BÀNG HỆ THỐNG TUẦN HOÀN
II. CÁC NGUYÊN TỐ PHÂN NHÓM CHÍNH VIIA
II. 1. Đặc trưng của các nguyên tố phân nhóm chính VIIA
38
Dưới đảv là mộc sỏ đặc trung của các nguvên tỏ nhóm VIIA
Nguyên tổ
Số Jhj tự
Cấu hinh võ điện từ
S ố dận từởvò ngoà cùng
Số oxy hóa cao nhất
Nàng kxng ion hóa I * .
Độ àm (Sên
Bán Idnh ion X-A°
Bán lánh km X
A°
Ban kinh ngưyén
tư Á°
F 9 [H e]2s22p5 2s22p5 3.98 1.33 0.71
I ° 1 7
[N e]3s23p5 3s23p5 + 7 13,01 3,16 1.81 0,26 0.99 Br 35 [A r]3d 1t4s24p5 4s24p5 + 5 11.84 Z 96 1,96 0,39 1,14 53 [K r]3dvr5s25p5 5s25ps + 7 10.45 Z 66 2.20 0,50 1,33 At 85 [X e ]4 fv 5d'c 6si 6p5 6s26ps 9,5 - - 0,62 -
Các nsuvẽn tỏ trên có cấu tạo vỏ nsoài cùna là ns2np5 gán vỏ 8 của khí trơ bền. Đãv là nhữna nsuvẽn tố á kim điển hình. Tĩnh chất hóa học đặc tnma là tính oxv hóa. chúns dề dàns nhặn thêm một điện từ để tạo hợp chất ion với kim loại và nsuvèn tỏ khác, o đãv các nsuvẽn tò nhóm VIIA có sò oxy hóa ( - 1). Theo chiều từ ưèn xuốna dưới cũa phân nhóm chinh. bán lánh neuvẽn tử lãne. nãne lượns ion hóa eiảm. độ âm điện 2Íảm. thế OXV hóa khử eiảm. \ ì thê tính oxy hóa cùa các nsuyẽn tô' eiảm. tính khử tảns. Trừ nsuvẽn tố flo. các nsuỵẽn tô khác còn có số oxv hóa dươns như clo có sỏ OXV hóa + 1. + 3. + 5. + 7. nsoài ra còn + 4.
+ 6 khõns đặc tnms. Brôm. iốL ataũn có sò oxv hóa + 1. + 3. +
5 đ ặ c t r u n s là + 1 v à + 5 . iố t c ò n c ó + 7 .
n.2. Flo và hợp chàt
Flo là nguyên tò phàn nhóm chính nhóm VII v kí hiệu hóa học là F. khòì lượna nguyên tử là 19. Phân từ flo 2ồm 2 n°uyẽn
ử F2. Các phân tử halogen có cấu hình electron theo phương iháp MO là:
= ( * y 2ô ) 2 = ( < : ) 2
Không tìm thấy flo ở trạng thái tự do. Trong tự nhiên flo tìm hấy trong các khoáng vật như apatit, criolít và nó còn chứa trong cương và răng động vật.
Flo có thể điều chế bằng cách điện phân muối nóng chảy của ló. Ở điều kiện thường flo là chất khí màu hơi vàng, hóa lỏng ở - 187°c, đông đặc ở - 233°c, rất độc. v ề mặt hóa học, flo là á âm hoạt động hóa học mạnh nhất. Vì phân tử F2 có năng lượng ihân li thấp (159 kJ/mol). Ở nhiệt độ thường flo phản ứng mãnh iệt với hydro, kim loại và á kim khác.
Flo cháy trong hydro và hỗn hợp hydro flo có thể gây nổ ở ihiệt độ thấp và trong bóng tối:
H2 + F2 = 2HF
Tất cả các kim loại (trừ niken, chì, đồng) đều phản ứng với lo, lưu huỳnh, phốtpho, silic, cácbon, asen, v.v...) đều cháy lành ngọn lửa trong khí flo. Flo thay thế các halogen khác trong ợp chất của chúng:
2NaCl + F2 = 2NaF + Cl2
Flo phản ứng với S i02 và H20 , thay thế oxy trong nước:
2H 20 + 2F2 = 4HF + 0 2
Người ta dùng niken, hợp kim niken làm bình chứa flo. Vì ong khí quyển flo, niken tạo thành màng NiF2 có tác dụng bảo )
vệ kim lcại bẽn trons- Florua hvdro duạc điều chế bầng cách cho íloma canxi tác duns VỚI H-504:
CaF, + H ,S 04 = CaSO, + 2HF
Florua hydro là khí kbõns màu. khí HF khỏ. kbôog phàn úng với kim lciại và oxít khác. Khi có luợns nhỏ hơĩ nó trờ thành boat động hóa bọc. Phân tử HF lái bền vữns. nâng liKtng phản li 565 kJ/mol. Ở trạns thái lòos HF tự ion hóa thành ion
FH; - HF; :
H F ... H - F . -H - H ^ FH; + HF2 Nguyên nhản do có liên kết hydro. Ở đảv K = 2,07.10
Khi hòa tan trong nước, nó trớ thành axít hydroflonc. Nó là axít mms bình. i~ĩm loại phản line với axít HF chậm hơn so với axil H a .
