Формула соединения калия с хлором и с кислородом

Галогены не соединяются непосредственно с кислородом, поэтому их кислородные соединения получаются только косвенным путем и представляют собой вещества более или менее неустойчивые. Наиболее устойчивы соли кислородных кислот, наименее устойчивы — окислы. Во всех кислородных соединениях галогены проявляют положительную валентность, достигающую семи у высших кислородных соединений хлора и иода.

Наиболее многочисленны и важны в практическом отношении кислородные соединения хлора, которые мы и рассмотрим несколько подробнее.

В табл. 20 для общей ориентировки приведены формулы окислов и кислот, образуемых хлором, а также названия кислот и соответствующих им солей. В скобки заключены предполагаемые, но не полученные пока соединения.

Кислоты
Окислы	формула	название	Название солей
Сl2O	HClO	Хлорноватистая	Гипохлориты
(Cl2O3)	HClO2	Хлористая	Хлориты
СlO2	—	—	—
(Сl2O3)	HClO3	Хлорноватая	Хлораты
Cl2O7	HClO4	Хлорная	Перхлораты

Все кислородные соединения хлора являются сильными окислителями. Производя окисление, положительно валентные атомы хлора обычно восстанавливаются или до нейтрального хлора или до отрицательно заряженных ионов Сl’. Важное практическое применение имеют соли хлорноватистой и хлорноватой кислот — гипохлориты и хлораты.

Гипохлориты. В основе их получения лежит реакция хлора с водой, приводящая к образованию хлорноватистой кислоты:

Эта реакция представляет собой не что иное, как гидролиз хлора. Можно предполагать, что гидролизу предшествует поляризация ковалентной связи между атомами хлора в. молекуле Сl₂, т. е. смещение общей пары электронов в сторону одного из атомов под влиянием полярных молекул воды. Затем положительно зарядившийся атом хлора соединяется с гидроксилом воды, вытесняя протон, и одновременно другой атом хлора превращается в ион [:Сl:] — , как это показано на следующей схеме:

Из схемы видно, что гидролиз хлора является окислительно-восстановительной реакцией, при которой один из атомов хлора, присоединяя к себе электрон от другого атома, восстанавливается, а другой атом хлора окисляется:

Сl − e — = Cl (+1)

Cl + e — = C (-1)

Такой процесс, когда одни атомы одного и того же элемента являются окислителями, а другие — восстановителями, называется самоокислением-самовосстановлением.

Получающиеся при гидролизе хлора НСl и НСlO могут взаимодействовать друг с другом, снова образуя хлор и воду, поэтому реакция не идет до конца; равновесие устанавливается когда прореагирует приблизительно 1 /₃растворенного хлора. Таким образом, хлорная вода всегда содержит наряду с молекулами Сl₂ значительное количество соляной и хлорноватистой кислот.

Расщепление ковалентной связи между атомами хлора при его гидролизе имеет иной характер, чем расщепление связи между ними же, происходящее при действии света на хлор и сопровождающееся образованием свободных атомов хлора

расщепление связи расщепление связи при гидролизе при действии света

Первый вид расщепления ковалентной связи называется неоднород-н ы м, а второй — однородным.

Примерами однородного и неоднородного расщепления связи могут также служить термическая диссоциация йодистого водорода при нагревании:

и электролитическая диссоциация иодистого водорода при растворении в воде:

Хлорноватистая кислота НСlO очень неустойчива и в растворе постепенно распадается на хлористый водород и кислород:

По мере разложения хлорноватистой кислоты равновесие приведенной на стр. 324 реакции между хлором и водой смещается вправо и в конце концов весь хлор вступает во взаимодействие с водой, а в растворе остается только НСl. Свет очень ускоряет эту реакцию, поэтому хлорную воду следует всегда хранить в темноте.

Хлорноватистая кислота — очень сильный окислитель; ее образованием при взаимодействии хлора с водой объясняются белящие свойства хлора. Совершенно сухой хлор не белит, но в присутствии влаги происходит быстрое разрушение красящих веществ образующейся при гидролизе хлора хлорноватистой кислотой.

Если к хлорной воде прибавлять понемногу щелочь, то вследствие нейтрализации хлорноватистой и соляной кислот равновесие реакции гидролиза хлора тоже сдвигается вправо; в результате получается раствор, содержащий соли хлорноватистой и соляной кислот:

HCl + НСlO + 2КОН = КСl + КClO + 2Н₂O

Тот же результат, очевидно, получится, если непосредственно пропускать хлор в холодный раствор щелочи: 2КОН + Сl₂ = КСl + КСlO + Н₂O

или в ионной форме:

Полученная таким путем жидкость, содержащая в растворе смесь солей хлорноватистой и соляной кислот, называется ж а-велевой водой (Javelle — местечко около Парижа, где впервые стали изготовлять эту воду) и применяется для беления; ее белящие свойства обусловливаются тем, что гипохлорит калия легко разлагается уже под влиянием углекислого газа воздуха, причем выделяется хлорноватистая кислота:

Последняя и действует обесцвечивающим образом на красящие вещества.

