هالوژن ها و فلزات قليايي

فلزلا قليايي
فلزات قليايي كه عبارت اند از: ليتيم، سديم، پتاسيم، روبيديم، سزيم، فرانسيم هرگز در طبيعت به حالت آزاد يافت نمي شوند و بيش تر در تركيبات با ديگر عناصر مخلوط و تركيب شده اند. اين عناصر مي توانند با تقريبا همه ي نافلزات تركيب شوند.
سديم و پتاسيم در طبيعت فراوان اند اما ديگر عناصر اين گروه نسبتا كمياب اند. فرانسيم كه به مقدار بسيار كم در طبيعت يافت مي شود، عنصري راديواكتيو است.

سطح تازه فلزات قليايي(برش تازه ي آن) داراي جلاي فلزي نقره فام است. هادي الكتريسيته و حرارت مي باشند. اين فلزات نرم هستند و نقطه ي ذوب بسيار كمي دارند. به علاوه تمام اين فلزات در شبكه مكعب مركزدار متبلور مي شوند.

در فلزات قليايي با افزايش شماره ي اتمي نقطه ي ذوب و جوش منظما كاهش مي باند. به موازات اين كاهش، سختي نيز كم و كم تر مي شود مثلا ليتيم به دشواري با چاقو بريده مي شود ولي ساير عناصر قليايي نرم ترند.
بنابر اين از ابتداي گروه تا انتهايش يك سير نزولي را در رابطه با نقطه ي ذو

ب، نقطه ي جوش و همچنين سختي عناصر شاهد هستيم.
قابليت تراكم فلزات قليايي بسيار زياد است. به علت نرم بودن، استحكام كافي نداشتن، قابليت تراكم و همچنين ميل تركيبي شديد آن ها با نافلزات هرگز به عنوان مصالح ساختماني مورد استفاده قرار نمي گيرند.
شعاع اتمي اين عناصر با افزايش عدد اتمي افزايش مي يابد. چون شعاع اتمي اين فلزات بزرگتر از ساير عناصر ديگر مي باشد به همين جهت با ديگر فلزات آلياژ نمي دهند و فق

ط با يكديگر آلياژ مي دهند.
براي مثال سديم با پتاسيم آلياژ مايعي را ايجاد مي كند كه به عنوان سرد كننده و منتقل كننده ي حرارت در راكتورهاي هسته اي مورد استفاده قرار مي گيرد.
پتانسيل الكتروشيميايي اين فلزات زياد است، بنابر اين فعاليت شيميايي بسيار زيادي از خود نشان مي دهند.
فلزات قليايي با اكثر نافلزات به ويژه هالوژن ها يا نمك سازها به شدت تركيب شده و اغلب همرا با شعله و انتشار الكترون است. علت انتشار الكترون اين است كه حرارت واكنش زياد بوده و موجب كندن الكترون از اتم هاي اين فلزات مي گردد
هالوژن ها:

شناخت عناصر و مهم تر از آن تسلط بر روي نوع دسته بندي و علم به مکان آنها در جدول تناوبي کمک مي کند تا بتوان مشخصات و ويژگي هاي آنها را حدس زد و به خوبي از آنها استفاده کرد .
دسته بندي هاي کلي اي را براي جدول سحر آميز مندليف آورده اند که از جالب ترين دسته هايي که نيز خواصي جالب دارند مي توان به گروه ۱۷ يا همان هالوژن ها اشاره کرد. ابتدا در اين قسمت به دسته بندي عناصر بر اساس آرايش الکتروني مي پردازيم سپس به خواص عمومي هالوژنها اشاره مي کنيم بعد از آن به سراغ آشنايي کامل از عناصر تشکيل دهنده ي اين گروه مي رويم.

عناصر را مي توان بر اساس آرايش الکتروني آنها طبقه بندي کرد:

۱٫گازهاي نجيب: در جدول تناوبي ، گازهاي نجيب در انتهاي هر تناوب در گروه ۰ (صفر) جاي دارند. اين عناصر گازهاي بي رنگ، تک اتمي ، ديا مغناطيسي و از نظر شيميايي غير فعالند. بجز هليم (که آرايش الکتروني ۱s2 دارند) تمام گازهاي نجيب آرايش الکتروني ns2np6 که نظمي بسيار پايدار است، دارند.