Vàn đỂ quan trọng axiì hvdnofloric có khả năng phản úng với SiO; :
S i0; +4H F = SF4 + 2 H : 0
Nsười ta dùne phán úne này để khãc ứiuỹ tinh. định luons SiO: troo£ kboáns vật và như vậỵ neười la phai đựng axil HF troQ£ nhữns chai nhựa.
Muối của axil hydroíloric Là flonL như NaF sù duns irons nõns nduệp. CaF; để sin xuải axít HF. ciyolit sù dụns trons cõns nsbiệp săn xuâi nhỏm.
II_3. Nsuvẽn tỏ ck) và bợp chát
Kj hìẽu hóa bọc của d o là a . Phản tử ck) có 2 nsuyên tử (CU) v ì co cảu hình điên tử:
K) 2 K)W K 02 =K) 2 K.) 24 :f
Do có liên kết 71 bổ sung, năng lượng liên kết của clo lớn 39,3 kJ/mol (F2 chỉ là 159,5 kJ/mol). Trong tự nhiên nó không in tại ở trạng thái tự do, thường ở dưới dạng muối clorít, phổ ến nhất là muối NaCl có trong nước biển hay muối mỏ, khoáng ivinhit NaClKCl, cacnalit KClMgCl2.6H20 .
Trong phòng thí nghiệm điều chế Cl2 bằng phản ứng:
4HC1 + M n 02 = MnCl4 + 2H zO MnCl4 = MnCl2 + Cl2
Trong công nghiệp điện phân dung dịch NaCl với anốt trơ có .àng ngăn. Ở anốt sẽ thu được Cl2:
dung dịch NaCl diệnphãn > H2 + Cl2 + NaOH
Clo là khí có màu vàng, hóa lỏng ờ - 34°c, hóa rắn ở - 101°c.
ó là loại khí độc, hòa tan tương đối tốt trong nước. Một thể tích lớc (ở điều kiện 25° c , 760mmHg) sẽ hòa tan 2,5 thể tích clo.
ung dịch clo trong nước gọi là nước clo.
Clo là nguyên tố rất hoạt động, nhiều chất đơn giản như natri, Sng, sắt, kẽm, antimoan, phốtpho cháy trong khí clo.
2Na + C12 = 2NaCl
iy là: 2Fe + 3C12 = 2FeCl3 (phản ứng cần đốt nóng) Phốtpho có thể cháy trong ngọn lửa Cl2 không cần nhiệt, kết iả tạo PC13 và PC15.
2
Phán úns giũa hydro và clo nối có ánh sáng chiêu vào se gây no:
tav
H2+C1,=2HC1
Clo phân ứng manh với tất cà các á kìm khác, trừ khí oxy, nitơ và các khí trơ- Clo còn phản ứns với nhiẻu hợp chát khác.
IIJ. 1. Hợp chất hxdroclonui và axil cỉohxdric
Hvdroclorua diều chế bằng phàn úng cháy của d o troog hydro:
H ,+ C 1 , =2HC1
Trong phòng thí nahiệm có thể điẽu chế bằns phản ứng:
2NaQ + H; SOj = 2 H a + Na,SO,, (dàc)
Nếu phàn ứns đốt manh sinh ra Na2S04. còn nếu đun nhẹ thành muỏì axít NaHS04. Hydroclorua là khí khõns màu. nặns eáp 1.3 lần khõns khí là loại khí độc. dễ hòa tan tron2 nước. Ở 0PC mội the tích của nước hòa tan 500 thể tích của khí HQ. Nó hóa lòn2 ỡ - 84.9°c và kết tinh ờ - 114°c
* Axít clohvdnc
Khi hòa tan khí hvdroclorua tron2 nước ta thu được axít clohvdric.
Tron 2 còn 2 nghiệp điểu cbẻ axít clohvdric bans 2 phươns phap: tons hợp khí H ơ . hòa lan vào nước và phuong pháp sunphái (phản ứns đã ahi ờ trẽn). Hai phươns pháp nàv đều có neuvẽn liệu chuns là muối ãn (NaQ).
