Οξείδια και Οξοξέα των Αλογόνων

Εισαγωγή:

Ετοιμάζεστε για την αριστοκρατική εξέταση IIT-JEE φέτος; Το Unacademy φέρνει τις καλύτερες θεματικές σημειώσεις για όλα τα σημαντικά θέματα, συμπεριλαμβανομένης της χημείας για υποψηφίους IIT-JEE. Από όλα τα σημαντικά θέματα, ας συζητήσουμε την ομάδα 17 στοιχείων του περιοδικού πίνακα σε αυτήν την ενότητα, δηλαδή για τα αλογόνα . Προέρχεται από τις ελληνικές λέξεις, "Hal" για το αλάτι και "Gen" για την αναπαραγωγή. Αυτά είναι το φθόριο (F), το χλώριο (Cl), το βρώμιο (Br), το ιώδιο (I), η τεννεσίνη (Ts) και η αστατίνη (At). Αυτά είναι στοιχεία υψηλής αντίδρασης και ως εκ τούτου δεν βρίσκονται στη φύση.

Αν θέλετε να προετοιμαστείτε για την εξέταση IIT-JEE, παρακάτω είναι το σύντομο και καθαρό υλικό του Unacademy σχετικά με τις ιδιότητες, τη δομή και τους τύπους αυτών των οξειδίων και οξυοξέων των αλογόνων.

Τι είναι τα οξείδια των αλογόνων;

Όλα τα αλογόνα σχηματίζουν πολλαπλά οξείδια λόγω της ομοιοπολικής φύσης του αλογόνου και του οξυγόνου. Ενώ τα περισσότερα αλογόνο τα οξείδια είναι ασταθή, υπάρχει μεγάλη ομοιότητα μεταξύ της ηλεκτραρνητικότητας των αλογόνων και οξυγόνο. Καθώς το φθόριο είναι πιο ηλεκτραρνητικό από το οξυγόνο, επομένως όλες οι ενώσεις του φθορίου με το οξυγόνο ονομάζονται φθορίδια οξυγόνου αντί να ονομάζονται οξείδια φθορίου.

Το φθόριο είναι ένα από τα πιο άφθονα αλογόνα που υπάρχουν στο φλοιό της γης σε συνδυασμένη μορφή. Όλα αυτά τα στοιχεία παρουσιάζουν μεγάλη ομοιότητα μεταξύ τους όσον αφορά τις χημικές και φυσικές ιδιότητες. Τα οξείδια και τα οξοξέα τους σχηματίζονται ευρέως, αλλά μόνο μερικά από αυτά είναι γνωστά λόγω της αντιδραστικής φύσης τους.

Όσον αφορά τη σταθερότητα, το I2O5 είναι το μόνο οξείδιο του αλογόνου που παραμένει σταθερό ως προς τη διάσταση των στοιχείων. Τα οξείδια του βρωμίου είναι τα λιγότερο σταθερά ενώ τα οξείδια του χλωρίου αποσυντίθενται βίαια.

Η κορυφαία χρήση αλογόνων περιλαμβάνει τη χρήση Cl20 και ClO2 ως λευκαντικών παραγόντων στις βιομηχανίες χαρτοπολτού και αλεύρου. Όταν πρόκειται για τη χρήση του I2O5, επιτυγχάνεται στην εκτίμηση του CO. Μερικά από τα διάσημα οξείδια των αλογόνων περιλαμβάνουν:

•         Φθοριούχα:Έχουν τη μορφή OF2(-1 κατάσταση οξείδωσης) και O2F2 (-1 κατάσταση οξείδωσης).
•         Οξείδια χλωρίου:Αυτά είναι Cl2O (+1 κατάσταση οξείδωσης), ClO2 (+4 κατάσταση οξείδωσης),  Cl2O6 (+6 κατάσταση οξείδωσης) και Cl2O7 (+7 κατάσταση οξείδωσης).
•         Οξείδια βρωμίου:Αυτά είναι Br2O (+1 κατάσταση οξείδωσης), BrO2 (+4 κατάσταση οξείδωσης), BrO3 (+6 κατάσταση οξείδωσης).
•         Οξείδιο ιωδίου:I2O5 (+5 κατάσταση οξείδωσης).

