Skip to content · ⁨דלג לתוכן⁩

Group 17 · ⁨קבוצה 17⁩

A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · Topic 11 · ⁨נושא 11⁩

Video lesson for this topic · ⁨שיעור וידאו לנושא זה⁩ Open the video page · ⁨פתח את עמוד הוידאו⁩
7:28

קבוצה 17

הנה שלושה פתרונות חסרי צבע. הם נראים בדיוק אותו דבר. אחד הוא כלוריד, אחד ברומיד ואחד יודיד — אך לא ניתן להבדיל ביניהם על ידי…

English narration · English + 中文 subtitles burned in · ⁨קריאת קול באנגלית · תרגום אנגלי + סינית שרוף בתוך הסרטון⁩

11.1

Physical properties of the halogens · ⁨מאפיינים פיזיקליים של ההלוגנים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe the colours and the trend in volatility of chlorine, bromine and iodine
  2. describe and explain the trend in the bond strength of the halogen molecules
  3. interpret the volatility of the elements in terms of instantaneous dipole–induced dipole forces
עברית
  1. לתאר את הצבעים ואת המגמה בנדיפות של כלור, ברומ ואיוד
  2. לתאר ולהסביר את המגמה בחוזק הקשר של מולקולות ההלוגנים
  3. לפרש את הנדיפות של היסודות בהתבסס על כוחות דייפול מיידי-דייפול מופעל

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

The halogens 卤素 are the Group 族 17 elements. They exist as diatomic molecules ($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$). Going down the group:

Element Colour and state at room temperature
chlorine pale green gas
bromine red-brown liquid
iodine grey-black solid (purple vapour)

The volatility 挥发性 (how easily a substance turns to vapour) decreases down the group: chlorine is a gas, but iodine is a solid. This is because the molecules get larger and have more electrons, so the instantaneous dipole 瞬时偶极 and induced dipole 诱导偶极 forces between them get stronger. Stronger forces are harder to break, so the boiling point rises and volatility falls.

The bond energy 键能 (bond strength) of the $\text{X}\text{–}\text{X}$ molecules generally falls from $\text{Cl}_2$ to $\text{I}_2$, because the shared electrons are further from the nuclei in the larger atoms.

עברית
ברום: נוזל כהה המשחרר קיטור כתום בבקבוק זכוכית סגור
ברום הוא הלוגן מקבוצה 17 — נוזל כהה המשחרר קיטור כתום.

ההלוגנים הם יסודות קבוצה 17. הם קיימים כמולקולות דו-אטומיות ($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$). בהלכה מטה לקבוצה:

אלמנט צבע ומצב בטמפרטורת החדר
כלור גז ירוק-בהיר
ברומין נוזל אדום-חום
יוד מוצא אפור-שחור (קרי קסופה סגול)

הנדידות (כמה בקלות חומר הופך לקרי) יורדת במטה בעמוד: כלור הוא גז, אך יוד הוא מוצק. הדבר נובע מכך שמולקולות הופכות לגדולות ויש להן יותר אלקטרונים, ולכן כוחות הדיפול המיידי והדיפול המושרה ביניהן מתחזקים. כוחות חזקים יותר קשים לשבור, ולכן נקודת הרתיחה עולה והנדידות יורדת.

שלושה בקבוקי גז: כלור כגז ירוק-בהיר, ברומין כנוזל אדום-חום, יוד כמוצק אפור-שחור
במעבר למטה בעמוד 17 ההלוגנים משתנים מגז ירוק-בהיר לנוזל אדום-חום ולמוצא אפור-שחור כאשר הנדידות יורדת

אנרגיית הקשר (חוזק הקשר) במולקולות $\text{X}\text{–}\text{X}$ יורדת באופן כללי מ$\text{Cl}_2$ ל$\text{I}_2$, מכיוון שהאלקטרונים המשותפים נמצאים רחוק יותר מהליבות באתומים הגדולים יותר.