A-T.it clohydnc là chái lòng khỏn2 màu. Nồng độ của axít có quan hệ với ũ trọns. Ví dụ ỡ ti trons duns dịch là 1.19 o/cm3
:ương đương với nồng độ 38% của HC1. Ở nồng độ này nó
~)ốc khói.
Axít hydrocloric là axít mạnh. Khi gặp những chất oxy hóa nạnh như K M n04, M n 0 2, F2 nó thể hiện tính khử. Ở đây ion G ỉóng vai trò dạng khử:
M n 02 + 4HC1 = MnCl2 + Cl2 + 2H 20 Hay phản ứng với oxy khi có Cu xúc tác:
4HCl + 0 2 = 2 H 20 + 2C12
Axít HC1 được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp cũng như rong phòng thí nghiệm.
Muối của axít gọi là clorua. Ví dụ NaCl clorua natri. Các nuối này ở trạng thái rắn phần lớn dễ tan trong nước. Một số ít an như AgCl, Hg2Cl2, CuCl, PbCl2, v.v. .. Một số muối quan rọng hay sử dụng trong thực tế NaCl, KC1, ZnCl2, MgCl2,
;gCl, V.V.. Ví dụ: NaCl được dùng làm thực phẩm, trong công ghiệp để điều chế khí Cl2, NaOH và axít HC1, Na và natri ácbonát.
NaCl là tinh thể không màu, có thể lấy được từ mỏ muối ay tù nước biển. KC1 dùng sản xuất kim loại kali và KOH, thường tồn tại ở muối hydrat MgCl2.6H20 , có thể sản uất kim loại magiê. Dung dịch nước của MgCl2 dùng sản xuất imăng magiê.
11.3.2. Các hợp chất chứa oxy của clo (hóa trị dương của clo) Hợp chất hóa trị dương của C1 là hợp chất với flo, oxy, nitơ, hư (CIF), (C13N). Ở đây clo có thể có số oxy hóa là + 1, + 3, + 4, 5, + 6, + 7. Quan trọng ở đây là những hợp chất giữa clo và oxy.
ị
Cl-O. a o , . a :06 và a - ,0 , và tuơng ứng với nó là các axít h 'jw lo r o HQO. axít cloro HQO-,. axít doric HQ O3 ' à axít pecloric H a 0 4.
Theo đăv sãp xếp theo chiều lãna so oxv hóa:
_ ] - 5 - 5
HQO H ao , Hao? Hac>4
Tinh bền tins, tính axít lãns nhưne tính oxv hóa siảm. Nguyên nhàn sự áảm tính oxv hóa clo ở HQO. là điện tử của nguyên tủ clo tham à a liên kết nhiều hcsa so với HQO. độ bội của liên kết lớn và liên kẽt Q — o bền.
Nhữne chói quan trọns trona thưc tờ là clorua vũi nưúc 2ia\ôn.
ơorua vòi là chàt bột màu trắns. được điéu chẽ hằn2 cách cho khi clo sục vào nuớc vòi:
2Ca(OH): - C l : —> CaCụ -t-CaOCl: -r2H ;0
Thành phán chũ yếu của nó là hvpolloritcanxi. dùne đé tav màu. sát trims. Tươns tự như axít hvpocloro. nó có únh o.\v hóa rãt manh-
CaOCl, - 2 HO = a : - CaCl; - H:0
Nucc siaven điểu chè bằne cách sục khí clo vào duns dịch NaOH:
ZNaOH - Cl; = NaGO - NaCl - H; 0 ntKV £i£ve-!
Hoai tinh oxv hóa manh của axit H a o và các muôi của nó có thể eiãi thích do phân ứns phàn huỸ của chúns thành muôi đcrua ' à oxv nsuvẽn tử:
HCIO = HC1 + o
C lo r a t k a li là m u ố i q u a n tr ọ n g thự c t ế c ủ a a x ít H C IO 3 được
liều chế bằng cách sục khí clo vào dung dịch KOH:
6KOH + 3C12 = 5KC1 + KCIO3 + 3H20
KCIO3 là chất kết tinh màu trắng. Nó phản ứng mãnh liệt, gây lổ khi phản ứng với các chất cháy như c , s và p.
2KCIO3 + 3S = 2KC1 + 3 S 02 Kali clorat khi đun nóng phân huỷ:
4KCIO3 = 3KC104 + KC1 Ở nhiệt độ cao hơn lại phán huỷ:
2KCIO3 = 2KC1 + 3 0 2 Người ta dùng nó làm diêm và thuốc pháo.