Bài giảng Hóa đại cương vô cơ - Chương 9: Nguyên tố nhóm VII

Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất 9.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý của các Halogen 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng 9.1.4. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược. Độc tính 9.2. Nhóm 7B (Mn - Tc – Re) 9.2.1. Trạng thái thiên nhiên 9.2.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý 9.2.3. Đơn chất 9.2.4. Hợp chất 9.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược Nội dung Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.1. Trạng thái thiên nhiên. Chế tạo và ứng dụng của đơn chất Nguyên tố Nguồn thiên nhiên chủ yếu Chế tạo nguyên tố Ứng dụng của đơn chất Fluor Trong các khoáng vật: fluorit CaF2, criolit Na3AIF6, fluorapatit Ca5(P04)3F Điện phân hỗn hợp KHF2 và HF nóng chảy ở 100°C Để chế tạo SF6 (chất cách điện); UF6 (nguyên liệu hạt nhân); tác nhân fluor hoá; chất dẻo teflon; CFCI3, CF2CI2 (chất lỏng lý tưởnq cho máy lạnh, những gây tổn hại tầng ozon của khí quyển) Clor Muối mỏ (NaCI); nước biển (-2% Cl-); khoáng cacnalit KCI.MgCl2.6H2O Điện phân muối NaCI nóng chảy hoặc dung dịch NaCI (có hoặc không có màng ngăn) Tác nhân oxy hoá (tẩy trắng, tẩy uế); sản xuất polyvinyl clorid; anion sinh hoc chủ yếu (Cl-) Brom Nước biển (~10-5 % Br); hồ nước mặn Oxy hoá muối Br- bằng Cl2 Để chế tạo thuốc nhuộm, dược phẩm, AgBr (cho kỹ thuật ảnh) lod Nước giếng khoan dầu mỏ, quặng saltpeter (NaIO3); rong biển Oxy hoá các muối I- bằng Cl2, hoặc khử IO3 - bằng HS03 - Nguyên tố vi lượng cho tuyến giap, tẩy uế, sát trung, chế tạo dược phẩm Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý của các Halogen 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) Nhóm VII A Tên nguyên tố Bán kính nguyên tử (A°) Bán kính ion (A°) Năng lượng ion hoá thứ nhất (eV) Độ âm điện (thang Pauling) Khối lượng riêng dạng lỏng (g/cm3) Nhiệt độ Nóng chảy (°C) Nhiệt độ sôi (°C) % trong vỏ quả đất 9 F 19,00 2s22p5 (-1) Fluor 0,72 1,33 (F-) 17,42 4,0 1,51 (-188°C) -219 -188 8.102 17 Cl 35,45 3s23p5 (-1, +1, +3, +5, +7) Clor 1,00 1,81 (Cl-) 13,01 3,2 1,66 (-70°C) -101 -34 3.10'2 35 Br 79,90 4s24p5 (-1, +1, +5, +7) Brom 1,14 1,96 (Br-) 11,84 2,9 3,19 (0°C) -7,2 59,5 1,6.104 Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý của các Halogen 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) Nhóm VII A Tên nguyên tố Bán kính nguyên tử (A°) Bán kính ion (A°) Năng lượng ion hoá thứ nhất (eV) Độ âm điện (thang Pauling) Khối lượng riêng dạng lỏng (g/cm3) Nhiệt độ Nóng chảy (°C) Nhiệt độ sôi (°C) % trong vỏ quả đất 35 Br 79,90 4s24p5 (-1, +1, +5, +7) Brom 1,14 1,96 (Br-) 11,84 2,9 3,19 (0°C) -7,2 59,5 1,6.104 53 I 126,90 5s25ps (-1, +1, +5, +7) lod 1,33 2,20 (I-) 10,44 2,7 3,96 (120°C) 114 185 3.10'5 85 At (210) 6s26p5 (-1) Astatin (1,40) khôn g có số liệu 2,2 9.1.3.1 Tính chất vật lý Màu sắc: Ở điều kiện thường: F2 khí màu vàng rất nhạt Cl2 là khí màu vàng - xanh Br2 là chất lỏng màu nâu - vàng I2 là chất rắn màu tía – đen Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng F2 Cl2 I2 Br2 Độ phân cực và độ tan: : Halogen là những chất không phân cực nên ít tan trong nước. Đơn chất halogen (X2) tan nhiều hơn trong dung dịch halogenid (X-) do có sự tạo phức. Ví dụ: I2 tan nhiều hơn trong dung dịch kali iodid (KI) do phản ứng: I2 (aq) + KI (aq) -» K[I3] (aq) Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng 9.1.3.1 Tính chất vật lý Để đạt tới cấu hình khí hiếm, nguyên tử halogen phải nhận thêm 1 electron để làm đầy lớp vỏ ngoài của nó. Có 2 cách làm đầy: + Nhận 1 electron từ kim loại để tạo thành ion -1. + Dùng chung cặp electron với một nguyên tử phi kim khác, tạo thành liên kết cộng hoá trị. