Интергалоген - Interhalogen

An межгалогенное соединение это молекула который содержит два или более разных галоген атомы (фтор, хлор, бром, йод, или же астатин ) и никаких атомов элементов из любой другой группы.

Большинство известных межгалогенных соединений являются бинарными (состоящими только из двух отдельных элементов). Их формулы обычно XY_п, куда п = 1, 3, 5 или 7, а X меньше электроотрицательный двух галогенов. Значение п в интергалогенах всегда нечетная из-за нечетной валентности галогенов. Все они склонны к гидролиз и ионизируются с образованием ионов полигалогена. Те, которые образованы с астатином, имеют очень короткий период полураспада из-за высокой радиоактивности астатина.

Однозначно неизвестны межгалогенные соединения, содержащие три или более различных галогена,^[1] хотя некоторые книги утверждают, что IFCl
₂ и ЕСЛИ
₂Cl были получены,^[2][3][4][5] и теоретические исследования, кажется, указывают на то, что некоторые соединения в серии BrClF
_п еле стабильны.^[6]

Типы интергалогенов

Диатомовые интергалогены

Монохлорид йода

Межгалогены формы XY имеют промежуточные физические свойства между двумя родительскими галогенами. В ковалентный связь между двумя атомами имеет некоторые ионный характер, тем меньше электроотрицательный галоген, X, окисленный и имеющий частичный положительный заряд. Все комбинации фтора, хлора, брома и йода, которые имеют вышеуказанную общую формулу, известны, но не все они стабильны. Некоторые комбинации астата с другими галогенами даже не известны, а те, что известны, очень нестабильны.

• Монофторид хлора (ClF) - самое легкое межгалогенное соединение. ClF - бесцветный газ с нормальная точка кипения −100 ° C.
• Монофторид брома (BrF) не был получен в чистом виде - он диссоциирует на трифторид и освобождает бром. Он создается по следующему уравнению:

Br₂(l) + F₂(г) → 2 BrF (г)

Монофторид брома распадается следующим образом:

3 BrF → Br₂ + BrF₃

Астатин хлорид

Бромид астатина

Йодид астата

• Монофторид йода (IF) нестабилен и разлагается при 0 ° C, непропорциональный в элементарный йод и пентафторид йода.
• Монохлорид брома (BrCl) - желто-коричневый газ с температурой кипения 5 ° C.
• Монохлорид йода (ICl) существует в виде красных прозрачных кристаллов, которые плавятся при 27,2 ° C с образованием удушающей коричневатой жидкости (похожей по внешнему виду и весу на бром ). Он реагирует с HCl с образованием сильной кислоты HICl.₂. В Кристальная структура монохлорида йода состоит из сморщенных зигзагообразных цепочек с сильным взаимодействием между цепями.
• Монохлорид астата (AtCl) получается либо прямым сочетанием газовой фазы астатин с хлором или последовательным добавлением астатина и дихромат-иона к кислому хлоридному раствору.
• Монобромид йода (IBr) получается путем прямого объединения элементов с образованием темно-красного кристаллического твердого вещества. Он плавится при 42 ° C и закипает при 116 ° C с образованием частично диссоциированного пара.
• Монобромид астата (AtBr) получают путем прямого объединения астата с парами брома или водным раствором монобромида йода.
• Монойодид астата (AtI) производится путем прямого сочетания астата и йода.

Фторидов астата пока не обнаружено. Их отсутствие предположительно объясняется крайней реакционной способностью таких соединений, включая реакцию первоначально образовавшегося фторида со стенками стеклянной емкости с образованием нелетучего продукта.^[а] Таким образом, хотя синтез фторида астатина считается возможным, для него может потребоваться жидкий фторид-галоген растворитель, который уже использовался для определения характеристик фторидов радона.^[10][11]

Кроме того, существуют аналогичные молекулы с участием псевдогалогены, такой как цианогалогениды.

