Интергалоген - Interhalogen

Interhalogen соединение представляет собой молекула , которая содержит два или более различный галоген атомов ( фтор , хлор , бром , йод или астатин ) и не атомы элементов из любой другой группы.

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

Никакие межгалогенные соединения, содержащие три или более различных галогена, точно не известны, хотя в нескольких книгах утверждается, что IFCl
2и ЕСЛИ
2Cl были получены, и теоретические исследования, по-видимому, указывают на то, что некоторые соединения в ряду BrClF
п еле стабильны.

Типы интергалогенов

Диатомовые интергалогены

Монохлорид йода

Межгалогеновые соединения формы XY имеют промежуточные физические свойства между двумя родительскими галогенами. Ковалентная связь между двумя атомами имеет некоторый ионный характер, менее электроотрицательный атом галогена, X, будучи окисляется 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 астатина с другими галогенами даже не известны, а известные очень нестабильны.

Br 2 ( ж ) + F 2 (г) → 2 BrF (г)

Монофторид брома распадается следующим образом:

3 BrF → Br 2 + BrF 3
Астатин хлорид
Бромид астатина
Йодид астата
  • Монофторид йода (IF) нестабилен и разлагается при 0 ° C, диспропорционируя на элементарный йод и пентафторид йода .
  • Монохлорид брома (BrCl) - это 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 . Кристаллическая структура йода монохлорида состоит из сморщенных зигзагообразной цепи, с сильными взаимодействиями между цепями.
  • Монохлорид астата (AtCl) получают либо путем прямого объединения газофазного астата с хлором, либо путем последовательного добавления иона астата и дихромата к кислому хлоридному раствору.
  • Монобромид йода (IBr) образуется 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. Таким образом, хотя синтез фторида астатина считается возможным, он может потребовать жидкого фторидного растворителя галогена, который уже использовался для определения характеристик фторидов радона.

Кроме того, существуют аналогичные молекулы с участием псевдогалогенов , такие как галогениды цианогена .

Тетатомные интергалогены

Трифторид хлора
  • Трифторид хлора (ClF 3 ) 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 никелевой трубке. Он реагирует более бурно, чем фтор, часто взрывоопасен. Молекула плоская и Т-образная . Он используется при производстве гексафторида урана .
  • Трифторид брома (BrF 3 ) представляет собой желто-зеленую жидкость, которая проводит электричество - она ​​самоионизируется с образованием [BrF 2 ] + и [BrF 4 ] - . 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 . Используется в органической химии как фторирующий агент. Он имеет ту же молекулярную форму, что и трифторид хлора.
  • Трифторид йода (IF 3 ) 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 IF 5 . F 2 атаки я 2 с получением ПЧ 3 при -45 ° С в CCl 3 F . Альтернативно, при низких температурах реакция фторирования
Я 2 + 3  XeF 2 → 2 IF 3 + 3  Xe
может быть использован. О трифториде йода известно немного, поскольку он очень нестабилен.
  • Трихлорид йода (ICl 3 ) образует кристаллы лимонно-желтого цвета, которые плавятся под давлением с образованием 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 тетрахлоройодидов ( ICl-
    4    ) и гидролизуется в воде. Молекула представляет собой плоский димер (ICl 3 ) 2 , в котором каждый атом йода окружен четырьмя атомами хлора.
  • Трибромид йода (IBr 3 ) - жидкость темно-коричневого цвета.

Гексатомные интергалогены

Пентафторид брома

Все стабильные шестиатомные и окатомные межгалогены включают 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.

Октатомные интергалогены

Гептафторид йода
  • Гептафторид йода (IF 7 ) - бесцветный газ и сильный фторирующий агент. Его получают путем реакции пентафторида йода с газообразным фтором. Молекула представляет собой пятиугольную бипирамиду . Это соединение - единственное известное межгалогенное соединение, в котором больший атом несет семь меньших атомов.
  • Все попытки синтезировать бром или гептафторид хлора потерпели неудачу; вместо этого образуется пентафторид брома или пентафторид хлора вместе с газообразным фтором.