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3.2 Các halogent là những PK điển hình, có tính oxi hóa mạnh 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Các hydro halogenid là những khí không màu, khi hoà tan trong nước cho các acid hydrohalogenic. Các khí HX có mùi sốc, kích ứng đường hô hấp. Điểm nóng chảy và điểm sôi bất thường của HF là do liên kết hydro mạnh. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3.3. Hydro halogenid/acid hydrohalogenic/HX 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3.3. Hydro halogenid/acid hydrohalogenic/HX 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Đại lượng HF HCI HBr HI Độ dài liên kết H-X (A°) 0.92 1,28 1,41 1,70 Năng lượng liên kết H-X (kJ/mol) 565 427 363 295 Momen lưỡng cực |i (D) 1,91 1,08 0,81 0,38 Nhiệt độ nóng chảy (°C) -83 -114 -88 -50,8 Nhiệt độ sôi (°C) +19,5 -84,9 -66,7 -35,3 Độ điên ly a (%) trong nước củadungdịch HX 0,1 N 9 92,6 93,5 95 Độ tan ở 0°C: L(khí)/L(nước) Vô hạn - 500 ~ 600 -425 Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3.4 Halogen halogenid (hợp chất giữa các halogen) 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng Các halogen phản ứng với nhau toả nhiệt và tạo thành nhiều hợp chất có công thức tổng quát XYn (n = 1, 3, 5, 7), trong đó X là nguyên tử halogen ở trung tâm có độ âm điện nhỏ hơn và có thể có các mức oxy hoá +1, +3, +5, +7 (tất nhiên, X không thế là íluor), còn Y là halogen có độ âm điện lớn hơn và thề hiện trong trạng thái oxy hoá -1 Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.3.4 Halogen halogenid (hợp chất giữa các halogen) 9.1.3. Mối liên quan giữa cấu tạo và tính chất. Đơn chất và hợp chất quan trọng 9.1.3.5 Các hợp chất chứa oxy của halogen - Phản ứng của halogen với nước X2(k) + H20(l)  HX(aq) + HXO (aq) (1) - Khi đun nóng (> 50oC) XO- phân huỷ nhanh thành X03 -, do đó cân bằng (1) chuyển thành: 3X2 + 3H20 (l)  5HX + HXO3 (X = Cl, Br, I) 9.1.4.1 Fluor F là nguyên tố có trong mọi cơ quan và mô của người, tập trung chủ yếu trong xương và răng. F cũng ức chế hoạt động của các vi khuẩn làm hại men răng ít ở cơ và não. F có trong nguồn nước tự nhiên; trong một số rau quả (cà chua, cải xoăn, súp lơ); trong cá biển, nước mắm và đặc biệt nhiều trong chè đen. F còn được gắn vào các gốc hữu cơ trong thuốc để tăng tác dụng sinh học Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1.4. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.4.2. Clor Cơ thể người có khoảng 90g Clor  Trong dạ dày, Cl- kết hợp với H+ tạo HCl làm cho enzym Pepsin trở nên hoạt động để bước đầu tiêu hoá Protid.  9.1.4.3. Brom Br chưa rõ vai trò sinh học. Với những lượng xác định, ion Br- có tác dụng làm giảm hoạt động thần kinh trung ương, cản trở hấp thu Iod nên làm giảm hoạt động tuyến giáp giúp cơ thể tiết kiệm năng lượng trong chuyển hoá cơ bản. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1.4. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) 9.1.4.4. Iod I là một vi chất có vai trò sinh học quan trọng. Tổng số I trong cơ thể người khoảng 20 - 25mg, tập trung chủ yếu ở tuyến giáp (đến 30%) và ở cơ, da, xương. Thiếu I làm tuyến giáp không sản xuất được thyroxin, tuyến phản ứng lại bằng cách phồng to ra tạo nên bướu cổ. Cùng với bướu cố là trí tuệ chậm phát triển, đần độn và các chứng bệnh khác. Thực vật và động vật biển (như rong biển, cá) là thức ăn giàu iod 9.1.4.5. Astatin At là nguvên tố phóng xạ nhân tạo, không có ứng dụng trong Dược học. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.1.4. Vai trò và ứng dụng trong Y - Dược. Độc tính 9.1. Nhóm 7A – Halogen (F – Cl – Br – I – At) Mangan là nguyên tố khá phổ biến trong thiên nhiên. Techneti là nguyên tố được tổng hợp nhân tạo đầu tiên. Nó là nguyên tố phóng xạ, chu kỳ bán huỷ 2,2x105 Rheni là nguyên tố hiếm, phân bố phân tán, không tồn tại quặng riêng biệt. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B: Mn - Tc - Re 9.2.1. Trạng thái thiên nhiên Mn Techneti Rheni Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B: Mn - Tc - Re 9.2.2. Những đặc tính nguyên tử và vật lý Nhóm VII B Tên nguyên tố Bán kính nguyê n tử(A°) Bán kính ion (A°) Năng lượng ion hoá thứ nhất (eV) Độ âm điện (thang Pauling) Khối lượng riêng (g/cm3) Nhiệt độ nóng Chảy (°C) Nhiệt đô sôi (°C) % trong vỏ quả đất 25 Mn 54,94 3d54s2 (+2. +3, +4, +6, +7) Mangan 1,29 0,80 (+2) 7,43 1,6 7,21 1247 1962 0,085 43 Tc (97,91) 4d55s2 (+2, +3, +4. +7) Techneti 1,30 0,56 (+7) 7,23 1,9 11,49 2140 3927 0 75 Re 186,21 5d56s2 (+3, +4, +5, +6, +7) Rheni 1,31 0,81 (+3) 0,69 (+5) 7,79 1,9 20,99 3175 5760 10-7 Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B: Mn - Tc - Re 9.2.3. Đơn chất Mn, Tc, Re là các kim loại, dạng khối màu trắng, dạng bột màu xám. Tính kim loại giảm nhanh từ Mn —» Re Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B: Mn - Tc - Re 9.2.4. Hợp chất Với 7 electron hoá trị (n-l)d5ns2, các nguyên tố VIIB có thể có các số oxy hoá từ +2 đến +7. Tuy nhiên, chỉ có một số trạng thái oxy hoá bền, Ví dụ: Đối với Mn là +2, +4 và +7. Tính acid - base của oxyd hay của hydroxyd biến đổi phụ thuộc vào số oxy hoá: tính base giảm dần, tính acid tăng dần theo số oxy hoá tăng dần của nguyên tố. Mangan Mn là nguyên tố vi lượng thiết yếu, có vai trò sinh học quan trọng. Cơ thể người trưởng thành chứa 10 - 20mg mangan, có trong mọi tế bào, tập trung cao ở xương, gan, thận. Mn hoạt hoá nhiều enzym tham gia tổng hợp protein, hemoglobin, prothrombin, insulin; tham gia điều hoà chức năng sinh dục. Thiếu mangan: giảm sinh trưởng và sinh sản; loạn dưỡng sụn và xương; mất điều hoà cơ (run kiểu Parkinson). Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B (Mn - Tc – Re) 9.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược Mangan Các muối mangan clorid, mangan sulfat, mangan gluconat thường được đưa vào các chế phẩm dược để bổ sung khoáng chất trong viên bổ tổng hợp dự phòng. Kali permanganat, KMn04 = 158,04, tinh thể màu tím, ánh kim loại, dễ tan trong nước. Dùng làm thuốc sát trùng, để rửa vết thương, vết loét; rửa dạ dày khi ngộ độc cyanid, morphin; sát trùng nước. Dạng thuốc sử dụng là các dung dịch 0,1 - 0,5 - 1 - 2 - 5%. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B (Mn - Tc – Re) 9.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược  Techneti  Tc được dùng trong nhiều chẩn đoán bệnh của kỹ thuật phóng xạ.  Rheni  Không có ứng dụng trong Y - Dược học. Chương 9: NGUYÊN TỐ NHÓM VII 9.2. Nhóm 7B (Mn - Tc – Re) 9.2.5. Vai trò và ứng dụng trong Y-Dược Techneti Rheni