Тетатомные интергалогены

Трифторид хлора

• Трифторид хлора (ClF₃) представляет собой бесцветный газ, который конденсируется в зеленую жидкость и замерзает до белого твердого вещества. Его получают путем реакции хлора с избытком фтора при 250 ° C в никель трубка. Он реагирует более бурно, чем фтор, часто взрывоопасен. Молекула плоская и Т-образный. Используется при изготовлении гексафторид урана.
• Трифторид брома (BrF₃) представляет собой желто-зеленую жидкость, которая проводит электричество - она ​​самоионизируется с образованием [BrF₂]⁺ и [BrF₄]⁻. Он реагирует со многими металлами и оксидами металлов с образованием подобных ионизированных веществ; с некоторыми другими он образует фторид металла плюс свободный бром и кислород. Он используется в органическая химия как фторирующий агент. Он имеет ту же молекулярную форму, что и трифторид хлора.
• Трифторид йода (ЕСЛИ₃) представляет собой твердое вещество желтого цвета, которое разлагается при температуре выше -28 ° C. Его можно синтезировать из элементов, но необходимо соблюдать осторожность, чтобы избежать образования ЕСЛИ₅. F₂ нападения я₂ дать ЕСЛИ₃ при -45 ° C в CCl₃F. Альтернативно, при низких температурах реакция фторирования

я₂ + 3 XeF₂ → 2 IF₃ + 3 Xe

может быть использован. О трифториде йода известно немного, поскольку он очень нестабилен.

• Трихлорид йода (ICl₃) образует лимонно-желтые кристаллы, которые плавятся под давлением до коричневой жидкости. Его можно сделать из элементов при низкой температуре или из пятиокиси йода и хлористого водорода. Он реагирует со многими хлоридами металлов с образованием тетрахлороиодидов (ICl⁻
  ₄) и гидролизуется в воде. Молекула плоская димер (ICl₃)₂, где каждый атом йода окружен четырьмя атомами хлора.
• Трибромид йода (IBr₃) представляет собой темно-коричневую жидкость.

Гексатомные интергалогены

Пентафторид брома

Все стабильные гексатомные и восьмиатомные межгалогенные соединения содержат более тяжелый галоген в сочетании с пятью или семью атомами фтора. В отличие от других галогенов, атомы фтора обладают высокой электроотрицательностью и малым размером, что позволяет их стабилизировать.

• Пентафторид хлора (ClF₅) представляет собой бесцветный газ, получаемый при взаимодействии трифторида хлора с фтором при высоких температурах и высоких давлениях. Бурно реагирует с водой и большинством металлы и неметаллы.
• Пентафторид брома (BrF₅) представляет собой бесцветную дымящуюся жидкость, полученную в результате реакции трифторида брома с фтором при 200 ° C. Он физически стабилен, но бурно реагирует с водой и большинством металлов и неметаллы.
• Пентафторид йода (ЕСЛИ₅) представляет собой бесцветную жидкость, полученную в результате реакции пятиокиси йода с фтором или йода с фторид серебра (II). Он очень реактивен, даже медленно со стеклом. Он реагирует с водой с образованием плавиковая кислота и с газообразным фтором с образованием гептафторид йода. Молекула имеет вид тетрагональная пирамида.

Октатомные интергалогены

Гептафторид йода

• Гептафторид йода (ЕСЛИ₇) - бесцветный газ и сильный фторирующий агент. Он производится путем взаимодействия пентафторида йода с газообразным фтором. Молекула - это пятиугольная бипирамида. Это соединение является единственным известным межгалогенным соединением, в котором больший атом несет семь меньших атомов.
• Все попытки синтезировать бром или гептафторид хлора потерпели неудачу; вместо, пентафторид брома или же пентафторид хлора производится вместе с газообразным фтором.

Краткое изложение известных интергалогенов

F	F2
Cl	ClF, ClF3, ClF5	Cl2
Br	BrF, BrF3, BrF5	BrCl	Br2
я	ЕСЛИ, ЕСЛИ3, ЕСЛИ5, ЕСЛИ7	ICl, (ICl3)2	IBr, IBr3	я2
В	никто	AtCl	AtBr	AtI	В2 (?)
	F	Cl	Br	я	В

