تفاعلات عناصر المجموعة السابعة

عناصر المجموعة السابعة، والتي تعرف باسم الهالوجينات، تتكون من عنصر الفلور، عنصر الكلور، عنصر البروم، عنصر اليود، عنصر الأستاتين، وهنالك العديد من التفاعلات التي تدخل فيها الهالوجينات.

معلومات عامة عن الاشكال التي تتواجد بها الهالوجينات

• يتواجد الفلور F على شكل: فلوروسبار (CaF2) وعلى صورة الفلورواباتيت (Ca5F (PO4) 3) أو الكريوليت (Na3 [AlF6]).

• يتواجد الكلور Cl على شكل: ملح الصخور المعروف بكلوريد الصوديوم (NaCl)، سيلفيت (KCl) والكارناليت (KCl.MgCl2.6H2O).

• يتواجد البروم Br على شكل: Br2 في مياه البحر وعلى صورة -Br في البحيرات المالحة.

• يتواجد اليود I في: الأول: مياه البحر والأعشاب البحرية.

تفاعلات الهالوجينات مع الهيدروجين H₂

• تتفاعل الهالوجينات بشكل مباشر مع الهيدروجين لتكوين هاليدات الهيدروجين تحت ظروف مناسبة، تُعرف هاليدات الهيدروجين أيضًا باسم هيدريدات الهالوجين، كما في المعادلة العامة التالية:        H₂ (g) + X₂ (g) → 2HX (g)

• عند الانتقال من الأعلى للأسفل في المجموعة السابعة، يصبح التفاعل بين الهالوجينات والهيدروجين أقل نشاطا، كما أنه يتضح هذا من خلال حقيقة أن ردود الفعل أصبحت أقل من ناحية قوتها ومعدلات التفاعل تصبح أبطأ.

• يتم تفاعل جزيء الفلور مع الهيدروجين كما في المعادلة التالية: H₂ (g) + F₂ (g) → 2HF (g).

• سوف ينفجر خليط من الكلور والهيدروجين عند التعرض لأشعة الشمس أو الأشعة فوق البنفسجية في درجة حرارة الغرفة، على أي حال يمكن لطائرة من الهيدروجين أن تحترق بأمان في الكلور لتتشكل غاز كلوريد الهيدروجين، حيث يتم التفاعل بين جزيء الهيدروجين وجزيء الكلور كما في المعادلة التالية:

H₂ (g) + Cl₂ (g) → 2HCl (g).

تُستخدم هذه الطريقة في الصناعة لإنتاج كلوريد الهيدروجين على نطاق واسع.

• فقط عند درجة حرارة عالية تصل إلى 200 درجة مئوية، يحدث تفاعل جزيء البروم مع الهيدروجين وفي وجود محفز البلاتين لتشكيل بروميد الهيدروجين، ومن المهم جدا توافر الشروط السابقة ليتم التفاعل، كما في المعادلة التالية:

H₂ (g) + Br₂ (g) ↔ 2HBr(g)

• يتم التفاعل بين جزيء اليود وجزيء الهيدروجين ببطء لتكوين يوديد الهيدروجين عند درجة حرارة تساوي 400 درجة مئوية، وبوجود البلاتين المحفز كعامل مساعد، ويجب أن تتوافر الشروط السابقة حتى يتم التفاعل، كما في التفاعل التالي:

H₂ (g) + I₂ (g) ↔ 2HI (g)

الاستقرار الحراري لهاليدات الهيدروجين:

• عندما يتم التسخين، ارتفاع درجة الحرارة يؤدي إلى انكسار رابطة H-X وتتحلل هاليدات الهيدروجين لتنتج الهالوجينات والهيدروجين، كما في المعادلة التالية:

2H – X (g) ↔ H₂ (g) + X₂ (g)

• فلوريد الهيدروجين وكلوريد الهيدروجين يعدان مستقران للغاية تجاه التسخين، أما عند الوصول إلى درجة حرارة 2000 درجة مئوية، ينفصل كلوريد الهيدروجين قليلاً فقط حتى يقوم بإنتاج الهيدروجين والكلور، كما في المعادلة التالية:

2HCl (g) ↔ H₂ (g) + Cl₂ (g)

