دانلود تحقیق هالوژن ها و فلزات قلیایی

هالوژن ها و فلزات قلیایی فلزات قلیایی که عبارت اند از: لیتیم، سدیم، پتاسیم، روبیدیم، سزیم، فرانسیم هرگز در طبیعت به حالت آزاد یافت نمی شوند و بیش تر در ترکیبات با دیگر عناصر مخلوط و ترکیب شده اند.

این عناصر می توانند با تقریبا همه ی نافلزات ترکیب شوند.

سدیم و پتاسیم در طبیعت فراوان اند اما دیگر عناصر این گروه نسبتا کمیاب اند.

فرانسیم که به مقدار بسیار کم در طبیعت یافت می شود، عنصری رادیواکتیو است.

سطح تازه فلزات قلیایی(برش تازه ی آن) دارای جلای فلزی نقره فام است.

هادی الکتریسیته و حرارت می باشند.

این فلزات نرم هستند و نقطه ی ذوب بسیار کمی دارند.

به علاوه تمام این فلزات در شبکه مکعب مرکزدار متبلور می شوند.

در فلزات قلیایی با افزایش شماره ی اتمی نقطه ی ذوب و جوش منظما کاهش می باند.

به موازات این کاهش، سختی نیز کم و کم تر می شود مثلا لیتیم به دشواری با چاقو بریده می شود ولی سایر عناصر قلیایی نرم ترند.

بنابر این از ابتدای گروه تا انتهایش یک سیر نزولی را در رابطه با نقطه ی ذوب، نقطه ی جوش و همچنین سختی عناصر شاهد هستیم.

قابلیت تراکم فلزات قلیایی بسیار زیاد است.

به علت نرم بودن، استحکام کافی نداشتن، قابلیت تراکم و همچنین میل ترکیبی شدید آن ها با نافلزات هرگز به عنوان مصالح ساختمانی مورد استفاده قرار نمی گیرند.

شعاع اتمی این عناصر با افزایش عدد اتمی افزایش می یابد.

چون شعاع اتمی این فلزات بزرگتر از سایر عناصر دیگر می باشد به همین جهت با دیگر فلزات آلیاژ نمی دهند و فقط با یکدیگر آلیاژ می دهند.

برای مثال سدیم با پتاسیم آلیاژ مایعی را ایجاد می کند که به عنوان سرد کننده و منتقل کننده ی حرارت در راکتورهای هسته ای مورد استفاده قرار می گیرد.

پتانسیل الکتروشیمیایی این فلزات زیاد است، بنابر این فعالیت شیمیایی بسیار زیادی از خود نشان می دهند.

فلزات قلیایی با اکثر نافلزات به ویژه هالوژن ها یا نمک سازها به شدت ترکیب شده و اغلب همرا با شعله و انتشار الکترون است.

علت انتشار الکترون این است که حرارت واکنش زیاد بوده و موجب کندن الکترون از اتم های این فلزات می گردد هالوژن ها: شناخت عناصر و مهم تر از آن تسلط بر روی نوع دسته بندی و علم به مکان آنها در جدول تناوبی کمک می کند تا بتوان مشخصات و ویژگی های آنها را حدس زد و به خوبی از آنها استفاده کرد .

دسته بندی های کلی ای را برای جدول سحر آمیز مندلیف آورده اند که از جالب ترین دسته هایی که نیز خواصی جالب دارند می توان به گروه 17 یا همان هالوژن ها اشاره کرد.

ابتدا در این قسمت به دسته بندی عناصر بر اساس آرایش الکترونی می پردازیم سپس به خواص عمومی هالوژنها اشاره می کنیم بعد از آن به سراغ آشنایی کامل از عناصر تشکیل دهنده ی این گروه می رویم.

عناصر را می توان بر اساس آرایش الکترونی آنها طبقه بندی کرد: 1.گازهای نجیب: در جدول تناوبی ، گازهای نجیب در انتهای هر تناوب در گروه 0 (صفر) جای دارند.

این عناصر گازهای بی رنگ، تک اتمی ، دیا مغناطیسی و از نظر شیمیایی غیر فعالند.

بجز هلیم (که آرایش الکترونی 1s2 دارند) تمام گازهای نجیب آرایش الکترونی ns2np6 که نظمی بسیار پایدار است، دارند.

