A 18. csoport elemei: nemesgázok

Átírás

1 A 18. csoport elemei: nemesgázok Felfedezésük: He: (Helios: nap) 1869 Sir Norman Lockyer Ne: (Neos: új, fiatal) 1898 Sir William Ramsay és Morris W. Travers Ar: (Argos: lusta) 1894 Lord Rayleigh és Sir William Ramsay Kr: (Kryptos: rejtett) 1898 Sir William Ramsay és Morris W. Travers Xe: (Xenos: idegen) 1898 Sir William Ramsay és Morris W. Travers Rn:1899 Pierre és Marie Curie Felhasználásuk: He: inert atmoszféra, folyékony He-os kriogén hűtés Ne Xe: kisülési csövek, izzólámpák töltése Ar: inert atmoszféra (hegesztés, levegőre érzékeny anyagok szint.) Előfordulás: levegőben nyomokban: Ne-Xe előállítása levegő cseppfolyósítása, majd frakcionált desztilláció földgázban (pl. USA, Kansas): He forrás kőzetekben zárványként

2 A világ He tartaléka BCF: billion cubic feet (milliárd köbláb)

3

4 A nemesgázok

5 A 18. csoport elemeinek vegyületei He és Ne: nincs ismert vegyülete HArF: első ismert (alapállapotú) Arvegyület, előállítás 2000-ben 10 K-es Arban ArF*: elektron-alapállapota nem kötött, gerjeszett állapot kötött (excimerek és exciplexek: alkalmazás lézerekben) KrF 2 : Kr és F 2 -ből elektromos kisüléssel; illékony, bomlékony szilárd anyag KrF*: exciplex (lézerek) XeF 2, XeF 4, XeF 6 : színtelen kristályos anyagok, Xe és F 2 közvetlen reakciója XeO 3, XeO 4 : színtelen, kristályos, rendkívül robbanékony anyagok XeOF 4, XeO 2 F 2, XeO 3 F 2 HXeCCH XeF*, XeCl*: exciplexek (lézerek)

6 A 17. csoport elemei Felfedezésük: F: 1886 Ferdinand-Frédéric-Henri Moissan (elnevezés Davy) Cl: 1774 CarlWilhelm Scheele Br: 1826 Antoine-Jérôme Balard I: 1811 Bernard Courtois At: 1940 Dale R. Corson, Kenneth R. Mackenzie, Emilio Segrè

7 A 17. csoport elemeinek tulajdonságai Elektronkonfiguráció: ns 2 np 5 Kémia tulajdonságaik : erős oxidálószerek (Legerősebb az F 2 ) F 2 : sárgásbarna, rendkívül reaktív gáz fluorozásra használják Cl 2 : sárgászöld, szúrósszagú gáz; fertőtlenítőszer: pl. víztisztítás Br 2 : vörösbarna, szúrósszagú folyadék I 2 : sötétszürke, könnyen szublimálható kristályos anyag; oxigénmentes oldószerben lilás, oxigéntartalmú oldószerben barna színnel oldódik

8 Fluorit: CaF 2 Fluor Fluorgáz (F 2 ) Egyéb ásványai: kriolit: Na 3 AlF 6, fluorapatit: Ca 5 (PO 4 ) 3 F SF 6 : transzformátorgáz (szigetelő) UF 6 : urándúsítás Teflon: CF 3 -(CF 2 ) n -CF 3 Freon 22: CHF 2 Cl (hajtógáz, hűtőfolyadék)

9 Klór Klórgáz Szilvin: KCl NaCl (és NaBr): Wieliczka sóbánya, Lengyelország Klór nyomás alatt NaCl (és NaBr): Holt-tenger NaCl Sóvidék, Erdély

10 Bróm, jód, asztácium Br 2 I2 I 2 At (asztácium, rádioaktív) jódtinktúra (alkoholos jódoldat) ásványaik: bromorit (AgBr) lantarit Ca(IO 3 ) 2

11 A világ brómtermelése és felhasználása Termelés Termelés % 6.80% 1.70% USA 39.80% Kína Izrael Japán 39.00% UK 8.80% Egyéb 10.70% 3.10%1.20% USA 37.80% Kína Izrael Jordania 27.80% Japán 19.30% Egyéb Termelés Felhasználás (2001) 12% 17% 40% Tűzoltó folyadékok Kenőolaj-gyártás Vízkezelés 7% 24% Gyógyszeripar Egyéb Egyéb: hagyományos fekete-fehér fényképezés: AgBr

12 A világ jódtermelése és felhasználása Röntgen kontrasztanyag 6% 8% 7% 16% 13% 12% 20% 18% Biocidek Táplálékkiegészítő Gyógyszeripar Nylon stabilizátor LCD képernyők (KI) Fluorvegyületek Egyéb (pl. katalizátor) Chile ~60%, Japán ~30%, USA ~5% Egyéb alkalmazások: rákterápia és diagnosztika: 131 I esőcsinálás (AgI)

