Галогенүүдийн физик ба химийн шинж чанарууд
Галоген нь үелэх хүснэгтийн 17-р бүлэгт (VIIA) багтдаг элементүүдийн бүлэг юм. Энэ бүлэгт фтор (F), хлор (Cl), бром (Br), иод (I), астатинаас (At) бүрдэнэ. Эдгээр нь өндөр урвалд орох чадвар, өвөрмөц физик, химийн шинж чанараараа алдартай. Эдгээр шинж чанарыг ойлгох нь галогенууд бусад бодисуудтай хэрхэн харилцан үйлчилдэг, тэдгээрийн янз бүрийн химийн процесст гүйцэтгэх үүргийг ойлгоход чухал ач холбогдолтой юм.
Физик шинж чанар
Гадаад төрх ба үе шат
Галогенууд нь өрөөний температурт янз бүрийн физик төлөв байдлыг харуулдаг:
– Фтор: Цайвар шар хий
– Хлор: Ногоон шаргал өнгөтэй хий
– Бром: Улаан хүрэн шингэн
– Иод: Хар ягаан-хар хатуу бодис
– Астатин: Астатины физик төлөв байдал нь ховор бөгөөд цацраг идэвхт чанараас шалтгаалан бага мэдэгддэг боловч ерөнхийдөө хар хатуу бодис гэж үздэг.
Галоген бүр өөрийн гэсэн онцлог өнгөтэй байдаг бөгөөд энэ нь бүлэг доошлох тусам улам тод болдог. Энэ хандлага нь молекулын хэмжээ болон нарийн төвөгтэй байдал нэмэгдэж байгаатай холбоотой юм.
Хайлах ба буцалгах цэгүүд
Галогенууд нь бүлгээс доош шилжих тусам хайлах болон буцлах цэгүүд нэмэгддэг. Жишээлбэл:
– Фтор: Хайлах цэг = -220°C, Буцлах цэг = -188°C
– Хлор: Хайлах цэг = -101°C, Буцлах цэг = -34°C
– Бром: Хайлах цэг = -7.2°C, Буцлах цэг = 58.8°C
– Иод: Хайлах цэг = 113.7°C, Буцлах цэг = 184.3°C
– Астатин: Тооцоолсон хайлах цэг ≈ 302°C, Буцлах цэг ≈ 337°C
Энэ чиг хандлагыг атомын хэмжээ нэмэгдэж, молекул бүрийн электронуудын тоо нэмэгдэхийн хэрээр ван дер Ваальсын хүчний хүч нэмэгдэж байгаатай холбон тайлбарлаж байна.
уусах
Галогенууд нь ус болон бусад уусгагчдад уусах чадвараараа харилцан адилгүй байдаг:
– Фтор ба Хлор: Усанд дунд зэрэг уусдаг, өндөр урвалд орох чадвартай тул гидрогалийн хүчил үүсгэдэг.
– Бром: Усанд бага зэрэг уусдаг боловч нүүрстөрөгчийн дисульфид, хлороформ зэрэг органик уусгагч бодисуудад илүү сайн уусдаг.
– Иод: Иодид эсвэл спирт агуулаагүй тохиолдолд усанд муу уусдаг боловч органик уусгагчид маш сайн уусдаг.
– Астатин: Маш хязгаарлагдмал мэдээлэл байгаа боловч иодтой төстэй чиг хандлагыг дагах төлөвтэй байна.
нягт
Галогенуудын нягтрал нь фтороос астатинад нэмэгддэг:
– Фтор: 1.696 г/л (хий)
– Хлор: 3.214 г/л (хий)
– Бром: 3.12 г/см³ (шингэн)
– Иод: 4.933 г/см³ (хатуу)
– Астатин: Тооцоолсон ≈ 7 г/см³ (хатуу)
Энэхүү нягтралын өсөлт нь атомын масс болон хэмжээ нэмэгдэхтэй холбоотой.
Химийн шинж чанар
Реактив байдал
Галогенууд, ялангуяа хөнгөнүүд (фтор ба хлор) нь өндөр урвалд ордог. Тэдгээрийн өндөр цахилгаан сөрөг чанар болон долоон валент электрон байгаа нь тогтвортой эрхэм хийн тохиргоонд хүрэхийн тулд нэг электрон авах хүсэл төрүүлдэг.
– Фтор: Хамгийн идэвхтэй ба электрон сөрөг элемент. Энэ нь бараг бүх элементүүдтэй нэгдлүүдийг үүсгэдэг бөгөөд ихэвчлэн тэсрэх шинж чанартай байдаг. Фтор нь ксенон зэрэг эрхэм хийг хүртэл исэлдүүлж чаддаг.
– Хлор: Фтороос бага идэвхт боловч өндөр идэвхт чанартай хэвээр байна. Энэ нь металлуудтай хлорид үүсгэхэд хялбар бөгөөд нүүрсустөрөгчийг хлоржуулж чаддаг.
– Бром: Дунд зэргийн урвалд ордог, бромжуулсан органик нэгдлүүдийн нийлэгжилтэд ашиглагддаг.
