Химия фтора и его соединений

Химия водорода и его соединений

Химия элементов VIIA группы

Атомы галогенов, образующих VIIA группу, имеют электронную конфигурацию ns²np⁵. Все галогены являются активными неметаллами, окислителями. Их активность уменьшается в ряду F>Cl>Br>I>At. Характерные степени окисления галогенов: -1, 0, +1, +3, +5, +7. Однако у фтора, наиболее активного неметалла, есть лишь степени окисления -1 и 0. Электронная формула атома водорода 1s¹. С галогенами его объединяет способность принимать один электрон и образовывать стабильную электронную оболочку 1s². Поэтому часто водород располагают вместе с галогенами в VIIA группе.

Водород занимает особое положение среди других элементов периодической системы. Подобно атомам щелочных металлов атом водорода способен отдавать один электрон, проявляя восстановительные свойства, и образовывать положительно заряженный ион. Подобно галогенам, водород может проявлять и окислительные свойства и образовывать гидриды, например, NaH, сходные с соответствующими галогенидами. Водород, подобно галогенам, образует двухатомные молекулы Н₂. В органических соединениях атомы галогенов могут замещать атомы водорода: CH₄ - CH₃Cl - CH₂Cl₂ и т.д. Отсутствие внутренних электронных оболочек у атома водорода обуславливает его способность к образованию водородных связей.

В промышленности водород получают конверсией природного газа в присутствии катализатора при температуре 800-900^оС:

2CH₄ + 2H₂O + O₂ ® 6H₂ + 2CO₂

В лаборатории водород получают действием соляной кислоты на цинк в аппарате Киппа:

Zn + 2HCl ® ZnCl₂ + H₂

Водород представляет собой легкий газ без цвета, без запаха. Водород растворяется в некоторых металлах: в одном объеме палладия растворяется 900 объемов водорода.

Окислительные свойства водород проявляет при взаимодействии с активными металлами с образованием ионных солеобразных гидридов:

Н₂ + 2Li ® 2LiН

Восстановительные свойства водород проявляет при взаимодействии с неметаллами:

Н₂ + Cl₂ ® 2HCl

3Н₂ + N₂ ® 2NH₃

Смесь водорода и кислорода загорается со взрывом, чистый водород горит беззвучно.

2Н₂ + О₂ ® 2H₂О

Гидриды активных металлов разлагаются при действии воды или кислот:

NaH + H₂O ® NaOH + H₂

CaH₂ + 2HCl ® CaCl₂ + 2H₂

Фтор является наиболее активным неметаллом, сильным окислителем. Фтор - зеленовато-желтый газ с резким запахом. В атмосфере фтора горят многие металлы и неметаллы с образованием соответствующих фторидов. Фтор взаимодействует с водородом с взрывом в темноте и при низких температурах:

F₂ + H₂ ® 2HF

Фтор взаимодействует с водой:

2F₂ + 2H₂O ® 4HF + O₂

Фтор вытесняет хлор из хлоридов:

F₂ + 2NaCl ® 2NaF + Cl₂

Фтороводородная (плавиковая) кислота является слабой кислотой. Молекулы HF связаны друг с другом водородными связями, образуя молекулы H_nF_n, где n=2-6, поэтому плавиковая кислота может образовывать кислые соли, например, KHF₂. Фтороводородная кислота ядовита, вызывает ожоги кожи. Плавиковая кислота разрушает стекло, реагируя с оксидом кремния (IV) с образованием газообразного SiF₄:

4HF + SiO₂ ® SiF₄ + 2H₂O