۲٫ عناصر نماينده: اين عناصر گروههاي A جدول تناوبي را تشکيل مي دهند و شامل فلزات و نافلزات هستند . خواص شيميايي اين عناصر بسيار متنوع است . بعضي از آنها ديامغناطيس و بعضي ديگر پارامغناطيس هستند. ولي ترکيبات اين عناصر ديا مغناطيس و بي رنگ اند. پوسته هاي الکتروني دروني تمام اين عناصر ، کامل يا پايدارند(ns2np6). اما بيروني ترين پوسته در اين عناصر ، از عنصري به عنصر بعدي در حال افزايش الکترون و پر شدن است. اين پوسته بيروني پوسته والانس و الکترونهاي آن، الکترونهاي والانس ناميده مي شوند. تعداد الکترونهاي والانس هر اتم ، برابر شماره گروه است که عنصر در آن قرار گرفته است. خواص شيميايي اين عناصر به الکترونهاي والانس آنها بستگي دارد.

 

۳٫عناصر واسطه: اين عناصر در گروههاي B جدول تناوبي ديده مي شوند. از ويژگيهاي اين عناصر درون سازي آنهاست. يعني الکترون متمايز کننده در آنها ، به روش نامگذاري، يک الکترون d دروني است. در عناصر واسطه ، الکترونهاي دو پوسته ي آخري در واکنشهاي شيميايي مورد استفاده قرار مي گيرند. تمام اين عناصر فلز بوده ، بيشتر آنها پارا مغناطيس اند و ترکيبات شديداً رنگين و پارا مغناطيس به وجود مي آورند.

۴٫عناصر واسطه دروني : اين عناصر در پائين جدول تناوبي ديده مي شوند، اما در واقع بايد در تناوب هاي ششم و هفتم به دنبال عناصر گروه III B قرار گيرند. ۱۴ عنصري که در تناوب ششم بعد از لانتان قرار دارند، سري لانتانيد ها ناميد مي شوند. در تناوب هفتم ، دسته اي که به دنبال آکتينيم قرار مي گيرند، سري آکتينيدها خوانده شده اند. در اين دسته از عناصر، الکترون متمايز کننده از نوع f است و در پوسته فرعي f واقع در پوسته زير ماقبل آخر قرار مي گيرد. بنابر اين، در شيمي اين عناصر ممکن است سه پوسته بيروني، دخالت داشته باشد. تمام عناصر واسطه دروني فلز هستند. اين عناصر پارامغناطيس اند و ترکيبات آنها نيز رنگين و پارا مغناطيس است.

فلزات و نافلزات:

گروه هاي ۱ IA)) ) و IIA) 2 ) جدول تناوبي ، فعالترين فلزات را در بر مي گيرند. چون عناصر يک گروه داراي ويژگيهاي يکسان مي باشند، يک گروه را گاهي يک خانواده مي نامند. بسياري از گروه ها داراي نامهاي خانوادگي اند. گروه۱ به استثناي هيدروژن ، خانواده ي فلزات قليايي ناميده مي شود. گروه ۲ را خانواده ي فلزات قليايي خاکي مي نامند.
نا فلزات در سوي ديگر جدول ، در گروه هايVIA) 16 ، (VIIA) 17 و (VIIIA) 18 قرار گرفت

ه اند . گروه (VIA) 16 را خانواده ي کالوژن مي نامند. گروه (VIIA) 17 را به نام خانواده ي هالوژنها مي شناسند. عناصر گروه (VIIIA) 18 ، گازهاي نجيب نام دارند.
به طور کلي ، فلزات ، سخت، درخشنده و رساناي خوب گرما و الکتريسيته اند. نافلزات و بالاخص هالوژنها در دماي معمولي گاز يا جامدهاي شکننده اند. اگر جامد باشند، سطح آنها تيره است و نارسانا به شمار مي آيند.

نافلزها:

همانطور که گفته شد در گروه هاي چهارم، پنجم، ششم و هفتم (هالوژن ها) جدول تناوبي عناصري قرار دارند که اغلب خواص غير فلزي دارند اين عناصر يا گازي شکلند يا جامد که حالت شکننده دارند و هادي جريان برق و حرارت نيستند . غير فلزها در ترکيب با فلزها اغلب پيوند يوني تشکيل مي دهند و با يکديگر الکترون به اشتراک مي گذارند که به هر صورت به آرايش الکتروني گاز بي اثر دوره خود مي رسند از گروه چهارم تا هفتم خواص غيرفلزي شديد دارند و با فلزات ترکيب شده تشکيل نمک مي دهند به همين دليل آنها را هالوژن (نمک زا) مي گويند.