Δομή:

Από όλο το αλογόνο οξείδια, μερικές από τις δομές τους είναι γνωστές. Οι δομές μονοξειδίου μπορούν να εξηγηθούν με βάση τη θεωρία VSEPR. Αυτά έχουν μια τετραεδρική δομή με δύο μεμονωμένα ζεύγη οξυγόνου που δίνουν στο μόριο ένα γωνιακό και "V" σχήμα. Η τιμή της γωνίας δεσμού διαφέρει ανάλογα με τη θέση των ηλεκτρονίων.

F-O-F

Τα δεσμευμένα ζεύγη ηλεκτρονίων είναι πιο κοντά στο οξυγόνο σε Br2O και Cl2O, γεγονός που τα κάνει να απωθούν το ένα το άλλο και μειώνει την απώθηση μοναχικού ζεύγους-μοναχικού ζεύγους στο οξυγόνο.

Ιδιότητες:

Τα στοιχεία αλογόνου σχηματίζουν ασταθή οξείδια καθώς περικλείουν ελεύθερες θετικές ενέργειες σχηματισμού. Το OF2  είναι η εξαίρεση καθώς είναι σταθερό έως και 475 Kelvin ως προς τη διάσταση των στοιχείων. Η σταθερότητα αυτών των οξειδίων μειώνεται στο παρακάτω εύρος με βάση τους κινητικούς και θερμοδυναμικούς παράγοντες:

I> Cl> Br

Όλα τα υψηλότερα οξείδια είναι σταθερά σε σύγκριση με τα χαμηλότερα και όλα τα οξείδια εκτός από αυτό του ιωδίου είναι εκρηκτικά. Το πεντοξείδιο του ιωδίου I2O5 έχει τη μορφή λευκού στερεού που είναι σταθερό έως και 575 Kelvin. Το Cl2O και το ClO2 χρησιμοποιούνται περαιτέρω ως μικροβιοκτόνα και λευκαντικά μέσα.

Τι είναι τα οξοξέα των αλογόνων;

Κάθε οξύ που περιέχει υδρογόνο, οξυγόνο και οποιοδήποτε άλλο στοιχείο ονομάζεται οξοξύ. Εάν υπάρχει οξυγόνο στο οξύ, τα επιθέματα "ous" και "ic" χρησιμοποιούνται για να αντιπροσωπεύσουν τον μικρότερο και μεγαλύτερο αριθμό ατόμων οξυγόνου στον τύπο του οξέος.

Η ομάδα 17 του περιοδικού πίνακα - φθόριο, χλώριο, βρώμιο, ιώδιο και αστατίνη είναι οι παραγωγοί αλατιού. Παρατηρείται κανονική διαβάθμιση των φυσικών και χημικών ιδιοτήτων όλων των στοιχείων κατά τη μετακίνηση από πάνω προς τα κάτω.

Ενώ όλα αυτά τα στοιχεία συνδέονται σε μεγάλο βαθμό, η Αστατίνη είναι το μόνο ραδιενεργό στοιχείο στην ομάδα. Η ηλεκτρονική διαμόρφωση αυτών των στοιχείων δείχνει ότι έχουν επτά ηλεκτρόνια στο κέλυφος σθένους με διαμόρφωση ns2np5. Ως εκ τούτου, αντί να χάνουν ηλεκτρόνια, αυτά τα στοιχεία αποκτούν ένα ηλεκτρόνιο για να επιτύχουν σταθερές διαμορφώσεις. Λόγω του μικρού μεγέθους και του αποτελεσματικού πυρηνικού φορτίου, τα διαφορετικά οξοξέα που σχηματίζονται από αυτά τα στοιχεία περιλαμβάνουν:

•         Υποαλογονούχο οξύ:Είναι HOX και έχει κατάσταση οξείδωσης +1. Μερικά από τα παραδείγματά του είναι τα HOF, HOCl, HOBr, HOI κ.λπ.
•         Halous acid:Είναι HXO2 και έχει κατάσταση οξείδωσης +3. Μερικά από τα παραδείγματά του είναι το HClO2 κ.λπ.
•         Αλογικό οξύ:Είναι HXO3 και έχει κατάσταση οξείδωσης +5. Μερικά από τα παραδείγματά του είναι HClO3, HBrO3, HIO3 κ.λπ.
•         Περαλικό οξύ:Είναι HXO4 και έχει κατάσταση οξείδωσης +7. Μερικά από τα παραδείγματά του είναι HClO4, HBrO4, HIO4 κ.λπ.

