化学吧 关注:1,388,629贴子:11,342,227

【科普】卤素和稀有气体

取消只看楼主收藏回复

【科普】卤素和稀有气体


IP属地:上海来自手机贴吧1楼2019-08-20 09:48回复
    氟是卤族第一个元素,它只有两个价态:0与-1。它电负性太强,没有其他元素可以夺走它的电子。单质F2是极为活泼的,可以与除了氮,氧,稀有气体之外的几乎所有元素单质直接化合(有的要加热)。高反应活性使得它难以储存,比如它会与玻璃缓慢反应,因此无法用玻璃封装F2样品。工厂中一般用镍合金装它,这并不是因为不反应,而是因为钝化产物NiF2的保护作用。理论上,全氟化物可以永久保存氟气,因此如果有纯萤石做的管子,应该可以永久展示氟气。(现在国外有卖全透明玻封稀释的氟气,这些几乎都是假货。)
    氟气是一种淡黄色气体,几乎看不到颜色,而由于居里点关系常温下加压是无法液化氟的,常温下也没有液氟存在。要看到黄色的液氟最好通过液氮冷却塑料管,再通入氟气。
    由于氟气太活泼,一般实验室是做不了氟的,通常由专业工厂完成。(图中为液氟,图源自国外)


    IP属地:上海来自Android客户端9楼2019-08-20 15:01
    收起回复
      氟如此活泼,但它确实可以存在自然界中。呕吐石(Antozonite)是一种极稀有的特殊紫黑色萤石,2012年首次发现,仅产于德国少数矿区。因为与放射性矿物伴生,它内部的部分CaF2晶格被射线破坏,形成含有氟气的空穴,因此在砸碎大块呕吐石时可以明显闻到氟气的味道。这种矿物的存在表明像氟这样极度活泼的元素也可以以单质形式存在自然界中。


      IP属地:上海来自Android客户端10楼2019-08-20 15:03
      收起回复
        氟无正价,但不代表它不能带正电。2013年合成的一种有机物中,氟也显正电,此化合物中的氟被认为是最接近正价的(如下图)。也有科学家预测,在特殊溶剂中可以存在类似F4 +和F2O2 2+的多聚离子。


        IP属地:上海来自Android客户端12楼2019-08-20 15:11
        回复
          F2制备通常采用电解氟氢化铵法,在这之前,很多科学家都为探究制氟而丧生,因为氟的一些化合物太毒了。也有化学制氟的方法,比如,有化学家提出用K2MnF6与SbF5反应,强酸制弱酸,得到MnF4。MnF4不稳定,加热下分解得到F2。类似,PbF4,K2NiF6之类的也可以加热得到氟气,甚至CuF2在900度也分解出F2。但是这些方法工业上没有实际应用价值,仅仅是证明化学方法也可以得到氟单质罢了。
          F2遇水立即生成HF(若是冷的很稀的NaOH溶液也会生成OF2)。HF是一种弱酸,酸性比碳酸强,几乎无刺激性气味,市面售的多是40%水溶液,储存在塑料瓶中。有时需要用到无水HF,那么就用通常把它用来制备氟化物盐。它并不是管制品,但是它有潜在的危险,让使用过它的人十分小心。它的危险性不在于酸性,而在于它对骨头的腐蚀性。HF滴在手上几乎没有感觉,但氟离子会穿透皮肤去腐蚀含钙的骨头。皮肤长时间接触HF不会有大碍,但是内部的骨头会变得疏松,无法觉察。因此,使用HF应比使用其他强酸更谨慎。


          IP属地:上海来自Android客户端21楼2019-08-21 00:50
          收起回复
            金属氟化物主要有两种,一种是普通氢氟酸盐,比如CuF2,CrF3,AlF3,PtF4等,它们可以由酸与氧化物得到,不遇水反应。这些化合物中,除了AgF,TlF溶解度极大,碱金属,Be等的氟化物溶解度一般以外,其他绝大多数都不溶于水,可以沉淀出来。
            还有一类金属氟化物是高价阳离子氟化物,比如AgF2,PtF6,RhF6,SbF5,AuF5等,它们遇水立即分解,放出氧,氧化性很强,都属于强Lewis酸。它们一般只能有氟单质氧化制备。由此也可以看出氟氧化性之强,几乎可以让所有金属反应得到最高价简单化合物,比如AuF5,,IrF6,ReF7。不过也有例外,比如Fe无法得到FeF6,Os无法得到OsF8。在碱金属氟化物配体存在下,用氟氟化金属还可以得到更高价化合物,比如KAgF4,K2NiF6,Cs2CoF6,K2CuF6。


