Хлор. Характеристика элемента, исходя из его положения в периодической системе, с точки зрения теории строения атома, возможные степени окисления.

Галогены (от греч. «хальс» - соль и «геннао» - рождаю) – химические элементы главной подгруппы 7 группы ПСХЭ Д.И. Менделеева – фтор, хлор, бром, йод, астат. Они относятся к неметаллам.

На внешней электронной оболочке галогенов находится по 7 электронов (электронная конфигурация s²p⁵).

F 1s²2s²2p⁵ (2-й период)

Cl 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵ (3-й период)

Br 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁵ (4-й период)

I 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d¹⁰4p⁶5s²5p⁵ (5-й период)

Поскольку у галогенов до образования 8-электронной оболочки не достает по одному электрону, они характеризуются наибольшими среди всех элементов значениями сродства к электрону.

Отсюда следует, что наиболее типичными для галогенов должны быть соединения, в которых они проявляют степень окисления -1, например:

Cl⁰ + 1ē = Cl^-1

Для фтора степень окисления -1 является единственно возможной в его сложных соединениях.

Так как возбуждение электрона, связанное с переходим на следующий энергетический уровень, потребует очень большой затраты энергии, то фтор бывает только одновалентным. У атомов следующих галогенов в пределах валентного слоя имеются вакантные d-орбитвли. Переход электронов в пределах одного и того же энергетического уровня требует гораздо меньшей энергии. Например, для атома хлора такое возбуждение можно представить так:

3p⁴ 3d¹

трехвалентное состояние

3p⁵ 3d 3p³ 3d²

3s² 3s²

пятивалентное состояние

3p³ 3d³

3s¹

семивалентное состояние

Таким образом, хлор, бром, йод в соединениях могут проявлять валентность, равную 1, 3, 5, 7. Энергия, затраченная на возбуждение атомов, окупается той, которая выделяется при образовании дополнительных химических связей.

Хлор, бром, йод в своих кислородных соединениях (и в соединениях со фтором) способны проявлять положительные степени окисления от +1 до +7. Эти степени окисления менее характерны для галогенов (чем степень окисления -1), что объясняет неустойчивость их кислородных соединений.

В ряду F, Cl, Br, I наибольшим радиусом атома (и, следовательно, наименьшим сродством к электрону) обладает йод, поэтому он обладает менее выраженными окислительными свойствами, чем бром, хлор и фтор. Следовательно, окислительные свойства в подгруппе галогенов уменьшаются от фтора к йоду, а восстановительные усиливаются (фтор вообще не обладает восстановительными свойствами).

увеличение восстановительных свойств:

F Cl Br I

Поэтому каждый предыдущий галоген вытесняет последующий из его соединений с металлами и водородом. Молекулы простых веществ, образуемых галогенами, состоят как и у водорода из двух атомов, связанных друг с другом ковалентной связью (неполярной).

2 KCl + F₂ = Cl₂ + 2 KF

2 KBr + Cl₂ = Br₂ + 2 KCl

2 KI + Br₂ = I₂ + 2 KBr

Т.е. любой предыдущий галоген окисляет отрицательный ион каждого последующего галогена. Фтор может быть только окислителем.

Выводы:

1. На внешней электронной оболочке галогенов находится по 7 электронов

2. Наиболее типичными для галогенов должны быть соединения, в которых они проявляют степень окисления -1

3. Для фтора степень окисления -1 является единственно возможной в его сложных соединениях

4. Хлор, бром, йод в соединениях могут проявлять валентность, равную 1, 3, 5, 7.

5. Хлор, бром, йод в своих кислородных соединениях (и в соединениях со фтором) способны проявлять положительные степени окисления от +1 до +7

6.Любой предыдущий галоген окисляет отрицательный ион каждого последующего галогена.

7. Фтор может быть только окислителем.