عناصر گروه هفتم (اصلي) هالوژنها:

عناصر اين گروه به ترتيب عبارتند از : فلوئور F ، کلر Cl، برم Br ، يد I ، استانين At. شعاع اتمي اين عناصر با افزايش عدد اتمي (از بالا به پائين) زياد مي شود انرژي يونيزاسيون کم شده الکترونگاتيوي نيز کم مي شود نقاط ذوب و جوش بيشتر شده. پتانسيل اکسيداسيون آنها به ترتيب کاهش مي يابد و هر کدام در لايه آخر ۷ الکترون (s2p5) دارند، با فلزات ميل ترکيبي شديد دارند و مولکول حاصل از آنها اغلب خصلت يوني دارد مانند NaF و KCl و BaI2 . با هيدروژن هالديدئيدروژن مي دهند که پس از حل شدن در آب محلول اسيد به وجود مي آورند مانند HCl و HI. از بالا به پائين خواص غير فلزي ضعيف تر مي شود غير فلز بالاتر مي تواند غير فلز پائين تر را از نمکش بيرون کرده و هالوژن آزاد نمايد . مثلاً:

KCl + Br ——–> عملي نيست

ولي از تأثير کلر بر نمک Br، برم حاصل مي شود:

۲KBr + Cl2 ———–>2 KCl + Br2

بنابراين از لحاظ فعاليت شيميايي ترتيب زير برقراراست:

F۲>Cl۲>Br۲>I۲>As

فلوئور و کلرگازي شکلند، برم مايع و يد جامد است که خيلي زود به حالت بخار در مي آيند به همين دليل آنها را به صورت F2, Cl2,Br2,I2 نشان مي دهند.
فلوئور در تمام ترکيبات يک ظرفيتي است ولي ساير هالوژنها مي توانند ظرفيت هاي مختلف در ترکيبات داشته باشن زيرا در فلوئور فقط يک الکترون منفرد در اوربيتال ۲p وجود دارد و به هيچ وجه نمي تواند حالت برانگيخته پيدا کند ولي در ساير هالوژنها ، الکترونها حالت برانگيخته پيدا مي کنند و الکترونهاي منفرد زياد تر ايجاد مي گردد. مثلاً: اتم کلر ۱۷Cl در ترکيب با فلوئور ۹F ممکن است CLF و ClF3 و ClF5 و ClF7 بدهد در هر ترکيب حالت برانگيخته الکترونها را در اوربيتال ۳d مي توان توجيه کرد.
هالوژنها چون ميل ترکيبي زيادي با عناصر ديگري دارند در طبيعت به حالت آزاد وجود ندارد ولي به صورت ترکيب فراوان هستند اين عناصر اغلب سمي و خطرناکند در حاليکه ترکيبات آنها بسيار مفيد و با ارزش هستند و کاربرد آنها در صنايع مختلف زياد است مانند گاز فريون CF2Cl2 که در يخسازي به کار مي رود پي وي سي و د.د.ت (دي کلر ـ دي فنيل تري کلرواتان)، کلروفرم ، …. ساير ترکيبات فلوئور برم و يد که در انواع داروها و ترکيبات مختلف مورد استفاده قرار مي گيرند.
براي تهيه ي هالوژنها از نمک هاي آنها استفاده مي کنند فقط فلوئور را از الکتروليز KHF2 يا (KF.HF) بدست مي آورند. بقيه هاليدها با اسيد سولفوريک و دي اکسيد منگنز هالوژن مي دهند مثلاً: طرز تهيه يد از يديد سديم:

۲NaI + H2SO4 + MnO2 ——-> MnSO4 + 2NaHSO4 + I2 + 2H2O

از تاثير گاز کلر بر يديدها نيز مي توان يد بدست آورد يا از تاثير گاز کلر بر برميدها برم حاصل مي شود. فلوئور اکسيد کننده ايست شديد و کلر نيز اکسيد کننده است برم و يد هم خاصيت اکسيد کنندگي و هم خاصيت احيا کنندگي دارند مثال:

۲KI + Cl2 ——> 2KCl + I2

۳I2 + 2Al ——> 2AlI3

که در اولي يد اکسيد شده و در دومي يد احياء شده است.