            IP属地:上海来自Android客户端27楼2019-08-21 07:23
            收起回复
              氯,卤素中最常见的一个。氯单质是黄绿色的,但是常压下颜色也很淡,呈现微暗黄色,只有加压后才呈现黄绿色。液氯是金黄色液体,可以由干冰冷却得到。固态则是黄绿色小晶体。它有刺激性气味,低浓度氯气的味道就像泳池里消毒水味。工业上有钢瓶加压的纯氯,而实验室制备少量氯气可以用KMnO4,PbO2,MnO2,K2FeO4等与浓盐酸反应。KClO3不能用来制氯气,因为这样的氯气中含有不稳定的ClO2,容易爆炸分解。氯气非常活泼,加热下可以和绝大多数元素单质反应。
              氯化氢是在空气中起白雾的气体,极易溶于水,可以由浓硫酸与NaCl反应得到。浓盐酸是无色液体,有较强腐蚀性。盐酸常用来制备各种含水氯化物,而用SOCl2脱水可以得到无水金属氯化物,有的无水氯化物不溶于水。盐酸盐中,AgCl,PbCl2,TlCl,Hg2Cl2等难溶于水,其他多可以溶解。一些氯配合物的钾铷铯盐,比如K2PdCl6,K2PtCl6,K2SnCl6,K2PbCl6溶解度也很小。



              IP属地:上海来自Android客户端28楼2019-08-21 10:11
              收起回复
                溴是一种深棕色液体,有很强挥发性,蒸汽为红色,有类似氯的气味。它相对氯不常见,但是也大量存在海水中,而陆地上溴矿很少,仅有溴银矿等很稀有的类型。石盐结晶后的母液中可以氧化出溴单质。溴腐蚀有机物,挥发性很强,一般装溴的瓶子即使水封也难以除去味道。溴溶于水的溴水饱和时呈现橙红色。溴常温下或加热下可以与多数元素单质化合。



                IP属地:上海来自Android客户端31楼2019-08-21 16:07
                回复
                  现在没有,以后我如果能搞到XeF2可以做,KBrO4也就是一种白色粉末


                  IP属地:上海来自Android客户端33楼2019-08-21 17:08
                  收起回复
                    溴可以形成五种酸。
                    HBr,无机强酸之一,市售品为40%,性质与盐酸很像,见光后略微分解出Br2而使溶液显橙色。HBr是发雾的刺激性气味气体,用浓磷酸与NaBr反应可以得到。注意不能用浓硫酸,因为反应放热,使HBr被氧化为Br2。金属溴化物性质与氯化物很类似,氯化物有的性质溴化物也有类似的。Br-可以形成一些配离子,比如红色的Cu2Br6 2-紫色的CuBr3 - 血红色的FeBr4 -等,颜色与相应的氯配合物颜色不同。
                    次溴酸HBrO,无色液体,极易分解,存在于溴水中,也是溴水之所以氧化性强原因所在。在40%NaOH溶液中滴加液溴,降温析出黄色的水合NaBrO晶体。它对热不稳定。NaBrO氧化性比NaClO更强。
                    亚溴酸HBrO2,极不稳定,它的盐NaBrO2类似NaBrO,是黄色不稳定固体。
                    溴酸HBrO3,是一种黄色的强酸,它有着强氧化性,也是溴含氧酸中最常见的。白色晶体KBrO3氧化性比KClO3更强,可以把Ir3+氧化为Ir4+。KBr与KBrO3混合,加酸归中放出溴。
                    高溴酸HBrO4,很稳定但是很难得到。由于次级周期性,Br(VII)比Cl(VII)和I(VII)氧化性都要更强。过去科学家曾一度认为HBrO4不存在,因为即使用臭氧之类的强氧化剂作用与溴酸也无法得到HBrO4。于是,出现了一种非常奇特的制备方法:利用放射衰变的原理,将放射性硒的SeO4 2-盐放在溶液中经过衰变,转化为BrO4 -,这种方法成本很高。后来,发现F2或者XeF2之类的超强氧化剂可以制得BrO4 -。再后来有人高电流密度地电解氧化LiBrO3,以很低的产率得到了LiBrO4。高溴酸盐如此难生成,但它的盐却比高氯酸盐对热更稳定。KBrO4溶液通过阳离子交换膜得到HBrO4,它出人意料地稳定,可以浓缩到55%,甚至可以析出HBrO4.2H2O晶体。不过至今,高溴酸盐还是只存在实验室中,没有任何实际用途。


                    IP属地:上海来自Android客户端38楼2019-08-22 07:46
                    收起回复
                      碘是一种紫黑色固体,蒸汽为紫色,常压下加热一般直接升华。在试管里快速加热碘也可以得到液态碘,液态碘反应活性比固态碘高很多。凝华气态碘可以得到菱形片状,有金属光泽的晶体。碘常温下与大多数单质不反应,但加热后可以与很多单质化合。
                      碘可以溶于多种体系。在CCl4等非极性溶剂中,碘不发生溶剂化,以分子状态存在,显示出紫色的特征色,但是在乙醇等给电子溶剂中,由于电荷给予,碘分子形成I2—S的溶剂配合物,颜色变为红色或者棕色。图中为碘在四氯化碳,浓硫酸和乙醇中的溶液



