Universitatea Dunrea de Jos Galai

Universitatea Dunrea de Jos Galai

Facultatea de tiine

Catedra de Chimie

Lucrare de laborator. Nemetale

HALOGENII

Sunt cunoscute sub denumirea de halogeni urmatoarele elemente: fluor F, clor Cl, brom Br, iod I si astatin At. Elementele acestei grupe constituie o familie relativ omogena, cu pronuntate analogii intre ele si cu variatii regulate in proprietatile lor.

In sistemul periodic ocupa grupa a XVII-a, perioadele 2-6 si au configuratia electronica a ultimului strat ns2np5.

Aceste elemente prezinta o varietate de stari de oxidare, redata in tabelul urmator:

St. oxid.- 10+ 1+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7

FKFF2

ClKClCl2HClOHClO2ClO2HClO3ClO3HClO4

BrKBrBr2HBrOHBrO2BrO2HBrO3-HBrO4

IKII2HIO(HIO2) -HIO3-H5IO6

AtAt-At2------

Fiind elemente foarte reactive, cu caracter oxidant (accepta electroni), halogenii se gasesc in natura numai sub forma de compusi ce contin ionii halogenura, X-.

Metode de obtinere

Deoarece halogenii se gasesc in natura numai sub forma de compusi ce contin ionii halogenura, se vor prepara numai prin oxidare, proces care are la baza transformarea:

2X- = X2 + 2e-

Oxidarea se poate realiza pe cale chimica, utilizand oxidanti mai puternici, sau pe cale electrochimica, prin electroliza solutiilor apoase.

1. a. Obtinerea halogenilor prin oxidarea halogenurilor pe cale chimica

La scara de laborator, halogenii se pot obtine prin oxidarea chimica a ionilor halogenura prezenti in hidracizi sau halogenurile metalelor puternic electropozitive, cum ar fi Na si K, cu diferiti oxidanti cum ar fi: O2, O3, MnO2, PbO2, KMnO4, K2Cr2O7, CaOCl2, H2O2, NaBrO3, KIO3 etc. De exemplu:

2NaX + MnO2 + H2SO4 = X2 + MnSO4 + Na2SO4 + 2H2O

Bromul si iodul pot fi oxidati de halogenii mai activi si pusi in libertate, conform reactiilor:

MgBr2 + Cl2 = MgCl2 + Br2

2NaI + Cl2(Br2) = 2NaCl (NaBr) + I2Deoarece fluorul este cel mai puternic oxidant, el nu poate fi oxidat cu oxidantii utilizati pentru ceilalti halogeni, ci numai prin metoda electrochimica.

Tehnicile actuale se bazeaza pe utilizarea amestecurilor de saruri cu acid fluorhidric, deoarece acesta este un conductor slab de electricitate, insa amestecurile conduc bine curentul electric si se topesc la temperaturi relativ mici:

K [HF2] ( K+ + HF2-

La anod: HF2- - 1e- ( HF + F

F + F = F2La catod: K+ + 1e- ( K

Clorul, la scara industriala se obtine prin electroliza topiturilor sau solutiilor de clorura de sodium, NaCl.

2.b. Obtinerea halogenilor prin descompunerea termica

Halogenii se pot obtine prin descompunerea termnica (piroliza) unor halogenuri cu entalpii mici de formare, cum sunt: AuCl3, CuCl2, PbCl4, PtCl4 etc, astfel:

175 C

2AuCl3 ( 2AuCl + 2Cl2

5 C

PbCl4 ( PbCl2 + Cl2

374 C

PtCl4 ( PtCl2 + Cl2

500 C

2CuCl2 ( Cu2Cl2 + Cl2 3.c. Obtinerea iodului prin reducere chimicaCele mai mari cantitati de iod se obtin din apele mume care rezulta la purificarea salpetrului de Chile (NaNO3) care contine iod sub forma de iodat de sodiu, NaIO3. Se folosesc mai multe variante, astfel:

2NaIO3 + 6H2SO4 + Na2SO3 = 6Na2SO4 + I2 + 6H2O

Apele iodate se trateaza cu exces reducator si apoi cu sulfat de cupru:

NaIO3 + 3SO2 + 3H2O = NaI + 3H2SO42NaI + CuSO4 = Na2SO4 + CuI + 1/2I2

Sau se trateaza apele mume cu amestec de carbonat si sulfit de sodiu:

4NaIO3 + 3Na2CO3 + 10NaHSO3 = 10Na2SO4 + 3CO2 + I2 + 5H2O

Obtinerea experimentala a clorului

In laborator, clorul se prepara prin oxidarea acidului clorhidric sau clorurilor folosind oxidanti puternici cum ar fi: O2, KMnO4, K2Cr2O7 sau CaOCl2.

Instalatia se compune dintr-un balon Wurtz si o palnie de picurare, fixata printr-un dop in gatul balonului. Instalatia se fixeaza cu o clema intr-un stativ, sub nisa. In balonul Wurtz se introduce oxidantul in stare solida, iar in palnie acidul clorhidric care are rol de materie prima pentru obtinerea clorului. Acidul functioneaza atat ca reducator in reactia redox, cat si ca mediu de reactie. Picurand acid clorhidric peste oxidantul din balon se va degaja clor gazos pe tubul lateral al balonului. Reactiile de obtinere a clorului se petrec in conditii diferite de temperatura:

1. La rece:

CaOCl2 + 2HCl = CaCl2 + Cl2 + H2O

2KMnO4 + 16HCl = 2MnCl2 + 2KCl + 5Cl2 + 8H2O

2. La cald, incalzire le 90 0C:

MnO2 + 4HCl = MnCl2 + Cl2 + 2H2O

K2Cr2O7 + 14HCl = CrCl3 + 2KCl + 3Cl2 + 7H2O

Clorul astfel obtinut se retine in apa si se foloseste la studiul proprietatilor.

Obtinerea experimentala a bromului

Se prepara ca si clorul dar pot fi folositi oxidanti mai slabi, cum ar fi: KBrO3 in mediu acid, H2SO4, Cl2.

Se vor folosi 3 eprubete in care se vor introduce cate 3 mL solutie concentrata de KBr. In prima se va barbota un curent de clor, in a doua se va adauga 1 mL H2SO4 conc. iar in a treia o solutie de KBrO3 si cateva picaturi de H2SO4. In toate eprubetele se va observa aparitia bromului brun-roscat, conform reactiilor:

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br22KBr + 2H2SO4 = 2HBr + 2KHSO4

2HBr + H2SO4 = Br2 + SO2 + 2H2O

prin insumarea reactiilor membru cu membru, rezulta:

2KBr + 3H2SO4 = 2KHSO4 + Br2 + SO2 + 2H2O

Bromul se mai poate obtine si astfel:

5KBr + KBrO3 + 3H2SO4 = 3K2SO4 + 3Br2 + 3H2O

Obtinerea experimentala a iodului

Pentru obtinerea iodului se pot utiliza toti oxidantii folositi la obtinerea clorului si bromului dar datorita caracterului reducator mai slab al iodului, el poate fi pus in libertate din bromuri cu oxidanti mai slabi cum ar fi: NaNO2, H2O2 in mediu acid, CuSO4, FeCl3.

Practic, se iau 4 eprubete in care se afla cate 2-3 mL iodura de potasiu. In fiecare din aceste eprubete se adauga oxidantul: in prima un varf de spatula de azotit de sodiu sau potasiu, in a doua 2 mL apa oxigenata, in a treia , 3 mL solutie 5% CuSO4, iar in a patra 3 mL solutie FeCl3 2m. Au loc urmatoarele reactii:

2KI + 2NaNO2 + 2H2SO4 = I2 + K2SO4 + Na2SO4 + 2NO + 2H2O

2KI + H2O2 + H2SO4 = I2 + K2SO4 + 2H2O

4KI + 2CuSO4 + 2H2SO4 = I2 + 2K2SO4 + 2CuI

2KI + 2FeCl3 = I2 + 2FeCl2 + 2KCl

In toate eprubetele se va observa aparitia coloratiei brun-rosiatice a solutiei, datorita formarii iodului elementar.

