17 группа (7А подгруппа) — галогены (главная группа)

03 Июля в 0:47 5226 0


В 17 группу входят F, Cl, Br, I, At (табл. 1 и 2). Слово галоген («гало» + «ген») означает «образующий соль». Все элементы — неметаллы. Во внешней оболочке имеют 7 электронов. Из-за высокой электроотрицательности и реакционной способности в свободном виде в природе не встречаются. Благодаря легкому присоединению электрона образуют галогенид-ионы, поэтому существуют в форме двухатомных молекул. Атомы в молекулах связаны ковалентной связью в результате обобществления пары электронов, по одному от атома. Молекулы галогенов удерживаются вместе слабыми вандерваальсовыми силами, что объясняет их высокую летучесть.

Таблица 1. Некоторые физические и химические свойства металлов 17 группы


Название

Ат. №

Относит, ат. масса

Электронная формула

Радиус, пм

Основные изотопы (%)

F

Фтор Fluorine [от лат. fluere — течь]

9

18,998

[He]2s22p5

ковалентный 58

F 133

19F* (100)

С1

Хлор Chlorine [от греч. chloros — зеленоватый]

17

35,454

[Ne]3s23p5

ковалентный 99

Cl- 181

35Cl* (75,77)

37Cl* (24,23)

Вг

Бром Bromine [от греч. bromos — зловоние]

35

79,904

[Ar]3d104s24p5

Ковалентный 114,2

Br- 196

79Вг* (50,69)

81Br* (49,31)

I

Йод Iodine [от греч. iodes — фиолетовый]

53

126,904

[Kr]4d105s2 5p5

Ковалентный 133

I- 220

127I* (100)

At

Астат Astatine [от греч. Astatos — неустойчивый]

85

(210)

[Xe]4f145d106s26p5

At5+ 57,

At- 227

210,211*At(0)

Все галогены токсичны, имеют характерные резкий запах и окраску, интенсивность которой возрастает к нижней части группы. Эта группа состоит из наиболее реакционноспособных элементов Периодической системы. Атомные и ионные радиусы галогенов, а также длины связи в молекулах возрастают к нижней части группы в Периодической системе. Напротив, энергии диссоциации связи и ее прочность при этом уменьшаются, за исключением фтора.

Галогениды щелочных металлов (1 группа) являются соединениями ионного типа. У галогенидов щелочноземельных металлов (2 группа), кроме ионных, встречаются соединения частично ковалентного типа. При перемещении слева направо вдоль периода галогениды элементов становятся более ковалентными. Ковалентный характер галогенидов возрастает также при перемещении по группе вниз. При этом, если металл может существовать в нескольких состояниях окисления, то его связь с галогенидом в низшем из них имеет ионный характер, а в высшем — ковалентный. Как ионные, так и ковалентные галогениды двухвалентных металлов, как правило, кристаллизуются в слоистые решетки. Исключением является СиСl2, имеющий полимерное строение. Галогенид-ионы являются лигандами во многих комплексных ионах, вытесняя при этом менее сильные лиганды, например, воду.

Галогениды серебра неустойчивы на солнечном свету, разлагаясь на металл и галоген. Это свойство использовано в черно-белой фотографии. Наиболее светочувствительными оказались бромиды Ag. Широкое применение имеют галогеноводороды, являющиеся одними из самых известных сильных кислот. Кислотность их водных растворов увеличивается к нижней части группы. Исключением является фтороводород. Его водный раствор (плавиковая кислота) имеет небольшую кислотность, благодаря прочности связи Н – F и малой константе диссоциации кислоты.