                      IP属地:上海来自Android客户端39楼2019-08-22 07:47
                      收起回复
                        卤素可以形成很多互化物。氟化是最多的,其中反应活性最高的是ClF3,它是无色气体,加压为绿色液体。它遇到有机物就爆炸,与H2S混合立即爆炸,与水,硫,磷反应非常剧烈,甚至能直接氧化水泥,石块之类的通常认为不可燃的物体,危险性比氟气更甚。其次是BrF3,与ClF3比较类似。BrF5与IF5都是液体,被用作Lewis酸溶剂。ClF5为活泼的无色气体。IF7无色气体,由碘化钾氟化得到。相对来讲,一氟化物氧化性弱一点。ClF是无色气体或黄色液体,BrF为红棕色固体,IF黄色固体。IF可以由AgF氟化碘得到。
                        实验室更常用的是有市售的碘的卤化物。碘卤化物有ICl(红棕色液体,氯气与碘常温反应得到),ICl3(橙黄色晶体,过量氯气与碘得到,加热分解),IBr(黑色固体,碘溴直接反应得到)。它们都遇水即分解,但可以溶于有机溶剂形成稳定的溶液。IBr与ICl有I+离子,可以用于亲电取代反应,方便地在芳环上加碘取代基。
                        另外,还有一种BrCl,这是一种黄色气体,不太稳定,室温下即有分解迹象。



                        IP属地:上海来自Android客户端47楼2019-08-23 01:23
                        收起回复
                          最后说说砹。这个元素最长稳定同位素也只有8.3小时半衰期,它的研究变得非常困难。以至于至今还没有人真正肉眼见过它的单质。一般是粒子轰击,制造一些原子,然后加热升华收集。砹单质推测是黑绿色固体,熔点比碘高,放射性极强并且会发光。自然界中存在的砹微乎其微,整个地壳大约每时每刻仅存在二三十克的砹原子,并且不断衰变,不断产生。At211正在被用于医学研究。
                          砹有可能是单原子形式存在。At可以形成不稳定的强酸HAt,At与SO2反应转化HAt,并可以以AgAt等难溶物沉淀下来。已经用At-盐成功制备了砹乙酸,砹代烃。At在酸中电解氧化 可以得到At+,AtO+离子。At与碘形成AtI,利用它可以得到砹苯。AtI与卤素 氢卤酸得到AtX2-离子。AtI可以被Ag+氧化为AtO3 -。四价Ce或者次氯酸盐将其转化为AtO4 -。


                          IP属地:上海来自Android客户端48楼2019-08-23 07:32
                          回复
                            氯,溴,碘的单质玻封球(未加压),可以明显看出颜色与状态递变规律。


                            IP属地:上海来自手机贴吧50楼2019-08-23 13:46
                            收起回复
                              碘化合物那楼好像吞了 补一下:
                              碘主要可以形成三个价态的酸。
                              HI是一种无色气体,但是通常有黄色,因为见光或者受热分解的缘故。氢碘酸是一种强酸,并且有还原性,比如可以把VO2+还原为V3+。氢碘酸必须用棕色瓶密封储存,久置的HI常因为分解和氧化呈棕色(形成了HI3)。碘化物最常见的是KI与NaI它们是白色固体,常用来做其它碘化物。多数金属碘化物与氯化物一样,容易水合,有的则水解,比如GaI3,SnI4等主族金属的碘化物,其中AlI3尤其剧烈。主族一些元素碘化物有特殊的颜色,一般为红色,黄色或者棕色。有的副族元素本身阳离子无通常色,因为离子极化也可以形成有色碘化物,比如HgI2,AgI。有的碘化物不稳定,比如CuI2,AuI3,VI4,FeI3。
                              碘酸盐十分稳定,KIO3可以由碘和NaOH直接反应歧化得到,它在水中溶解度小,可以析出。KIO3有一定氧化性,无毒,可以少量添加在食盐中。母体碘酸是无色晶体,硝酸与碘反应可以得到它,加热脱水,它变为I2O5,这是最稳定的卤素氧化物。
                              高碘酸一般指原高碘酸H5IO6 它是无色易潮解的晶体。它有氧化性,可以氧化到Ni(IV),Ag(III),Cu(III)。它与盐酸反应,立即生成氯气。偏高碘酸盐KIO4或者NaIO4是有市售的白色固体。


                              IP属地:上海来自Android客户端52楼2019-08-23 15:55
                              收起回复