Галогены

Применение в химии

• Вещества на основе брома широко применяются в основном органическом синтезе.
• «Бромная вода» (водный раствор брома) применяется как реагент для качественного определения непредельных органических соединений.

Применение в технике

• Бромид серебра AgBr применяется в фотографии как светочувствительное вещество.
• Используется для создания антипиренов — добавок, придающих пожароустойчивость пластикам, древесине, текстильным материалам.
• Пентафторид брома иногда используется как очень мощный окислитель ракетного топлива.
• 1,2-дибромэтан в настоящее время применяют как антидетонирующую добавку в моторном топливе, взамен тетраэтилсвинца.
• Растворы бромидов используются в нефтедобыче.
• Растворы бромидов тяжёлых металлов используются как «тяжёлые жидкости» при обогащении полезных ископаемых методом флотации.
• Многие броморганические соединения применяются как инсектициды и пестициды.

В медицине

• В медицине бромид натрия и бромид калия применяют как успокаивающие средства.

В производстве оружия

Со времен Первой Мировой войны бром используется для производства боевых отравляющих веществ.

Нахождение в природе

 

Ампула с бромом внутри акрилового куба

В качестве исходного сырья для  производства брома служат:

1. Морская вода (65 мг/л^[4])
2. Рассолы соляных озёр
3. Щёлок калийных производств
4. Подземные воды нефтяных и газовых месторождений

 

3.4 Иод

Сырьем для промышленного получения  иода в России служат нефтяные буровые  воды; за рубежом - морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, содержащие до 0,4% иода в виде иодата натрия. Для извлечения иода из нефтяных вод (содержащих обычно 20 - 40 мг/л иода в виде иодидов) на них сначала действуют хлором или азотистой кислотой. Выделившийся иод либо адсорбируют активным углем, либо выдувают воздухом. На иод, адсорбированный углем, действуют едкой щелочью или сульфитом натрия. Из продуктов реакции свободный иод выделяют действием хлора или серной кислоты и окислителя, например дихромата калия. При выдувании воздухом иод поглощают смесью двуокиси серы с водяным паром и затем вытесняют иод хлором. Сырой кристаллический иод очищают возгонкой.

Иод и его соединения применяют  главным образом в медицине и  в аналитической химии, а также  в органическом синтезе и фотографии. В промышленности применение иода пока незначительно по объему, но весьма перспективно. Так, на термическом разложении иодидов основано получение высокочистых металлов.

Распространение в природе        

        Среднее содержание  иода в земной коре 4*10^-5% по массе. В мантии и магмах и в

образовавшихся из них породах (гранитах, базальтах) соединения иода рассеяны; глубинные минералы иода неизвестны. История иода в земной коре тесно связана с живым веществом и биогенной миграцией. В биосфере наблюдаются процессы его концентрации, особенно морскими организмами (водорослями, губками). Известны 8 гипергенных минералов иода ,образующихся в биосфере, однако они очень редки. Основным резервуаром иода для биосферы служит Мировой океан (в 1 литре в

среднем содержится 5*10^-5 грамм иода). Из океана соединения иода, растворенные в каплях морской воды, попадают в атмосферу и переносятся ветрами на континенты.

Местности, удаленные от океана или  отгороженные от морских ветров горами,

обеднены иодом. Иод легко адсорбируется органическими веществами почв и морских илов. При уплотнении этих илов и образовании осадочных горных пород происходит десорбция, часть соединений иода переходит в подземные воды. Так образуются используемые для добычи иода иодо - бромные воды, особенно характерные для районов нефтяных месторождений (местами 1 литр этих вод содержит свыше 100

мг иода).

Адсорбция – связывание одного вещества на поверхности другого вещества, как

правило, твёрдого тела.

