Міжгалогенні сполуки

Міжгалоге́нні сполу́ки (і́нтергалоге́нні сполу́ки, і́нтергалогені́ди) — сполуки, що складаються виключно з атомів галогенів (Флуору, Хлору, Брому, Йоду й Астату).

Прийнято вважати, що до цього ряду належать лише бінарні сполуки, та є дані і про існування сполук з трьома елементамиШаблон:SfnШаблон:Sfn. Оскільки позитивними ступенями окиснення у галогенів є +1, +3, +5 і +7, склад бінарних сполук відповідає загальним формулам AB, AB₃ AB₅ і AB₇, де B є більш легким атомом.

Представники

Двоатомні сполуки

Шаблон:Подвійне зображення Серед стабільних елементів (F, Cl, Br, I) існують усі 6 можливих варіацій сполук: ClF, BrF, IF, BrCl, ICl, IBr. Першим з представників був синтезований ICl — у 1813—1814 роках, незалежно Гемфрі Деві та Жозефом-Луї Гей-Люссаком.

ClF є надзвичайно стабільним, IBr і ICl є помірно стійкими і можуть бути виділені у вигляді кристалів, BrCl поступово розкладається на прості речовини, а BrF і IF швидко диспропорціонують на вищий флуорид і просту речовину (Br₂ та I₂ відповідно).

	ClF	BrF	IF	BrCl	ICl	IBr
Вигляд	Безбарвний газ	Блідо-коричневий газ	Нестабільний	Червоно-коричневий газ	Червоні кристали	Чорні кристали
Тпл, °C	-155,6	прибл. -33	—	прибл. -66	27,2 (α-форма) 13,9 (β-форма)	41
Ткип, °C	-100,1	прибл. 20	—	прибл. 5	97—100	прибл. 116
ΔHf298, кДж/моль	-56,5	-58,6	-95,4	14,6	-35,3 (α-форма)	-10,5

Додатково, для малостабільного елементу Астату відомі двоатомні галогеніди AtCl, AtBr і AtIШаблон:Sfn.

Чотириатомні сполуки

Хлорид йоду (ICl₃)₂

До існуючих чотириатомних інтергалогенідів відносяться: ClF₃, BrF₃, IF₃, ICl₃. Останній представник, хлорид йоду(III), набуває стабільності у димерній формі (I₂Cl₆).

	ClF3	BrF3	IF3	(ICl3)2
Вигляд	Безбарвний газ або рідина	Солом'яно-жовта рідина	Тверда жовта речовина	Яскраво-жовта речовина
Тпл, °C	-76,3	8,8	—	101 (при 16 атм)
Ткип, °C	11,8	125,8	—	—
ΔHf298, кДж/моль	-164 (газ)	-301 (рідина)	-485 (теоретично)	-89,3

Ряд наведених тетраатомних сполук можна доповнити сполуками IFCl₂ і IF₂Cl, щодо яких є дані про можливість існуванняШаблон:SfnШаблон:Sfn.

Шестиатомні сполуки

Будова молекули BrF₅

Шість атомів містять лише три міжгалогенні сполуки і всі вони є флуоридами: ClF₅, BrF₅, IF₅.

	ClF5	BrF5	IF5
Вигляд	Безбарвний газ	Безбарвна рідина	Безбарвна рідина
Тпл, °C	-103	-60,5	9,4
Ткип, °C	-13,1	41,3	104,5
ΔHf298, кДж/моль	-255 (газ)	-458,6 (рідина)	-885 (рідина)

Восьмиатомні сполуки

Модель молекули IF₇

Єдиним восьмиатомним інтергалогенідом є флуорид йоду IF₇.

	IF7
Вигляд	Безбарвний газ, без. рідина, безб. тв. речовина
Тпл, °C	6,5 (потрійна точка)
Ткип, °C	4,8 (сублімує)
ΔHf298, кДж/моль	-962

Отримання

Міжгалогенні сполуки можна отримати прямою взаємодією простих речовин у відповідних пропорціях:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{250^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{F}$

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{250^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}$ (фтор у надлишку)

${\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{250^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{I}\mathrm{C}\mathrm{l}$ (зріджений хлор)

${\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\stackrel{250^{o}C}{\to }\mathrm{2}\mathrm{I}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}$ (зріджений хлор у надлишку)

$\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{5}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{B}\mathrm{r}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}$ (фтор у надлишку)

$\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{t}\mathrm{+}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{A}\mathrm{t}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Із наявних інтергалогенідів подальшим галогенуванням можна синтезувати вищі представники:

$\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{F}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{350^{o}C}{\to }\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}$ (фтор у надлишку)

$\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\stackrel{270^{o}C}{\to }\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{7}}$

Аналогічно можливе утворення нижчих і представників:

$\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\stackrel{250-350^{o}C}{\to }\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{F}$

Окремими способами є синтези вищих сполук з галогенідів металів:

$\mathrm{8}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{P}\mathrm{b}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}\mathrm{⟶}\mathrm{2}\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{7}}\mathrm{+}\mathrm{P}\mathrm{b}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{3}{\mathrm{I}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{F}\mathrm{⟶}\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{5}\mathrm{A}\mathrm{g}\mathrm{F}$

Хімічні властивості

Міжгалогенні сполуки є більш реакційноздатними, аніж галогени, оскільки зв'язок між різними атомами слабший за відповідний моноатомний. Та незважаючи на це, їхні властивості значною мірою ідентичні.