Explore · ⁨חקור⁩

Halogen physical trend lab · ⁨מעבדה למגמת תכונות פיזיקליות של הלוגנים⁩

Follow halogens down the group and link state, colour and volatility. · ⁨עבורו עם הלוגנים כלפי מטה בקבוצה וחבר בין מצב צבירה, צבע ונדיפות.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
halogen/ˈhælədʒn/ הלוגן
group/ɡruːp/ חבורה
volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ תנודתיות
instantaneous dipole/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈdaɪpəʊl/ דיפול מיידי
induced dipole/ɪnˈdjuːst ˈdaɪpəʊl/ דיפול מושרה
bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ אנרגיית קשר
oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ גורם מחמצן
hydrogen halide/ˈhaɪdrədʒn ˈhælaɪd/ חומצה הידרוגנית הלוגנית
thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ יציבות תרמית
halide ion/ˈhælaɪd ˈaɪɒn/ יון הלוגנידי
reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ גורם מחזר
ammonia/æˈməʊnɪə/ אמוניה
11.2

Chemical properties of the halogens and hydrogen halides · ⁨תכונות כימיות של הלוגנים וחומצות הידרוגני-הלוגן⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe the relative reactivity of the elements as oxidising agents
  2. describe the reactions of the elements with hydrogen and explain their relative reactivity in these reactions
  3. describe the relative thermal stabilities of the hydrogen halides and explain these in terms of bond strengths
עברית
  1. לתאר את הרעילות היחסית של היסודות כ-מחמצנים
  2. לתאר את הכימיה של היסודות עם מימן ולהסביר את רעילותם היחסית בכימיה זו
  3. לתאר את היציבות התרמית היחסית של חומצות ההידרוגן הלוגניות ולהסביר זאת בהתבסס על חוזק הקשרים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Halogens as oxidising agents

Each halogen reacts by gaining one electron to form a $1-$ ion, so it acts as an oxidising agent 氧化剂. This power decreases down the group, because the larger atoms attract an extra electron less strongly. A more reactive halogen can push out a less reactive one from its salt:

$$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$$

Reactions with hydrogen

Each halogen reacts with hydrogen to form a hydrogen halide 卤化氢:

$$\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$$

The reaction gets less vigorous down the group: chlorine reacts explosively in light, bromine needs heat, and iodine reacts slowly and only partly.

Thermal stability of the hydrogen halides

The thermal stability 热稳定性 of the hydrogen halides decreases down the group. The H–X bond gets weaker as the halogen atom gets larger, so HI breaks apart on gentle heating while HCl is very stable.

עברית

הלוגנים כחומצי חמצון

כל הלוגן מגיב על ידי קבלת אלקטרון אחד כדי ליצור יון $1-$, ולכן פועל כחומר מחמצן. כוח זה יורד במטה בעמוד, מכיוון שאתומים גדולים יותר מושכים אלקטרון נוסף בחוזקה פחותה. הלוגן עם תגובתיות גבוהה יותר יכול לדחוק החל הלוגן פחות תגובתי ממלחו:

הוספת כלור לתמיסת ברומיד אשלגן צלולה הופכת אותה לאורנג'ית בשל דחיית הברומין
כלור מזהם ברומ: התמיסה הופכת כתומה
$$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$$

תגובות עם מימן

כל הלוגן מגיב עם מימן כדי ליצור חומצה הידרוגני-הלוגן:

$$\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$$

התגובה הופכת לפחות אינטימית במטה בעמוד: כלור מגיב באופן אקספלוסיבי באור, ברומין זקוק לחום, ויוד מגיב לאט ובאופן חלקי בלבד.

יציבות תרמית של חומצות הידרוגני-הלוגן

היציבות התרמית של חומצות הידרוגני-הלוגן יורדת במטה בעמוד. קשר ה-H–X הופך לחלש ככל שהאתום הלוגני גדול יותר, ולכן HI מתפרק בחימום עדין בעוד HCl יציב מאוד.