Аналогичный раствор, содержащий гипохлорит натрия, получается при пропускании хлора в раствор едкого натра. Оба раствора могут быть получены также путем электролиза КCl и NaCl, если дать возможность выделяющемуся хлору реагировать с образующимися при электролизе щелочами .

При действии хлора на сухую гашеную известь получается так называемая белильная или хлорная известь. Главной составной частью ее является гипохлорит кальция Са(СlO)₂, образующийся по реакции

наряду с ним хлорная известь содержит также и другие соли кальция.

Хлорная известь представляет собою белый порошок с резким запахом, обладающий сильными окислительными свойствами. Во влажном воздухе под действием углекислого газа она постепенно разлагается, выделяя хлорноватистую кислоту, чем и обусловливается ее характерный запах:

При действии на хлорную известь соляной кислоты выделяется хлор:

Хлорная известь широко применяется для отбелки растительного волокна (тканей, бумаги), для дезинфекции выгребных ям, отхожих мест, сточных канав и пр. В противохимической обороне хлорная известь играет важную роль как средство дегазации местности, зараженной отравляющими веществами.

В последнее время промышленностью освоено изготовление хлорной извести с очень высоким содержанием активного хлора, состоящей из почти чистого гипохлорита кальция Са(СlO)₂. Для ее получения действуют хлором на известковое молоко — смесь гашеной извести с небольшим количеством воды. Образующийся гипохлорит кальция выделяется в виде мелких кристаллов состава Са(СlO )₂ • 3Н₂О. По окончании реакции осадок отфильтровывают и высушивают. Полученный таким образом технический продукт содержит до 70% активного хлора.

Хлораты представляют собой соли довольно неустойчивой хлорноватой кислоты НСlO₃. Общеизвестной и самой важной из этих’солей является хлорат калия КСlO₃, или бертолетова соль.

Если нагревать раствор гипохлорита калия, то он утрачивает свои белящие свойства. Это происходит вследствие разложения КСlO с образованием бертолетовой соли по следующему уравнению:

3КСlO = КСlO₃ + 2КСl

или в ионной форме

При этой реакции 2 /₃ атомов хлора, входящих в состав ионов СlO’ и имеющих валентность +1, превращается в ионы Сl’, т. е. восстанавливается, в то время как 1 /₃ тех же атомов из валент ного состояния +1 переходит в валентное состояние +5, т. е. окисляется.

Если пропускать хлор в горячий раствор едкого кали, то вместо КСlO сразу получается КСlO₃:

При этом 1 /₆ часть атомов хлора окисляется до ионов СlO₃‘, а 5 /₆ восстанавливаются до ионов Сl’.

Так как бертолетова соль трудно растворима в холодной воде, то при охлаждении раствора она выпадает в виде кристаллов и таким образом отделяется от остающегося в растворе хлористого калия.

При нагревании бертолетова соль легко разлагается с выделением кислорода:

С различными горючими веществами (серой, углем, фосфор ром) бертолетова соль образует смеси, сильно взрывающие при ударе. На этом основано ее применение в артиллерийском деле для устройства запалов. Бертолетова соль употребляется в пиротехнике для приготовления бенгальских огней и других легко воспламеняющихся смесей. Главнейшим же потребителем бертолетовой соли является спичечная промышленность. В головке обычной спички содержится около 50% бертолетовой соли.

Соответствующая бертолетовой соли хлорноватая кислота НСlO₃ известна только в виде водного раствора, который может быть сгущен выпариванием до концентрации в 50%. Хлорноватая кислота действует как сильный окислитель. Структурная формула хлорноватой кислоты:

Ангидрид хлорноватой кислоты неизвестен. Вместо него при разложении хлорноватой кислоты, например при действии концентрированной серной .кислоты на бертолетову соль, выделяется желто-бурый газ с характерным запахом — двуокись хлора СlO₂. Двуокись хлора очень неустойчива и легко разлагается со взрывом на хлор и кислород от нагревания, соприкосновения с органическими веществами и т. п. Смесь бертолетовой соли с сахаром воспламеняется при смачивании ее каплей серной кислоты, так как выделяющаяся двуокись хлора является сильным окислителем.

При осторожном нагревании в отсутствие катализатора бертолетова соль частично разлагается с выделением кислорода частично же переходит в соль хлорной кислоты — перхлорат калия КСlO₄:

Перхлораты — более прочные соединения, чем хлораты. Действуя на перхлорат калия серной кислотой, можно получить свободную хлорную кислоту HClO₄, которая в чистом виде представляет собой бесцветную жидкость, замерзающую при —112°.

