Що таке галогени в хімії і яке їх біологічне значення в житті людини

Елементи, які належать до 17-ї групи періодичної системи, застосовуються у багатьох галузях народного господарства, а речовини, що містять їх сполуки, що широко використовуються в побуті. Навряд чи можна уявити життя без цих хімічних елементів. Хоча всі вони є токсичними, без мікроскопічних кількостей галогенів у воді і продуктах неможливо нормальне існування організмів. Розглянемо, що таке галогени, та яке їхнє значення в хімії і біології.

Що таке галогени

Мабуть, багатьох не раз цікавило питання, що таке галогени в хімії. Це елементи, що відносяться до XVII групи таблиці Менделєєва. Раніше їх відносили до головної підгрупи VII групи. До галогенам відносять фтор, хлор, бром, йод, астат.

Деякі хіміки зараховують до них штучно синтезована речовина теннесин з номером 117. Це приклад галогену, який володіє радіоактивністю.

Речовини цієї групи зараховують до неметаллам. Вони вважаються сильними окислювачами, причому це хімічна властивість галогенів змінюється по мірі зменшення порядкового номера. Найбільш активним окислювачем є фтор, який здатний взаємодіяти навіть з киснем з утворенням фтористого. Здатні проявляти властивості відновника зі ступенем окислення +7 (вища). Недарма раніше таблиця Менделєєва поміщала галогени у 7 групу.

У процесі хімічної взаємодії з металами утворюють солі (звідси і назва). На зовнішній оболонці міститься 7 електронів. Атоми приєднують відсутній електрон і таким чином заповнюють її. Отже, ступінь їх окислення дорівнює -1. Однак хлор, бром, йод, астат можуть мати ступені окислення 1, 3, 5, 7 зі знаком плюс (будучи відновником).

В цьому криється відповідь на питання, з чим взаємодіє галоген. Особливості будови цих речовин такі, що вони реагують практично з усіма елементами.

Цікаво! Назва «фтор» походить від грецького «руйнування». Це найсильніший окислювач, який взаємодіє майже з будь-якими речовинами. Атоми фтору не реагують з неоном, гелієм і аргоном та деякими фторидами.

Характеристика речовин

Дізнаємося, що таке галогени в хімії. Характеристика списку галогенів наступна:

  • будова зовнішнього шару електронів — nS2nP5;
  • у міру зростання номера таблиці радіус атома стає більше, электроотрицательность падає, властивості неметалів знижуються;
  • є вираженими окислювачами, причому ця здатність елементів знижується по мірі збільшення маси атома (єдине, з чим не реагує галоген, — це благородні гази);
  • всі молекули містять 2 атома;
  • сила кислот збільшується по мірі зростання відносної маси атома.

Періодична таблиця показує, що чим вище знаходиться елемент, тим сильніше його окислювальні здібності.

Окислювальні властивості атомів

Фтор

При нормальних умовах є блідо-жовтим газом. Можна отримати шляхом електролізу КНF2. Реагує з водою з утворенням фтороводень і кисню. Реакція водню і фтору відбувається дуже активно. Взаємодіє з металами і неметалами.

Хлористоводнева кислота є слабкою, фтороводород оборотно дисоціюють у воді з виходом іонів Н+ і F-.

Фтороводородная кислота здатна розчинити скло:

SiO2 + 4НF → Sif 4 + 2Н2О.

Хлор

Є газом зеленуватого кольору з задушливим запахом. Приклади реакцій, з допомогою яких можна його отримати:

  • МпО2 + 4НCl → МnСl2 + Сl 2+ 2Н2О;
  • 2КМпО4 + 16НCl → 2МnСl2 + 5Сl2 + 2КСl + 8Н2О.

Дізнаємося, які хімічні властивості хлору:

  1. Взаємодія з металами: 2К + Сl 2 → 2КСl.
  2. Реакція з неметалами: 2Р + 3Сl2 → 2РСlЗ.
  3. Реакції з лугами: Сl 2 + Са(ОН)2 → CaОCl2 + H2O.
  4. Витіснення йоду: Cl2 + 2→ 2 + I2.

Список поширених кислот:

  • хлорнуватиста кислота HClO (ступінь окиснення хлору +1);
  • хлориста кислота HClO2 (ступінь окислення +3);
  • хлорноватая кислота HClO3 (ступінь окислення +5);
  • хлорне кислота Hclo 4 (ступінь окислення +7).

Бром

Бром являє собою важку темну рідину з поганим запахом. Багатьох цікавить, з чим він реагує. Цей елемент вступає в реакцію з:

  • металами: 2Nа + Вг2 → 2NаВr;
  • неметалами: Н2 + Вг2 → 2НВг;
  • водою: Н2 + H2O → НВг + НВгО;
  • відновниками: Вг2 + Н2Ѕ → S + 2НВг.

Бромистий водень добре реагує із солями, основами, оксидами металів.

Галогени

Йод

Йод — кристалічна речовина темного фіолетового відтінку. Розчиняється в спирті, четыреххлористом вуглеці. Молекули взаємодіють з:

  • металами: ДО + I → KI;
  • воднем: H2 + I2 → 2HI;
  • підставами: 3I2 + 6КОН → 5КІ + КІО3 + 3H2O.

