Fluorowce to pierwiastki należące do 17. grupy układu okresowego. Są to niemetale aktywne chemiczne. W materiale ograniczymy się do właściwości fluoru, chloru, bromu i jodu, ponieważ duża część właściwości astatu jest nieznana. Jest to spowodowane jego krótkim czasem życia – czas połowicznego rozpadu najtrwalszego izotopu astatu o liczbie masowej 210 wynosi niewiele ponad osiem godzin.

Dane fizykochemiczne fluorowców:

RJREu8ZNlrCef

Ilustracja przedstawia podstawowe informacje na temat atomu fluoru. Jego liczba atomowa wynosi 9. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona: $[\mathrm{H}\mathrm{e}]2{\mathrm{s}}^{2}2{\mathrm{p}}^5$. Konfiguracja klatkowa elektronów walencyjnych: w kwadracie opisanym $2{\mathrm{s}}^2$ znajdują się dwie pionowe równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, dalej znajduje się prostokąt opisany $2{\mathrm{p}}^5$, jest on podzielony na trzy kwadraty. W pierwszym i drugim znajdują się po dwie pionowe równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, w ostatnim kwadracie znajduje się jedna pionowa strzałka w pozycji równoległej do pozostałych. Ma grot skierowany ku górze. Podano promień atomowy fluoru: 58 pm. Promień jonowy anionu fluorkowego wynosi 133 pm.

RCxcHB6Bpp5w3

Ilustracja przedstawia podstawowe informacje na temat atomu chloru. Jego liczba atomowa wynosi 17. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona: $[\mathrm{N}\mathrm{e}]3{\mathrm{s}}^{2}3{\mathrm{p}}^5$. Konfiguracja klatkowa elektronów walencyjnych: w kwadracie opisanym $3{\mathrm{s}}^2$znajdują się dwie, pionowe równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, dalej znajduje się prostokąt opisany $3{\mathrm{p}}^5$, jest on podzielony na trzy kwadraty. W pierwszym i drugim znajdują się po dwie pionowe równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, w ostatnim kwadracie znajduje się jedna pionowa strzałka w pozycji równoległej do pozostałych. Ma grot skierowany ku górze. Podano promień atomowy chloru: 99 pm. Promień jonowy anionu chlorkowego wynosi 181 pm.

R1Q8sQYzxZ0O5

Ilustracja przedstawia podstawowe informacje na temat atomu bromu. Jego liczba atomowa wynosi 35. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona: $[\mathrm{A}\mathrm{r}]4s^{2}3d^{10}4p^5$. Konfiguracja klatkowa elektronów walencyjnych: w kwadracie opisanym $4{\mathrm{s}}^2$znajdują się dwie równoległe pionowe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, dalej znajduje się prostokąt opisany $4{\mathrm{p}}^5$, jest on podzielony na trzy kwadraty. W pierwszym i drugim znajdują się po dwie pionowe równoległe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, w ostatnim kwadracie znajduje się jedna strzałka w pozycji równoległej do pozostałych. Ma grot skierowany ku górze. Podano promień atomowy bromu: 114 pm. Promień jonowy anionu bromkowego wynosi 196 pm.

R1Y7llI3cAK2G

Ilustracja przedstawia podstawowe informacje na temat atomu jodu. Jego liczba atomowa wynosi 53. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona: $[\mathrm{K}\mathrm{r}]5s^{2}4d^{10}5p^5$. Konfiguracja klatkowa elektronów walencyjnych: w kwadracie opisanym $5{\mathrm{s}}^2$znajdują się dwie równoległe, pionowe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, dalej znajduje się prostokąt opisany $5{\mathrm{p}}^5$, jest on podzielony na trzy kwadraty. W pierwszym i drugim znajdują się po dwie równoległe, pionowe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, w ostatnim kwadracie znajduje się jedna strzałka w pozycji równoległej do pozostałych. Jej grot jest skierowany ku górze. Podano promień atomowy jodu: 133 pm. Promień jonowy anionu bromkowego wynosi 220 pm.

R3zafDsD0zquu

Ilustracja przedstawia podstawowe informacje na temat atomu astatu. Jego liczba atomowa wynosi 85. Konfiguracja elektronowa podpowłokowa skrócona: $[\mathrm{X}\mathrm{e}]6s^{2}4f^{14}5d^{2}6p^5$ . Konfiguracja klatkowa elektronów walencyjnych: w kwadracie opisanym $6{\mathrm{s}}^2$ znajdują się dwie równoległe, pionowe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, dalej znajduje się prostokąt opisany $6{\mathrm{p}}^5$, jest on podzielony na trzy kwadraty. W pierwszym i drugim znajdują się po dwie równoległe, pionowe strzałki o grotach skierowanych przeciwnie, w ostatnim kwadracie znajduje się jedna strzałka w pozycji równoległej do pozostałych. Jej grot jest skierowany ku górze. Podano promień atomowy astatu: 140 pm. Promień jonowy anionu astatu wynosi 227 pm.