Хлорная кислота HClO₄ наиболее устойчивая из кислородных кислот хлора. В то же время она самая сильная из всех известных кислот: ее кажущаяся степень диссоциации в 0,5 н. растворе равна 88%, т. е. больше, чем кажущаяся степень диссоциация соляной кислоты при тех же условиях. Окислительные свойства у хлорной кислоты выражены слабее, чем у хлорноватой.

Строение хлорной кислоты выражается формулой

Если нагревать хлорную кислоту с фосфорным ангидридом, отнимающим от нее воду, то образуется хлорный ангидрид:

Хлорный ангидрид — маслянистая жидкость, кипящая при 83°; сильно взрывает при ударе.

Сопоставление свойств важнейших кислородных соединений хлора позволяет сделать следующий общий вывод:С увеличением валентности хлора растет устойчивость его кислородных кислот, и их окислительная способность уменьшается. Наиболее сильный окислитель — хлорноватистая кислота, наименее сильный — хлорная кислота. Наоборот, сила кислородных кислот хлора увеличивается с увеличением валентности последнего. Наиболее слабой является хлорноватистая кислота (константа ее диссоциации около 10 -8 ), наиболее сильной — хлорная кислота.

Кислородные соединения фтора. Наиболее изученным соединением

фтора с кислородом является окись фтора, или фтористый кислород OF₂, впервые полученный только в 1927; г. Это — бесцветный газ, сгущающийся в жидкость при —145°, очень ядовитый, малорастворимый в воде.

Фтористый кислород получается при действии фтора на 2%-ный раствор щелочи:

По всем признакам (низкая температура кипения, плохая растворимость в воде) фтористый кислород представляет собой соединение, в котором связи фтора с кислородом ковалентны. Строение его может быть изображено так:

Так как металлоидные свойства выражены у фтора сильнее, чем у кислорода, то следует считать, что во фтористом кислороде фтор отрицательно одновалентен, а кислород положительно двухвалентен.

Кислородные соединения брома и йода

Из кислородных соединений брома известны бромноватистая НВrО и бромноватая НВrО₃ кислоты и их соли, которые получаются аналогично соответствующим соединениям хлора, но отличаются меньшей устойчивостью. Бромная кислота и ее соли неизвестны. Окислы брома очень неустойчивые соединения, существующие только при низких температурах.

Иод образует высший окисел J₂O₅ — йодноватый ангидрид, которому соответствует йодноватая кислота HJO₃. Натриевая соль этой кислоты встречается как примесь к чилийской селитре. Калиевую соль можно получить тем же способом, что и бертолетову соль, действуя иодом на горячий раствор щелочи.

Свободная йодноватая кислота получается окислением иода в присутствии воды. Если в качестве окислителя взять хлор, то реакция идет по следующему уравнению:

Йодноватая кислота представляет собой кристаллическое вещество, вполне устойчивое при обычной температуре. При нагревании до 200° йодноватая кислота теряет элементы воды и переходит в твердый йодноватый ангидрид:

Выше 300° йодноватый ангидрид, в свою очередь, распадается на иод и кислород.

Кроме йодноватой кислоты, известна еще йодная кислота HJO₄, которая может быть получена действием иода на НСlO₄:

При выпаривании раствора HJO₄ получаются бесцветные кристаллы, имеющие состав HJO₄ x 2H₂O и плавящиеся при 130°. Этот кристаллогидрат следует, однако, рассматривать как новую пятиосновную кислоту H₅JO₆ (ортоиодную), так как в нем все пять атомов водорода могут замещаться металлами с образованием солей (например, Ag₅JO₆).

Йодный ангидрид J₂O₇ не получен.

Вы читаете, статья на тему Кислородные соединения галогенов

Серебристо-белый мягкий металл

39,0983 а. е. м. (г/моль)

418,5 (4,34) кДж/моль (эВ)

K	19
39,0983
4s 1
Калий

Калий — элемент главной подгруппы первой группы, четвёртого периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 19. Обозначается символом K (лат. Kalium). Простое вещество калий (CAS-номер: 7440-09-7) — мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета. В природе калий встречается только в соединениях с другими элементами, например, в морской воде, а также во многих минералах. Он очень быстро окисляется на воздухе и очень легко вступает в химические реакции, особенно с водой, образуя щёлочь. Во многих отношениях химические свойства калия очень близки к натрию, но с точки зрения биологической функции и использования их клетками живых организмов они все же отличаются. История и происхождение названия калий

Калий (точнее, его соединения) использовался с давних времён. Так, производство поташа (который применялся как моющее средство) существовало уже в XI веке. Золу, образующуюся при сжигании соломы или древесины, обрабатывали водой, а полученный раствор (щёлок) после фильтрования выпаривали. Сухой остаток, помимо карбоната калия, содержал сульфат калия K₂SO₄, соду и хлорид калия KCl.