13 Halogének reaktivitása Fluor a legreaktívabb elem, He, Ne, Ar kivételével mindennel reagál. pl. O 2 : F 2 + O 2 = F 2 O 2 (O oxidációs száma a F 2 O 2 -ban +1!) Xe: Xe + F 2 = XeF 2, XeF 4, XeF 6. H 2 : robbanás nemesfémekkel is reagál, pl Pt + 3F 2 = PtF 6 Fluor Jód irányban a reaktivitás csökken pl. H 2 + I 2 = 2 HI egyensúlyi folyamat

14 Kísérletek klórral 2) A hidrogén és a klórgáz reakciója: H 2 (g) + Cl 2 (g) = 2 HCl (s) 3) A nátrium égése klórgázban: 2 Na (s) + Cl 2 (g) = 2 NaCl (s) 4) A vörös foszfor égése klórgázban: 2 P (s) + 5 Cl 2 (g) = 2 PCl 5 (s) 2 PCl 5 (s) + 5 H 2 O (l) = 10 HCl (g) + P 2 O 5 (s) P 2 O 5 (s) + 3 H 2 O (l) = 2 H 3 PO 4 (s) 5) A réz égése klórgázban: Cu (s) + Cl 2 (g) = CuCl 2 (s) H 2 O CuCl 2 (s) = Cu 2+ (aq) + Cl (aq)

15 Reakciók brómmal 1) A bróm és az alumínium reakciója 3 Br 2 (f) + 2 Al (s) = 2 AlBr 3 2) A bróm és a kálium reakciója Br 2 (f) + 2 K (s) = 2KBr

16 Kísérletek klórral augusztus 1.: Tömeges klórmérgezés a tóalmási strandon A hypo és a sósav keveredéséből felszabaduló klórgázt három felnőtt és két gyerek lélegezte be. Náluk néhány percen belül hányinger, fejfájás és légzési zavar jelentkezett. Az orvosok szerint a felnőttek életét csak a gyors beavatkozás mentette meg. Mindannyiukat kórházba vitték, ketten még most is bent vannak, a többieket viszont már hazaengedték. A klór oxidációs száma: 1) A klórgáz előállítása: Cl (aq) + ClO (s) + 2H + (aq) szinproporció sav H 2 O(f) + Cl 2 (g) lúg 1 +1 diszproporció 0 Más előállítás: 2 KMnO HCl = 2 KCl + 2 MnCl H 2 O + 5 Cl 2 Iparban: elektrolízissel

17

18 A 17. csoport elemeinek főbb vegyületei Hidrogénhalogenidek: HF, HCl, HBr, HI színtelen, szúrósszagú gázok (HF 19ºC alatt folyadék) erős savak, saverősség HF<HCl<HBr<HI irányban nő előállítás: HF és HCl felszabadítás sókból nemillékony savval, pl. cc. H 2 SO 4 : CaF 2 (s) + H 2 SO 4 (aq) = CaSO 4 (s) + HF(g) 2NaCl(s) + H 2 SO 4 (aq) = Na 2 SO 4 (s) + 2HCl(g) H 2 SO 4 oxidálja a Br és I ionokat, ezért ezek esetében más savat kell használni, pl.: KI(s) + H 3 PO 4 (aq) = KH 2 PO 4 (s) + HI(g) HCl vizes oldata a sósav HF rendkívül mérgező, csontrákot okozhat; felhasználás pl. üvegmaratás: 4HF(aq) + SiO 2 (s) = SiF 4 (g) + 2H 2 O

19 A 17. csoport elemeinek főbb vegyületei

20 A 17. csoport elemeinek főbb vegyületei

21 A 17. csoport elemeinek főbb vegyületei Interhalogének: ICl, IBr, BrF, BrCl, ClF ClF 3, BrF 3, ICl 3, IF 3 ClF 5, BrF 5, IF 5 IF 7 előállítás elemekből, direkt szintézissel IF 3 IF 5 IF 7 I 2 F 6 Cl 2 O: sárgásbarna, könnyen cseppfolyósítható, bomlékony gáz, előállítás: HgO(s) + 2Cl 2 (g) = Cl 2 O(g) + HgCl 2 (s) ClO 2 : sárgászöld, könnyen cseppfolyósítható, bomlékony-robbanékony gáz, előáll.: 2NaClO 3 (aq) + SO 2 + H 2 SO 4 (aq) = 2ClO 2 (g) + 2NaHSO 4 (aq) Br 2 O, BrO 2 I 2 O 5 : színtelen kristályos anyag, hevítve bomlik, oxidálószerként használható

22 A 17. csoport elemeinek főbb vegyületei HOCl: NaOCl és NaCl oldata a hypo HClO 2 : csak oldatban stabil, de vannak stabil sói pl. AgClO 2 HClO 3 : KClO 3 nagyon erős oxidálószer (kísérletek!!!), pl. gyufában HClO 4 : erős sav, kevésbé erős oxidálószer, mint a HClO 3