

      • به عنوان مثال، می دانیم که سلنیوم دارای چهار پوسته مداری است زیرا عنصر در دوره چهارم قرار دارد. از آنجایی که ششمین عنصر (از سمت چپ) دوره چهارم است (بدون توجه به فلزات واسطه)، می‌توان نتیجه گرفت که پوسته چهارم بیرونی شامل شش الکترون است و بنابراین سلنیوم دارای شش الکترون ظرفیت است.