Таблица 2. Содержание в организме, токсическая (ТД) и летальная дозы (ЛД) металлов 17 группы


В земной коре (%)

В океане (%)

В человеческом организме

ТД.ЛД

Среднее (при массе тела 70 кг)

Кости (%)

Мышцы (%)

Кровь (мг/л)

F

9,5x10-2

1,3x10-4

2,6 г

0,2-1,2

5x10-6

0,5

ТД - 20 мг, ЛД - 2 г

Сl

0,013

1,8

95 г

0,09

0,2-0,52

2890

Токсичен

Вr

3,7x10-5

65x10-4

260 мг

6,7x10-4

7,7x10-4

7,7

ТД - 3 г, ЛД - >35 г

I

1,4х10-5

(0,43-0,58)x10-5

12-20 мг

2,7х10-5

(0,05-5) х10-5

0,057

ТД - 2 мг, ЛД - 35-350 г

At

Следы в некоторых минералах

Следы

нет

0

0

0

Токсичен из-за радиоактивности

Фтор (F) — по распространенности занимает 13 место среди элементов земной коры, наиболее реакционноспособный элемент, наиболее мощный из промышленно получаемых окислителей. В газообразном виде имеет бледно-желтый цвет. В промышленности используют его органические соединения, полимеры и все соли, особенно CaF2 — в качестве флюса в металлургии, и AlF3 — при производстве Аl. Большие количества F2 производили в атомной промышленности для получения UF6 в процессах обогащения ядерного топлива.

Близкое расположение атомов в молекуле F приводит к сильному отталкиванию между несвязывающими электронами, что объясняет ослабление связи в молекуле. Поэтому фтор в элементном состоянии в форме F2 не встречается, но присутствует в виде фторид-иона в криолите Na3AlF6 и плавиковом шпате (флюорите) CaF2.

F всегда имеет степень окисления -1. Малый ковалентный радиус позволяет ему образовывать соединения с высокими координационными числами; например, SF6 существует, a SJ6 образоваться не может. В ионах фторидов металлов небольшой размер иона F- обусловливает высокие значения энтальпий решетки и термодинамическую стабильность.

Вследствие высокой окислительной способности фтора галогены могут реагировать между собой, образуя межгалогенные соединения («интергалогениды») ClF, ClF3, BrF5, IF7, в которых степень окисления других галогенов изменяется от +1 до +7.

После инкубации печени крыс с NaF поглощенный фтор концентрируется в митохондриях и ядрах гепатоцитов. Костной тканью (зубы, кости, хрящи) он поглощается в 3 раза активней, чем кровью. Выводится F в основном почками. Токсическое действие фторид-ионов связано с тем, что они связывают и тем самым инактивируют ионы-активаторы ферментных систем Са2+, Mg2+ с образованием малорастворимых фторидов. Комплексные ионы PF-, BF4-, SiF62-, вследствие прочности ковалентных связей в их молекулах, биологически неактивны. F- ингибирует металлопротеины.

Хлор (Сl) — в природе встречается преимущественно в виде каменной соли NaCl. Из нее электролизом получают Сl2 — тяжелый желто-зеленый газ с резким запахом. В промышленности его используют в качестве отбеливающего агента и при производстве хлорорганических растворителей и полимеров. Кроме того, его широко применяют для стерилизации воды на водопроводных станциях в концентрациях (0,6-6)х10-5 моль/кг. Однако при загрязнении воды органическими азотсодержащими веществами хлорирование воды опасно, поскольку атомы Сl могут замещать атомы Н в молекулах алканов и алкенов в фотолитических реакциях, то есть при облучении видимым светом с длиной волны 200-800 нм. При этом образуются хлорорганические токсичные соединения — производные диоксина, в частности, высокоядовитый 2,3,7,8-тетрахлордибензо-n-диоксин (рис. 1). «Диоксинами» в целом называют полихлорированные дибензо-и-диоксины. Все они даже в очень низких концентрациях резко снижают иммунитет человека к вирусным инфекциям и влияют на генетический аппарат.

Диоксины

Рис. 1. Диоксины (2,3,7,8-тетрахлордибензо-п-диоксин)

Соединения с O2 (хлорноватистая НСlO, соли «гипохлориты»; хлористая НСlO2, соли «хлориты»; хлорноватая HСlO3, соли «хлораты»; хлорная НСlO4 кислоты, соли «перхлораты», а также их анионы и оксиды) являются окислителями; их применяют в качестве дезинфицирующих средств.

Содержание хлора в тканях млекопитающих близко к его содержанию в морской воде. Хлорид-ионы Сl- почти равномерно распределяются в организме живых существ в заметных количествах (от 70 до 103 ммоль/л). Их выделение осуществляется почками. Жидкий хлор вызывает серьезные ожоги кожи, а газообразный — сильно раздражает глаза и легкие, образуя с тканевой жидкостью соляную и хлорноватистую кислоты. В легких при этом может развиться пневмония.

