Как фтор реагирует с водой

Как фтор реагирует с водой

Взаимодействие с металлами. Все галогены взаимодействуют практически со всеми простыми веществами, наиболее энергично протекает реакция с металлами. Фтор при нагревании реагирует со всеми металлами, включая золото и платину, на холоде взаимодействует с щелочными металлами, свинцом и железом. Хлор, бром и йод при обычных условиях реагируют со щелочными металлами, а при нагревании – с медью, железом и оловом. В результате взаимодействия образуются галогениды, которые являются солями:

Галогены в этой реакции проявляют окислительные свойства.

Взаимодействие с водородом.При обычных условиях фтор реагирует с водородом в темноте со взрывом, взаимодействие с хлором протекает на свету, бром и йод реагируют только при нагревании, причем реакция с йодом обратима.

Галогены в этой реакции проявляют окислительные свойства.

Взаимодействие с неметаллами. С кислородом и азотом галогены непосредственно не взаимодействуют, реагируют с серой, фосфором, кремнием, проявляя окислительные свойства, химическая активность у брома и йода выражена слабее, чем у фтора и хлора:

Взаимодействие с водой. Галогены реагируют со многими сложными веществами. С водой фтор и остальные галогены реагируют по-разному:

Hal + H₂O = HHal + HHalO.

Эта реакции является реакцией диспропорционирования, где галоген одновременно является окислителем и восстановителем.

Взаимодействие со щелочами. Также галогены диспропорционируют в растворах щелочей:

Cl₂ + KOH = KClO + KCl (на холоде);

3Cl₂ + 6KOH = KClO₃ + 5KCl + 3Н₂О (при нагревании).

Гипобромид-ион существует только при температуре ниже 0 °С, гипойодит-ион в растворах не существует.

Взаимодействие с сероводородом. Галогены способны отнимать водород от других веществ:

Реакция замещения водорода в предельных углеводородах:

Реакция присоединения к непредельным углеводородам:

Взаимное замещение галогенов. Реакционная способность галогенов снижается при переходе от фтора к йоду, поэтому предыдущий элемент вытесняет последующий из галогеноводородных кислот и их солей:

Источник

Галогены

Галогены (греч. hals — соль + genes — рождающий) — химические элементы VIIa группы: F, Cl, Br, I, At. Реагируют с большинством других элементов и органических соединений.

Галогены широко распространены в природе. Их химическая активность падает от фтора к астату.

Общая характеристика элементов VIIa группы

От F к At (сверху вниз в периодической таблице) происходит увеличение: атомного радиуса, металлических, основных, восстановительных свойств. Уменьшается электроотрицательность, энергия ионизация, сродство к электрону.

Все галогены относятся к неметаллам, являются сильными окислителями.

Электронные конфигурации у данных элементов схожи, так как они находятся в одной группе (главной подгруппе!), общая формула ns 2 np 5 :

• F — 2s 2 2p 5
• Cl — 3s 2 3p 5
• Br — 4s 2 4p 5
• I — 5s 2 5p 5
• At — 6s 2 6p 5

Для галогенов характерны нечетные степени окисления: -1, +1, +3, +5, +7. Это связано с электронной конфигурацией атомов в возбужденном состоянии.

Природные соединения

• NaCl — галит (каменная соль)
• CaF₂ — флюорит, плавиковый шпат
• NaCl*KCl — сильвинит
• 3Ca₃(PO₄)₂*CaF₂ — фторапатит
• MgCl₂*6H₂O — бишофит
• KCl*MgCl₂*6H₂O — карналлит

Простые вещества — F₂, Cl₂, Br₂, I₂

Галогены в чистом виде можно получить путем электролиза водных растворов и расплавов их солей. Например, хлор в промышленности получают электролизом водного раствора хлорида натрия.

Электролизом расплава гидрофторида калия KHF₂ в безводной плавиковой кислоте — HF — был впервые получен фтор.

Более активные галогены способны вытеснять менее активные. Активность галогенов убывает: F → Cl → Br → I.