Присутствие в природе калия

В свободном состоянии не встречается. Калий входит в состав сильвинита KCl·NaCl, карналлита KCl·MgCl₂·6H₂O, каинита KCl·MgSO₄·6H₂O, а также присутствует в золе некоторых растений в виде карбоната K₂CO₃ (поташ). Калий входит в состав всех клеток (см. ниже раздел Биологическая роль).

Калий — получение калия

Калий, как и другие щелочные металлы, получают электролизом расплавленных хлоридов или щелочей. Так как хлориды имеют более высокую температуру плавления (600—650 °C), то чаще проводят электролиз расправленных щелочей с добавкой к ним соды или поташа (до 12 %). При электролизе расплавленных хлоридов на катоде выделяется расплавленный калий, а на аноде — хлор:
K + + e − → K
2Cl − − 2e − → Cl₂

При электролизе щелочей на катоде также выделяется расплавленный калий, а на аноде — кислород:
4OH − − 4e − → 2H₂O + O₂

Вода из расплава быстро испаряется. Чтобы калий не взаимодействовал с хлором или кислородом, катод изготовляют из меди и над ним помещают медный цилиндр. Образовавшийся калий в расплавленном виде собирается в цилиндре. Анод изготовляют также в виде цилиндра из никеля (при электролизе щелочей) либо из графита (при электролизе хлоридов).

Физические свойства калия

Калий — серебристое вещество с характерным блеском на свежеобразованной поверхности. Очень лёгок и легкоплавок. Относительно хорошо растворяется в ртути, образуя амальгамы. Будучи внесённым в пламя горелки калий (а также его соединения) окрашивает пламя в характерный розово-фиолетовый цвет.

Химические свойства калия

Калий, как и другие щелочные металлы, проявляет типичные металлические свойства и очень химически активен, легко отдаёт электроны.

Является сильным восстановителем. Он настолько активно соединяется с кислородом, что образуется не оксид, а супероксид калия KO₂ (или K₂O₄). При нагревании в атмосфере водорода образуется гидрид калия KH. Хорошо взаимодействует со всеми неметаллами, образуя галогениды, сульфиды, нитриды, фосфиды и т. д., а также со сложными веществами, такими как вода (реакция проходит со взрывом), различные оксиды и соли. В этом случае они восстанавливают другие металлы до свободного состояния.

Калий хранят под слоем керосина.

При взаимодействии калия с кислородом воздуха образуется не оксид, а пероксид и супероксид:

Оксид калия может быть получен при нагревании металла до температуры не выше 180 °C в среде, содержащей очень мало кислорода, или при нагревании смеси супероксида калия с металлическим калием:

Оксиды калия обладают ярко выраженными основными свойствами, бурно реагируют с водой, кислотами и кислотными оксидами. Практического значения они не имеют. Пероксиды представляют собой желтовато-белые порошки, которые, хорошо растворяясь в воде, образуют щёлочи и пероксид водорода:

Свойство обменивать углекислый газ на кислород используется в изолирующих противогазах и на подводных лодках. В качестве поглотителя используют эквимолярную смесь супероксида калия и пероксида натрия. Если смесь не эквимолярна, то в случае избытка пероксида натрия поглотится больше газа, чем выделится (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется один объём O₂), и давление в замкнутом пространстве упадёт, а в случае избытка супероксида калия (при поглощении двух объёмов CO₂ выделяется три объёма O₂) выделяется больше газа, чем поглотится, и давление повысится.

В случае эквимолярной смеси (Na₂O₂:K₂O₄ = 1:1) объёмы поглощаемого и выделяемого газов будут равны (при поглощении четырёх объёмов CO₂ выделяется четыре объёма O₂).

Пероксиды являются сильными окислителями, поэтому их применяют для отбеливания тканей в текстильной промышленности.

Получают пероксиды прокаливанием металлов на воздухе, освобождённом от углекислого газа.

Гидроксид калия (или едкое кали) представляет собой твёрдые белые непрозрачные, очень гигроскопичные кристаллы, плавящиеся при температуре 360 °C. Гидроксид калия относится к щелочам. Он хорошо растворяется в воде с выделением большого количества тепла. Растворимость едкого калия при 20 °C в 100 г воды составляет 112 г.

• Интерактивное изображение

• 6426889

Калий хлорат представляет собой соединение , содержащее калий , хлор и кислород , с молекулярной формулой KClO ₃ . В своем чистом виде, он представляет собой белое кристаллическое вещество. Это наиболее распространенный хлорат промышленного использования. Это использовано

• в качестве окисляющего агента ,
• подготовить кислород ,
• как дезинфицирующее средство ,
• в безопасности матчей ,
• в взрывчатых веществ и пиротехнических ,
• в культивировании , заставляя цветущий этап лонгана дерева, в результате чего она плодоносить в более теплом климате.

