הלוגנים: תכונות, מבנים ושימושים - כִּימִיָה - 2025

ההלוגנים אינו יסודות מתכתיים השייכים הקבוצה VIIA או 17 של הטבלה המחזורית. יש להם אלקטרונגטיביות וקשורות אלקטרוניות גבוהות, המשפיעים מאוד על האופי היוני של קשריהם עם מתכות. המילה 'הלוגנים' היא ממוצא יווני ומשמעותה 'מעצבי מלח'.

אבל מה הם ההלוגנים האלה? פלואור (F), כלור (Cl), ברום (Br), יוד (I) והיסוד הרדיואקטיבי והארעתי אסטטין (At). הם מגיבים כל כך שהם מגיבים זה עם זה ליצירת מולקולות דיאטומיות: F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ ו- At ₂ . מולקולות אלה מאופיינות בכך שיש לה תכונות מבניות דומות (מולקולות ליניאריות), אם כי עם מצבים גופניים שונים.

מקור: מאת W. Oelen, באמצעות Wikimedia Commons

שלושה הלוגנים מוצגים בתמונה למעלה. משמאל לימין: כלור, ברום ויוד. לא ניתן לאחסן פלואור ולא אסטטין במכלי זכוכית, מכיוון שהאחרון אינו מתנגד לקורוזיביות שלו. שימו לב כיצד המאפיינים האורגנולפטיים של הלוגנים משתנים כאשר אחד עובר במורד הקבוצה שלהם אל היסוד יוד.

פלואור הוא גז עם גוונים צהבהבים; גם כלור, אך צהוב-ירקרק; הברום הוא נוזל אדמדם כהה; יוד, מוצק שחור עם גוונים צבעוניים סגולים; ואסטטין, מוצק מתכתי כהה ומבריק.

הלוגנים מסוגלים להגיב כמעט עם כל האלמנטים בטבלה המחזורית, אפילו עם כמה גזים אצילים (כמו קסנון וקריפטון). כאשר הם עושים זאת, הם יכולים לחמצן אטומים למצבי החמצון החיוביים ביותר שלהם, ולהפוך אותם לחומרים מחמצנים חזקים.

הם גם מקנים תכונות ספציפיות למולקולות כאשר הם קושרים או מחליפים חלק מהאטומים שלהם. תרכובות מסוג זה נקראות הלידים. למעשה, הלידים הם המקור הטבעי העיקרי להלוגנים, ורבים מהם מומסים בים או הם חלק ממינרל; כזה הוא המקרה של פלואוריט (CaF ₂ ).

הן להלוגנים והן להלידים יש מגוון רחב של שימושים; החל מתעשייה או טכנולוגית, עד להבנת הטעם של מזונות מסוימים כמו מלח סלעים (נתרן כלורי).

תכונות פיזיקליות וכימיות

משקולות אטומיות

פלואור (F) 18.99 גרם / מול; כלור (Cl) 35.45 גרם / מול; ברום (Br) 79.90 גרם / מול; יוד (I) 126.9 גרם / מול ו- Astate (At) 210 גרם / מול,

מצב פיזי

שלב גזי; גז גז; נוזל br; אני מוצק ובסולידית.

צֶבַע

F, צהוב-חום בהיר; Cl, ירוק בהיר; Br, חום-אדמדם; אני, סגול ו- At, שחור מטאלי * * (משער)

נקודות התכה

F -219.6 ° C; Cl -101.5 מעלות צלזיוס; Br -7.3 ° C; אני 113.7 מעלות צלזיוס וב- 302ºC.

נקודות רתיחה

F -118.12 מעלות צלזיוס; Cl -34.04 ° C; Br 58.8 ° C; I 184.3 מעלות צלזיוס ו? בגובה 337 מעלות צלזיוס.

צפיפות 25 מעלות צלזיוס

F- 0.0017 גרם / ס"מ ³ ; Cl- 0.0032 גרם / ס"מ ³ ; Br- 3.102 גרם / ס"מ ³ ; I- 4.93 גרם / ס"מ ³ ו- At- 6.2-6.5 גרם / ס"מ ³

מסיסות במים

Cl- 0,091 מ"מ / ס"מ ³ ; Br- 0.21 mmol / cm ³ ו- I- 0.0013 mmol / cm ³ .

