Галогены — группа элементов седьмой главной подгруппы¶

Галогены — это группа химических элементов седьмой главной подгруппы (VIIA группы) периодической таблицы Д. И. Менделеева, объединённая общим строением внешнего электронного слоя (ns²np⁵) и сходством химических свойств. Название группы происходит от др.-греч. ἅλς — «соль» и γεννάω — «рождаю», что буквально означает «рождающие соли»: галогены образуют солеобразные соединения с металлами. К группе относятся фтор (F, 9), хлор (Cl, 17), бром (Br, 35), иод (I, 53) и астат (At, 85). В современной классификации к галогенам также относят недавно синтезированный теннессин (Ts, 117), однако его химические свойства изучены лишь фрагментарно.

¶История открытия

Хлор был открыт первым: в 1774 году шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил его при действии соляной кислоты на двуокись марганца, но считал его «дефлогистированной соляной кислотой» и не распознал как новый элемент. В 1810 году Гемфри Дэви, проведя серию опытов, доказал, что хлор является самостоятельным элементом и не содержит кислорода.

Фтор долгое время оставался наиболее труднодоступным элементом. Попытки выделить чистое вещество предпринимались на протяжении десятилетий и нередко заканчивались тяжёлыми отравлениями учёных. Лишь в 1886 году французу Анри Муассану удалось получить элементарный фтор электролизом раствора фтороводородной кислоты в безводном фторовомодориде. За это открытие Муассан в 1906 году был удостоен Нобелевской премии по химии.

Бром открыт в 1826 году французским химиком Антуаном Жеромом Баларом, который выделил его из рассолов Мондевиля. Иод был открыт в 1811 году французским химиком-любителем Бернар Куртуа при переработке водорослей золы на производстве селитры. Астат впервые синтезирован в 1940 году в Калифорнийском университете в Беркли Дэвисоном, Корсеном и Маккензи при бомбардировке висмута альфа-частицами. Теннессин получен в 2010 году на Объединённом институте ядерных исследований (Дубна, Россия) совместно с Ливерморской национальной лабораторией.

¶Физические свойства

Все природные галогены — двухатомные неметаллы. При нормальных условиях фтор и хлор — газы (жёлто-зелёный и зелёно-жёлтый соответственно), бром — тяжёлая красно-бурая жидкость с резким запахом, иод — фиолетовые кристаллы, сублимирующие при нагревании. Астат — радиоактивный элемент, существующий лишь в виде короткоживущих изотопов.

С увеличением атомного номера в группе возрастают атомная масса, радиус атома, температура плавления и кипения, плотность и цвет, уменьшаются окислительные свойства и сродство к электрону. Фтор — самый сильный окислитель среди всех элементов: его стандартный электродный потенциал составляет −2,87 В.

¶Химические свойства

Галогены обладают высокой химической активностью, обусловленной стремлением дополнить внешний электронный слой до устойчивой конфигурации благородного газа. Фтор реагирует практически со всеми элементами, включая благородные газы криптон и ксенон. Хлор менее активен, но также взаимодействует с большинством металлов и неметаллов. Бром и иод проявляют ещё меньшую активность.

Галогены образуют галогениды с металлами (NaCl, CaF₂, AgBr), галогеноводородные кислоты (HF, HCl, HBr, HI), оксиды кислот (например, Cl₂O₇ — ангидрид хлорной кислоты) и множество органических соединений. Характерна реакция галогенирования — замещение водорода в органических молекулах на атом галогена.

¶Распространённость в природе

Наиболее распространён в земной коре хлор (0,017 %), затем иод (1,5·10⁻⁵ %), фтор (0,027 % по другим данным — до 0,06 %), бром (1,6·10⁻⁴ %). Астат — самый редкий природный элемент: в земной коре его содержание оценивается в сотни граммов на всю планету.

Хлор и натрий широко распространены в виде поваренной соли (NaCl) в Мировом океане и соляных месторождениях. Фтор связан в флюорите (CaF₂), криолите и апатитах. Иод концентрируется в морских водорослях, нефтяных водах и селитряных отложениях Чили. Бром добывают из рассолов и солёных озёр.

¶Применение

Галогены играют важную роль в промышленности и повседневной жизни:

• Хлор — основа производства ПВХ, дезинфицирующих средств, растворителей, лекарственных препаратов. Широко применяется для обеззараживания питьевой и сточных вод.
• Фтор — используется для производства тефлона, фторопласта, фтороводородной кислоты, обогащения урана (UF₆). Фториды добавляются в зубные пасты для профилактики кариеса.
• Бром — применяется в производстве огнетушащих составов, лекарств (бромиды), фотоматериалов, а также как буровой раствор в нефтедобыче.
• Иод — используется в медицине (йодные антисептики, радиоактивный иод для лечения заболеваний щитовидной железы), в производстве фотоматериалов и катализаторов.

¶Биологическая роль

Фтор в микроколичествах необходим для костной ткани и эмали зубов, его избыток вызывает флюороз. Иод является жизненно важным микроэлементом: он входит в состав гормонов щитовидной железы (тироксина и трийодтиронина), дефицит иода приводит к эндемическому зобу. Хлор в виде ионов хлорида участвует в пищеварении (соляная кислота желудочного сока) и водно-солевом обмене. Бром и астат биологической роли не имеют; астат радиоактивен и токсичен.

¶Литература

• Хомченко Г. П. Химия для поступающих в вузы. — М.: Высшая школа.
• Рабинович И. Х., Хорин С. Н. Большая химическая энциклопедия. — М.: Большая Российская энциклопедия.
• Некрасов Б. В. Основы общей химии. — М.: Высшая школа.
• Кузьменко Н. Е., Еремин В. В., Попков В. А. Начала химии. — М.: Высшая школа.