содержание

• 1 производство
• 2 Пользы
• 3 безопасности
• 4 Смотрите также
• 5 Рекомендации
• 6 внешняя ссылка

производство

В промышленном масштабе, хлорат калия получает путем Либихи процесса: прохождение хлора в горячий гидроксид кальция , затем добавление хлорида калия :

Электролиз из KCl в водном растворе, также иногда используется, в котором элементарный хлор образуется на аноде реагирует с KOH на месте . Низкая растворимость в KClO ₃ в воде приводит к тому , соли удобно изолировать себя от реакционной смеси путем простого осаждения из раствора.

Калий хлорат может быть произведен в небольших количествах диспропорционирования в гипохлорите натрия раствора с последующим реакцией метатезиса с хлоридом калия:

Он также может быть получен путем пропускания газообразного хлора в горячий раствор едкого кали:

3 Cl _{2 (г)} + 6 КОН _{(водный раствор)} → KClO _{3 (водно)} +-KCl _{(водный раствор)} + 3 Н ₂ О _(л)

Пользы

Калия хлорат был один ключевым ингредиентом в начале огнестрельных пистонов (праймеры). Он по- прежнему в этом приложении, где не вытесняется перхлората калия .

Другое применение хлората калия в качестве окислителя в дымовой композиции , такие как , которые используются в дымовом гранате . С 2005 года , картридж с хлората калия , смешанного с лактозой и канифоли используется для генерации белого дыма сигнализации избрание нового папы на папском конклаве .

Калия хлорат часто используется в средней школе и колледже лабораторий для создания газообразного кислорода. Это гораздо дешевле , чем источник сжатого или криогенной емкости с кислородом. Калий хлората легко разлагается при нагревании при контакте с катализатором , как правило , марганца (IV) , диоксид (MnO ₂ ). Таким образом, это может быть просто помещен в пробирку и нагревают над горелкой. Если тест трубка снабжена одним перфорированной пробкой и шлангом, теплый кислород может быть сливают. Реакция выглядит следующим образом :

Нагревание его в отсутствии катализатора преобразует его в перхлорат калия :

4 KClO ₃ → 3 KClO ₄ + KCl

При дальнейшем нагревании, перхлорат калия разлагается на хлористый калий и кислород:

Безопасное выполнение этой реакции требует очень чистых реагентов и тщательного контроля температуры. Расплавленный хлорат калия является чрезвычайно сильным окислителем и спонтанно реагирует со многими обычными материалами, такими как сахар. Взрывы привели из жидких хлоратов разбрызгивания в латекс или трубки из ПВХ генераторов кислорода, а также от контакта между хлоратами и углеводородными уплотнительными смазками. Примеси в самой хлората калия также может вызвать проблемы. При работе с новой партией хлората калия, желательно, чтобы взять небольшой образец (

1 г) и нагревают его сильно на открытой стеклянной пластине. Загрязнение может привести к этому небольшое количество, чтобы взорвать, указывая, что хлорат должен быть отброшен.

Калия хлорат используется в химических генераторах кислорода (также называемый хлорат свечу или кислородные свечи), используемых в качестве систем подачи кислорода ЭГА летательных аппаратов, космических станций и подводных лодок, а также несет ответственность , по крайней мере , одной авиакатастрофы . Пожар на космической станции Мир также прослежены к этому веществу. Разложение хлората калия было также использовано , чтобы обеспечить подачу кислорода для limelights .

Калий хлората используют также в качестве пестицида . В Финляндии он был продан под торговой маркой Fegabit.

Калий хлорат может вступать в реакцию с серной кислотой с образованием высоко реакционно-раствором хлорной кислоты и сульфат калия:

Таким образом раствор получает достаточно реактивный, что он самопроизвольно воспламеняется, если горючий материал (сахар, бумага и т.д.) присутствует.

В школах, расплавленный хлорат калия используется в драматической кричащих желе младенцев демонстрации.

В химических лабораториях она используется для окисления HCl и выпускают небольшие количества газообразного хлора.

Повстанцы в Афганистане также используют хлорат калия широко в качестве ключевого компонента в производстве самодельных взрывных устройств . Когда значительные усилия были направлены на снижение доступности нитрата аммония удобрения в Афганистане СВУ производители начали использовать хлорат калия в качестве дешевой и эффективной альтернативой. В 2013 году 60% СВУ в Афганистане использовали хлорат калия, что делает его наиболее распространенным ингредиент , используемый в ИЭУ. Хлорат калия был также основным ингредиентом в бомбе автомобиля , используемого в 2002 году на Бали взрывов , что погибло 202 человек.

безопасности

Непосредственно с кислородом галогены не соединяются. Кислородосодержащие соединения получаются косвенным путем. В основе получения кислородных соединений галогенов лежат реакции с водой и щелочами. Из кислородсодержащих соединений галогенов наиболее устойчивы соли кислородных кислот, наименее— оксиды и кислоты. Во всех кислородсодержащих соединениях галогены, кроме фтора, проявляют положительную степень окисления, достигающую семи.