                           А знаете ли вы что:                          

– содержание иода в крови человека зависит от времени года: с сентября по

январь концентрация иода в крови снижается, с февраля начинается новый

подъём, а в мае – июне иодное зеркало достигает наивысшего уровня. Эти

колебания имеют  небольшую амплитуду, и их до сих пор остаются загадкой;

– из пищевых продуктов много  иода содержат яйца, молоко, рыба; очень много

иода в морской капусте, которая  поступает в продаже в виде консервов, драже и

других продуктов;

– первый в России иодный завод  был построен в 1915 г. В Екатеринославле (ныне

Днепропетровск); получали иод из золы черноморской водоросли филлофоры; за

годы первой мировой войны на этом заводе было добыто 200 кг иода;

– если грозовое облако «засеять»  иодистым серебром или иодистым свинцом, то

вместо града в облаке образуется снежная крупа: засеянное такими солями

облако проливает дождём и не вредит полям.

3.5 Астат

Астат широкого применения не имеет.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

IV.Экспериментальная часть

При работе с бромом следует пользоваться защитной спецодеждой, противогазом, специальными перчатками. Из-за высокой химической активности и токсичности, как паров брома, так и жидкого брома его следует хранить в стеклянной, плотно укупоренной толстостенной посуде. Сосуды с бромом располагают в ёмкостях с песком, который предохраняет сосуды от разрушения при встряхивании. Из-за высокой плотности брома сосуды с ним ни в коем случае нельзя брать только за горло (горло может оторваться, и тогда бром окажется на полу).

По реакции, указанной ниже, целесообразно посыпать проливы карбонатом натрия:

3Br₂ + 3Na₂CO₃ → 5NaBr + NaBrO₃+ 3CO₂↑,

либо влажной пищевой содой:

6NaHCO₃+3Br₂=NaBrO₃+5NaBr+6CO₂+3H₂O

Однако реакция элементарного  брома с содой носит сильно экзотермический характер, что ведёт к увеличению испарения брома, к тому же, выделяющаяся углекислота также способствует испарению, поэтому пользоваться вышеописанными методами не рекомендуется. Лучше всего для дегазации брома подходит водный раствор тиосульфата натрия Na₂S₂O₃. Для локализации больших проливов брома можно использовать раствор тиосульфата натрия с добавками пенообразующих веществ и аэросила. Этот же раствор (3-5 % тиосульфат натрия) используется для смачивания ватно-марлевых повязок, которые помогают защитить органы дыхания от паров брома.

 

 

Вопросы к опытам по химии элементов VIIА-группы

1. Можно ли провести окисление  бромной водой хрома(III) до хрома(VI) не в щелочной, а в кислотной  среде? Дайте обоснованный ответ  с привлечением соответствующих справочных данных.

2. Почему перед проведением реакции  с алюминием  требуется измельчать кристаллы иода растиранием в ступке?

 

Опыт 1. Получение  галогенов

     В три  сухие пробирки внести по одному  микрошпателю KCl, KBr и KI (или NaCl, NaBr, NaI) и по одному микрошпателю любого окислителя из числа KMnO₂,MnO₂или K₂Cr₂O₇. Вещества в пробирках перемешать встряхиванием. Во все пробирки добавить по 2 - 3 капли концентрированной серной кислоты и наблюдать выделение газообразных хлора, брома и йода, отличающихся окраской.

     Галогены  являются ядовитыми веществами, поэтому опыт следует проводить в вытяжном шкафу. Убедившись в протекании реакции, в пробирки внести по 5 - 6 капель тиосульфата натрия, который подавляет выделение галогенов, восстанавливая их до безвредных галогенидов.

     Хлор можно  также получить из соляной  кислоты. Для этого в пробирку внести микрошпатель окислителя (KMnO₂ или MnO₂ и 2 - 3 капли концентрированной соляной кислоты. Убедившись в протекании реакции, добавить в пробирку 5 -

6 капель Na₂S₂O₃.

     В отчете  описать опыт, написать уравнения реакций и указать окраску галогенов. Все реакции уравнять методом полуреакций.