Характеристики

Обычно межгалогенные связи более реакционноспособны, чем двухатомные галогенные связи, потому что межгалогенные связи слабее, чем двухатомные галогенные связи, за исключением F₂. Если интергалогены подвергаются воздействию воды, они превращаются в галогенид и оксигалогенид ионы. С BrF₅, эта реакция может быть взрывной. Если интергалогены подвергаются воздействию диоксид кремния, или же металл оксиды, затем кремний или металл соответственно связываются с одним из типов галогена, оставляя свободные двухатомные галогены и двухатомный кислород. Большинство межгалогенов представляют собой фториды галогенов, а все остальные, кроме трех (IBr, AtBr и AtI), представляют собой хлориды галогенов. Каждый хлор и бром могут связываться с пятью атомами фтора, а йод может связываться с семью. ТОПОР и ТОПОР₃ интергалогены могут образовываться между двумя галогенами, чьи электроотрицательность относительно близки друг к другу. Когда интергалогены подвергаются воздействию металлов, они реагируют с образованием галогенидов металлов, входящих в состав галогенов. Окисляющая способность межгалогена увеличивается с увеличением количества галогенов, присоединенных к центральному атому межгалогена, а также с уменьшением размера центрального атома соединения. Интергалогены, содержащие фтор, с большей вероятностью будут летучий чем интергалогены, содержащие более тяжелые галогены.^[1]

Межгалогены с одним или тремя галогенами, связанными с центральным атомом, образованы двумя элементами, электроотрицательности которых не сильно различаются. Межгалогены с пятью или семью галогенами, связанными с центральным атомом, образованы двумя элементами, размеры которых сильно различаются. Количество меньших галогенов, которые могут связываться с большим центральным галогеном, определяется соотношением радиус атома галогена большего размера по атомному радиусу меньшего галогена. Ряд интергалогенов, таких как IF₇, реагируют со всеми металлами, кроме платиновая группа. ЕСЛИ₇, в отличие от интергалогенов в XY₅ серии, не реагирует с фторидами щелочных металлов.^[1]

ClF₃ самый реактивный из XY₃ интергалогены. ICl₃ наименее реактивен. BrF₃ имеет самую высокую термическую стабильность из четырех атомов галогенов. ICl₃ имеет самый низкий. Трифторид хлора имеет температуру кипения -12 ° C. Трифторид брома имеет температуру кипения 127 ° C и является жидкостью при комнатная температура. Треххлористый йод плавится при 101 ° C.^[1]

Большинство интергалогенов являются ковалентный газы. Некоторые интергалогены, особенно содержащие бром, являются жидкости, и большинство йодсодержащих интергалогенов представляют собой твердые вещества. Большинство интергалогенов, состоящих из более легких галогенов, довольно бесцветны, но межгалогены, содержащие более тяжелые галогены, имеют более глубокий цвет из-за их более высокой молекулярный вес. В этом отношении интергалогены похожи на галогены. Чем больше разница между электроотрицательностью двух галогенов в межгалогенном веществе, тем выше температура кипения межгалогена. Все интергалогены диамагнитный. В длина облигации межгалогенов в ряду XY увеличивается с размером составляющих галогенов. Например, ClF имеет длину связи 1,628.Å, а IBr имеет длину связи 2,47 Å.^[1]

Производство

Возможно образование более крупных межгалогенов, таких как ClF.₃, подвергая более мелкие интергалогены, такие как ClF, чистым двухатомным галогенам, таким как F₂. Этот метод производства особенно полезен для производства галогенов. фториды. При температурах от 250 до 300 ° C этот метод производства также может преобразовывать более крупные межгалогенные атомы в более мелкие. Также возможно получение интергалогенов путем объединения двух чистых галогенов в различных условиях. Этот метод может генерировать любой интергалоген, кроме IF₇.^[1]

Более мелкие интергалогены, такие как ClF, могут образовываться в результате прямой реакции с чистыми галогенами. Например, F₂ реагирует с Cl₂ при 250 ° C с образованием двух молекул ClF. Br₂ аналогично реагирует с двухатомным фтором, но при 60 ° C. я₂ реагирует с двухатомным фтором только при 35 ° C. И ClF, и BrF могут быть получены реакцией более крупного галогена, такого как ClF.₃ или BrF₃ и двухатомная молекула элемента ниже в периодическая таблица. Среди гексатомных интергалогенов IF₅ имеет более высокий точка кипения (97 ° C), чем BrF₅ (40,5 ° C), хотя оба соединения жидкие при комнатная температура. Межгалогенный IF₇ может быть образован путем реакции йодид палладия с фтором.^[1]