– Иод: Дөрвөн тогтвортой галоген дундаас хамгийн бага урвалд ордог. Энэ нь зарим металлуудтай удаан урвалд ордог бөгөөд ихэвчлэн зөөлөн исэлдүүлэгч бодис болгон ашигладаг.
– Астатин: Цацраг идэвхжил болон богино хагас задралын хугацаатай тул урвалд орох чадварыг нь бага судалсан боловч галогенуудаас хамгийн бага урвалд ордог гэж үздэг.
Цахилгаан эрчим хүч
Галогенууд нь өндөр цахилгаан сөрөг чанартай бөгөөд бүлгээс доошлох тусам буурдаг:
– Фтор: 3.98
– Хлор: 3.16
– Бром: 2.96
– Иод: 2.66
– Астатин: Ойролцоогоор 2.2 гэж тооцоолсон
Энэхүү өндөр цахилгаан сөрөг чанар нь галогенууд нь электронуудыг өөрсөд рүүгээ хүчтэй татдаг бөгөөд энэ нь тэднийг хүчтэй исэлдүүлэгч бодис болгодог гэсэн үг юм.
Исэлдүүлэх чадвар
Галогенууд нь хүчтэй исэлдүүлэгч бодисууд бөгөөд фтор нь хамгийн хүчтэй нь юм. Тэдний исэлдүүлэх чадвар нь бүлгээр буурдаг:
– Фтор: Усыг исэлдүүлж, хүчилтөрөгч болон устөрөгчийн фторид ялгаруулдаг.
– Хлор: Устөрөгчийг устөрөгчийн хлорид болгон исэлдүүлж, цайруулагч бодис болгон ашигладаг.
– Бром: Органик болон органик бус олон төрлийн бодисыг исэлдүүлдэг боловч эрчимтэй нь бага байдаг.
– Иод: Илүү сул исэлдүүлэгч, иодометрийн титрлэлтэд ашиглагддаг.
– Астатин: Хагас металл эсвэл металл шинж чанартай тул хамгийн сул исэлдүүлэгч бодис байх магадлалтай.
Нийлмэл үүсэх
Галогенууд нь янз бүрийн нэгдлүүдийг үүсгэдэг, үүнд:
– Галогенидууд: Металл эсвэл устөрөгчтэй хоёртын нэгдлүүд. Жишээлбэл, натрийн хлорид (NaCl), устөрөгчийн фтор (HF).
– Интергалоген нэгдлүүд: Иодын пентафторид (IF5) зэрэг өөр өөр галогенуудын хоорондох нэгдлүүд.
– Органогалоген: Нэг буюу хэд хэдэн устөрөгчийн атомыг хлорфтор нүүрсустөрөгч (ХФК) болон галогенжүүлсэн мэдээ алдуулагч зэрэг галоген атомаар сольсон органик нэгдлүүд.
– Полигалидууд: Иодын трихлорид (ICl3) зэрэг молекул тутамд нэгээс олон галоген атом агуулсан нэгдлүүд.
Гидрогалийн хүчил
Галогенууд нь устөрөгчтэй урвалд ороход устөрөгчийн галогенид үүсгэдэг. Эдгээр устөрөгчийн галогенидууд нь усанд уусч, гидрогалийн хүчил үүсгэдэг:
– Фторын хүчил (HF): Бусад хүчилтэй харьцуулахад сул хүчил бөгөөд цахиурын давхар исэлтэй урвалд ордог тул шилийг уусгах өвөрмөц чадвартай.
– Давсны хүчил (HCl): Хүчтэй хүчил, үйлдвэрлэл болон лабораторид өргөн хэрэглэгддэг.
– Устөрөгчийн бромын хүчил (HBr): Органик синтезд ашигладаг хүчтэй хүчил.
– Гидроиодын хүчил (HI): Хүчтэй хүчил, мөн бууруулагч бодис болгон ашигладаг.
Биологийн идэвхжил ба хоруу чанар
Галогенууд нь зайлшгүй шаардлагатай боловч хортой байж болзошгүй:
– Фтор: Шүдний эрүүл мэндэд тустай ул мөр байдаг ч хэт их өртөх нь флюороз үүсгэдэг.
– Хлор: Хлорын ионы хэлбэрээр өдөр тутмын бодисын солилцоонд чухал үүрэгтэй боловч хлорын хий нь хортой бөгөөд идэмхий шинж чанартай.
– Бром: Нэгдлүүдийг тайвшруулах болон галд тэсвэртэй бодис болгон ашигладаг боловч бромын уур нь нүд, хоолойг цочроож болно.
– Иод: Бамбай булчирхайн үйл ажиллагаанд зайлшгүй шаардлагатай бөгөөд бамбай булчирхайн өвчнөөс урьдчилан сэргийлдэг. Иод дутагдал нь бамбай булчирхайн асуудалд хүргэдэг.
– Астатин: Биологийн үүрэг хязгаарлагдмал байдаг
