Zisk a výskyt halogenů

Zisk a výskyt fluoru

jeho nejvýznamnějšími minerály jsou kazivec (fluorit) $CaF_2$, kryolit $Na_3AlF_6$ a apatit $Ca_5(PO_4)_3F$
je obsažen v kostech a zubech živočichů i člověka
vyrábí se výhradně elektrolýzou taveniny $KF\cdot{n\ HF}$
- provádí se v ocelových reaktorech vyložených Monelovým kovem (68% nikl, 32% měď a stopy manganu a železa)
- anodou je grafitová tyč a katodou je nádoba reaktoru
používá se především při výrobě uranu a separaci jeho izotopů

Zisk a výskyt chloru

je ze všech halogenů nejrozšířenější
v přírodě se nejčastěji vyskytuje v podobě solí kyseliny chlorovodíkové
- ve velké míře se díky jejich dobré rozpustnosti nachází v mořské vodě
laboratorně se vyrábí reakcí kyseliny chlorovodíkové s burelem nebo hypermanganem
- $4\ HCl+MnO_2\longrightarrow{Cl_2+MnCl_2+2\ H_2O}$
- $2\ KMnO_4+16\ HCl\longrightarrow{5\ Cl_2+2\ MnCl_2+2\ KCl+8\ H_2O}$
průmyslově se vyrábí elektrolýzou téměř nasyceného roztoku chloridu sodného

Zisk a výskyt bromu a jodu

jejich sloučeniny se vyskytují často společně s chlorem
brom je rozpuštěn v bromidech v mořské vodě
jod je součástí mořských řas, chaluh, hub a korálů
ve formě jodičnanu se jod vyskytuje v čilském ledku
vydatným zdrojem jodu jsou také výluhy vysokopecních prachů
jod je významným biogenním prvkem
- zajišťuje správnou funkci štítné žlázy
- nedostatek vede ke vzniku Bazedovy choroby
  - jejím projevem je vytvoření strumy (vole)
nejčastěji se připravují oxidací bromidů a jodidů chlorem
oba prvky lze připravit podobně jako chlor reakcí s hypermanganem tat se v přírodě vyskytuje ve velmi malém množství nnessin se v přírodě nevyskytuje

Vlastnosti halogenů

mají sedm elektronů ve valenční sféře
- jsou proto vysoce elektronegativní
  - tato hodnota klesá s rostoucím protonovým číslem
    - elektrony valenční vrstvy jsou totiž slaběji poutány jádrem kvůli většímu atomovému poloměru
tvoří dvouatomové molekuly
dobře se rozpouštějí v nepolárních rozpouštědlech
jejich páry silně leptají sliznici
- práci s nimi lze provádět pouze v dobře větraném prostředí, v digestoři
jsou velmi reaktivní

Fluor

za normálních podmínek je to žlutozelený plyn
je to nejreaktivnější prvek skupiny a zároveň je nejreaktivnější ze všech známých prvků
- příčinou je realtivně malá energie vazby $F-F$ a vysoká energie vazeb jiných
s většinou prvků se slučuje přímo
- s vodíkem reaguje už při teplotě -250°C
- s dalšími halogeny, sírou, fosforem, křemíkem a některými kovy reaguje za vzniku plamene
- měď a nikl jsou vůči působení fluoru odolné, protože se pokrývyjí vrstvičkou fluoridu, který brání další reakci
  - vybavení pro práci s fluorem je obvykle pokryto vrstvou niklu
oxiduje elektronegativní složky většiny sloučenin
má tendenci vyhánět oxidační čísla prvků se kterými reaguje na jejich maximum

Chlor

za normálních podmínek je to zelenožlutý plyn
je jen o něco méně reaktivní než fluor
s většinou prvků se slučuje přímo
- přímo se neslučuje s kyslíkem, dusíkem a uhlíkem
  - jejich sloučeniny lze připravit nepřímo

Brom

za normálních podmínek je to červenohnědá kapalina

Jod

za normálních podmínek je to tmavě fialová až černá krystalická látka
za laboratorní teploty sublimuje

Sloučeniny halogenů

Halogenovodíky $HX$

jsou to bezbarvé ostře páchnoucí plyny
mají poměrně vysoké body varu
- nejvyšší bod varu má fluorovodík (19.5°C)
  - mezi jeho molekulami existují velmi silné vodíkové můstky
dají se získat přímou syntézou
v laboratoři se chlorovodík a fluorovodík připravují reakcí halogenidu se silnou nětěkavou kyselinou
- bromovodík a jodovodík se připravují hydrolýzou halogenidů fosforitých
jsou výborně rozpustné ve vodě
- jejich roztoky nazýváme halogenovodíkové kyseliny
  - prodávají se v roztocích o koncentraci $HF$ 40%, $HCl$ 36%, $HBr$ 48% a $HI$ 57%
  - kyselina fluorovodíková $HF$ je slabá kyselina
    - je to velmi jedovatá a nebezpečná látka
    - při kontaktu s tkání způsobuje bílé, velmi bolestivé popáleniny
      - reaguje s vápníkem v tkáni za vzniku nerozpustného $CaF_2$
      - tím vznikne v tkáni nadbytek kationtů $K^+$ a dojde ke zvýšení dráždivosti nervů
  - ostatní halogenovodíkové kyseliny se chovají jako kyseliny silné
    - kyselina bromovodíková a jodovodíková podléha oxidaci vzduchem a uvolňují elementrární halogeny
      - jejich roztoky proto časem mavnou
  - nejvýznamnější je kyselina chlorovodíková $HCl$
    - v minulosti vyráběla se reakcí chloridu sodného s kyselinou sírovou
      - $NaCl+H_2SO_4\longrightarrow{HCl+NaHSO_4}$
      - hydrogensíran sodný potom reaguje s další molekulou chloridu sodného
        