Приложения

Некоторые интергалогены, такие как BrF₃, ЕСЛИ₅, и ICl, хороши галогенирование агенты. BrF₅ слишком реактивен для образования фтора. Сверх того, монохлорид йода имеет несколько применений, в том числе помощь в измерении насыщенности жиров и масел, а также в качестве катализатор для некоторых реакции. Ряд интергалогенов, в том числе IF₇, используются для формирования полигалогениды.^[1]

Другие родственные соединения

Подобные соединения существуют с различными псевдогалогены, например, галоген азиды (FN₃, ClN₃, BrN₃, и В₃ ) и циан галогениды (FCN, ClCN, BrCN, и ICN ).

Смотрите также

• Интерхалькоген
• Галогенид водорода

Примечания

1. Первоначальная попытка фторирования астата с использованием трифторид хлора привело к образованию продукта, который прилипал к стеклу. Монофторид хлора, хлор и тетрафторсилан были сформированы. Авторы назвали эффект «загадочным», признав, что ожидали образования летучего фторида.^[7] Десять лет спустя было предсказано, что это соединение будет нелетучим, не похожим на другие галогены, но похожим на фторид радона;^[8] к этому времени последний оказался ионным.^[9]

Рекомендации

1. Саксена, П. Б. (2007). Химия межгалогенных соединений. ISBN  9788183562430. Получено 27 февраля, 2013.
2. Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. п. 824. ISBN  978-0-08-037941-8.
3. Мейерс, Роберт А., изд. (2001). Энциклопедия физических наук и технологий: неорганическая химия (3-е изд.). Академическая пресса. ISBN  978-0-12-227410-7. Несколько тройных соединений, таких как IFCl
   ₂ и ЕСЛИ
   ₂Cl, также известны [источник не указан].
4. Мурти, К. Парамешвара (2008). Университетская химия. 1. New Age International. п. 675. ISBN  978-8122407426. Единственные два межгалогенных соединения: IFCl
   ₂ и ЕСЛИ
   ₂Cl [источник не указан].
5. Саху, Баларам; Наяк, Нимая Чаран; Самантарай, Асутош; Пуджапанда, Прафулла Кумар (2012). Неорганическая химия. PHI Learning. ISBN  978-8120343085. Только несколько тройных межгалогенных соединений, таких как IFCl
   ₂ и ЕСЛИ
   ₂Cl были подготовлены [источник не указан].
6. Игнатьев, Игорь С .; Шефер, Генри Ф., III (1999). "Галогениды брома: нейтральные молекулы BrClF
   _п (п = 1–5) и их анионы - структура, энергия и сродство к электрону ». Журнал Американского химического общества. 121 (29): 6904–6910. Дои:10.1021 / ja990144h.
7. Appelman, E.H .; Ленивец, Э. Н .; Студьер, М. Х. (1966). «Обнаружение соединений астата методом времяпролетной масс-спектрометрии». Неорганическая химия. 5 (5): 766–769. Дои:10.1021 / ic50039a016.
8. Питцер, К. С. (1975). «Фториды радона и элемент 118». Журнал химического общества, химические коммуникации. 5 (18): 760b – 761. Дои:10.1039 / C3975000760B.
9. Bartlett, N .; Сладкий, Ф. О. (1973). «Химия криптона, ксенона и радона». In Bailar, J.C .; Emeléus, H.J .; Nyholm, R .; и другие. (ред.). Комплексная неорганическая химия. 1. Пергамон. С. 213–330. ISBN  0-08-017275-X.
10. Цукерман и Хаген 1989, п. 31.
11. Куглер и Келлер 1985 С. 112, 192–193.

Библиография

• Гринвуд, Норман Н.; Эрншоу, Алан (1997). Химия элементов (2-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN  978-0-08-037941-8.
• Kugler, H.K .; Келлер, К. (1985). «Ат, Астатин», системный № 8а. Справочник Гмелина по неорганической и металлоорганической химии. 8 (8-е изд.). Springer-Verlag. ISBN  3-540-93516-9.
• Zuckerman, J. J .; Хаген, А. П. (1989). Неорганические реакции и методы, образование связей с галогенами.. Джон Уайли и сыновья. ISBN  978-0-471-18656-4.

внешняя ссылка