В лабораторных условиях галогены могут быть получены следующими реакциями.

Реакции с металлами

Для галогенов характерна высокая реакционная способность. Фтор реагирует со всеми металлами без исключения, некоторые из них в атмосфере фтора самовоспламеняются.

Реакции с неметаллами

Хлор, как и фтор, химически весьма активен. Не реагирует только с кислородом, азотом и благородными газами.

F₂ + H₂ → HF (в темноте со взрывом)

Галогены вступают в реакцию друг с другом. Чтобы определить степени окисления в получающихся соединениях, вспомните электроотрицательность 😉

Br₂ + F₂ → BrF (фтор более электроотрицателен, чем бром — F — )

Br₂ + I₂ → IBr₃ (бром более электроотрицателен, чем йод — Br — )

Реакции с водой

Реакция фтора с водой протекает очень энергично, носит взрывной характер.

Хлор реагирует с водой обратимо, образуя хлорную воду — смесь хлорноватистой и соляной кислоты. Бром вступает в те же реакции, что и хлор.

Замечу, что активность йода существенно ниже, чем у остальных галогенов. С неметаллами йод почти не реагирует, а с металлами — только при нагревании.

Реакции с щелочами

Cl₂ + NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

Галогены способны вытеснять друг друга из солей. Более активные вытесняют менее активные.

KBr + I₂ ⇸ (реакция не идет, так как йод менее активен, чем бром)

Галогеноводороды

Соединения, образованные из галогенов и водорода. К галогеноводородам относятся следующие вещества:

• HF — фтороводород (газ), фтороводородная (плавиковая) кислота (жидкость)
• HCl — хлороводород (газ), соляная кислота (жидкость)
• HBr — бромоводород, бромоводородная кислота
• HI — йодоводород, йодоводородная кислота
• HAt — астатоводород, астатоводородная кислота

При н.у. HCl, HBr, HI — газы, хорошо растворимые в воде.

В промышленности применяют получение прямым методом: реакцией водорода с галогенами.

В лабораторных условиях галогеноводороды можно получить в реакциях обмена между галогенсодержащими солями и сильными кислотами.

HF — является слабой кислотой, HCl, HBr, HI — сильные кислоты. Металлы, стоящие в ряду напряжений до водорода, способны вытеснить водород из кислоты.

Галогеноводороды реагируют с основными, амфотерными оксидами и основаниями с образованием соответствующих солей.

KOH + HCl → KCl + H₂O (реакция нейтрализации)

Реакции протекают в тех случаях, если в результате выпадает осадок, выделяется газ или образуется слабый электролит (вода).

В некоторых реакциях проявляют себя как сильные восстановители, особенно HI.

В целом взаимодействие галогеноводородов с оксидами неметаллов нехарактерно. В этой связи важно выделить реакцию SiO₂ с плавиковой кислотой.

© Беллевич Юрий Сергеевич 2018-2021

Данная статья написана Беллевичем Юрием Сергеевичем и является его интеллектуальной собственностью. Копирование, распространение (в том числе путем копирования на другие сайты и ресурсы в Интернете) или любое иное использование информации и объектов без предварительного согласия правообладателя преследуется по закону. Для получения материалов статьи и разрешения их использования, обратитесь, пожалуйста, к Беллевичу Юрию.

Источник

Как фтор реагирует с водой

Общие сведения и методы получения

Фтор ( F ) — газ бледно-желтого цвета, относится к галогенам.

Название «фтор» (по-гречески — разрушительный) предложил Ампер, оно употребляется в настоящее время только в русской терминологии.

Впервые в 1886 г. фтор выделил французский химик Муассан элек­тролизом жидкого безводного фтороводорода, содержащего примесь кислого фторида калия KHF ₂ .

Промышленное производство фтора началось с 30-х гг.

Относится к числу наиболее распространенных в природе элементов. Среднее содержание его в земной коре составляет 6,25-10

2 %, в кис­лых изверженных породах (гранитах)—8,0*10 -2 %, в основных — 3,7-10

2 %, в ультраосновных—1,0• 10 -2 % (по массе). Фтор содержит­ся в вулканических газах, в термальных водах, в растительных и жи­вотных организмах, но главным образом входит в состав минералов.

