W postaci pierwiastkowej fluor i chlor są gazami, brom łatwo parującą cieczą, a jod ciałem stałym. Jaki jest stan skupienia związków tych pierwiastków z wodorem? Jak można wytłumaczyć tak znaczącą różnicę?

Temperatury wrzenia fluorowcowodorów

R43sH8UrVIY3F

Ilustracja przedstawiająca wykres, na którym przedstawiono temperatury wrzenia dla poszczególnych cząsteczek halogenowodorów. Dla fluorowodoru temperatura wrzenia wynosi około dwadzieścia stopni Celsjusza, dla chlorowodoru minus osiemdziesiąt pięć stopni Celsjusza, dla bromowodoru około minus sześćdziesiąt pięć stopni Celsjusza, zaś dla jodowodoru około minus trzydziestu pięciu stopni Celsjusza.

Wysoka temperatura wrzenia fluorowodoru wynika z tworzenia się wiązań wodorowychwiązanie wodorowewiązań wodorowych pomiędzy cząsteczkami $\text{HF}$.

Dla zainteresowanych

RmxxJudvucMBX

Ilustracja przedstawiająca cztery cząsteczki fluorowodoru, pomiędzy którymi zaznaczono występujące wiązania wodorowe. Cząsteczka zbudowana jest z atomu wodoru H, przy którym zaznaczono cząstkowy ładunek dodatni delta plus oraz z atomu fluoru, przy którym zaznaczono cząstkowy ładunek ujemny delta minus. Wokół cząsteczki zaznaczono elipsoidę, która stanowią utworzone orbitale molekularne. Sąsiadujące cząsteczki są ułożone pod skosem do siebie tak, że dwie cząsteczki tworzą kąt rozwarty, a cały zespół czterech cząsteczek tworzy zygzakowaty łańcuch, w którym atom wodoru jednej cząsteczki skierowany jest do atomu fluoru drugiej cząsteczki, zaś pomiędzy nimi przerywaną linią zaznaczono utworzone wiązanie wodorowe.

RTt5SWkLHeecX

Ilustracja przedstawiająca łańcuch utworzony przez zasocjowane cząsteczki fluorowodoru, które to zbudowane są z atomu wodoru symbolizowanego przez małą białą kulkę oraz przylegające do nich atomy fluoru reprezentowane przez duże, zielone kulki. Łańcuch ma postać zygzaka, w którym atom wodoru jednej cząsteczki fluorowodoru skierowany jest do atomu fluoru drugiej cząsteczki tak, że w łańcuchu atomy fluoru i wodoru ułożone są naprzemiennie. Nad łańcuchem znajduje się pojedyncza cząsteczka fluorowodoru składająca się z dużej, zielonej kulki oraz przylegającej do niej małej, białej kulki.

Jak zachowują się wodorki fluorowców wobec wody? Czy rozpuszczają się w wodzie, a może reagują z nią?

Wszystkie fluorowcowodory są dobrze rozpuszczalne w wodzie (w warunkach normalnych), a fluorowodór miesza się z wodą w dowolnym stosunku.

Roztwory wodne wodorków fluorowców mają odczyn kwasowy.

O czym to świadczy?

W roztworach wodnych fluorowcowodory ulegają dysocjacji elektrolitycznej. Za odczyn kwasowy odpowiedzialny jest nadmiar jonów oksoniowych ${\text{H}}_3{\text{O}}^{+}$, które powstają w wyniku reakcji z wodą:

Otrzymane roztwory są mocnymi kwasami, z których tylko kwas fluorowodorowy jest kwasem słabym ${\mathrm{K}}_{\mathrm{a}}=\mathrm{6,3}·{10}^{-4}$.

Moc kwasów beztlenowych pierwiastków $17.$ grupy układu okresowego rośnie (w dół grupy) wraz ze wzrostem liczby atomowej:

Wodorki fluorowców – zarówno w roztworach wodnych, jak i w stanie gazowym – reagują z wodorotlenkami, dając sole. Dla przykładu:

Ciekawostka

Fluorowodór wyróżnia się spośród innych wodorków pierwiastków $17.$ grupy układu okresowego, ponieważ posiada właściwości żrące i silnie toksyczne.

Fluorowodór w formie gazowej reaguje z węglowodorami nienasyconymi, tworząc odpowiednie fluoropochodne węglowodorów. Stosowany jest do produkcji freonów, teflonu i fluoropochodnych związków organicznych.

RGhdiG88Jt6N7

Zdjęcie przedstawiające czarną patelnię teflonową stojącą na kuchni indukcyjnej. Na jej powierzchni znajduje się narysowany wzór podstawowej jednostki budulcowej w nawiasie kwadratowym znajduje się atom węgla, od którego jedno z wiązań wychodzi poza nawias, podstawiony dwoma atomami fluoru oraz związany z drugim atomem węgla, który również podstawiony jest dwoma atomami fluoru i od którego odchodzi wiązanie wychodzące poza nawias. Względem nawiasu w indeksie dolnym znajduje się litera n.

R1Gh4cR9Xetuk

Ilustracja przedstawiająca zlewkę zawierającą stężony kwas solny $\text{HCl}$, nad którą znajduje się pochylona w kierunku wnętrza zlewki probówka zawierająca stężony amoniak. Z wnętrza probówki unosi się biały dym.

Czy można tę reakcję wyjaśnić, stosując teorię kwasów i zasad?

Reakcja gazowego chlorowodoru z gazowym amoniakiem jest reakcją kwasu z zasadą w rozumieniu teorii Brønsteda. W tej reakcji chlorowodór jest donorem jonu wodoru (zapisanego tu jako ${\text{H}}^{+}$), a amoniak jego akceptorem.

Nie jest to reakcja, do której interpretacji można posłużyć się teorią Arrheniusa. Ta dotyczy bowiem tylko wodnych roztworów chlorowodoru i amoniaku.

Słownik

Bibliografia

Bielański A., Podstawy chemii nieorganicznej, Warszawa 1987, s.571‑574.

Mizerski T., Tablice chemiczne, Warszawa 2008, s. 72.

Sawicka J., Janich‑Kilian A., Cejnert‑Mania W., Urbańczyk G., Tablice chemiczne, Gdańsk 2002, s. 227‑234.

Pac B., Zegar A., Podstawy klasyfikacji związków nieorganicznych w teorii i zadaniach, Kraków 2019.