• يتحلل بروميد الهيدروجين عند درجة حرارة تساوي 600 درجة مئوية لإنتاج الهيدروجين والبخار البني، كما في المعادلة التالي:

2HBr ↔ (g) H₂ (g) + Br₂ (g)

• يتحلل يوديد الهيدروجين لإنتاج الهيدروجين والأبخرة البنفسجية من اليود عند انخفاض درجة حرارة إلى درجة حرارة تساوي 200 درجة مئوية، كما في التفاعل التالي:

2HI (g) ↔ H₂ (g) + I₂ (g)

• في الخلاصة أظهرت النتائج أن الثبات الحراري لهاليدات الهيدروجين يتناقص مع الزيادة الكتلة الجزيئية النسبية، كما في الترتيب التالي: HF > HCl > HBr > HI.

• يمكن تفسير الاستقرار النسبي لهاليدات الهيدروجين من حيث طول الرابطة وقوتها، فعند الانتقال من أعلى  المجموعة السابعة إلى أسفلها، يزداد الحجم الذري للهالوجينات، وبالتالي يزداد طول الرابطة H – X، كما في الترتيب التالي: H‐F < H‐Cl < H‐Br < H‐I.

• كما ويتضمن تحلل هاليدات الهيدروجين تكسير روابط H-X، حيث أنه كلما زاد طول الرابطة، تصبح الرابطة أضعف ويمكن كسر الرابطة بسهولة أكبر.

تفاعلات أيونات الهاليد

تفاعلات أيونات الهاليدات مع أيونات الفضة المائية

• تتفاعل أيونات الكلوريد مع نترات الفضة المائية لإنتاج راسب أبيض من كلوريد الفضة، كما في المعادلة التالية: Ag⁺ (aq) + Cl⁻ (aq) → AgCl (s).

• يذوب الراسب الأبيض لكلوريد الفضة بسهولة في محلول الأمونيا المخفف، لتشكيل محلول عديم اللون من مركب الفضة، كما في المعادلة التالية:

AgCl (s) + 2NH₃ (aq) → [Ag(NH₃)₂]⁺ (aq) + Cl⁻ (aq)

• تتفاعل أيونات البروميد مع نترات الفضة المائية لتكوين راسب كريمي من بروميد الفضة، كما في المعادلة التالية:

Ag⁺ (aq) + Br⁻ (aq) → AgBr (s)

• بروميد الفضة بلون الكريم غير قابل للذوبان في محلول الأمونيا المخفف ولكنه يذوب في محلول الأمونيا المركز، كما في المعادلة التالية:

AgBr (s) + 2NH₃ (aq) → [Ag(NH₃)₂]⁺ (aq) + Br⁻ (aq)

• تتفاعل أيونات اليوديد مع نترات الفضة المائية لتكوين راسب أصفر من يوديد الفضة، كما في المعادلة التالية:

Ag⁺ (aq) + I⁻ (aq) → AgI (s)

• الراسب الأصفر من يوديد الفضة غير قابل للذوبان في محلول الأمونيا المخففة أو محلول الأمونيا المركزة.

• يمكن عمل محلول نترات الفضة على أيونات الهاليد متبوعًا بمحلول الأمونيا، والذي يستخدم كاختبار لتأكيد وجود أيونات الهاليدات.

تفاعل أيونات الهاليد مع حامض الكبريتيك المركز

• عندما يضاف حامض الكبريتيك المركز إلى الهاليدات الصلبة، ثم بعد ذلك يتم تسخين الخليط بقوة، عندها يتم إنتاج أبخرة بيضاء من هاليدات الهيدروجين من البداية، ويتم التفاعل كما في المعادلة التالية: X⁻ (s) + H₂SO₄ (l) → HX (g) + HSO₄⁻ (aq).

• يعمل حمض الكبريتيك المركز أيضًا كعامل مؤكسد، وسوف تعتمد المنتجات النهائية حول ما إذا كان مركب HX الناتج سوف يتأكسد بواسطة حمض الكبريتيك المركز أم لا.