Реакційна здатність найбільш активних представників інтергалогенідів знижується у ряді ClF₃ > BrF₃ > IF₇ > BrF₅ > IF₅ > BrF.

Інтергалогеніди є сильними окисниками, окиснюють більшість металів, утворюючи галогенід або їхню суміш:

$\mathrm{W}\mathrm{+}\mathrm{6}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{F}\mathrm{⟶}\mathrm{W}{\mathrm{F}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{U}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{U}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{6}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{F}$

$\mathrm{2}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{+}\mathrm{I}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{I}\mathrm{+}\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Реакції з оксидами (в тому числі зі складними) проходять із утворенням відповідних галогенідів і виділенням кисню:

$\mathrm{2}{\mathrm{B}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{4}\mathrm{B}\mathrm{r}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{4}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{2}\mathrm{B}{\mathrm{r}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

$\mathrm{K}\mathrm{A}\mathrm{l}\mathrm{S}{\mathrm{i}}_{\mathrm{3}}{\mathrm{O}}_{\mathrm{8}}\mathrm{+}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\stackrel{450^{o}C}{\to }\mathrm{K}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{A}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{3}\mathrm{S}\mathrm{i}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}\mathrm{+}\mathrm{8}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{4}{\mathrm{O}}_{\mathrm{2}}$

У водних розчинах вони гідролізуються до галогенідної та оксогалогенової кислот (в залежності від ступеня окиснення):

$\mathrm{I}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{O}$

$\mathrm{B}\mathrm{r}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{+}\mathrm{3}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{5}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}{\mathrm{O}}_{\mathrm{3}}$

$\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{7}}\mathrm{+}\mathrm{6}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{O}\mathrm{⟶}\mathrm{7}\mathrm{H}\mathrm{F}\mathrm{+}{\mathrm{H}}_{\mathrm{5}}\mathrm{I}{\mathrm{O}}_{\mathrm{6}}$

Міжгалогенові сполуки у рідкому стані дисоціюють на катіонну і аніонну частки:

$\mathrm{2}\mathrm{I}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{\leftrightarrows }{\mathrm{I}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}{\mathrm{I}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{2}}}^{\mathrm{-}}$

$\mathrm{2}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{\leftrightarrows }\mathrm{[}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{[}\mathrm{B}\mathrm{r}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{-}}$

$\mathrm{2}\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{5}}\mathrm{\leftrightarrows }\mathrm{[}\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{+}}\mathrm{+}\mathrm{[}\mathrm{I}{\mathrm{F}}_{\mathrm{6}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{-}}$

Ця властивість дає їм змогу брати участь у реакціях як у формі кислоти Льюїса, так і у формі основи:

$\mathrm{N}\mathrm{O}\mathrm{F}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{[}\mathrm{N}\mathrm{O}{\mathrm{]}}^{\mathrm{+}}\mathrm{[}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{-}}$

$\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{3}}\mathrm{⟶}\mathrm{[}\mathrm{C}\mathrm{l}{\mathrm{F}}_{\mathrm{2}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{+}}\mathrm{[}\mathrm{B}{\mathrm{F}}_{\mathrm{4}}{\mathrm{]}}^{\mathrm{-}}$

Двоатомні міжгалогенні сполуки аналогічно до галогенів беруть у часть у реакціях приєднання за подвійними зв'язками:

$\mathrm{I}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{=}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{-}\mathrm{⟶}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{-}$

$\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{=}\mathrm{C}{\mathrm{H}}_{\mathrm{2}}\mathrm{+}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{-}\mathrm{C}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}$

Продуктом взаємодії з галогенідами металів є полігалогеніди — сполуки, де аніон складається виключно з атомів галогенів:

$\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{+}\mathrm{C}\mathrm{s}\mathrm{I}\mathrm{⟶}\mathrm{C}\mathrm{s}\mathrm{I}\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{C}\mathrm{l}$

$\mathrm{I}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{3}}\mathrm{+}\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{⟶}\mathrm{K}\mathrm{I}\mathrm{C}{\mathrm{l}}_{\mathrm{4}}$

Застосування

Хлорид йоду ICl застосовується у визначенні йодного числа (вмісту ненасичених органічних сполук), а також як агент йодування і хлорування (в залежності від середовища). Рідкі BF₃ і ClF₃ використовуються для отримання флуоридів багатьох металів. Разом з ICl вони також є реагентами для отримання полігалогенідів. Флуорид BF₅ є окисником палива.

Див. також

• Кислота Льюїса
• Оксогалогеніди

Джерела

• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга Шаблон:Ref-en
• Шаблон:Книга