Йодистоводородная кислота є сильним відновником. При реакції солей з ляпісом утворюється нерозчинна йодисте срібло. Йодна кислота є дуже сильним окислювачем (ступінь окиснення йоду +7).

Що стосується астата, його можна отримати тільки штучним шляхом. Відновлюється з допомогою діоксиду сірки, осідає сірководнем. Реагує з йодом і бромом. Розчиняється слабкою соляної та азотної кислотою.

Фізичні і хімічні властивості елемента теннесин вивчені мало зважаючи малої тривалості його існування ізотопів. Передбачається, що важкі радіоактивні елементи можуть мати відновною активністю.

Корисне відео: урок хімії — галогени

Біологічна роль

Біологічне значення галогенів велике: без них не можуть відбуватися найважливіші життєві процеси.

Фтор зустрічається у складі кісткової і зубної тканини. Значна частина його знаходиться в емалі зубів, чому вона є міцною. Надходить в організм з рідиною. Дефіцит цього елемента сприяє розвитку карієсу, а надлишок — флюороз.

Зустрічається в курячому жовтку, вівсі, молоці, пір’я, вовни, кістках. Максимум фтору накопичується в листках. Підвищення кількості фтору у повітрі здатне викликати важке отруєння.

Без такого елемента як хлор неможлива діяльність організмів. Надходить у вигляді хлористого натрію (кухонної солі). Наявність його в плазмі крові сприяє збереженню електролітної рівноваги. Без хлору неможливе утворення хлористоводневої кислоти соку шлунку. Практично всі продукти містять цю речовину. У житті застосовуються багато хімічні речовини, що містять хлор. Газ володіє задушливою дією, у великих концентраціях смертельно небезпечний для живих організмів.

Бром впливає на процеси збудливості нервової системи. У порівняно значній кількості міститься у морській воді. Кожен рік з води морів в повітря надходить до 4 мільйонів тонн брому. У великих кількостях елемент виявляє подразнювальну дію.

Без йоду неможлива вироблення гормонів щитовидки. Грає найважливішу роль в організмі, впливаючи на процеси злагодженої діяльності нервової системи. Під контролем цієї речовини знаходяться:

  • робота м’язів;
  • серцебиття;
  • апетит;
  • процеси травлення;
  • робота мозку.

Проникає в організм з багатьма продуктами, особливо дарами моря. Особливо багато цього мікроелемента в морській капусті. Значна кількість елементу надходить в організм з морським повітрям.

Біологічна роль астата вивчена недостатньо.

Токсичність

Фтор, йод, бром, хлор в чистому вигляді і високої концентрації отруйні. Контакт газу з шкірою протягом 2 секунд призводить до сильного опіку. Навіть в малих концентраціях фтор дратує слизові оболонки.

При попаданні хлору в легені відбувається опік, в результаті чого у людини розвивається ядуха. Причому концентрація елемента в повітрі, при якій починається ураження легеневої тканини, лише трохи більше порогу відчуття неприємного хлорного запаху.

Зверніть увагу! Фосген — з’єднання вуглецю, кисню і хлору має надзвичайно сильним задушливою дією, викликає незворотний набряк легенів і неминучий летальний результат. Протиотрути проти фосгену не існує.

Пари брому дуже отруйні. Смертельна доза при пероральному прийомі становить 14 мг на кілограм ваги. При попаданні на шкіру речовина викликає дуже хворобливі опіки.

Вдихання парів йоду призводить до сильного задухи. При попаданні його всередину розвиваються сильні опіки стравоходу та шлунка.

Потрапляння в організм астата викликає задуху і сильне радіоактивне опромінення.

Використання

Значення будь-якого галогену в житті людини величезне.

Без фтору неможливо уявити собі зубну пасту. Практично всі її види містять сполуки цього елемента. Основний споживач фтору — ядерна промисловість. Не менше фтору споживає та електротехніка. В житті все частіше застосовуються фторовмісні пластмаси — тефлоны.

Хлор використовують для відбілювання паперу, тканини. Без нього неможливий синтез пластмас, каучуку, майже всіх видів барвників, клеїв і розчинників. Більшість хлорвмісних сполук отруйні, тому їх застосовують для боротьби з сільськогосподарськими шкідниками. До недавнього часу хлор використовували для хлорування води. На жаль, історія знає випадки застосування хлору в якості отруйних речовин.

Без брому складно уявити розвиток фотографії. Фотопапір містить шар броміду срібла, яке під дією світла розкладається. В ході цієї реакції срібло випадає в осад.

Йод широко застосовується в медицині як знезаражуючого кошти у вигляді настоянки на спирту. Входить до складу великої кількості лікарських препаратів. Використовується і при отриманні фотоматеріалів високій світлочутливості.

Ізотоп астата застосовується в медицині для проведення спеціальних досліджень для визначення раку. Існують способи застосування галогенів в медицині для лікування раку.

Корисне відео: біологічне значення та застосування галогенів

Висновок

Знання, які елементи відносять до галогенам, дуже важливо. Вони знаходять застосування практично у всіх сферах людської діяльності. Без них неможливе функціонування будь-якого живого організму. В той же час володіють надзвичайно високою хімічною активністю, можуть викликати важкі отруєння навіть при невеликих концентраціях, так що працювати з такими речовинами потрібно дуже обережно.