A-Level Chemistry · A-Level 화학 · Topic 11 · 주제 11
7:28
17족
여기에 무색 용액 세 가지가 있습니다. 모두 정확히 동일해 보입니다. 하나를 염化物, 하나를 브롬化物, 하나를 요오드化物라고 하지만…으로 구분할 수 없습니다.
English narration · English + 中文 subtitles burned in · 영어 내레이션 · 영어 + 중국어 자막 burned-in
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
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.
할로겐은 17족 원소들입니다. 이들은 이원자 분자($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$)로 존재합니다. 족을 따라 아래로 내려가면:
| 원소 | 상온에서의 색상 및 상태 |
|---|---|
| 클로린 | 연한 녹색 기체 |
| 브롬 | 붉은 갈색 액체 |
| 요오드 | 회흑색 고체 (보라색 기체) |
휘발성(물질이 기체로 변하기 쉬운 정도)은 족을 따라 아래로 갈수록 감소합니다: 클로린은 기체이지만 요오드는 고체입니다. 이는 분자가 커지고 전자 수가 많아지며, 분자 사이의 순간 쌍극자 및 유도 쌍극자 힘(반데르발스 힘)이 강해지기 때문입니다. 강한 힘은 끊기 어려우므로 끓는점은 상승하고 휘발성은 떨어집니다.
$\text{X}\text{–}\text{X}$ 분자의 결합 에너지(결합 강도)는 일반적으로 $\text{Cl}_2$에서 $\text{I}_2$로 내려감에 따라 감소하는데, 이는 공유 전자가 더 큰 원자에서 핵으로부터 더 멀리 있기 때문입니다.
Follow halogens down the group and link state, colour and volatility. · 할로겐을 따라가며 상태, 색상 및 휘발성을 연결하시오.
| English | 한국어 |
|---|---|
| halogen/ˈhælədʒn/ | 할로겐 |
| group/ɡruːp/ | 그룹 |
| volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ | 휘발성 |
| instantaneous dipole/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈdaɪpəʊl/ | 즉시 쌍극자 |
| induced dipole/ɪnˈdjuːst ˈdaɪpəʊl/ | 유도 쌍극자 |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | 결합 에너지 |
| oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ | 산화제 |
| hydrogen halide/ˈhaɪdrədʒn ˈhælaɪd/ | 수소 할화물 |
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | 열안정성 |
| halide ion/ˈhælaɪd ˈaɪɒn/ | 할라이드 이온 |
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
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:
Each halogen reacts with hydrogen to form a hydrogen halide 卤化氢:
The reaction gets less vigorous down the group: chlorine reacts explosively in light, bromine needs heat, and iodine reacts slowly and only partly.
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.
각 할로겐은 한 개의 전자를 얻어 $1-$ 이온을 형성하므로 산화제로서 작용합니다. 이 산화력은 족을 따라 아래로 갈수록 감소하는데, 큰 원자는 추가된 전자를 더 약하게 끌어당기기 때문입니다. 반응성이 높은 할로겐은 그 염에서 반응성이 낮은 할로겐을 밀어낼 수 있습니다:
각 할로겐은 수소와 반응하여 수소 할로이드를 만듭니다:
반응은 족을 따라 아래로 갈수록 덜 격렬해집니다: 클로린은 빛에서 폭발적으로 반응하고, 브로민은 열이 필요하며, 요오드는 느리게 반응하며 부분적으로만 반응합니다.
수소 할로이드의 열 안정성은 족을 따라 아래로 갈수록 감소합니다. 할로겐 원자가 커질수록 H–X 결합은 약해지므로, HI는 온화히 가열해도 분해되지만 HCl은 매우 안정적입니다.
Classify halogen chemistry by oxidising and reducing strength. · 할로겐 화학을 산화 및 환원력에 의해 분류하시오.
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
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.
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 |
All the halides first give the hydrogen halide. The lower halides are then oxidised by the acid, because they are stronger reducing agents:
할로이드 이온(예: $\text{Cl}^-$)은 전자를放出하여 환원제로서 작용할 수 있습니다. 이 환원력은 족을 따라 아래로 갈수록 증가하는데, 큰 이온은 최외각 전자를 더 느슨하게 붙잡고 있기 때문입니다.