Фториды кислорода - соединения, содержащие связь О—F, например дифторид OF₂, монофторид (диоксофторид) O₂F₂, нитрат фтора FNO₃, перхлорат фтора FClO₄. Фтор с кислородом образует в тлеющем разряде смесь стабильных радикалов F—O—O и атомов фтора; при конденсации этой смеси при —96°С образуются высшие фториды кислорода — O₂F₂, O₃F₂ и др., стабильные лишь при низких температурах.

Все фториды кислорода обладают сильной окислительной способностью.

Оксиды хлора — неорганические химические соединения хлора и кислорода, общей формулой: Cl_хO_у.

Оксид хлора (I), гемоксид хлора, ангидрид хлорноватистой кислоты — соединение хлора в степени окисления+1 с кислородом, жёлто-коричневый газ.

Получают взаимодействием газообразного хлора с оксидом ртути (метод Пелуза). Реакция в зависимости от условий может протекать двумя различными путями, но во всех случаях с образованием искомого оксида хлора:

Образующийся Cl₂O конденсируют при температуре −60 °C. При более высокой температуре соединение разлагается со взрывом.

Другой крупнотоннажный способ - реакция газообразного хлора с влажным Na₂CO₃ в башенных или во вращающихся трубчатых реакторах:

Также водный раствор может быть получен хлорированием карбонатов щелочных или щёлочноземельных металлов в воде.

В нормальных условиях представляет собой буровато-жёлтый газ с характерным запахом, напоминающим запах хлора. При температурах ниже 2 °C — жидкость золотисто-красного цвета. Ядовит: поражает дыхательные пути. Самопроизвольно медленно разлагается:

При больших концентрациях взрывоопасен. Плотность при нормальных условиях 3,22 кг/м³. Растворяется в четырёххлористом углероде. Хорошо растворим в воде с образованием слабой хлорноватистой кислоты:

Диоксид хлора — неорганическое химическое соединение хлора и кислорода, формула: ClO₂.

В лаборатории диоксид хлора получают по реакции хлората калия с щавелевой кислотой:

Из-за взрывоопасности диоксид хлора невозможно хранить в виде жидкости. Однако адсорбирование на поверхности силикагеля позволяет хранить диоксид хлора при пониженной температуре достаточно долго, а также избавиться от примесей хлора, силикагелем не поглощающегося.

Промышленный метод получения ClO₂ основан на реакции восстановления хлората натрия диоксидом серы:

Кислотный оксид. При растворении в воде образуются хлористая и хлорноватая кислоты (реакция диспропорционирования). Разбавленные растворы устойчивы в темноте, на свету медленно разлагаются:

Образующаяся хлористая кислота очень неустойчива и разлагается:

ClO₂ реагирует со многими органическими соединениями и выступает окислителем средней силы. Большинство реакций с участием ClO₂ протекают по механизму одноэлектронного окисления с образованием органических катион-радикалов и хлорит-иона на первой стадии реакции, но возможно протекание и других реакций, в частности, реакции отрыва атома водорода.

Оксид хлора(VI) получают окислением диоксида хлора озоном:

Оксид хлора(VI) является нестойким веществом и начинает разлагаться уже при температурах 0-10 °C

При температурах выше 20 °C в продуктах распада появляется хлор.

С водой реагирует бурно — со вспышкой, при этом продуктами реакции являются хлорноватая и хлорная кислоты:

Взаимодействует с водой и щелочами в растворе, при этом проходит реакция диспропорционирования:

Проявляет сильные окислительные свойства:

Окси́д хло́ра(VII) (дихлорогептаоксид) Cl₂O₇, (хлорный ангидрид) — кислотный оксид. Высший оксид хлора, в котором он проявляет степень окисления +7.

Молекула Cl₂O₇ имеет строение О₃Cl—О—ClO₃ (dCl—О = 0,1709 нм, в группах ClО₃ — 0,1405 нм, угол ClOCl = 118,6°, ОClO 115,2°) c пространственной симметрией C₂, молекула полярна (μ = 2,40·10 −30 Кл·м).

Хлорный ангидрид представляет собой бесцветную маслянистую жидкость. Cl₂O₇ взрывается при нагревании выше 120 °C и от удара, однако он более устойчив, чем оксид и диоксид хлора. Жидкий Cl₂О₇ устойчив до 60—70 °C, но примесь низших оксидов хлора существенно ускоряет его распад:

Медленно растворяется в холодной воде, образуя хлорную кислоту:

Хлорный ангидрид является сильным окислителем.

Получают Cl₂О₇ при осторожном нагревании хлорной кислоты с фосфорным ангидридом или олеумом:

Оксид хлора(VII) получают также электролизом раствора НClО₄ на платиновых электродах ниже 0 °C (Cl₂O₇накапливается в анодном пространстве). Чистый Cl₂O₇ можно синтезировать также при нагревании в вакууме некоторых перхлоратов, например, Nb(ClO₄)₅ или МоО₂(ClO₄)₂.