     В выводе  сформулировать сущность лабораторного метода получения галогенов и объяснить, почему этот метод неприменим для получения фтора.[14][11]

  2KBr + MnO₂ + 2H₂SO₄ → Br_{2 +} MnSO₄ + K₂SO₄ + 2H₂O ( желтый с запахом)

  2NaBr + MnO₂+ 2H₂SO₄ → Br_{2 +} MnSO₄ + Na₂SO₄ + 2H₂O

  2KI + MnO₂+ 2H₂SO₄ → I_{2 +} MnSO₄ + K₂SO₄ + 2H₂O ( желтый с запахом)

  4HCl + MnO₂→ Cl₂ + MnCl₂ + 2H₂O

   Cl₂ + 2NaBr → Br₂ + 2NaCl

Опыт 2. Получение галогеноводородов

     а) Получение  хлороводорода. В сухую пробирку  внести один микрошпатель кристаллического хлорида натрия и добавить 4 - 5 капель концентрированной серной кислоты. Вспучивание хлорида натрия и выделение газа свидетельствуют о протекании реакции. Поднести к пробирке смоченную водой синюю лакмусовую бумагу (вместо лакмуса можно использовать универсальную индикаторную бумагу) и наблюдать изменение её окраски. В отчете описать опыт, написать уравнение реакции и объяснить изменение окраски лакмуса. Объяснить, почему в опыте используется твердый хлорид натрия и концентрированная кислота, а не раствор соли и не разбавленная кислота.

     б) Получение  бромоводорода и йодоводорода. В  две сухие пробирки внести по одному микрошпателю кристаллических солей - бромида и йодида натрия (или калия). Добавить к ним по 4 - 5 капель концентрированной ортофосфорной кислоты. Пробирки слегка подогреть на пламени спиртовки. Вспучивание солей и выделение газов свидетельствует о протекании реакции.

     Смочить  водой индикаторную бумагу и  подержать ее у отверстия пробирок, наблюдать изменение окраски индикатора.

     В отчете описать опыт, объяснить изменение окраски индикатора, написать уравнения реакций. Объяснить, почему в опытах используется не серная кислота (как при получении хлороводорода), а ортофосфорная.[14][8][11]

  3KBr +H₃PO₄ → K₃PO_{4 +} 3HBr или

  KBr + H₃PO₄ → KH₂PO₄ + HBr ↑

  2Br₂ + 2H₂S → 4HBr + S₂ или

  Br₂ + H₂O → HBr + HBrO.

  2I₂ + 2H₂S → 4HI + S₂

   Cl₂ + 2H₂S → 4HCl + S₂

 

Опыт 3.Влияние характера  среды на протекание окислительно -

восстановительных реакций.

В 3 пробирки налейте раствор перманганата калия. В первую пробирку добавьте 2 капли разбавленного раствора серной кислоты (кислая среда), во вторую пробирку добавьте 2 капли дистиллированной воды (нейтральная среда), в третью добавьте 2 капли разбавленного раствора гидроксида натрия (щелочная среда). В каждую из пробирок с помощь шпателя поместите несколько кристалликов сульфита натрия. Как изменился цвет раствора перманганата калия в каждой пробирке?

Напишите уравнения проведенных  реакций, представленных следующими схемами:

кислая среда –

KMnO₄ + Na₂SO₃ + H₂SO₄ → Na₂SO₄ + MnSO₄ + K₂SO₄ +H₂O

нейтральная среда –

KMnO₄ + Na₂SО₃ + H₂O → Na₂SO₄ + MnO₂ + KOH

щелочная среда –

KMnO₄ + Na₂SO₃ + NaOH → Na₂SO₄ + Na₂MnO₄ + K₂MnO₄ + H₂O.

 

Примечание: В ряде вышеприведенных окислительно-восстановительных реакций изменяется цвет раствора. По изменению цвета раствора можно судить о продуктах окисления-восстановления, если знать цвета соответствующих ионов.

 

Цвет катионов		Цвет анионов
Cu2+	голубой	CrO42-	желтый
Cr3+	зеленый	Cr2O72-	оранжевый
Mn2+	бесцветный	MnO4-	фиолетовый
		MnO42-	зеленый

 

Опыт4 .Окислительно - восстановительная двойственность.

а) Налейте в пробирку раствор иодида калия, подкислите его серной кислотой и добавьте немного пероксида водорода. Реакция протекает по схеме:

2KJ +H₂O₂ + H₂SO₄ → J₂ + K₂SO₄ + …

Что наблюдается? Какую функцию выполняет пероксид водорода в этой реакции?

 Напишите уравнение реакции,  составив схему электронного  баланса. Укажите процессы окисления  и восстановления, окислитель и  восстановитель.