- descrever as cores e a tendência de volatilidade do cloro, bromo e iodo
- descrever e explicar a tendência na força da ligação das moléculas dos halogênios
- interpretar a volatilidade dos elementos em termos de forças dipolo instantâneo-dipolo induzido
Grupo 17
Química do A-Level · Tópico 11
7:28
Grupo 17
Aqui estão três soluções incolores. Elas parecem exatamente iguais. Uma é cloreto, uma é brometo, uma é iodeto — mas você não pode dizer qual é qual por…
Narração em inglês · Legendas em inglês + 中文 gravadas
11.1
Propriedades físicas dos halogéneos
Programa
Fonte: Programa Cambridge International
Os halogéneos 卤素 são os elementos do Grupo 族 17. Eles existem como moléculas diatómicas ($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$). Descendo no grupo:
| Elemento | Cor e estado à temperatura ambiente |
|---|---|
| cloro | gás verde-pálido |
| bromo | líquido vermelho-marrom |
| iodo | sólido cinzento-negro (vapor roxo) |
A volatilidade 挥发性 (facilidade com que uma substância se transforma em vapor) diminui descendo no grupo: o cloro é um gás, mas o iodo é um sólido. Isto ocorre porque as moléculas ficam maiores e têm mais eletrões, por isso as forças de dipolo instantâneo 瞬时偶极 e dipolo induzido 诱导偶ipo entre elas ficam mais fortes. Forças mais fortes são mais difíceis de romper, por isso o ponto de ebulição sobe e a volatilidade cai.
A energia de ligação 键能 (força da ligação) das moléculas $\text{X}\text{–}\text{X}$ geralmente diminui de $\text{Cl}_2$ para $\text{I}_2$, porque os elétrons compartilhados estão mais afastados dos núcleos nos átomos maiores.
Explorar
Laboratório: tendência física dos halogênios
Siga os halogênios descendo no grupo e relacione estado, cor e volatilidade.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| halogen/ˈhælədʒn/ | 卤素 | lǔ sù |
| group/ɡruːp/ | 族 | zú |
| volatility/ˌvɒləˈtɪlɪti/ | 挥发性 | huī fā xìng |
| instantaneous dipole/ˌɪnstənˈteɪnɪəs ˈdaɪpəʊl/ | 瞬时偶极 | shùn shí ǒu jí |
| induced dipole/ɪnˈdjuːst ˈdaɪpəʊl/ | 诱导偶极 | yòu dǎo ǒu jí |
| bond energy/bɒnd ˈenədʒi/ | 键能 | jiàn néng |
| oxidising agent/ˈɒksɪdaɪzɪŋ ˈeɪdʒənt/ | 氧化剂 | yǎng huà jì |
| hydrogen halide/ˈhaɪdrədʒn ˈhælaɪd/ | 卤化氢 | lǔ huà qīng |
| thermal stability/ˈθɜːml stəˈbɪlɪti/ | 热稳定性 | rè wěn dìng xìng |
| halide ion/ˈhælaɪd ˈaɪɒn/ | 卤离子 | lǔ lí zi |
| reducing agent/rɪˈdjuːsɪŋ ˈeɪdʒənt/ | 还原剂 | huán yuán jì |
| ammonia/æˈməʊnɪə/ | 氨 | ān |
11.2
Propriedades químicas dos halogênios e dos haleto de hidrogênio
Programa
- descrever a reatividade relativa dos elementos como agentes oxidantes
- descrever as reações dos elementos com hidrogênio e explicar sua reatividade relativa nessas reações
- descrever a reatividade relativa das estabilidades térmicas dos haletos de hidrogênio e explicá-las em termos de forças das ligações
Fonte: Programa Cambridge International
Halogênios como agentes oxidantes
Cada halogênio reage ganhando um elétron para formar um íon $1-$, atuando assim como um agente oxidante 氧化剂. Esse poder diminui descendo no grupo, porque os átomos maiores atraem um elétron extra com menos intensidade. Um halogênio mais reativo pode deslocar um menos reativo de seu sal:
$$\text{Cl}_2 + 2\text{KBr} \rightarrow 2\text{KCl} + \text{Br}_2$$
Reações com hidrogênio
Cada halogênio reage com hidrogênio para formar um haleto de hidrogênio 卤化氢:
$$\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow 2\text{HCl}$$
A reação fica menos vigorosa descendo no grupo: o cloro reage explosivamente na luz, o bromo precisa de calor e o iodo reage lentamente e apenas parcialmente.
Estabilidade térmica dos haletos de hidrogênio
A estabilidade térmica 热稳定性 dos haletos de hidrogênio diminui descendo no grupo. A ligação H–X enfraquece à medida que o átomo de halogênio aumenta, então o HI se decompõe com aquecimento suave, enquanto o HCl é muito estável.
Explorar
Laboratório: halogênios e haleto de hidrogênio
Classifique a química dos halogênios por força oxidante e redutora.
11.3
Reações dos íons haleto
Programa
- descrever a reatividade relativa dos íons haleto como agentes redutores
- descrever e explicar as reações dos íons haleto com: (a) íons prata aquosos seguidos de amônia aquosa (a formação e a fórmula do complexo $[\text{Ag}(\text{NH}_3)_2]^+$ não são necessárias) (b) ácido sulfúrico concentrado, incluindo equações químicas balanceadas
Fonte: Programa Cambridge International
Íons haleto como agentes redutores
Um íon haleto 卤离子 (como $\text{Cl}^-$) pode ceder um elétron, atuando como um agente redutor 还原剂. Esse poder aumenta descendo no grupo, porque um íon maior segura seu elétron externo com menos firmeza.