Оксид брома(I) — неорганическое соединение брома и кислорода с формулой Br₂O, неустойчивые тёмно-коричневые кристаллы при температуре ниже -18°С.

· Действие брома на оксид ртути:

· Разложение в вакууме диоксида брома:

Физические и химические свойства:

· Оксид брома(I) образует неустойчивые тёмно-коричневые кристаллы при температуре ниже -18°С, которые плавятся с разложением.

· Является сильным окислителем:

· Реагирует с щелочами:

Диоксид брома (оксид брома(IV)) — неорганическое соединение брома и кислорода с формулой BrO₂, неустойчивые светло-жёлтое твёрдое вещество, существующее при температурах ниже −40°С.

Получают действием озона на бром при низкой температуре:

Физические свойства.

Диоксид брома образует неустойчивые светло-жёлтое твёрдое вещество, существующее при температурах ниже −40°С.

Молекула имеет строение BrOBrO₃.

Термически неустойчиво при температуре выше −40°С.

Химические свойства.

· Разлагается при осторожном нагревании в вакууме с образованием оксида брома(I):

· Реагирует с щелочами:

Оксид йода(V), йодноватый ангидрид - белое твердое вещество, единственный термодинамически устойчивый из оксидов галогенов. Твердый оксид I₂O_5. Может быть получен при осторожном нагревании НIO₃ до 200°С, порошок. При нагревании выше 300°С распадается на иод и кислород, проявляет окислительные свойства, в частности используется для поглощения CO в анализе:

49. Кислородсодержащие кислоты хлора – хлорноватистая, хлористая, хлорноватая, хлорная и их соли – получение, свойства.

Хлор образует четыре кислородсодержащие кислоты: хлорнотистую, хлористую, хлорноватую и хлорную.

Хлорноватистая кислота НСlO образуется при взаимодействии хлора с водой, а также ее солей с сильными минеральными кислотами. Она относится к слабым кислотам, очень неустойчива. Состав продуктов реакции ее разложения зависит от условий. При сильном освещении хлорноватистой кислоты, наличии в растворе восстановителя, а также длительном стоянии она разлагается с выделением атомарного кислорода:

НСlO = HСl + O

В присутствии водоотнимающих веществ образуется оксид хлора (I):

2 НСlO = 2 Н2О + Сl2O

Cl2О можно считать ангидридом хлорноватистой кислоты. При нагревании хлорноватистая кислота разлагается с образованием двух кислот — соляной и хлорноватой:

3 НСlO = 2 НСl + НСlO3

Поэтому при взаимодействии хлора с горячим раствором щелочи образуется соли не соляной и хлорноватистой, а соляной и хлорноватой кислот:

6 NаОН + 3 Сl2 = 5 NаСl + NаСlО3 + 3 Н2О

Соли хлорноватистой кислоты — г и п о х л о р и т ы — очень сильные окислители. Они образуются при взаимодействии хлора со щелочами на холоду. Одновременно образуются соли соляной кислоты. Из таких смесей наибольшее распространение получили хлорная известь и жавелевая вода.

Хлорная, или белильная, известь СаОСl2, или СаСl(СlO), образуется при взаимодействии хлора с порошкообразным гидроксидом кальция — пушенкой:

Са(ОН)2 + Сl2 = Cl-O-Ca-Cl + H2O

2 Са(ОН)2 + 2 Сl2 = СаСl2 + Са(ОСl)2 + 2 Н2О

Качество хлорной извести определяется содержанием в ней гипохлорита. Она обладает очень сильными окислительными свойствами и может окислять даже соли марганца до перманганат:

5СаОСl2 +2Mn(NО3)2 +3Са(ОН) =Са(МпO4)2+5СаСl2+2Са(NО3)2+ 3H2O

Под действием углекислого газа, содержащегося в воздухе, она разлагается с выделением хлора:

СаОСl2 + СО2 = СаСО3 + Сl2

СаСl2 + Са(ОСl)2 + 2 СО2 = 2 СаСО3 + 2 Сl2

Хлорная известь применяется как отбеливающее и дезинфицирующее вещество.

Хлористая кислота НСlO2 образуется при действии концентрированной серной кислоты на хлориты щелочных металлов, которые получаются как промежуточные продукты при электролизе растворов хлоридов щелочных металлов в отсутствие диафрагмы между катодным и анодным пространствами. Это слабая, неустойчивая кислота, очень сильный окислитель в кислой среде. При взаимодействии ее с соляной кислотой выделяется хлор:

НСlO2 + 3 НС1 = Сl2 + 2 Н2О

Хлориты натрия используются для получения диоксида хлора, при обеззараживании воды, а также какотбеливаюший агент.