Atomy fluorowców posiadają siedem elektronów walencyjnych. Konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej w stanie podstawowym ma postać $n{s}^2{p}^5$, gdzie jeden niesparowany elektron znajduje się na orbitalu p. Można więc wnioskować, że do uzyskania stabilnej energetycznie konfiguracji elektronowej najbliższego helowca brakuje im tylko jednego elektronu. Fluorowce chętnie tworzą dwuatomowe cząsteczki ${\text{F}}_2$, ${\text{Cl}}_2$, ${\text{Br}}_2$, ${\mathrm{I}}_2$. Co ciekawe, w związkach chemicznych fluor ma zawsze taki sam stopień utlenienia $-\mathrm{I}$, zaś pozostałe fluorowce przyjmują najczęściej stopnie utlenienia $-\mathrm{I}$, $\mathrm{I}$, $\mathrm{III}$, $\mathrm{V}$ i $\mathrm{VII}$.

Wysoka elektroujemnośćelektroujemnośćelektroujemność fluorowców świadczy o ich tendencji do przyciągania elektronów z innych pierwiastków, w wyniku czego tworzą ujemne aniony ${\mathrm{X}}^{-}$, np. ${\mathrm{F}}^{-}$, ${\mathrm{Cl}}^{-}$, ${\mathrm{Br}}^{-}$ oraz ${\mathrm{I}}^{-}$. Im większy jest promień atomu fluorowca, tym „gorzej” przyjmuje kolejny elektron. Dlaczego? Im powłoka, na którą przyłączany jest elektron, jest bardziej oddalona od jądra (a zwykle jest to powłoka walencyjna), tym słabsze występuje przyciągnie elektronów przez jądro. Dominują tam efekty wzajemnego odpychania pomiędzy elektronami, dlatego jod ma najsłabsze właściwości utleniające. Natomiast najbardziej elektroujemnym, nie tylko spośród fluorowców, ale i wszystkich pierwiastków chemicznych, jest fluor. Jego elektroujemność wg skali Paulinga to 4,0.

Fluor gwałtownie reaguje z wodą, tworząc kwas fluorowodorowy i tlen.

Chlor i brom reagują z wodą powoli, tworząc odpowiednio kwas chlorowodorowy i kwas chlorowy($\mathrm{I}$)

oraz kwas bromowodorowy i kwas bromowy($\mathrm{I}$).

Reaktywność fluorowców maleje w dół grupy.

Ciekawostka

Fluor jest tak aktywnym pierwiastkiem, że tworzy związki z gazami szlachetnymi. W wyniku ogrzewania, naświetlania lub poddawania wyładowaniami elektrycznymi ksenonu i fluoru powstają fluorki ksenonu.

R17xhybDAo8dm

Ilustracja przedstawia model kulkowy fluorku ksenonu. W centrum znajduje się niebieska kulka, otaczają ją dwie kulki zielone, które są mniejsze i stapiają się po przeciwnych stronach z większą kulką.

Ważnym czynnikiem wpływającym na reaktywność fluorowców jest potencjał standardowypotencjał standardowypotencjał standardowy półogniw halogenowych.

Wartość potencjału standardowego ogniwa fluorowego wynosi 2,87 V, co skutkuje tym, że jest on najsilniejszym utleniaczem z całej grupy fluorowców. Teoretycznie może wypierać inne jony fluorowców z roztworu.

Ważne!

Wraz ze wzrostem liczby atomowej spada reaktywność fluorowców.

Moc kwasów beztlenowych rośnie w dół grupy. Moc kwasów tlenowych zależy od elektroujemności fluorowca – fluorowce o największej elektroujemności będą tworzyć mocniejsze kwasy.

RbYLsAE8tZasX

Ilustracja przedstawia zmiany aktywności chemicznej, mocy kwasów beztlenowych i tlenowych w zależności od atomu halogenu. Spadek aktywności chemicznej następuje w szeregu ${\mathrm{F}}_2$ (najbardziej aktywny), ${\mathrm{C}\mathrm{l}}_2$, ${\mathrm{B}\mathrm{r}}_2$, ${\mathrm{I}}_2$ (najmniej aktywny). Wzrost mocy kwasów beztlenowych występuje w szeregu: HF (najsłabszy kwas, niska stała ${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}$), HCl, HBr, HI (najmocniejszy – największa stała ${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}$). Moc fluorowodoru wynosi 6,3 mnożone przez 10 do potęgi minus czwartej, moc chlorowodoru wynosi 10 do potęgi siódmej, moc bromowodoru wynosi 3 mnożone przez 10 do potęgi dziewiątej, moc jodowodoru wynosi 10 do potęgi dziesiątej. Spadek mocy kwasów tlenowych występuje w szeregu HClO (najmocniejszy) ${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}=3.2\cdot {10}^{-8}$, HBrO ${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}=2\cdot {10}^{-9}$, HIO ${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}={10}^{-10}$ (najsłabszy). Moc kwasu podbromawego wynosi dwa mnożone przez 10 do potęgi minus dziewiątej.

Słownik

Bibliografia

Atkins P., Jones L., Chemia ogólna. Cząstki, materia, reakcje, Warszawa 2018.

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, t. 2, Warszawa 2009.

Encyklopedia PWN

Krzeczkowska M., Loch J., Mizera A., Repetytorium chemia : Liceum - poziom podstawowy i rozszerzony, Warszawa - Bielsko‑Biała 2010.

Litwin M., Styka‑Wlazło Sz., Szymońska J., To jest chemia 1. Chemia ogólna i nieorganiczna. Podręcznik dla liceum ogólnokształcącego i technikum. Zakres rozszerzony, Warszawa 2019.

Pigoń K., Ruziewicz Z., Chemia fizyczna. T.1. Podstawy fenomenologiczne, Warszawa 2005.