Химия и биологическая роль элементов viia-группы

В качестве исходного сырья для производства брома служат:

1. Морская вода (65 мг/л[5])

2. Рассолы соляных озёр

3. Щёлок калийных производств

4. Подземные воды нефтяных и газовых месторождений

Иод — элемент редкий. Его кларк всего 400 мг/т. Но у иода есть одна особенность — крайняя рассеянность в природе. Будучи далеко не самым распространенным элементом, иод присутствует практически везде. Находится в виде иодидов в морской воде (20 — 30 мг на тонну морской воды). Присутствует в живых организмах, больше всего в водорослях (5 кг на тонну высушенной морской капусты (ламинарии)). Известен в природе также в свободной форме, в качестве минерала, но такие находки единичны, — в термальных источниках Везувия и на о. Вулькано (Италия). Запасы природных иодидовоцениваются в 15 млн тонн, 99 % запасов находятся в Чили и Японии. В настоящее время в этих странах ведётся интенсивная добыча иода, например, чилийская AtacamaMinerals производит свыше 720 тонн иода в год. Наиболее известный из минералов иода — лаутарит Ca(IO3)2. Некоторые другие минералы иода — иодобромит Ag(Br, Cl, I), эмболитAg(Cl, Br), майерсит CuI·4AgI.

Сырьём для промышленного получения иода в России служат нефтяные буровые воды, тогда как в зарубежных странах, не обладающих нефтяными месторождениями, используются морские водоросли, а также маточные растворы чилийской (натриевой) селитры, щёлок калийных и селитряных производств, что намного удорожает производство иода из такого сырья[6].

Астат является наиболее редким элементом среди всех, обнаруженных в природе. В поверхностном слое земной коры толщиной 1,6 км содержится всего 70 мгастата. Постоянное присутствие астата в природе связано с тем, что его короткоживущие радионуклиды (215At, 218At и 219At) входят в состав радиоактивных рядов235U и 238U. Скорость их образования постоянна и равна скорости их радиоактивного распада, поэтому в земной коре содержатся

 

 

Глава 2. Изменение в группе величины радиусов атомов и ионов, потенциала ионизации

В седьмой группе главной подгруппе расположены  галогены: F, Cl, Br, I, At. На внешнем электроном слое у этих элементов одинаковое число электронов – 7. С возрастанием заряда ядра атома при переходе от периода к периоду, увеличивается число электронных слоев, а значит, увеличивается атомный радиус. Чем меньше радиус атома, тем больше значение электроотрицательности.

В главной подгруппе с увеличением заряда ядра атома радиус атома увеличивается, а значение относительной электроотрицательности уменьшается.

Так как химический элемент фтор расположен в правом верхнем углу Периодической системы Д.И.Менделеева его значение относительной электроотрицательности будет максимальным и численно равным 4.

В периоде с увеличением заряда ядра радиус атома уменьшается, а значение относительнойэлектроотрицательности увеличивается.

 

 

В невозбужденном состоянии атомы галогенов имеют общие электронную конфигурацию:ns2np5. Это значит, что галогены имеют 7 валентных электронов, кроме фтора.

 

 

Глава 3. Сравнение химических свойств простых веществ

Фтор- самый активный неметалл, бурно взаимодействует почти со всеми веществами кроме, разумеется, фторидов в высших степенях окисления и редких исключений — фторопластов, и с большинством из них — с горением и взрывом. К фтору при комнатной температуре устойчивы некоторые металлы за счёт образования плотной плёнки фторида, тормозящей реакцию со фтором — Al, Mg, Cu, Ni. Контакт фтора с водородом приводит к воспламенению и взрыву даже при очень низких температурах (до −252°C). В атмосфере фтора горят даже вода и платина:

 

 

К реакциям, в которых фтор формально является восстановителем, относятся реакции разложения высших фторидов, например:

 

 

Фтор также способен окислять в электрическом разряде кислород, образуя фторид кислорода OF2 и диоксидифторид O2F2.

Во всех соединениях фтор проявляет степень окисления −1. Чтобы фтор проявлял положительную степень окисления, требуется создание эксимерных молекул или иные экстремальные условия. Это требует искусственной ионизации атомов фтора.

 

Хлор

Взаимодействие с металлами

Хлор непосредственно реагирует почти со всеми металлами (с некоторыми только в присутствии влаги или при нагревании):

 

Взаимодействие с неметаллами

C неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода и инертных газов), образует соответствующие хлориды.

На свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом) с водородом по радикальному механизму. Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3 % водорода, взрываются при облучении с образованием хлороводорода. Смесь хлора с водородом в небольших концентрациях горит бесцветным или желто-зелёным пламенем. Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200 °C.

 

 

Окислительные свойства хлора

Хлор — очень сильный окислитель:

 

Реакции с органическими веществами

С насыщенными соединениями:

 

Бром

Химические свойства

В свободном виде существует в виде двухатомных молекул Br2. Заметная диссоциация молекул на атомы наблюдается при температуре 800 °C и быстро возрастает при дальнейшем росте температуры. Диаметр молекулы Br2 равен 0,323 нм, межъядерное расстояние в этой молекуле — 0,228 нм.

Бром немного, но лучше других галогенов растворим в воде (3,58 г в 100 г воды при 20 °C), раствор называют бромной водой. В бромной воде протекает реакция с образованием бромоводородной и неустойчивой бромноватистой кислот:

 

По химической активности бром занимает промежуточное положение между хлором и иодом. При реакции брома с растворами иодидов выделяется свободный иод:

 

По химической активности бром занимает промежуточное положение между хлором и иодом. При реакции брома с растворами иодидов выделяется свободный иод:

 

Химически иод довольно активен, хотя и в меньшей степени, чем хлор и бром.

С металлами иод при легком нагревании энергично взаимодействует, образуя иодиды:

 

С водородом иод реагирует только при нагревании и не полностью, образуя иодоводород:

 

Иод является окислителем менее сильным, чем фтор, хлор и бром. Сероводород H2S , Na2S2O3 и другие восстановители восстанавливают его до иона I−:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Глава 4. Свойства соединений фтора

Фторапатит

 

Состав (формула): Ca5(PO4)3F

Цвет:

Бесцветный, белый, коричневый, розовый, жёлтый, морской волны, пурпурный, синий, фиолетовый

Цвет черты (цвет в порошке): Белый

Удельный вес, г/см3: 3,10-3,25

Особые свойства:

Хрупок. Имеет плеохроизм от слабого до сильного. Отдельные образцы фторапатита могут проявлять катодолюминесценцию, фосфоресценцию; флуоресценцию в ультрафиолете.

Происхождение

Фторапатит – наиболее распространённый породообразующий минерал фосфатов. Акцессорный минерал большинства магматических пород, в бóльших количествах представлен в сиенитах, щелочных породах, карбонатитах, гранитных пегматитах. Обычный минерал мраморов и скарнов, богатых кальцием пород регионального метаморфизма, трещин альпийского типа и оловоносных гидротермальных жил. 
Фторапатит – главный минерал осадочных фосфоритов; характерный компонент обломочных и диагенетических железистых оолитов и фосфатных карбонатных пород и сланцев. Остаточный минерал латеритов.

Месторождения / проявления

В России (на Кольском полуострове, в Прибайкалье, на Урале), Австралии, Австрии, Афганистане, Боливии, Бразилии, Германии, Канаде, Мексике, Португалии, Пакистане, США, ЮАР.

Применение

Фторапатит – сырьё для производства удобрений и различных соединений фосфора. 
Возможно применение фторапатита для профилактики изменений в пульпе при препарировании витальных зубов (кандидатская А.А. Гонибовой, 2007 г.).

 

Галотан (российское наименование — Фторотан) — мощное средство для ингаляционного наркоза, что позволяет использовать его самостоятельно (в смеси с воздухом либо кислородом) или в сочетании с другими наркотическими средствами, главным образом сзакисью азота для достижения хирургической стадии наркоза.

Физические свойства

Бесцветная, прозрачная, подвижная, легко летучая жидкость с запахом, напоминающим запах хлороформа, сладким и жгучим вкусом. Плотность 1,865—1,870 г/см3. Температура кипения (перегонки) 49—51 °C. Мало растворим в воде (0,345 %), смешивается с безводным спиртом, эфиром, хлороформом, трихлорэтиленом, маслами. Коэффициент распределения масло/вода 330. Упругость паров при температуре +20 °C равна 241,5 мм рт. ст.

Фторотан не горит и не воспламеняется. Его пары в смеси с кислородом и закисью азота в соотношениях, применяемых для наркоза, взрывобезопасны, что является ценным его свойством при использовании в условиях современной операционной.