Бром (Вr) — густая темно-красная жидкость с резким запахом и тяжелыми парами коричневого цвета. Это единственный неметалл, находящийся в жидком состоянии при комнатной температуре. Его используют в составе добавок к топливу, как ингибитор горения в огнестойких материалах, в красках и пестицидах, в фотографии. Биологическая роль изучена слабо, хотя Вr2 ядовит. Соотношение Br/Cl в крови равно примерно 0,01, причем Вr- содержится в основном в плазме. Сопутствует хлору в процессах обмена веществ, выводится с мочой.

Йод (I) — твердый черный блестящий неметалл. Легко возгоняется. Применяется в качестве дезинфицирующего спиртового раствора, в пищевых добавках, красителях, катализаторах, в фотографии. Относится к биологически необходимым («эссенциальным») элементам, входит в состав тиреоид-ных гормонов. Его дефицит считают фактором, предрасполагающим к развитию рака щитовидной и молочной желез.

I избирательно накапливается в щитовидной железе (более 80%). Йодид I-, поступивший в организм, быстро концентрируется в железе, где его концентрация выше, чем в крови, в 25-500 раз. В щитовидной железе йодид окисляется до йода, который под влиянием специфичного фермента йодирует ароматические кольца тирозина в молекулах тиреоглобулина с образованием липофильных гормонов роста — тироксина, йодтиронина, трийодтиронина. Йод в концентрации 5x10-5 М разобщает окислительное фосфорилирование в митохондриях, легко образует нерастворимые хелаты с двухзарядными ионами металлов, особенно с Mg2+ и Мп2+. Деятельность щитовидной железы активируется йодсодержащим тиреотропным гормоном гипофиза.

Недостаток йода в пище человека приводит к гипотиреозу и базедовой болезни (зобу). Йод в заметных количествах содержится в составе морской капусты (бурых водорослей рода Laminaria) в виде моно- и дийодтирозина, а также моно- и дийодтиронина, что позволяет использовать эти водоросли при заболеваниях щитовидной железы в качестве природного источника готовых предшественников гормона роста.

В биогеохимических провинциях с недостатком йода его соли добавляют в пищевую соль, однако это не приносит положительных результатов. Установлено, что значительно эффективнее с дефицитом йода можно бороться добавлением природных йодсодержащих продуктов, в частности, морской капусты, в пищевые продукты, например, в хлеб. Раньше йод извлекали из золы бурых водорослей, в настоящее время — из нефти и солевых источников. Отметим, что один из ключевых ферментов обмена йода (дейодиназа), обеспечивающий гомеостаз тироксина, относится к селенопротеинам. Следовательно, борьба с йоддефицитом на фоне дефицита Se бессмысленна, а с учетом механизма обратных связей — вредна.

Астат (At) — радиоактивный неметалл, получаемый при нейтронной бомбардировке изотопа 209Bi. Из-за малого времени полураспада почти не изучен.

Медицинская бионеорганика. Г.К. Барашков

Похожие статьи
  • 20.07.2012 73651 44
    Типы химических связей

    Каждый атом обладает некоторым числом электронов. Вступая в химические реакции, атомы отдают, приобретают, либо обобществляют электроны, достигая наиболее устойчивой электронной конфигурации. Наиболее устойчивой оказывается конфигурация с наиболее низкой энергией (как в атомах благородных газов&...

    Бионеорганика
  • 21.07.2012 19250 16
    Ионные насосы

    Ионными насосами называют молекулярные механизмы, локализованные в мембране и способные транспортировать вещества за счет энергии, высвобождаемой при расщеплении АТФ, или любого другого вида энергии.

    Бионеорганика
  • 19.06.2012 17042 20
    1 группа (1А подгруппа) — щелочные металлы (главная группа)

    В нее входят Li, Na, К, Rb, Cs, Fr (табл. 1 и 2). По многим химическим свойствам несколько отличается от других щелочных металлов Li+, имеющий диагональное сходство с Mg2+.

    Бионеорганика
показать еще
 
Биотехнологии и биоматериалы