Reação com íons prata aquosos
Adicione nitrato de prata aquoso, seguido de amônia 氨 aquosa, para identificar o haleto pela cor do precipitado 沉淀 de haleto de prata:
| Haleto | Precipitado com $\text{Ag}^+$ | Solubilidade em amônia |
|---|---|---|
| $\text{Cl}^-$ | branco | dissolve em amônia diluída |
| $\text{Br}^-$ | creme | dissolve apenas em amônia concentrada |
| $\text{I}^-$ | amarelo | insolúvel em amônia |
Reação com ácido sulfúrico concentrado
Todos os haletos primeiro produzem o haleto de hidrogênio. Os haletos inferiores são então oxidados pelo ácido, pois são agentes redutores mais fortes:
$$\text{NaCl} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{NaHSO}_4 + \text{HCl}$$
- cloreto dá apenas $\text{HCl}$ (sem redox).
- brometo também dá algum $\text{Br}_2$ marrom e $\text{SO}_2$.
- iodeto dá $\text{I}_2$ e os gases cheirosos $\text{H}_2\text{S}$ e $\text{SO}_2$, porque $\text{I}^-$ é o agente redutor mais forte.
Explorar
Laboratório: teste de íons haleto
Relacione evidências de íons haleto ao íon presente.
Vocabulário
Treinar
| Inglês | Chinês | Pinyin |
|---|---|---|
| precipitate/prɪˈsɪpɪteɪt/ | 沉淀 | chén diàn |
| oxidation number/ˌɒksɪˈdeɪʃn ˈnʌmbə/ | 氧化数 | yǎng huà shù |
| disproportionation/ˌdɪsprəˈpɔːʃəneɪʃn/ | 歧化 | qí huà |
| water purification/ˈwɔːtə ˌpjʊərɪfɪˈkeɪʃn/ | 水净化 | shuǐ jìng huà |
| bacteria/bækˈtɪərɪə/ | 细菌 | xì jūn |
11.4
Reações do cloro
Programa
- descrever e interpretar, em termos de mudanças no número de oxidação, a reação do cloro com hidróxido de sódio aquoso frio e quente, reconhecendo-as como reações de disproportionação
- explicar, incluindo o uso de uma equação, o uso do cloro na purificação de água, incluindo a produção da espécie ativa $\text{HOCl}$ e $\text{ClO}^-$ que mata bactérias
Fonte: Programa Cambridge International
Com hidróxido de sódio
Com hidróxido de sódio frio e diluído, o cloro reage formando cloreto e clorato(I):
$$\text{Cl}_2 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{NaClO} + \text{H}_2\text{O}$$
Com hidróxido de sódio quente e concentrado, forma cloreto e clorato(V):
$$3\text{Cl}_2 + 6\text{NaOH} \rightarrow 5\text{NaCl} + \text{NaClO}_3 + 3\text{H}_2\text{O}$$
Em ambos, o número de oxidação 氧化数 do cloro sob e desce (de $0$), portanto, ambas são reações de disproportionamento 歧化.
Cloro na purificação da água
Uma pequena quantidade de cloro é adicionada à água para purificação da água 水净化. Ele reage com a água:
$$\text{Cl}_2 + \text{H}_2\text{O} \rightleftharpoons \text{HOCl} + \text{HCl}$$
As espécies ativas $\text{HOCl}$ e $\text{ClO}^-$ matam bactérias 细菌, tornando a água segura para beber.
Exemplo resolvido. Os sólidos $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ e $\text{NaI}$ são aquecidos separadamente com $\text{H}_2\text{SO}_4$ concentrado. Preveja os produtos. O poder redutor aumenta ao longo do grupo, portanto, o quanto cada haleto reduz o ácido sulfúrico varia. $\text{Cl}^{-}$ é fraco demais para reduzi-lo em absoluto, então você obtém apenas $\text{HCl}$ fumegante — uma reação ácido-base. $\text{Br}^{-}$ reduz um pouco: forma-se $\text{HBr}$ além de $\text{Br}_2$ marrom e $\text{SO}_2$. $\text{I}^{-}$ é o agente redutor mais forte: produz-se $\text{HI}$ e $\text{I}_2$, e ele leva o enxofre até o estado de oxidação $\text{H}_2\text{S}$, que tem cheiro de ovo podre. Todo haleto produz primeiro o haleto de hidrogênio; os produtos adicionais aparecem somente quando o haleto é um agente redutor forte o suficiente para atacar o enxofre.
Explorar
Rotação de reação do cloro
Siga o cloro desde o tratamento de água até reações redox.
11.4
Dicas de prova
- Halogênios ficam menos reativos descendo no grupo (mais difícil ganhar um elétron); o poder oxidante diminui.
- Deslocamento: um halogênio mais reativo desloca um haleto menos reativo — indique a mudança de cor.
- Teste íons haleto com $\text{AgNO}_3$: branco ($\text{Cl}^-$), creme ($\text{Br}^-$), amarelo ($\text{I}^-$), depois confirme com amônia diluída/concentrada.
- Cloro com água e com $\text{NaOH}$ frio são disproporcionamento — mostre as mudanças no número de oxidação.
Aulas interativas sobre este tópico
Passe por ele passo a passo, com exercícios de verificação instantânea.