Anorganická chemie

Halogeny

Chybějící zápis ze dne 22. 3. 2023

Chemické vlastnosti

Seřazení halogenů vzestupně podle $Z$: $\text{F} \to \text{Cl} \to \text{Br} \to \text{I}$

S rostoucím $Z$ klesá stabilita oxidačního čísla $-\text{I}$, ale roste stabilita kladného oxidačního čísla

Vytěsňovací reakce

1. Halogen s nižším $Z$ vytěsní halogen s vyšším $Z$ z jeho halogenidu:

   Př.:

   $$\begin{align*} \text{KI} + \text{Cl}_2 &\longrightarrow \text{I}_2 + \text{KCl} \\ \text{KF} + \text{Br}_2 &\longrightarrow \text{reakce neproběhne} \end{align*}$$

2. Halogen s vyšším $Z$ vytěsní halogen s nižším $Z$ z jeho kyslíkaté sloučeniny:

   Př.:

   $$\begin{align*} 2 \ \text{NaClO}_3 + \text{I}_2 &\longrightarrow 2 \ \text{NaIO}_3 + \text{Cl}_2 \\ 2 \ \text{KBrO}_4 + \text{I}_2 &\longrightarrow 2 \ \text{KIO}_4 + \text{Br}_2 \\ \text{KIO}_3 + \text{Cl}_2 &\longrightarrow \text{reakce neproběhne} \\ \text{NaFO}_3 + \text{I}_2 &\longrightarrow \text{reakce neproběhne} \end{align*}$$

   Poslední reakce neprobíhá, protože sloučenina $\text{NaFO}_3$ neexistuje – fluor nemůže mít kladné oxidační číslo

Tvorba halogenidů

Z reaktantů ve třetí reakci může také vzniknout $\text{SF}_6$

Z reaktantů v poslední reakci může také vzniknout $\text{PCl}_5$

Použití

• $\text{Cl} + \text{F}$ – výroba plastů $\to$ polyvinylchlorid (PVC), teflon (PTFE), neopren, ...

• $\text{Cl}$ – výroba insekticidů $\to$ DDT, HCH, ...

• $\text{Cl}$ – bělící činidlo

• $\text{Cl}$ – dezinfekce vody:

  $$\begin{align*} \text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} &\longrightarrow \text{HClO} + \text{HCl} \\ \text{HClO} &\longrightarrow \text{HCl} + \text{O} \end{align*}$$

  Vzniklý atomární kyslík má dezinfekční účinky

• $\text{Cl}$ – výroba sloučenin: $\text{HCl}, \text{ClO}_3, ...$

• $\text{Br}$ – důkaz dvojné vazby ve sloučeninách

• $\text{I}$ – dezinfekce

Sloučeniny

Halogenovodíky

= Bezkyslíkaté sloučeniny tvaru $\text{HX}$

Plyny nepříjemného, štiplavého zápachu (výjimkou je $\text{HF}\to t_v = 19 \ °\text{C}$, protože tvoří vodíkové můstky)

Snadno rozpustné ve vodě – roztoky jsou halogenovodíkové kyseliny, síla roste s rostoucí $Z$ halogenu $\to \text{HF}$ je středně silná, $\text{HI}$ je velmi silná kyselina

Výroba: přímá syntéza – př.:

Příprava: ze silnější kyseliny (např. $\text{H}_2\text{SO}_4$) – př.:

Kyselina sírová s $\text{CaBr}_2$ a $\text{CaI}_2$ nereaguje, protože kyselina bromovodíková a jodovodíková je příliš silná

Halogenovodíkové kyseliny

$\text{HF}$ leptá sklo:

$\text{HBr}, \text{HI}$ jsou velmi silné kyseliny, ale jsou nestabilní – reagují se vzduchem

$\text{HCl}$ je silná kyselina, je nejpoužívanější v průmyslu (obchodní název: kyselina solná), vyskytuje se v žaludku

Koncentrovaná $\text{HCl}$ má asi $38 \ \%$

Základní použití $\text{HCl}$: odstranění vodního kamene

Halogenidy

= Soli halogenovodíkových kyselin

Př. – výroba $\text{CaCl}_2$:

Př. – výroba $\text{PbI}_2$:

Interhalové sloučeniny

= Sloučeniny 2 halogenů

Tvar: $\text{X}^{+n}\text{Y}_n^{-\text{I}}$

Př.:

• $\text{BrCl}_3$ – chlorid bromitý
• $\text{IF}_7$ – fluorid jodistý
• $\text{BrI}_5$ – nelze ($\text{Y}$ musí mít nižší protonové číslo než $\text{X}$)
• $\text{ClF}_5$ – fluorid chlorečný
• $\text{FBr}_5$ – nelze (fluor nemůže mít kladné oxidační číslo)
• $\text{ICl}_7$ – chlorid jodistý

Freony

Chlor-fluor deriváty uhlovodíků

Např. $\text{CH}_4$ (methan) $\to \text{CCl}_2\text{F}_2$

Využití (kdysi): chladící plyny v ledničkách, hnací plyny do sprejů

Dnes se už nepoužívají – ničí ozón

Oxidy

Oxidy tvoří všechny halogeny kromě $\text{F}$

Mají rozmanitá oxidační čísla

Žádné využití

Sloučeniny fluoru a kyslíku

Difluorid kyslíku – $\text{OF}_2$

Difluorid dikyslíku – $\text{O}_2\text{F}_2$

Kyselina fluorná – $\text{HOF}$ – kyslík má oxidační číslo $0$

Kyslíkaté kyseliny

Síla kyselin roste s rostoucím oxidačním číslem

Kyslíkaté kyseliny chloru: $\text{HClO}, \text{HClO}_2, \text{HClO}_3, \text{HClO}_4$

Kyselina chloristá je jedna z nejsilnějších anorganických kyselin, je to velmi silné oxidační činidlo

Soli kyslíkatých kyselin

Chlornany

Obsahují $\text{ClO}^-$

Jsou nestabilní

Př.:

Chlornan sodný je účinnou složkou bělidla savo

Výroba chlornanů – př.:

Směs $\text{NaClO} + \text{NaCl}$ se používá jako bělící louh k bělení textilu

Směs $\text{Ca}(\text{ClO})_2 + \text{CaCl}_2$ se nazývá chlorové vápno, používá se k dezinfekci v průmyslu; někdy se zapisuje $\text{CaCl}_2\text{O}$ (stechiometrický poměr)

Chlorečnany

Obsahují $\text{ClO}_3^-$

Použití:

• V pyrotechnice (okysličovadlo) – $\text{KClO}_3$
• Herbicid – $\text{NaClO}_3$ (travex)

Chloristany

Obsahují $\text{ClO}_4^-$

Jsou stabilnější než chlorečnany

$\text{KClO}_4$ je jediná nerozpustná sůl draslíku

Použití:

• V pyrotechnice