• حمض الكبريتيك المركز ليس قويًا بما يكفي لأكسدة كلوريد الهيدروجين HCl إلى الكلور، ولكن يمكنه أكسدة بروميد الهيدروجين HBr (عديم اللون) إلى Br₂ (بخار بني محمر) ويمكنه أيضا أكسدة HI (عديم اللون) إلى I₂ (بخار بنفسجي).

• عند تسخين كلوريد الصوديوم الصلب بحمض الكبريتيك المركز، يتم إنتاج غاز كلوريد الهيدروجين، كما في المعادلة التالية:

NaCl (s) + H₂SO₄ (l) → NaHSO₄ (g) + HCl (aq)

• لا ينتج التفاعل بين بروميد الصوديوم الصلب وحمض الكبريتيك المركز بروميد الهيدروجين فقط، ولكن ينتج أيضًا غازات أخرى مثل البروم وثاني أكسيد الكبريت، كما في التالي:

التفاعل الابتدائي: NaBr (s) + H₂SO₄ (l) → NaHSO₄ (s) HBr (g).

عند حدوث الأكسدة: 2HBr (g) + H₂SO₄ (l) → Br₂ (g) + 2H₂O (l) + SO₂ (g)

التفاعل الكلي: 2Br⁻ (s) + 3H₂SO₂ (l) → 2H₂SO₄⁻ (s) + Br₂ (g) + SO₂ (g) + 2H₂O (l) ففي هذا التفاعل، تتأكسد أيونات البروم -Br إلى Br₂ ويتم اختزال ال H₂SO₄ إلى SO₂.

• عند تسخين يوديد الصوديوم الصلب بحمض الكبريتيك المركز، تحدث تفاعلات أكثر تعقيدًا لإنتاج خليط من الغازات المختلفة، والتي تشمل على: H₂S (كبريتيد الهيدروجين)HI ، I₂ ، SO₂، يتم توضيحها كما في التالي:

التفاعل الابتدائي: NaI (s) + H₂SO₄ (l) → NaHSO₄ (s) HI (g)

عند حدوث الأكسدة:

2HI (g) + H₂SO₄ (l) → I₂ (g) + 2H₂O (l) + SO₂ (g)

8HI (g) + H₂SO₄ (l) → 4I₂ (g) + 4H₂O (l) + H₂S (g)

2I⁻ or (s) + 3H₂SO₂ (l) → 2HSO₄⁻ (s) + I₂ (g) + SO₂ (g) + 2H₂O (l)

8I (s) + 9H₂SO₂ (l) → 8HSO₄ (s) + 4I₂ (g) + H₂S (g) + 4H₂O (l)

في هذا التفاعل، تتأكسد أيونات اليود I- إلى I₂، ويتم اختزال H₂SO₄ إلى SO₂ و H₂S.

• يظهر تفاعل حامض الكبريتيك المركز مع الهاليدات الأيونية الصلبة زيادة سهولة أكسدة أيونات الهاليد بالترتيب التالي: -Cl- < Br- < I.

• مع زيادة نصف القطر الأيوني لأيون الهاليد من Cl⁻ إلى I⁻، يصبح من الأسهل إزالة الإلكترون من أيون الهاليدات، وبالتالي، تزداد القدرة على الاختزال لأيون الهاليد كما في الترتيب التالي: Cl⁻ < Br⁻ < I⁻

تفاعل الكلور مع هيدروكسيد الصوديوم المخفف على البارد

عندما يتم تمرير غاز الكلور إلى محلول هيدروكسيد الصوديوم البارد المخفف، تكون المنتجات التي يتم الحصول عليها عبارة عن كلوريد الصوديوم وكلورات الصوديوم (I) والماء، عند درجة حرارة 15 درجة مئوية:

Cl2 (g) +6NaOH(aq) → NaCl (aq) + NaClO (aq) + H2O (l)

تفاعل الكلور مع هيدروكسيد الصوديوم الساخن

عندما يتم تمرير غاز الكلور إلى محلول هيدروكسيد الصوديوم الساخن المركز، يتم الحصول على المنتجات التالية: وهي عبارة عن كلوريد الصوديوم وكلورات الصوديوم (V) والماء، عند درجة حرارة 70 درجة مئوية:

3Cl2 (g) +2NaOH(aq) → 5NaCl (aq) + NaClO3 (aq) + 3H2O(l)