2.

عناصر نماینده: این عناصر گروههای A جدول تناوبی را تشکیل می دهند و شامل فلزات و نافلزات هستند .

خواص شیمیایی این عناصر بسیار متنوع است .

بعضی از آنها دیامغناطیس و بعضی دیگر پارامغناطیس هستند.

ولی ترکیبات این عناصر دیا مغناطیس و بی رنگ اند.

پوسته های الکترونی درونی تمام این عناصر ، کامل یا پایدارند(ns2np6).

اما بیرونی ترین پوسته در این عناصر ، از عنصری به عنصر بعدی در حال افزایش الکترون و پر شدن است.

این پوسته بیرونی پوسته والانس و الکترونهای آن، الکترونهای والانس نامیده می شوند.

تعداد الکترونهای والانس هر اتم ، برابر شماره گروه است که عنصر در آن قرار گرفته است.

خواص شیمیایی این عناصر به الکترونهای والانس آنها بستگی دارد.

3.عناصر واسطه: این عناصر در گروههای B جدول تناوبی دیده می شوند.

از ویژگیهای این عناصر درون سازی آنهاست.

یعنی الکترون متمایز کننده در آنها ، به روش نامگذاری، یک الکترون d درونی است.

در عناصر واسطه ، الکترون های دو پوسته ی آخری در واکنشهای شیمیایی مورد استفاده قرار می گیرند.

تمام این عناصر فلز بوده ، بیشتر آنها پارا مغناطیس اند و ترکیبات شدیداً رنگین و پارا مغناطیس به وجود می آورند.

4.عناصر واسطه درونی : این عناصر در پائین جدول تناوبی دیده می شوند، اما در واقع باید در تناوب های ششم و هفتم به دنبال عناصر گروه III B قرار گیرند.

14 عنصری که در تناوب ششم بعد از لانتان قرار دارند، سری لانتانید ها نامید می شوند.

در تناوب هفتم ، دسته ای که به دنبال آکتینیم قرار می گیرند، سری آکتینیدها خوانده شده اند.

در این دسته از عناصر، الکترون متمایز کننده از نوع f است و در پوسته فرعی f واقع در پوسته زیر ماقبل آخر قرار می گیرد.

بنابر این، در شیمی این عناصر ممکن است سه پوسته بیرونی، دخالت داشته باشد.

تمام عناصر واسطه درونی فلز هستند.

این عناصر پارامغناطیس اند و ترکیبات آنها نیز رنگین و پارا مغناطیس است.

فلزات و نافلزات: گروه های 1 IA)) ) و IIA) 2 ) جدول تناوبی ، فعالترین فلزات را در بر می گیرند.

چون عناصر یک گروه دارای ویژگیهای یکسان می باشند، یک گروه را گاهی یک خانواده می نامند.

بسیاری از گروه ها دارای نامهای خانوادگی اند.

گروه1 به استثنای هیدروژن ، خانواده ی فلزات قلیایی نامیده می شود.

گروه 2 را خانواده ی فلزات قلیایی خاکی می نامند.

نا فلزات در سوی دیگر جدول ، در گروه هایVIA) 16 ، (VIIA) 17 و (VIIIA) 18 قرار گرفته اند .

گروه (VIA) 16 را خانواده ی کالوژن می نامند.

گروه (VIIA) 17 را به نام خانواده ی هالوژنها می شناسند.

عناصر گروه (VIIIA) 18 ، گازهای نجیب نام دارند.

به طور کلی ، فلزات ، سخت، درخشنده و رسانای خوب گرما و الکتریسیته اند.

نافلزات و بالاخص هالوژنها در دمای معمولی گاز یا جامدهای شکننده اند.

اگر جامد باشند، سطح آنها تیره است و نارسانا به شمار می آیند.

نافلزها: همانطور که گفته شد در گروه های چهارم، پنجم، ششم و هفتم (هالوژن ها) جدول تناوبی عناصری قرار دارند که اغلب خواص غیر فلزی دارند این عناصر یا گازی شکلند یا جامد که حالت شکننده دارند و هادی جریان برق و حرارت نیستند .