Всего известно 86 фторсодержащнх минералов, важнейшими из ко­торых являются: CaF ₂ — плавиковый шпат (флюорит), содержащий 48,7% F ; Na ₃ AlF ₃ — криолит, содержащий 54,3% F ; Ca ₅ F ( P 0₄)₃ — фторапатит, содержащий 3,3 % F .

Главное промышленное значение имеет плавиковый шпат CaF ₂ , крупные месторождения которого находятся в СССР, США, Мексике, КНР, Италии, ФРГ, ГДР, Испании, Франции, Англии.

Перспективным источником получения фтора для производства ми­неральных удобрений являются фосфаты.

Современный промышленный метод получения фтора — метод Муас-сана. Сырьем является плавиковый шпат CaF ₂ , из которого действием серной кислоты при 130 °С получают фтороводород HF . Готовят элек­тролит: в расплав из бифторида калия KHF ₂ вводят фтороводород до содержания 40—41 % HF . Расплав (температура плавления 70 °С) под­вергают электролизу по режиму: температура 95—100 °С, напряжение иа электродах 9—11 В, выход по току 90—95 %. Фтор хранят как в газообразном состоянии под давлением, так и в жидком состоя ши при охлаждении жидким азотом.

Токсичен, предельно допустимая концентрация в воздухе примерно 2*10 -4 мг/л. Воздействует на дыхательные пути, сердце, глао, цен­тральную нервную систему, при попадании на кожу вызывает трудно заживающие ожоги. Первая помощь при отравлении фтором заключа­ется в кислородном дыхании; при поражении кожи — обильные промы­вания водой, затем спиртом и употребление пасты из Mg(OH)₂.

Небольшие загрязнения аппаратуры (окалина, следы масла, влаги), предназначенной для работы со фтором, могут привести к воспламене­нию, следствием которого может быть горение материала во фторе. По­этому все оборудование должно быть тщательно очищено и обработа­но газообразным фтором для образования на поверхности защитной

пленки фторида металла. Фторирование элементарным фтором следует проводить за защитными щитками, так как возможен взрыв.

Атомные характеристики. Атомный номер 9, атомная масса 18,9984 а. е.м., атомный объем 14,61 • 10

6 м 3 /моль, атомный радиус (ковалент-ный) 0,071 нм, нонный радиус F -1 0,133 им, F + 7 0,009 нм, строение внешней электронной оболочки 2 s 2 2 p 5 . Значение первых потенциалов ионизации / (эВ): 17,418; 34,98; 62,65; электроотрицательность 3,0; сродство к электрону 3,58 эВ.

Имеет высокую химическую активность, наиболее активен из всех неметаллов, обладает очень высокой реакционной способностью, в соединениях проявляет степень окисления— 1.

При низких температурах в электрическом разряде образуются фто­риды кислорода 0₃ F ₄ , 0₃ F ₂ , 0₂ F ₂ .

При взаимодействии фтора с разбавленным раствором NaOH образу, ется OF ₂ — сильный фторирующий агент и окислитель.

Реакция с азотом протекает в электрическом разряде с образованием бесцветного газа грехфтористого азота NF ₃ , который плавитси при —208,5 °С, кипит при —129 °С. При действии фтора на HN ₃ в среде азо­та образуется желто-зеленый газ FN ₃ с температурой плавления —154 °С и температурой кипения —192 «С.

С водородом взаимодействует с воспламенением (при комнатной температуре со взрывом), образуя газ с резким запахом, хорошо рас­творимый в воде,— фтороводород HF .

С серой взаимодействует на холоду с выделением тепла, образуя га­зообразные соединения S₂F₂, SF₂, SF₄ и SFa и жидкость S₂Fi₀.

С древесным углем взаимодействует при комнатной температуре с воспламенением, с графитом — при нагревании, образуя газы CF4, C₂F_e и др., а также твердые соединения (CF)„, C₄F₆ С алмазом фтор непо­средственно не реагирует.