Proprietatile chimice ale halogenilor

Datorita configuratiei ultimului strat, pentru a-si completa octetul, accepta un electron de la elementele cu care reactioneaza. Aceste elemente sunt puternic electronegative, cu pronuntat caracter nemetalic, prezentand reactivitate ridicata, manifestata prin caracterul oxidant care descreste in grupa, odata cu cresterea numarului atomic, Z, astfel: F >Cl> Br> I. Acest lucru se observa din marimea valorilor potentialelor standard de electrod datorat reactiei:

X2 + 2e- = 2X-

Inlocuirea halogenilor intre ei

Scaderea capacitatii de oxidare de la fluor la iod este aplicata in practica la obtinerea halogenilor mai grei din sarurile lor, pe baza reactiilor de dezlocuire de catre halogenii mai usori. Se vor efectua urmatoarele experimente:

La o solutie de NaBr sau KBr se adauga apa de clor. Se observa aparitia culorii brun roscat a bromului, conform reactiei:

2KBr + Cl2 = 2KCl + Br2La o solutie de KI se adauga apa de clor. Are loc reactia:

2KI + Cl2 = 2KCl + I2La o solutie de KI se adauga apa de brom. Are loc reactia:

2KI + Br2 = 2KBr + I2

Actiunea oxidanta a halogenilor asupra reducatorilor: metale, SO2, Na2S2O3

In doua eprubete se introduc 2-3 mL solutie de iod in iodura sau apoi se adauga in prima pulbere de zinc iar in cealalta pulbere de aluminiu. Coloratia iodului dispare, au loc urmatoarele reactii:

Zn + I2 = ZnI22Al + 3I2 = 2AlI3Se pulverizeaza intr-un mojar cateva cristale de iod cu zinc pulbere. Se trece amestecul intr-o capsula de portelan si se adauga cu ajutorul unei pipete o picatura de apa. Se observa aparitia vaporilor violeti de iod:

Zn + 2I2 = ZnI2 + I2

Halogenii oxideaza diferit molecula de tiosulfat de sodium, in functie de capacitatea lor oxidanta. Intr-o eprubeta cu solutie de tiosulfat de sodiu se barboteaza un curent de clor. Se pune in evidenta prezenta HCl, adaugand 2-3 picaturi de AgNO3 care duce la aparitia unui precipitat alb. Reactiile care au loc sunt:

Na2S2O3 + 2Cl2 + 2H2O = 2NaHSO4 +4HCl

Unde:

S- -7e- S6+S+5 1e- S6+Cl2 + 2e- 2Cl-

Reactia de mai sus se utilizeazala distrugerea excesului de clor folosit in industria tesaturilor, de aceea tiosulfatul a primit denumirea de anticlor.

Iodul oxideaza sulful din ionul tiosulfat de la starea de oxidare 1 numai pana la starea de oxidare 0 a sulfului.

2Na2S2O3 + I2 = 2NaI + Na2S4O6Intr-o eprubeta cu solutie de iod amidonata (albastra) se adauga cu picatura solutie de tiosulfat de sodiu pana la disparitia culorii albastre. Aceasta reactie se foloseste la determinarea cantitativa a iodului.

Caracterul reducator al iodului

Intr-o eprubeta se introduc 2-3 mL solutie de HNO3 conc. peste solutia apoasa de iod. Se incalzeste eprubeta si se observa decolorarea solutiei si aparitia vaporilor brun-rosietici de NO2. Are loc reactia:

3I2 + 10HNO3 = 6HIO3 + 10NO + 2H2O

NO + 1/2O2 = NO2PAGE 4