Explore · ⁨חקור⁩

Halogen and hydrogen halide lab · ⁨מעבדה: הלוגנים והידרוגן הלוגניד⁩

Classify halogen chemistry by oxidising and reducing strength. · ⁨סווג את הכימיה של הלוגנים לפי עוצמת החמצה והחזור.⁩

11.3

Reactions of the halide ions · ⁨תגובות של יוני הלוגנידים⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe the relative reactivity of halide ions as reducing agents
  2. describe and explain the reactions of halide ions with: (a) aqueous silver ions followed by aqueous ammonia (the formation and formula of the $[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+$ complex is not required) (b) concentrated sulfuric acid, to include balanced chemical equations
עברית
  1. לתאר את הרעילות היחסית של יוני הלוגנידים כ-מחזרים
  2. לתאר ולהסביר את הכימיה של יוני הלוגנידים עם: (א) יוני ארגנטום במים ולאחר מכן אמוניה במים (היווצרות ונוסחת $[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+$ אינה נדרשת) (ב) חומצה סולפורית מצומצמת, כולל משוואות כימיות מאוזנות

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

Halide ions as reducing agents

A halide ion 卤离子 (such as $\text{Cl}^-$) can give away an electron, acting as a reducing agent 还原剂. This power increases down the group, because a larger ion holds its outer electron less tightly.

Reaction with aqueous silver ions

Add aqueous silver nitrate, then aqueous ammonia 氨, to identify the halide from the colour of the silver halide precipitate 沉淀:

Halide Precipitate with $\text{Ag}^+$ Solubility in ammonia
$\text{Cl}^-$ white dissolves in dilute ammonia
$\text{Br}^-$ cream dissolves only in concentrated ammonia
$\text{I}^-$ yellow insoluble in ammonia

Reaction with concentrated sulfuric acid

All the halides first give the hydrogen halide. The lower halides are then oxidised by the acid, because they are stronger reducing agents:

$$\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{HCl}$$
  • chloride gives only $\text{HCl}$ (no redox).
  • bromide also gives some brown $\text{Br}_2$ and $\text{SO}_2$.
  • iodide gives $\text{I}_2$ and the smelly gases $\text{H}_2\text{S}$ and $\text{SO}_2$, because $\text{I}^-$ is the strongest reducing agent.
עברית

יוני הלוגנידים כחומרי חינוך

יון הלוגניד (כמו ⟨$\text{Cl}^-$⟩) יכול לוותר על אלקטרון, ולכן פועל כחומר מחנך. כוח זה עולה במטה בעמוד, מכיוון שיון גדול יותר מחזיק את האלקטרון החיצוני שלו בחוזקה פחותה.

שני עמודים במטה הקבוצה: ההלוגנים עם חץ מטה לכוח החמצון הפורק, יוני ההלוגניים עם חץ מעלה לכוח החיזור העולה
שני מגמות הפוכות: כוח החמצון של ההלוגנים יורד לאורך הקבוצה, בעוד שכוח ההצטגרות של יוני ההלואידים עולה

תגובה עם יוני ארגן במים

הוסף נתרן חומצי ארגן מימי, ולאחר מכן אמוניה מימית, כדי לזהות את ההלואיד לפי צבע המשקע של הלואיד הארגן:

הלואיד משקע עם $\text{Ag}^+$ התמוססות באמוניה
$\text{Cl}^-$ לבן מתמוסס באמוניה דלילה
$\text{Br}^-$ קרם מתמוסס רק באמוניה מרוכזת
$\text{I}^-$ צהוב בלתי התמוסס באמוניה
שלושה מבחנות עם משקעי הלואיד הארגן: כלוריד ארגן לבן, ברומיד ארגן קרם ויודיד ארגן צהוב
משקעי הלואיד הארגן: AgCl הוא לבן, AgBr קרם ו-AgI צהוב — והתמוססותם באמוניה מאשרת איזה הלואיד נוכח
שלושה מבחנות אמיתיות במעמד עץ, מסומנות AgCl, AgBr ו-AgI, המכילות משקע לבן, שמנת-בהיר ואמרגן-בהיר משמאל לימין
מבחן הלוגני הזהב: AgCl לבן, AgBr שמנת ו-AgI צהוב