Хлорноватая кислота НСlO3 образуется при действии на ее соли — хлораты — серной кислоты. Это очень неустойчивая кислота, очень сильный окислитель. Может существовать только в разбавленных растворах. При упаривании раствора НСlO3 при низкой температуре в вакууме можно получить вязкий раствор, содержащий около 40 % хлорной кислоты. При более высоком содержании кислоты раствор разлагается со взрывом. Разложение со взрывом происходит и при меньшей концентрации в присутствии восстановителей. В разбавленных растворах хлорная кислота проявляет окислительные свойства, причем реакции протекают вполне спокойно:

НСlO3 + 6 НВr = НСl + 3 Вr2 + 3 Н2О

Соли хлорноватой кислоты — хлораты — образуются при электролизе растворов хлоридов в отсутствие диафрагмы между катодным и анодным пространствами, а также при растворении хлора в горячем растворе щелочей, как показано выше. Образующийся при электролизе хлорат калия (бертолетова соль) слабо растворяется в воде и в виде белого осадка легко отделяется от других солей. Как и кислота, хлораты — довольно сильные окислители:

КСlO3 + 6 НСl = КСl + 3 Сl2 + 3 Н2О

Хлораты применяются для производства взрывчатых веществ, а также получения кислорода в лабораторных условиях и солей хлорной кислоты — п е р х л о р а т о в. При нагревании бертолетовой соли в присутствии диоксида марганца МпО2, играющего роль катализатора, выделяется кислород. Если же нагревать хлорат калия без катализатора, то он разлагается с образованием калиевых солей хлороводородной и хлорной кислот:

2 КСlО3 = 2 КСl + 3 O2

4 КСlO3 = КСl + 3 КСlO4

При обработке перхлоратов концентрированной серной кислотой можно получить хлорную кислоту:

КСlO4 + Н2SO4 = КНSO4 + НСlO4

Это самая сильная кислота. Она наиболее устойчива из всех кислород содержащих кислот хлора, однако безводная кислота при нагревании, встряхивании или контакте с восстановителями может разлагаться со взрывом. Разбавленные растворы хлорной кислоты вполне устойчивы и безопасны в работе. Хлораты калия, рубидия, цезия, аммония и большинства органических оснований плохо растворяются в воде.

В промышленности перхлорат калия получают электролитическим окислением бертолетовой соли:

2 Н+ + 2 е- = Н2­ (на катоде)

СlО3- - 2 е- + Н2О = СlO4- + 2 Н+ (на аноде)

50. Бромноватистая, йодноватая, метапериодная, ортопериодная кислоты и соли – их свойства и применения. Применение галогенов и их соединений.

Бромноватистая кислота — сложное неорганическое соединение брома, водорода и кислорода с химической формулой HBrO. Представляет собой слабую кислоту; образует соли — гипобромиты. Получается при реакции брома с водой под действием света:

Неустойчивая кислота. Известна только в водном растворе с концентрацией не выше 30 %. При стоянии разлагается:

Сильный окислитель (E = 1,59 В).

Иодноватая кислота HIO₃ — бесцветное кристаллическое вещество, со стеклянным блеском и горьковато-кислым вкусом, устойчивое при обычной температуре. Легко образуется в кристаллическом состоянии в виде двух различных, не переходящих друг в друга форм ромбической сингонии.

Иодноватая кислота хорошо растворима в воде, в концентрированных растворах проявляется её склонность к полимеризации и устанавливается равновесие:

При медленном нагревании она частично плавится при 110 о С, частично образует ангидроиодноватую кислоту HI₃O₈.

При нагревании HIO₃ до 230 °C образуется порошок иодноватого ангидрида, обладающего сильными окислительными свойствами, – I₂O₅, который растворяется в воде, вновь образуя иодноватую кислоту:

Иодноватая кислота — сильная одноосновная кислота, обладает окислительными свойствами: E 0 (HIO₃/I₂) = 1,19 В.

Соли иодноватой кислоты называют иодатами. Иодаты разлагаются только выше 400 °C. Они обладают сильными окислительными свойствами. При взаимодействии с иодидами в кислой среде иодаты выделяют элементный иод.

Получают в водных растворах при окислении иода хлором, пероксидом водорода либо дымящей азотной кислотой:

Природное соединение фтора - криолит Na3AlF6 - применяется при получении алюминия. Соединения фтора используются в качестве добавок в зубные пасты для предотвращения заболеваний кариесом.

Хлор широко используется для получения соляной кислоты, в органическом синтезе при производстве пластмасс и синтетических волокон, каучуков, красителей, растворителей и др. Многие хлорсодержащие соединения используют для борьбы с вредителями в сельском хозяйстве. Хлор и его соединения применяются для отбеливания льняных и хлопчатобумажных тканей, бумаги, обеззараживания питьевой воды. Правда, применение хлора для обеззараживания воды далеко не безопасно, для этих целей лучше использовать озон.

Простые вещества и соединения брома и иода используются в фармацевтической и химической промышленности.