אנרגיה יינון

F- 1,681 kJ / mol; Cl-1,251 kJ / mol; Br-1,140 kJ / mol; I- 1.008 kJ / mol ו- At- 890 kJ / mol.

אלקטרונגטיביות

F- 4.0; Cl-3.0; Br-2.8; I-2.5 ו- At- 2.2.

להלוגנים יש 7 אלקטרונים במעטפת הערכיות שלהם, ומכאן הלהיטות הגדולה שלהם להשיג אלקטרון. כמו כן, להלוגנים יש אלקטרוניות גבוהה בגלל הרדיוסים האטומיים הקטנים שלהם והמשיכה הגדולה שהגרעין מפעיל על אלקטרונים ערכיים.

תגובתיות

הלוגנים מגיבים מאוד, דבר שיכול להסביר את רעילותם. בנוסף, הם חומרי חמצון.

סדר התגובה הפוחת הוא: F> Cl> Br> I> At.

מדינה בטבע

בשל תגובתם הרבה, אטומי ההלוגן אינם חופשיים באופיים; במקום זאת, הם נמצאים ויוצרים אגרגטים או כמולקולות דיאטומיות המקושרות באמצעות קשרים קוולנטיים.

מבנים מולקולריים

ההלוגנים אינם קיימים בטבע כאטומים יסודיים, אלא כמולקולות דיאטומיות. עם זאת, לכולם יש המשותף שיש להם מבנה מולקולרי ליניארי, וההבדל היחיד נעוץ באורך הקשרים שלהם ובאינטראקציות הבין-מולקולריות שלהם.

מולקולות ליניאריות XX (X ₂ ) מאופיינות בכך שהן אינן יציבות, מכיוון ששני האטומים מושכים אליהם את זוג האלקטרונים בחוזקה. למה? מכיוון שהאלקטרונים החיצוניים שלהם חווים מטען גרעיני יעיל מאוד, Zef. ככל שצף גבוה יותר, כך המרחק של הקישור XX קטן יותר.

כשמגיעים למטה בקבוצה, זף נחלש והיציבות של מולקולות אלה עולה. לפיכך, סדר התגובה הפוחת הוא: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂ . עם זאת, לא ניתן להשוות בין אסטטין לפלואור, מכיוון שאיזוטופים יציבים מספיק אינם ידועים בגלל הרדיואקטיביות שלו.

אינטראקציות בין מולקולריות

מצד שני, מולקולותיה חסרות רגע דיפול, היותן אפוליריות. עובדה זו אחראית לאינטראקציות החלשות המולקולקולריות שלהן, שכל כוחן הסמוי היחיד הוא הכוח המתפזר או הלונדוני, שהוא פרופורציונלי למסה האטומית ולאזור המולקולרי.

באופן זה, למולקולה הקטנה של F ₂ אין מספיק מסה או אלקטרונים ליצירת מוצק. בניגוד ל- I ₂ , מולקולת היוד, אשר בכל זאת נשארת מוצקה שמפליטה אדים סגולים.

הברום מייצג דוגמא ביניים בין שני הקצוות: מולקולות Br ₂ אינטראקציות מספיק בכדי להופיע במצב נוזלי.

האסטטין כנראה, בגלל אופיו המתכתי ההולך וגובר, אינו מופיע כ- ₂ אלא כאטומים היוצרים קשרים מתכתיים.

לגבי הצבעים שלו (צהוב-ירקרק-צהוב-אדום-סגול-שחור), ההסבר המתאים ביותר מבוסס על תיאוריית המסלול המולקולרי (TOM). מתגברים על המרחק האנרגטי בין המסלול המולקולרי המלא האחרון, לבין זה עם האנרגיה הגבוהה ביותר (אנטי-קשר) על ידי קליטת פוטון באורך הגל הגדל.

הלידים

הלוגנים מגיבים ליצירת הלידים, אורגניים או אורגניים. הידועים ביותר הם ההלידים המימניים: פלואוריד מימן (HF), מימן כלוריד (HCl), מימן ברומיד (HBr) ומיוד יוד (HI).

כולם מומסים במים מייצרים פתרונות חומצה; כל כך חומצי ש- HF יכול להשפיל כל מיכל זכוכית. יתר על כן, הם נחשבים לחומרי התחלה לסינתזה של חומצות חזקות במיוחד.