תגובה עם חומצת גופרית מרוכזת

כל ההלואידים נותנים בתחילה את ההלוגן-מימן. לאחר מכן, ההלואידים הנמוכים מחומצנים על ידי החומצה, מכיוון שהם מצטגרים חזקים יותר:

$$\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{HCl}$$
  • כלוריד נותן רק $\text{HCl}$ (ללא תגובת חמצון-הצטגרות).
  • ברומיד נותן גם כמות מהחום$\text{Br}_2$ החום$\text{SO}_2$.
  • יודיד נותן $\text{I}_2$ והגזים ריחניים $\text{H}_2\text{S}$ ו$\text{SO}_2$, כי $\text{I}^-$ הוא מצטגר חזק ביותר.
שלוש שורות: כלוריד נותן רק HCl, ברומיד נותן גם ברום וחומצת גופרית סולפיט, יודיד נותן יוד, גז מימן-גופרית וחומצת גופרית סולפיט, עם חץ המראה שההצטגרות עולה לאורך הקבוצה
עם חומצת גופרית מרוכזת, כלוריד נותן רק HCl, אך ברומיד ויודיד (מצטגרים חזקים יותר) מחומצנים גם לתוצרת הלוגן
Explore · ⁨חקור⁩

Halide ion test lab · ⁨מעבדת בדיקת יוני ההלוגניד⁩

Match halide ion evidence to the ion present. · ⁨התאם את עדות יוני ההלוגניד ליון הנוכחי.⁩

Vocabulary · ⁨מילון מונחים⁩ Train · ⁨אימון⁩
English עברית
precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ משקע
oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ מספר חמצון
disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ דיספרופורציונציה
water purification/ˈwɔːtə ˌpjʊərɪfɪˈkeɪʃn/ טיהור מים
bacteria/bækˈtɪərɪə/ בקטריות
11.4

Reactions of chlorine · ⁨תגובות של כלור⁩

Syllabus · ⁨סיילבוס⁩
English
  1. describe and interpret, in terms of changes in oxidation number, the reaction of chlorine with cold and with hot aqueous sodium hydroxide and recognise these as disproportionation reactions
  2. explain, including by use of an equation, the use of chlorine in water purification to include the production of the active species $\text{HOCl}$ and $\text{ClO}^-$ which kill bacteria
עברית
  1. לתאר ולפרש, בהתבסס על שינויים במספר חמצון, את הכימיה של כלור עם נתרן הידרוקסיד במים קרים וחמים ולהכיר בכימיה זו ככימיות דיספרופורציונציה
  2. להסביר, כולל שימוש במשוואה, את השימוש בכלור בטיהור מים, כולל יצירת המינים הפעילים $\text{HOCl}$ ו-$\text{ClO}^-$ המשמידים חיידקים

Source: Cambridge International syllabus · ⁨מקור: הסיילבוס הבינלאומי של קמבריד'ג'⁩

English

With sodium hydroxide

With cold, dilute sodium hydroxide, chlorine reacts to form chloride and chlorate(I):

$$\text{Cl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NaClO} + \text{H}_2\text{O}$$

With hot, concentrated sodium hydroxide, it forms chloride and chlorate(V):

$$3\text{Cl}_2 + 6\text{NaOH} \rightarrow 5\text{NaCl} + \text{NaClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$

In both, the oxidation number 氧化数 of chlorine goes both up and down (from $0$), so both are disproportionation 歧化 reactions.

Chlorine in water purification

A little chlorine is added to water for water purification 水净化. It reacts with water:

$$\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HOCl} + \text{HCl}$$

The active species $\text{HOCl}$ and $\text{ClO}^-$ kill bacteria 细菌, making the water safe to drink.

Worked example. Solid $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ and $\text{NaI}$ are each warmed with concentrated $\text{H}_2\text{SO}_4$. Predict the products. Reducing power increases down the group, so how far each halide reduces the sulfuric acid differs. $\text{Cl}^{-}$ is too weak to reduce it at all, so you get only steamy $\text{HCl}$ - an acid-base reaction. $\text{Br}^{-}$ reduces it a little: $\text{HBr}$ plus brown $\text{Br}_2$ and $\text{SO}_2$. $\text{I}^{-}$ is the strongest reducing agent: $\text{HI}$ plus $\text{I}_2$, and it drives the sulfur all the way down to $\text{H}_2\text{S}$, with its bad-egg smell. Every halide gives the hydrogen halide first; the extra products appear only where the halide is a strong enough reducing agent to attack the sulfur.

עברית
מיכלי כלור נוזלי בבריכה
כלור נוסף למי בריכה כדי להרוג מיקרובים.

