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
describe the colours and the trend in volatility of chlorine, bromine and iodine
describe and explain the trend in the bond strength of the halogen molecules
interpret the volatility of the elements in terms of instantaneous dipole–induced dipole forces
עברית
לתאר את הצבעים ואת המגמה בנדיפות של כלור, ברומ ואיוד
לתאר ולהסביר את המגמה בחוזק הקשר של מולקולות ההלוגנים
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.
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.
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.
Chemical properties of the halogens and hydrogen halides · תכונות כימיות של הלוגנים וחומצות הידרוגני-הלוגן
Syllabus · סיילבוס
English
describe the relative reactivity of the elements as oxidising agents
describe the reactions of the elements with hydrogen and explain their relative reactivity in these reactions
describe the relative thermal stabilities of the hydrogen halides and explain these in terms of bond strengths
עברית
לתאר את הרעילות היחסית של היסודות כ-מחמצנים
לתאר את הכימיה של היסודות עם מימן ולהסביר את רעילותם היחסית בכימיה זו
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:
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:
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
describe the relative reactivity of halide ions as reducing agents
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
לתאר את הרעילות היחסית של יוני הלוגנידים כ-מחזרים
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:
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 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:
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
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
לתאר ולפרש, בהתבסס על שינויים במספר חמצון, את הכימיה של כלור עם נתרן הידרוקסיד במים קרים וחמים ולהכיר בכימיה זו ככימיות דיספרופורציונציה
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):
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
כלור נוסף למי בריכה כדי להרוג מיקרובים.
עם הידרוקסיד נתרן
עם הידרוקסיד נתרן קר, מדולל, כלור מגיב ליצירת כלוריד וכלורת(I):
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.
Pick one and the site follows you — notes, papers, videos and practice all open on it. · בחרו נושא אחד והאתר יעקוב אחריו — הערות, מסמכים, וידאו ותרגולים פתוחים בו.
Type to search notes, lessons, code, vocabulary and past-paper questions across every subject. · הקלד כדי לחפש הערות, שיעורים, קוד, אוצר מילים ושאלות מבחנים בכל הנושאים.