Реакции с галогенами экзотермичны. При 200—250 °С хлор образует моиофтористый хлор C1F и трехфтористый хлор C1F₃; при высокой тем­пературе и давлении образуется пентафторнстый хлор CIF5, Бром и иод воспламеняются в атмосфере фтора при обычной температуре, образуя фториды галогенов BrF, BrF₃, BrFs, IF5, IF7.

Получены фториды инертных газов, ксенона — XeF₂, XeF₄₎ XeF₆, крип, тона — KrF₂, KrF₄ и фторид радона, состав которого не установлен. Фториды ксенона — бесцветные кристаллы, термодинамически устойчи­вые окислители.

Фтор энергично соединяется с большинством металлов, образуя фто­риды. При взаимодействии со фтором щелочные и щелочноземельные ме­таллы воспламеняются на холоду, Sn,Ti, Bi, Мо, W — при незначитель­ном нагревании, Hg, Pb, U, V — при комнатной температуре, Pt — при температуре красного каления, Fe, Си, Al, N1, Zn — на холоду со фтором не взаимодействуют, так как на их поверхности образуется защитный слой фторида.

При взаимодействии фтора на холоду с основными оксидами образу­ются, как правило, фториды и кислород. Кислотные оксиды либо присо­единяют фтор, либо замещают кислород на фтор.

При нагревании оксид углерода (II) СО присоединяет фтор, оксиды азота N0 и N0₂ присоединяют фтор при комнатной температуре. Стек­ло реагирует со фтором очень медленно, в присутствии воды быстро.

Вода взаимодействует со фтором по реакции 2H₂0-f-2F₂=4HF+02.

Гидроксиды металлов реагируют с образованием фторида металла и кислорода. Водные растворы щелочей NaOH и КОН реагируют приСС с образованием OF₂

При взаимодействии с кислотами фтор замещает водород, в солях металлов— металлы, в более жестких условиях фтор вытесняет кислород из этих соединений, образуя сульфурилфторид.

Фтор энергично реагирует с органическими соединениями, вступая в реакции присоединения и замещения, образуя фторорганические соеди­нения

Электрохимический эквивалент фтора составляет 0,19689 мг/Кл. Области применения

Газообразный фтор впервые был использован для получения UFe, с по­мощью которого удалось разделить изотопы урана.

Элементарный фгор применяют в жидком виде как окислитель жид­ких ракетных топлив. Его используют для получения: C 1 F ₃ — окислите­ля жидких ракетных топлив; SF ₆ — диэлектрика; фторидов металлов Со, Ag , Мп, Sb — фторирующих реагентов.

Фтористый водород широко используют для получения синтетическо­го криолита (сырье для получения А1), в производстве урана, для син­теза фторуглеродов, в качестве катализатора синтеза бензина и при про­изводстве синтетических горючих веществ, для травления стекла.

Фториды азота применяют в производстве тетрафторгидразина для сварки металлов, как окислители жидких ракетных топлив. Фториды кислорода — как сильный фторирующий и окисляющий агент.

Фтористоводородную (плавиковую) кислоту применяют как раство­ритель, для травления стекла, а также реагент для получения фторидов.

Фторкаучуки используют для изготовления емкостей для хранения горючего, уплотнителей, колец, диафрагм, клапанов и других изделий, работающих в контакте с маслами, окислителями и другими агрессивны­ми средами при 200 °С и выше.

Фторпласты применяют в электро- и радиотехнике, авиации и ракет­ной технике, машиностроении, химической и атомной промышленности, в криогенной технике, в пищевой промышленности и медицине.

Интересными по свойствам оказались смешанные фторхлорпроизвод-ные метана и этана.

Большая теплота испарения наряду с отсутствием токсичности позво­лили использовать эти соединения «фреоны» в качестве хладагентов хо­лодильных машин. Препараты, содержащие фтор, применяют в медицинс­кой практике в качестве противоопухолевых, антидепрессивных, наркоти­ческих и других средств.

Источник