Резюме известных интергалогенов

F
F 2
Cl
ClF , ClF 3 , ClF 5
Cl 2
Br
БрФ , БрФ 3 , БрФ 5
BrCl
Br 2
я
ЕСЛИ , ЕСЛИ 3 , ЕСЛИ 5 , ЕСЛИ 7
ICl , (ICl 3 ) 2
IBr , IBr 3
Я 2
В
никто
AtCl
AtBr
AtI
В 2 (?)
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 F 2 . Если интергалогены подвергаются воздействию воды, они превращаются в ионы галогенидов и оксигалогенидов . С BrF 5 эта реакция может быть взрывной . Если interhalogens подвергаются воздействию диоксида кремния , или металлических оксидов, затем кремния или металла соответственно связь с одним из видов галогена, оставляя свободные галогены двухатомные 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. Межгалогены AX и AX 3 могут образовываться между двумя галогенами, электроотрицательности которых относительно близки друг к другу. Когда интергалогены подвергаются воздействию металлов, они реагируют с образованием галогенидов металлов составляющих 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 летучими, чем интергалогены, содержащие более тяжелые галогены.

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 отношением атомного радиуса большего галогена к атомному радиусу меньшего галогена. Ряд межгалогенов, таких как IF 7 , реагирует со всеми металлами, за исключением металлов платиновой группы . IF 7 , в отличие от интергалогенов серии XY 5 , не реагирует с фторидами щелочных металлов .

ClF 3 является наиболее реактивным из интергалогенов XY 3 . ICl 3 наименее реактивен. BrF 3 имеет самую высокую термическую стабильность из четырехатомных межгалогенов. ICl 3 имеет самый низкий уровень. Трифторид хлора имеет температуру кипения -12 ° C. Трифторид брома имеет температуру кипения 127 ° C и является жидкостью при комнатной температуре . Треххлористый йод плавится при 101 ° C.

Большинство межгалогенов - ковалентные газы. Некоторые интергалогены, особенно содержащие бром, являются жидкостями , а большинство содержащих йод межгалогенов - твердыми веществами. Большинство межгалогенов, состоящих из более легких галогенов, довольно бесцветны, но межгалогены, содержащие более тяжелые галогены, имеют более глубокий цвет из-за их более высокой молекулярной массы . В этом отношении интергалогены аналогичны галогенам. Чем больше разница между электроотрицательностью двух галогенов в межгалогенном веществе, тем выше температура кипения межгалогена. Все интергалогены диамагнитны . Длина связи между галогенами в серии XY увеличивается с размером составляющих галогенов. Например, ClF имеет длину связи 1,628  Å , а IBr имеет длину связи 2,47 Å.

Производство

Можно производить более крупные интергалогены, такие как ClF 3 , подвергая более мелкие интергалогены, такие как ClF, чистым двухатомным галогенам, таким как F 2 . Этот метод производства особенно полезен для получения фторидов галогенов . При температурах от 250 до 300 ° C этот тип производственного метода 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 IF 7 .

Более мелкие интергалогены, такие как ClF, могут образовываться в результате прямой реакции с чистыми галогенами. Например, F 2 реагирует с Cl 2 при 250 ° C с образованием двух молекул ClF. Br 2 реагирует с двухатомным фтором таким же образом, но при 60 ° C. I 2 реагирует с двухатомным фтором только при 35 ° C. И ClF, и BrF могут быть получены реакцией более крупного межгалогена, такого как ClF 3 или BrF 3, и двухатомной молекулы элемента, находящегося ниже в периодической таблице . Среди шестиатомных межгалогенов IF 5 имеет более высокую температуру кипения (97 ° C), чем BrF 5 (40,5 ° C), хотя оба соединения являются жидкостями при комнатной температуре . Межгалогеновый IF 7 может быть образован реакцией йодида палладия с фтором.

Приложения

Некоторые интергалогены, такие как BrF 3 , IF 5 и ICl, являются хорошими галогенирующими агентами. BrF 5 слишком реактивен для образования фтора. Помимо этого, монохлорид йода имеет несколько применений, включая помощь в измерении насыщенности жиров и масел, а также в качестве катализатора некоторых реакций . Ряд интергалогенов, включая IF 7 , используется для образования полигалогенидов .

Другие родственные соединения

Подобные соединения существуют с различными псевдогалогенами , такими как азиды галогенов ( FN 3 , ClN 3 , BrN 3 и IN 3 ) и галогениды цианогена ( FCN , ClCN , BrCN и ICN ).

Смотрите также

Заметки

Рекомендации

Библиография

Внешние ссылки