יש גם מה שמכונה הלידים מתכתיים, שיש להם נוסחאות כימיות התלויות בערכיות המתכת. לדוגמא, להלידות המתכות האלקליות יש את הנוסחה MX, וביניהן: NaCl, נתרן כלוריד; KBr, אשלגן ברומיד; CsF, צזיום פלואוריד; ו- LiI, ליתיום יוד.

להלידות של מתכות אדמה אלקליות, מתכות מעבר או מתכות של החסימה p יש את הנוסחה MX _n , כאשר n הוא המטען החיובי של המתכת. אם כן, כמה דוגמאות לכך הן: FeCl ₃ , טריכילריד ברזלי; MgBr ₂ , מגנזיום ברומיד; AlF ₃ , טריפלואוריד אלומיניום; ו- CuI ₂ , יוד קופרי.

עם זאת, הלוגנים יכולים גם ליצור קשרים עם אטומי פחמן; לכן הם יכולים לחדור לעולם המורכב של כימיה אורגנית וביוכימיה. תרכובות אלה נקראות הלידים אורגניים, ויש להן את הנוסחה הכימית הכללית RX, כאשר X היא אחת ההלוגנים.

יישומים

כְּלוֹר

בתעשייה

-בכרום וכלור משמשים בתעשיית הטקסטיל להלבנה וטיפול בצמר, ובכך להימנע מהתכווצותו כאשר הם רטובים.

-משמש כחומר חיטוי לדטרוס ולטיהור מי שתייה ובריכות. בנוסף, משתמשים בתרכובות שמקורן בכלור במכבסות ובתעשיית הנייר.

הוא מוצא שימוש בייצור סוללות מיוחדות ופחמימנים כלוריים. הוא משמש גם לעיבוד בשר, ירקות, דגים ופירות. כמו כן, כלור עובד כחומר קוטל חיידקים.

-משמש לניקוי וניקוי עור ולהלבנת תאית. חנקן טריכלוריד שימש בעבר כמלבין וקמח.

-גז פוספין (COCl ₂ ) משמש בתהליכי סינתזה תעשייתית רבים, כמו גם בייצור גזים צבאיים. הפוספין רעיל מאוד ואחראי למקרי מוות רבים במלחמת העולם הראשונה, שם נעשה שימוש בגז.

-גז זה נמצא גם בקוטלי חרקים ובחומרי האכלה.

-NCl הוא מלח מאוד בשפע שמשמש לתיבול מזון ובשימור בעלי חיים ועופות. בנוסף, הוא משמש בנוזלי התייבשות גופנית, הן דרך הפה והן דרך הווריד.

בתרופה

אטומי ההלוגן הנקשרים לתרופות הופכים אותם לליפופיליים יותר. זה מאפשר לתרופות לחצות ביתר קלות את ממברנות התאים, ונמסים בשומנים המרכיבים אותם.

-כלור מתפזר לנוירונים של מערכת העצבים המרכזית דרך תעלות יון המקושרות לקולטנים של המוליך העצבי GABA, ובכך מייצר אפקט הרגעה. זהו מנגנון הפעולה של מספר חרדות.

-HCl קיים בבטן, שם הוא מתערב על ידי יצירת סביבה מצמצמת העדיפה את עיבוד המזון. יתר על כן, HCl מפעיל את הפפסין, אנזים המתחיל הידרוליזה של חלבונים, שלב לפני ספיגת המעיים של חומר החלבון.

אחרים

חומצה הידרוכלורית (HCl) משמשת לניקוי חדרי אמבטיה, במעבדות הוראה ומחקר ובתעשיות רבות.

-PVC (פוליוויניל כלוריד) הוא פולימר ויניל כלוריד המשמש בבגדים, אריחי רצפה, כבלי חשמל, צינורות גמישים, צינורות, מבנים מתנפחים ואריחי גג. בנוסף, כלור משמש כחומר ביניים בייצור חומרים פלסטיים אחרים.

-כלור משמש למיצוי ברום.

-מתיל כלוריד מבצע פונקצית הרדמה. הוא משמש גם בייצור פולימרים מסיליקון מסוימים ובמיצוי שומנים, שמנים ושרפים.

-כלורופורם (CHCl ₃ ) הוא ממס המשמש במעבדות רבות, במיוחד במעבדות כימיה אורגנית וביוכימיה, החל מהוראה למחקר.