Под действием света фторотан медленно разлагается, поэтому его сохраняют в темном, прохладном месте, в склянках оранжевого стекла; для стабилизации добавляют тимол(0,01 %).

Применение

Фторотановый наркоз используют при различных операциях, в том числе полостных (на органах брюшной или грудной полости); у детей и лиц пожилого возраста; у больных бронхиальной астмой. Особенно полезно применение фторотанового наркоза в тех случаях, когда следует избегать возбуждения и напряжения пациента (например, в нейрохирургии, офтальмологии и т. п.). Невоспламеняемость препарата облегчает применение во время операции электро- и рентгеновской аппаратуры.

При использовании фторотана сознание выключается обычно через 1—2 мин после начала вдыхания его паров. Через 3—5 мин наступает хирургическая стадия наркоза. Спустя 3—5 мин после прекращения подачи фторотана больные начинают пробуждаться. Наркозная депрессия полностью исчезает через 5—10 мин после кратковременного и через 30—40 мин после продолжительного наркоза. Возбуждение наблюдается редко и выражено слабо.

Пла́виковая кислота́ (фтороводоро́дная кислота́, фтористоводоро́дная кислота́, гидрофторидная кислота́) — водный растворфтороводорода (HF). Промышленностью выпускается в виде 40 % (чаще), а также 50 % и 72 % растворов. Название «плавиковая кислота» происходит от плавикового шпата, из которого получают фтороводород.

Физические свойства

Бесцветная жидкость. Растворение фтористого водорода в воде сопровождается довольно значительным выделением тепла (59,1 кДж/моль). Для него характерно образование содержащей 38,3 % HF и кипящей при 112 °C азеотропной смеси (по другим данным 37,5 % и tкип 109 °C). Такая азеотропная смесь получается в конечном счёте при перегонке как концентрированной, так и разбавленной кислоты.

При низких температурах фтористый водород образует нестойкие соединения с водой состава Н2О·HF, Н2О·2HF и Н2О·4HF. Наиболее устойчиво из них первое (tпл −35 °C), которое следует рассматривать как фторид гидроксония — [Н3O]F. Второе является гидрофторидомгидроксония [Н3O][HF2].

Химические свойства

Плавиковая кислота — кислота средней силы (константа диссоциации составляет 6,8·10−4, степень диссоциации 0,1 н. раствора 9 %). Она разъедает стекло и другие силикатные материалы, поэтому плавиковую кислоту хранят и транспортируют в полиэтиленовой таре.

Реакция идёт с выделением газообразного фторида кремния (SiF4):

.

Реагирует со многими металлами с образованием фторидов (свинец не растворяется в плавиковой кислоте, так как на его поверхности образуется нерастворимый фторид PbF2; платина и золото также не растворяются), не действует на парафин, который используют при хранении этой кислоты.

Применение плавиковой кислоты

• Раствор фтороводорода применяется для прозрачного травления силикатного стекла (например — нанесение надписей — для этого стекло покрывают парафином, прорезая отверстия для травления). Матовое травление получают в парах фтороводорода.
• Для травления кремния в полупроводниковой промышленности.
• В составе травильных, травильно-полировальных смесей, растворов для электрохимической обработки нержавеющей стали и специальных сплавов.
• Получение фторидов, кремнефторидов и борфторидов, фторорганических соединений, а также соответствующих кислот (кремнефтороводородная кислота и борфтороводородная кислота), синтетических смазочных масел и пластических масс.
• Для растворения силикатов приразличного рода анализах.
• В процессе алкелирования, в качестве катализатора в реакции изобутана и олефина.

 

Глава 5. Медико-биологическая характеристика фторапатита в сравнении с гидроксиапатитом

Гидроксилапатит (гидроксиапатит), (англ.  hydroxyapatite, hydroxylapatite, HA ) — минерал Ca10(PO4)6(OH)2 из группы апатита, гидроксильный аналог фторапатита и хлорапатита. Является основной минеральной составляющей костей (около 50 % от общего веса кости) и зубов (96 % в эмали). В медицине синтетический гидроксиапатит используется как наполнитель, замещающий части утерянной кости (в травматологии и ортопедии, хирургии кисти), и как покрытие имплантатов, способствующее нарастанию новой кости.