غیر فلزها در ترکیب با فلزها اغلب پیوند یونی تشکیل می دهند و با یکدیگر الکترون به اشتراک می گذارند که به هر صورت به آرایش الکترونی گاز بی اثر دوره خود می رسند از گروه چهارم تا هفتم خواص غیرفلزی شدید دارند و با فلزات ترکیب شده تشکیل نمک می دهند به همین دلیل آنها را هالوژن (نمک زا) می گویند.

عناصر گروه هفتم (اصلی) هالوژنها: عناصر این گروه به ترتیب عبارتند از : فلوئور F ، کلر Cl، برم Br ، ید I ، استانین At.

شعاع اتمی این عناصر با افزایش عدد اتمی (از بالا به پائین) زیاد می شود انرژی یونیزاسیون کم شده الکترونگاتیوی نیز کم می شود نقاط ذوب و جوش بیشتر شده.

پتانسیل اکسیداسیون آنها به ترتیب کاهش می یابد و هر کدام در لایه آخر 7 الکترون (s2p5) دارند، با فلزات میل ترکیبی شدید دارند و مولکول حاصل از آنها اغلب خصلت یونی دارد مانند NaF و KCl و BaI2 .

با هیدروژن هالدیدئیدروژن می دهند که پس از حل شدن در آب محلول اسید به وجود می آورند مانند HCl و HI.

از بالا به پائین خواص غیر فلزی ضعیف تر می شود غیر فلز بالاتر می تواند غیر فلز پائین تر را از نمکش بیرون کرده و هالوژن آزاد نماید .

مثلاً: KCl + Br --------> عملی نیست ولی از تأثیر کلر بر نمک Br، برم حاصل می شود: ولی از تأثیر کلر بر نمک Br، برم حاصل می شود: 2KBr + Cl2 ----------->2 KCl + Br2 بنابراین از لحاظ فعالیت شیمیایی ترتیب زیر برقراراست: F۲>Cl۲>Br۲>I۲>As فلوئور و کلرگازی شکلند، برم مایع و ید جامد است که خیلی زود به حالت بخار در می آیند به همین دلیل آنها را به صورت F2, Cl2,Br2,I2 نشان می دهند.

فلوئور در تمام ترکیبات یک ظرفیتی است ولی سایر هالوژنها می توانند ظرفیت های مختلف در ترکیبات داشته باشن زیرا در فلوئور فقط یک الکترون منفرد در اوربیتال 2p وجود دارد و به هیچ وجه نمی تواند حالت برانگیخته پیدا کند ولی در سایر هالوژنها ، الکترونها حالت برانگیخته پیدا می کنند و الکترونهای منفرد زیاد تر ایجاد می گردد.

مثلاً: اتم کلر 17Cl در ترکیب با فلوئور 9F ممکن است CLF و ClF3 و ClF5 و ClF7 بدهد در هر ترکیب حالت برانگیخته الکترونها را در اوربیتال 3d می توان توجیه کرد.

هالوژنها چون میل ترکیبی زیادی با عناصر دیگری دارند در طبیعت به حالت آزاد وجود ندارد ولی به صورت ترکیب فراوان هستند این عناصر اغلب سمی و خطرناکند در حالیکه ترکیبات آنها بسیار مفید و با ارزش هستند و کاربرد آنها در صنایع مختلف زیاد است مانند گاز فریون CF2Cl2 که در یخسازی به کار می رود پی وی سی و د.د.ت (دی کلر ـ دی فنیل تری کلرواتان)، کلروفرم ، ....

سایر ترکیبات فلوئور برم و ید که در انواع داروها و ترکیبات مختلف مورد استفاده قرار می گیرند.

برای تهیه ی هالوژنها از نمک های آنها استفاده می کنند فقط فلوئور را از الکترولیز KHF2 یا (KF.HF) بدست می آورند.

بقیه هالیدها با اسید سولفوریک و دی اکسید منگنز هالوژن می دهند مثلاً: طرز تهیه ید از یدید سدیم: 2NaI + H2SO4 + MnO2 -------> MnSO4 + 2NaHSO4 + I2 + 2H2O از تاثیر گاز کلر بر یدیدها نیز می توان ید بدست آورد یا از تاثیر گاز کلر بر برمیدها برم حاصل می شود.