        $NaHSO_4+NaCl\longrightarrow{Na_2SO_4+HCl}$
      - proto se jí říkávalo kyselina solná

Halogenidy

jsou to soli halogenovodíkových kyselin

Iontové halogenidy

jsou to halogenidy alkalických kovů, hořčíku, kovů alkalických zemin a některých přechodných kovů
mají vysoké body tání a varu
vazba má silně iontový charakter

Polymerní halogenidy

jsou to halogenidy kovů, které tvoří dlouhé řetězce nebo trojrozměrné struktury
vazby jsou převážně kovalentní
patří sem většina chloridů, bromidů a jodů se střední a vyšší elektronegativitou
chlorid a bromid měďnatý tvoří nekonečně dlouhé řetězce

Molekulové halogenidy

jsou tvořeny jednotlivými molekulami
halogen a kov je vázán kovalentní vazbou
tvoří je většina přechodných kovů ve vyšších oxidačních stupních, ale taky nekovy a polokovy
jsou těkavé a špatně vedou elektrický proud

Příprava halogenidů

spousta holegindů jde připravit přímou syntézou
často se připravují rozpouštěním neušlechtilých kovů v halogenovodíkových kyselinách
- uvolňuje se při tom vodík
dále je lze připravit reakcemi halogenovodíkových kyselin s oxidy, hydroxidy nebo uhličitany příslušných kovů
málo rozpustné halogenidy se připravují působením halogenovodíků na roztoky některých solí

Sloučeniny halogenidů s kyslíkem

halogeny tvoří celou řadu kyslíkatých sloučenin
nejstálejší jsou sloučeniny jodu, nejméně stále sloučeniny fluoru
fluor v kyslíkatých sloučeninách vystupuje jako elektronegativní složka a kyslík má kladné oxidační číslo

Fluoridy kyslíku

Difluorid kyslíku $OF_2$

je to žlutý, jedovatý plyn
vzniká rychlím zaváděním fluoru do zředěného roztoku $NaOH$
má velmi silné oxidační účinky

Difluorid dikyslíku $O_2F_2$

připravuje se působením elektrického výboje na směs fluoru a kyslíku
je nestabilní
- rozkládá se při -50°C
s řadou látek reaguje explozivně
byl pozorován v dimerní formě $O_4F_4$

Oxidy chloru

nedají se připravit přímou syntézou
všechny jsou nestálé

Oxid chlorný $Cl_2O$

je to žlutohnědý plyn
má silné oxidační účinky
dobře se rozpouští ve vodě

Oxid chloričitý $ClO_2$

je to žlutozelený plyn
kondenzuje na hnědočervenou explozivní kapalinu s bodem varu 11°C
je silným oxidačním činidlem

Oxid chlorový $Cl_2O_6$

je to tmavě červená kapalina
- je tvořena dimerními molekulami
  - ve formě monomeru $ClO_3$ se nevyskytuje
- v plyném skupenství je monomer a dimer v rovnováze

Oxid chloristý $Cl_2O_7$

je to bezbarvá, olejovitá kapalina
je nejstálejší
při zahříté prudce vybuchuje

Oxidy bromu a jodu

brom tvoří dva oxidy $Br_2O$ a $BrO_2$
- oba jsou stále pouze při nízkých teplotách
jod tvoří tři oxidy
- nejlépe prozkoumaný je oxid jodičný $I_2O_5$
  - má silné oxidační účinky

Kyslíkaté kyseliny halogenů

jejich síla roste s roustoucím oxidačním číslem a protonovým číslem centrálního atomu
čisté byli izolované pouze kyseliny $HClO_4$, $HIO_3$, $HIO_4$ a $H_5IO_6$
u fluoru byla prokázaná existence pouze kyseliny fluorné $HOF$
u chloru byly vyrobeny kyseliny $HClO$, $HClO_2$, $HClO_3$ a $HClO_4$
u bromu byly vyrobeny kyseliny $HBrO$, $HBrO_3$ a $HBrO_4$
u jodu byly vyrobeny kyseliny $HIO$, $HIO_3$, $HIO_4$ a $H_5IO_6$
odvozuje se od nich celá řada solí
- nejvýznamnější je chlorečnan draselný $KClO_3$ a chlorečnan sodný $NaClO_3$
  - $KClO_3$ se používá na výrobu třaskavin
  - $NaClO_3$ je totální herbicid totální herbicid