Δομή:

Η κοινή δομή των οξοοξέων της ομάδας αλογόνου αποκαλύπτει ότι το κεντρικό τους άτομο είναι υβριδισμένο sp3. Ένας δεσμός Χ-ΟΗ υπάρχει υποχρεωτικά σε κάθε οξοξύ. Οι άλλοι κοινώς παρόντες δεσμοί στα οξοξέα είναι X=O. Είναι ένας διπλός δεσμός μεταξύ υδρογόνου και οξυγόνου που έχει τη φύση του dpi-dpi.

Λόγω της υψηλής ηλεκτραρνητικότητας και του μικρού μεγέθους του ατόμου, το πρώτο μέλος της ομάδας έχει την υψηλότερη όξινη ισχύ. Αυτή η όξινη ισχύς αυξάνεται περαιτέρω με την αύξηση του αριθμού οξείδωσης αυτών των στοιχείων.

Ιδιότητες:

Όλα τα μέλη του περιοδικού πίνακα της ομάδας 17 σχηματίζουν μια ποικιλία οξοξέων. Η μόνη εξαίρεση είναι το φθόριο που σχηματίζει μόνο ένα οξοοξύ, δηλαδή το υποφθορικό οξύ ή το φθορικό (Ι) οξύ. Συμβολίζεται με HOF. Όλα τα άλλα στοιχεία δεν μπορούν να μείνουν απομονωμένα στην καθαρή κατάσταση. Όλα αυτά τα στοιχεία είναι πολύ σταθερά με τη μορφή αλάτων ή σε υδατικά διαλύματα.

Με βάση τη δομή, μπορεί να σχηματίσει τέσσερις σειρές οξοξέων, δηλαδή, υποαλογόνα

οξέα (+1 κατάσταση οξείδωσης), αλογονούχα οξέα (+3 κατάσταση οξείδωσης), αλικά οξέα (+5 κατάσταση οξείδωσης) και υπεραλικό οξύ (+7 κατάσταση οξείδωσης).

Τα δημοφιλή οξοξέα των αλογόνων περιλαμβάνουν τα οξοξέα του χλωρίου και του βρωμίου. Το χλώριο σχηματίζει τέσσερα οξοξέα και συγκεκριμένα το υποχλωριώδες οξύ (HOCl), το χλωρικό οξύ (HOClO), το χλωρικό οξύ (HOClO2) και το υπερχλωρικό οξύ (HOClO3). Το βρώμιο σχηματίζει τρία οξοξέα και συγκεκριμένα το υποβρωμικό οξύ (HOBr), το βρωμικό οξύ (HOBrO2) και το υπερβρωμικό οξύ (HOBrO3). Το ιώδιο σχηματίζει τρία οξοξέα, δηλαδή το υποιώδες οξύ (HOI), το ιωδικό οξύ (HOIO2) και το περιοδικό οξύ (HOIO3).

Συμπέρασμα:

Τα οξείδια και τα οξοξέα των αλογόνων αποτελούν ένα ενδιαφέρον μέρος του προγράμματος σπουδών χημείας IIT-JEE. Υπάρχουν τέσσερις σειρές οξοξέων, δηλαδή υποκεφαλία, αλογονούχα οξέα, αλογονικά οξέα και υπεραλικό οξύ. Τα οξείδια περιλαμβάνουν φθόριο, οξείδια χλωρίου, οξείδια βρωμίου, οξείδια ιωδίου κ.λπ. Όλα αυτά τα οξείδια και τα οξοξέα έχουν διαφορετικές ιδιότητες με βάση τη δομή τους και χρησιμοποιούνται ανάλογα στις χημικές επιστήμες.

Είναι σημαντικό να γνωρίζουμε για τη διάταξη των αλογόνων στον περιοδικό πίνακα, την ηλεκτραρνητικότητα και τη σταθερότητά τους. Η όξινη ισχύς και η ηλεκτρονική διαμόρφωση βοηθούν στον προσδιορισμό της αντιδραστικότητας και συνεπώς της σταθερότητας αυτών των στοιχείων. Υπάρχουν ορισμένες ενώσεις διαλογόνων που σχηματίζονται μόνο με την αντίδραση των δύο αλογόνων.