فلوئور اکسید کننده ایست شدید و کلر نیز اکسید کننده است برم و ید هم خاصیت اکسید کنندگی و هم خاصیت احیا کنندگی دارند مثال: 2KI + Cl2 ------> 2KCl + I2 3I2 + 2Al ------> 2AlI3 که در اولی ید اکسید شده و در دومی ید احیاء شده است.

یدومتری: به واکنش هایی که در آن ید اکسید می گردد یعنی از محلول یدیدها ید آزاد می گردد یدومتری گویند.

2KI + H2O2 + H2SO4 -------> I2 + K2SO4 + H2O تذکر: ارزش حجمی آب اکسیژنه (پر اکسید هیدروژن) از رابطه a=N.Ev بدست می آید که a ارزش حجمی N نرمالیته Ev ای کی والان حجمی معادل 6/5 است.

ئیدراسیدها (هالیدها هیدروژن): هالیدهای ئیدروژن به ترتیب عبارتند از HF و HCl و HBr و HI که برای تهیه ی آنها از تاثیر اسید سولفوریک بر هالیدهای فلزی استفاده می کنند.

این مواد در آب حل شده تولید اسید می نمایند.

فلوئوریدئیدرژن به علت داشتن پیوند ئیدروژنی استثنائاً نقطه ی جوش بالاتر دارد و در حالت عادی مایع است بقیه هالیدهای ئیدروژن با افزایش جرم مولکولی نقطه ی جوش بالاتر دارند به همین دلیل فلوئورید ئیدرژن به صورت H2F2 و همین ها به صورت زیروند 3 تا آخر وجود دارد.

ئیدرواسید ها بر اغلب فلزات، ا کسیدها، بازها، کربناتها اثر کرده و نمک می دهند.

اسید فلوئوریدریک بر شیشه اثر می کند یعنی سیلیس SiO2 را در خود حل می نماید.

اکسی اسیدهای هالوژنه: غیر از فلوئور، هالوژنها اکسی اسید (اسید اکسیژن دار) نیز تولید می کنند مانند KClO4 پر کلرات پتاسیم NaIO3 یدات سدیم NaBrO هیپو برومیت سدیم.

هرچه تعداد اکسیژن در اکسی اسیدهای هالوژن بیشتر باشد، خاصیت اسیدی آن زیاد تر است زیرا اکسیژن از هالوژن الکترونگاتیوتر می باشد و زوج الکترونهای مشترک بین Cl و O را به طرف خود می کشد در نتیجه خروج الکترون مشترک بین H و O متوجه اکسیژن پیوندی هیدروژن و اکسیژن کاسته می گردد و پروتون (+H) آسانتر آزاد می گردد.

بنابر این از لحاظ اسیدی می توان گفت که: HClO4 > HClO3 > HClO2 > HClO عدد اکسیداسیون کلر در این ترکیبات به ترتیب 1،3،5،7 است و نمکهای این اسیدها به ترتیب هیپوکلریتها، کلریتها، کلراتها و پر کلراتها می باشند.

طرز تشخیص هالیدهای محلول (آنیون هالید X-): برای تشخیص یون فلوئور از یون Ca2+ و برای تشخیص یون کلرید از یون Ag+ استفاده می کنند: Ca2+ + 2F- -----> CaF2 Ag+ + Cl- -------> AgCl (یدیدها با کلرید و برمیدها با کلر.

برم می دهند که قبلا گفته شد) تذکر : ۱.

اسیدهای هالوژنه با افزایش جرم مولکولی خاصیت اسیدی بیشتری پیدا می کنند و درجه تفکیک یونی آنها زیادتر است یعنی: HI > HBr > HCl > HF 2.

هالوژنها در آب حل می شوند و محلول رنگی بوجود می آورند (ید در حلالهای آلی حل می شود) رنگ محلول بستگی به نوع هالوژن و نوع حلال دارد مثلا در تترا کلرید کربن ید بنفش، برم قرمز و کلر زرد می شود.

3.

جدول مشخصات هالوژنها نشان می دهد که با کاهش عدد اتمی از ید تا کلر بر مقدار انرژی الکترون خواهی افزوده می شود ولی در مورد فلوئور از انرژی الکترون خواهی کاسته می گردد(به علت کوچک بودن حجم آن) 4.

استاتین آخرین عنصر گروه هفتم از بمباران کردن بیسموت با اشعه آلفا بدست می آید که ایزوتوپهای زیادی دارد.