ולבסוף בכל הקשור לכלור, טריכיל-אתילן משמש לשומני חלקי מתכת.

בְּרוֹם

ברום משמש בתהליך כריית הזהב ובקידוח בארות נפט וגז. הוא משמש כמעכב בעירה בתעשיית הפלסטיק והגז. הברום מבודד את האש מהחמצן הגורם לו לצאת.

-זה מתווך בייצור נוזלים הידראוליים, חומרי קירור וחלחול והכנות לעיצוב שיער. אשלגן ברומיד משמש בייצור צלחות נייר וניירות.

-אשלגן ברומיד משמש גם כנוגד פרכוסים, אך בגלל האפשרות שמלח יכול לגרום לתפקוד נוירולוגי השימוש בו הצטמצם. בנוסף, שימושים נפוצים אחרים הוא כשבב למדידת דגימות מוצקות מספקטרוסקופיית אינפרא אדום.

- תרכובות כרום קיימות בתרופות המשמשות לטיפול בדלקת ריאות. בנוסף משולבים תרכובות ברום בתרופות המשמשות בניסויים שנערכו לטיפול במחלת אלצהיימר.

-Bromine משמש להפחתת זיהום כספית בתחנות כוח שמשתמשות בפחם כדלק. הוא משמש גם בתעשיית הטקסטיל ליצירת צבעי צבע שונים.

-מתיל ברום שימש כחומר הדברה לביצוע חיטוי בקרקע ובבית, אך השפעתו המזיקה על האוזון הגבילה את השימוש בו.

-מנורות הלוגן ליבון ותוספת של כמויות קטנות של ברום ויוד מאפשרת הפחתה בגודל הנורות.

יוֹד

-ודיוד מעורב בתפקוד בלוטת התריס, הורמון רגולטורי של חילוף החומרים בגוף. בלוטת התריס מפרישה הורמונים T3 ו- T4 הפועלים על אברי היעד שלה. לדוגמא, הפעולה ההורמונאלית על שריר הלב גורמת לעלייה בלחץ הדם וקצב הלב.

כמו כן, יוד משמש לזיהוי נוכחות של עמילן. יוד כסף הוא מגיב המשמש בהתפתחות צילומים.

פלוּאוֹר

-כמה תרכובות פלואוריד מתווספות למשחות שיניים על מנת למנוע חללים. נגזרות של פלואוריד קיימות בחומרי הרדמה שונים. בתעשיית התרופות משולב פלואוריד בתרופות כדי לחקור שיפורים אפשריים בהשפעותיו על הגוף.

-חומצה הידרופלואורית משמשת לחרוט זכוכית. גם בייצור הלונים (גזי כיבוי, כמו פריון). תרכובת פלואור משמשת אלקטרוליזה של אלומיניום כדי להשיג את טיהורו.

ציפויים אנטי-רפלקטיביים מכילים תרכובת פלואור. זה משמש בייצור מסכי פלזמה, מסכים שטוחים ומערכות מיקרו-אלקטרומכניות. פלואור קיים גם בחימר המשמש בכמה קרמיקה.

אסטטוס

נהוג לחשוב שאסטטין עשוי לסייע ליוד בוויסות תפקוד בלוטת התריס. כמו כן, האיזוטופ הרדיואקטיבי שלו ( ²¹⁰ At) שימש במחקרי סרטן בעכברים.

הפניות

1. אנציקלופדיה של בריאות ובטיחות בעבודה. הלוגנים ותרכובותיהם. . נלקח מ:
2. job.gob.es
3. כימיה LibreTexts. קבוצה 17: תכונות כלליות של הלוגנים. נלקח מ: chem.libretexts.org
4. ויקיפדיה. (2018). הלוגן. נלקח מ: en.wikipedia.org
5. ג'ים קלארק. (מאי 2015). תכונות אטומיות ופיזיות של מרכיבי הקבוצה 7 (ההלוגנים). נלקח מ: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML ו Stanley, GG Chemistry (2003), ed. 8. לימוד Cengage.
7. אלמנטים. הלוגנים נלקח מ: element.org.es
8. בראון, לורל. (24 באפריל 2017). מאפייני הלוגן. מדע. התאושש מ: sciencing.com