수용성 질산은을 먼저 넣고, 이후 수용성 암모니아를 넣어, 은 할로이드 침전물의 색상을 통해 할로이드를 식별하십시오:
| 할로이드 | $\text{Ag}^+$와의 침전물 | 암모니아 내 용해도 |
|---|---|---|
| $\text{Cl}^-$ | 흰색 | 희석 암모니아에 용해됨 |
| $\text{Br}^-$ | 크림색 | 농축 암모니아에만 용해됨 |
| $\text{I}^-$ | 노란색 | 암모니아에 불용성 |
모든 할로이드는 우선 수소 할로이드를 생성합니다. 그 후 하위 할로이드들은 더 강력한 환원제이기 때문에 산에 의해 산화됩니다:
Match halide ion evidence to the ion present. · 존재하는 이온에 대한 할로라이드 이온 증거를 매칭하십시오.
| English | 한국어 |
|---|---|
| precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ | 침전물 |
Source: Cambridge International syllabus · 출처: Cambridge International syllabus
With cold, dilute sodium hydroxide, chlorine reacts to form chloride and chlorate(I):
With hot, concentrated sodium hydroxide, it forms chloride and chlorate(V):
In both, the oxidation number 氧化数 of chlorine goes both up and down (from $0$), so both are disproportionation 歧化 reactions.
A little chlorine is added to water for water purification 水净化. It reacts with water:
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.
찬, 희석된 수산화나트륨과 염소가 반응하여 염화이온과 염산(Ⅰ)을 생성합니다:
뜨거움, 농축된 수산화나트륨과 반응할 때 염화이온과 염산(Ⅴ)을 생성합니다:
두 경우 모두 염소의 산화수가 $0$에서both 상승하고 하강하므로(oxidation number goes both up and down), 두 반응은 모두 비균형 disproportionation 반응입니다.
정수를 위해 소량의 염소를 물에 정수(purification) 목적으로 첨가합니다. 물과 다음과 같이 반응합니다:
활성 종인 $\text{HOCl}$과 $\text{ClO}^-$는 세균을 살균하여 마시기 안전한 물을 만듭니다.
풀이worked example. 고체 $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ 및 $\text{NaI}$을 각각 농축된 $\text{H}_2\text{SO}_4$과 함께 가열합니다. 생성물을 예측하십시오. 환원력 reducing power은 그룹 아래로 갈수록 증가하므로 각 할로라이드가 황산에 의해 환원되는 정도가 다릅니다. $\text{Cl}^{-}$은 환원력이 너무 약해 아예 환원되지 않으므로, 산-염기 반응으로 증기状的인 $\text{HCl}$만 얻습니다. $\text{Br}^{-}$은 약간 환원시킵니다: $\text{HBr}$에 보라색 $\text{Br}_2$과 $\text{SO}_2$이 추가됩니다. $\text{I}^{-}$은 가장 강력한 환원제입니다: $\text{HI}$에 $\text{I}_2$이 생성되며, 황을 최종적으로 $\text{H}_2\text{S}$까지 완전히 환원시켜 썩은 달걀 냄새를 냅니다. 모든 할로라이드는 먼저 수소 할로아이드를 생성하며, 추가적인 생성물은 할로라이드가 황을 공격할 만큼 강력한 환원제 reducing agent일 때만 나타납니다.
Follow chlorine from water treatment to redox reactions. · 수처리부터 산화환원 반응까지 염소를 따라가십시오.
| English | 한국어 |
|---|---|
| reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ | 환원제 |
| ammonia/æˈməʊnɪə/ | 암모니아 |
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | 산화수 |
| disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ | 이종화(분리 disproportionation) |
| water purification/ˈwɔːtə ˌpjʊərɪfɪˈkeɪʃn/ | 정수 |
| bacteria/bækˈtɪərɪə/ | 박테리아 |
Work through it step by step, with instant-check exercises. · 즉시 체크 기능 exercises를 통해 단계별로 진행하세요.
Loading subjects… · 과목 로드 중…