עם הידרוקסיד נתרן

עם הידרוקסיד נתרן קר, מדולל, כלור מגיב ליצירת כלוריד וכלורת(I):

$$\text{Cl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NaClO} + \text{H}_2\text{O}$$

עם הידרוקסיד נתרן חם, מרוכז, הוא יוצר כלוריד וכלורת(V):

$$3\text{Cl}_2 + 6\text{NaOH} \rightarrow 5\text{NaCl} + \text{NaClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$

בשתי התגובות, מספר החמצון של הכלור עולה וגם יורד (מ$0$), ולכן שתי תגובות אלו הן תגובות דיספרופורציונציה.

כלור בטיהור מים

כמות מעטה של כלור נוספת למים לצורך טיהור מים. הוא מגיב עם המים:

$$\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HOCl} + \text{HCl}$$

המינים הפעילים $\text{HOCl}$ ו$\text{ClO}^-$ הורגים חיידקים, מה שהופך את המים לבטוחים לשתייה.

דוגמה פותרת. מוצק $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ ו$\text{NaI}$ מחממים כל אחד עם $\text{H}_2\text{SO}_4$ רכוזה. תחזו את התוצרים. כוח החיזור עולה במטה הקבוצה, ולכן עד כמה שכל יון הלוגני מחזר את חומצת הסולפורית משתנה. $\text{Cl}^{-}$ הוא חלש מדי כדי להחזיר אותו בכלל, לכן תקבלו רק קיטור של $\text{HCl}$ - תגובת חומצה-בסיס. $\text{Br}^{-}$ מחזר אותו מעט: $\text{HBr}$ בתוספת $\text{Br}_2$ חום-חום ו$\text{SO}_2$. $\text{I}^{-}$ הוא מחזר החזק ביותר: $\text{HI}$ בתוספת $\text{I}_2$, והוא מוביל את הגופרית כל הדרך למטה ל$\text{H}_2\text{S}$, עם הריח המצחיק שלו. כל יון הלוגני נותן את החומצה ההלוגנית ראשונה; התוצרים הנוספים מופיעים רק כאשר היון הלוגני הוא מחזר חזק מספיק כדי לתקוף את הגופרית.

Explore · ⁨חקור⁩

Chlorine reaction route · ⁨מסלול תגובות כלור⁩

Follow chlorine from water treatment to redox reactions. · ⁨עקבו אחר כלור מעיבוד מים ועד לתגובות חמצון-חידוש.⁩

11.4

Exam tips · ⁨טיפים לבחינות⁩

English
  • Halogens get less reactive down the group (harder to gain an electron); oxidising power decreases.
  • Displacement: a more reactive halogen displaces a less reactive halide — state the colour change.
  • Test halide ions with $\text{AgNO}_3$: white ($\text{Cl}^-$), cream ($\text{Br}^-$), yellow ($\text{I}^-$), then confirm with dilute/concentrated ammonia.
  • Chlorine with water and with cold $\text{NaOH}$ are disproportionation — show the oxidation-number changes.
עברית
  • הלואינים הופכים פחות תגובתיים במטה הגרופה (קשה יותר לקבל אלקטרון); כוח המחמצן יורד.
  • החלפה: לואין תגובתי יותר מחליף לואיד פחות תגובתי - ציין את שינוי הצבע.
  • בדיקת יוני הלוגניים עם $\text{AgNO}_3$: לבן ($\text{Cl}^-$), שמנת ($\text{Br}^-$), צהוב ($\text{I}^-$), ולאחר מכן אימות עם אמוניה מדוללת/רוכזה.
  • כלור עם מים ועם קר $\text{NaOH}$ הם דיספרופורציונציה - הצג את שינויי מספר החמצון.

Interactive lessons on this topic · ⁨שיעורים אינטראקטיביים בנושא זה⁩

Work through it step by step, with instant-check exercises. · ⁨לעבור על הדברים צעד אחר צעד, עם תרגילים לבדיקה מיידית.⁩

Past Papers · ⁨מבחני עבר⁩

More topics in A-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩ · ⁨נושאים נוספים בA-Level Chemistry · ⁨כימיה A-Level⁩⁩

Log in or create account · ⁨היכנס או צור חשבון⁩

IGCSE, A-Level & AP