4. Галогены

Галогены: F, Cl, Вr и J. Неметаллические элементы, сильно реактивные; соединяются почти со всеми элементами. Их соединения с водородом, так наз. галоидоводородыHF, HCl, НВr и HJ имеют кислотный характер, а их водные растворы - это известные бескислородные кислоты.

Фтор - слабо окрашенный желто-зеленый газ, острого запаха, ядовитый, в природе встречается только в соединениях, как плавиковый шпат (CaF₂, фтористый кальций) и криолит (AlF₃ * 3 NaF (фтористый алюминий натрий). Фтористый водород, HF - бесцветный, ядовитый газ, сильно дымящийся на воздухе. Его раствор в воде известен как фтористоводородная кислота, растворяющая не только почти все металлы, но и стекло, поэтому она хранится в свинцовых или гуттаперчевых сосудах, или же в сосудах из специальной пластмассы. Эта кислота очень опасна, т. к. дает очень тяжелые и труднозаживающие ожоги (даже если ее сразу смыть водой). Пользуются ею при чистке графита (для карандашей) и травлении стекла. Ее соли - флюориты - или нормальные, полученные из простой формулы HF, как напр. NaF, CaF, AlF₃, или кислые, полученные из формулы помноженной на два H₂F₂, как напр. KHF₂. Флюориты получаются путем нейтрализации HF соответствующими основаниями.

Хлор - газ слабого желто-зеленого цвета, с удушливым запахом и ядовитый. Вдыхание его в большом количестве сильно вредит дыхательным органам. Cl очень реактивный элемент и соединяется почти со всеми элементами. Органические вещества Cl или хлорирует (входит в состав молекулы), или сильно их разрушает, особенно во влажной среде. В одном объеме воды при 20°С растворяется около 2,3 объема Cl. Полученный раствор, так наз. хлорная вода, постепенно разлагается по уравнению: Сl₂ + Н₂О = HCl + НСlО. Образуется хлорноватистая кислота, которая путем дальнейшего разложения выделяет атомарный кислород, реакцией HClO = HCl + О. На этом основано применение Cl в отбелке, т. к. кислород, выделенный этой реакцией, обесцвечивает материал. Однако, выделенный HCl необходимо промывкой удалить, чтобы материал не испортился.

В природе Cl встречается в свободном виде в вулканических газах, иначе же бывает связанным. Самое известное его соединение - каменная соль, NaCl, и другие хлориды; особенно ими богаты так наз. стасфуртские соли. Cl выделяется в большом количестве при электротехнической переработке хлорида натрия. Прежде Сl большей частью перерабатывали в хлорную известь. Теперь больше применяется жидкий хлор, т. к. его легче транспортировать (один литр жидкого хлора = 300 литрам газообразного хлора).

Наибольшее количество Cl потребляется в производстве хлорной извести, отбельных щелоков, соединений хлора, а также в белильном производстве. Велико значение Cl для очистки питьевой воды, при производстве органических соединений хлора и при очистке от олова отходов белой жести. Самое важное соединение Cl - хлористый водород, HCl; это бесцветный газ, с остро кислым запахом, сильно дымящийся на воздухе. При растворении его в воде получается соляная кислота (хлористоводородная). Прежде она производилась из NaCl, теперь производится прямым соединением водорода с хлором. Большое количество HCl выделяется при хлорировании органических соединений, поэтому соляная кислота самая дешевая из всех неорганических кислот. Она служит для очистки и травления металлов, при паянии, при изготовлении царской водки (одна часть азотной кислоты + три части соляной кислоты растворяют и "царя" металлов - золото - в хлорид) и для производства хлоридов. Хлориды - это соли соляной кислоты. Образуются они путем нейтрализации соляной кислоты соответствующими основаниями или же непосредственным растворением металлов в соляной кислоте. Напр. ZnCl₂, CuCl₂, FeCl₃ и т. д.

Кислородсодержащие соединения хлора не производятся прямым путем, т. к. Cl прямо с кислородом не соединяйся. Если через холодный раствор щелоков пропускать хлор, то образуются растворы солей - гипохлоритов, напр. NaClO, KClO, т. е. неустойчивые соли хлорноватистой кислоты, HClO. Гипохлорит кальция, Са(СlО₂), является активной составной частью хлорной извести, которая получается поглощением Cl гашеной известью. Это известное отбеливающее и дезинфицирующее средство. Если через горячий раствор щелока калия пропускать хлор, образуется хлорат калия, КСlО₃, - соль неустойчивой хлорноватой кислоты НСlО₃. Хлораты - известные окислители. Под действием концентрированной серной кислоты из хлоратов выделяется взрывчатая двуокись хлора, СlО₂. Нагреванием хлоратов получаем перхлораты, соли хлорной кислоты, НСlО₄; они, подобно хлоратам, - сильные окислители.

Бром - образует красно-коричневую жидкость (температура затвердевания = 7,3°, температура кипения 58,7°), переходящую и при нормальной температуре в отвратительно пахнущий коричнево-желтый ядовитый дым. Поэтому бром сохраняется в закупоренных сосудах. Бром оставляет на коже труднозаживающие ожоги. В природе встречается только в соединениях (морская соль содержит приблизительно 70 г брома в 1 м³). Бром используется для производства соединений брома и для бромирования органических соединений. Наиболее известное соединение бромистый водород, НВr, бесцветный, с острым запахом - газ, дымящийся на воздухе. Его раствор в воде известен как бромистоводородная кислота. Ее соли - бромиды, как напр. KBr, NaBr и особенно AgBr. Последняя - очень чувствительна к свету, и поэтому применяется для изготовления чувствительного фотографического материала. Из кислородсодержащих соединений известны броматы, напр. КВrО₃, соли бромноватой кислоты - сильные окислители.

Йод - образует черно-серые кристаллы с металлическим блеском, характерного запаха. При слабом нагревании переходит в фиолетовый пар, даже не растворившись (сублимация). В воде йод растворяется незначительно. Хорошо растворяется в спирту (йодная настойка для дезинфекции небольших поранений) и в других органических растворителях. Йод растворяется также в концентрированном растворе KJ.

В природе йод встречается довольно редко, и то только в соединениях, напр. в незначительном количестве в морской воде. Йод получается из золы некоторых морских водорослей, его в себе содержащих.

С химической стороны йод подобен прочим галогенам, но не столь реактивен. Йод биологически важный элемент. Недостаток его в теле человека вызывает серьезное заболевание щитовидной железы. Применяется йод для производства ценных лекарств (йодоформа). Присутствие свободного йода определяется посредством крахмального клейстера; при холодной температуре йод вызывает синюю окраску клейстера (обратным путем можно так же определить присутствие крахмала). Из соединений йода определенное значение имеет йодистый водород, HJ. Это бесцветный газ, подобный хлористому водороду, его раствор в воде образует йодистоводородную кислоту, ее соли - иодиды, напр. KJ, HgJ₂ и т. д. Йодистый водород - сильный восстановитель, применяемый особенно в органическом синтезе. Из кислородсодержащих соединений йода определенное значение имеют йодаты, напр. KJO₃, - соли йодноватой кислоты.