Электронная формула Хлора Cl (графическая схема строения атома)

Атом и молекула хлора. Формула хлора. Строение атома хлора:

Хлор (лат. Chlorum, от греч. χλωρός – «жёлто-зелёный») – химический элемент периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева с обозначением Cl и атомным номером 17. Расположен в 17-й группе (по старой классификации – главной подгруппе седьмой группы), третьем периоде периодической системы.

Хлор – неметалл. Относится к группе галогенов.

Хлор обозначается символом Cl.

Как простое вещество хлор при нормальных условиях представляет собой ядовитый газ желтовато-зелёного цвета, тяжелее воздуха, с резким запахом и сладковатым, «металлическим» вкусом.

Молекула хлора двухатомна.

Химическая формула хлора Cl₂.

Электронная конфигурация атома хлора 1s² 2s²2p⁶3s²3p⁵. Потенциал ионизации (первый электрон) атома хлора равен 1251,19 кДж/моль (12,967632(16) эВ).

Строение атома хлора. Атом хлора состоит из положительно заряженного ядра (+17), вокруг которого по трем оболочкам движутся 17 электронов. При этом 10 электронов находятся на внутреннем уровне, а 7 электронов – на внешнем. Поскольку хлор расположен в третьем периоде, оболочек всего три. Первая – внутренняя оболочка представлена s-орбиталью. Вторая – внутренняя оболочка представлены s- и р-орбиталями. Третья – внешняя оболочка представлена s- и р-орбиталями. На внешнем энергетическом уровне атома хлора на 3s-орбитали находятся два спаренных электрона, на 3p-орбитали – четыре спаренных и один неспаренный электрон. В свою очередь ядро атома хлора состоит из 17 протонов и 18 нейтронов. Хлор относится к элементам p-семейства.

Радиус атома хлора (вычисленный) составляет 79 пм.

Атомная масса атома хлора составляет 35,446-35,457 а. е. м.

Хлор – химически активный неметалл.

Хлор – токсичный, ядовитый, удушающий газ.

Хранение хлора

Производимый хлор хранится в специальных «танках» или закачивается в стальные баллоны высокого давления. Баллоны с жидким хлором под давлением имеют специальную окраску — болотный цвет. Следует отметить что при длительной эксплуатации баллонов с хлором в них накапливается чрезвычайно взрывчатый треххлористый азот, и поэтому время от времени баллоны с хлором должны проходить плановую промывку и очистку от хлорида азота.

Стандарты качества хлора

Согласно ГОСТ 6718-93 «Хлор жидкий. Технические условия» производятся следующие сорта хлора

Наименование показателя ГОСТ 6718-93	Высший сорт	Первый сорт
Объемная доля хлора, не менее, %	99,8	99,6
Массовая доля воды, не более, %	0,01	0,04
Массовая доля треххлористого азота, не более, %	0,002	0,004
Массовая доля нелетучего остатка, не более, %	0,015	0,10

Валентность Cl

Атомы хлора в соединениях проявляют валентность VI, V, IV, III, II, I.

Валентность хлора характеризует способность атома Cl к образованию хмических связей. Валентность следует из строения электронной оболочки атома, электроны, участвующие в образовании химических соединений называются валентными электронами. Более обширное определение валентности это:

Число химических связей, которыми данный атом соединён с другими атомами

Валентность не имеет знака.

Нахождение в природе галогенов

Галогены являются химически активными веществами, в связи с чем, в природе они встречаются только в виде соединений. Их распространённость в земной коре снижается при увеличении атомного радиуса (от фтора к иоду). Например, содержание астата в земной коре исчисляется граммами.

Наиболее распространённые соединения фтора — флюорит CaF₂, криолит Na₃AlF₆ и др., хлора — каменная соль (галит) NaCl, сильвин KCl и сильвинит KCl⋅NaCl.

Бром и иод не образуют индивидуальных минералов, но их соединения содержатся в морской воде и могут накапливаться водорослями.

Изотопный состав

В природе встречаются 2 стабильных изотопа хлора: с массовым числом 35 и 37. Доли их содержания соответственно равны 75,78 % и 24,22 %.

Изотоп	Относительная масса, а.е.м.	Период полураспада	Тип распада	Ядерный спин
³⁵Cl	34.968852721	Стабилен	—	3/2
³⁶Cl	35.9683069	301000 лет	β-распад в ³⁶Ar	0
³⁷Cl	36.96590262	Стабилен	—	3/2
³⁸Cl	37.9680106	37,2 минуты	β-распад в ³⁸Ar	2
³⁹Cl	38.968009	55,6 минуты	β-распад в ³⁹Ar	3/2
⁴⁰Cl	39.97042	1,38 минуты	β-распад в ⁴⁰Ar	2
⁴¹Cl	40.9707	34 c	β-распад в ⁴¹Ar
⁴²Cl	41.9732	46,8 c	β-распад в ⁴²Ar
⁴³Cl	42.9742	3,3 c	β-распад в ⁴³Ar

Бром

Способы получения брома

Промышленный способ

Исходное сырьё для получения брома — морская вода, озёрные и подземные рассолы и щелока калийного производства, содержащие бром в виде бромид-иона Br-

Бром втесняют при помощи хлора:

2Вг^— + Cl₂ = Br₂ + 2Сl^—

Далее бром отгоняют из раствора водяным паром или воздухом.

Лабораторный способ

В лаборатории для получения брома используют сильные окислители:

2NaBr + МnO₂ + 2H₂SO₄ = Br₂↓ + MnSO₄ + Na₂SO₄ + 2Н₂O

MnO₂ + 4HBr → MnBr₂ + Br₂ + 2H₂O

НВг + 2H₂SO₄ = 3Br₂↓ + S↓ + 4Н₂O

2HBr + Cl₂ → Br₂ + 2HCl

Физические свойства брома

В обычных условиях бром – красно-бурая жидкость с резким зловонным запахом. При Т=-7,2°C жидкий бром застывает, образуя красно-коричневые игольчатые кристаллы.

Пары брома жёлто-бурого цвета, Ткип = 58,78°C.

В воде бром растворяется лучше других галогенов (3,58 г брома в 100 г H₂O при 20°C). Хорошо растворим во многих органических растворителях.

Бромная вода имеет желто-бурую окраску, быстро исчезающую, при взаимодействии растворенного Br₂ с каким-либо веществом. «Обесцвечивание бромной воды» — широко используется в качестве теста на обнаружение в растворе многих неорганических и органических веществ.

Химические свойства брома

Химические свойства брома сходны с хлором. Различаются только условия протекания реакций.

Взаимодействие с простыми веществами

С металлами

Жидкий бром сильный окислитель. Например, железо и алюминий самовозгораются при соприкосновении с бромом даже при обычной температуре.

Al_(тв) + 3/2Br_2(ж) = AlBr_3(тв), ΔH°₂₉₈ = -513 кДж/моль

Al_(тв) + 3/2Cl_2(г) = AlBr_3(тв), ΔH°₂₉₈ = -704 кДж/моль

Fe_(тв) + 3/2Br_(тв) = FeBr_3(тв), ΔH°₂₉₈ = -269 кДж/моль

Fe_(тв) + 3/2Cl_2(г) = FeBr_3(тв), ΔH°₂₉₈ = -399 кДж/моль

С водородом

Взаимодействие брома с водородом происходит лишь при повышенной температуре. Реакция эндотермической и обратимой.

Br₂ + H₂ ↔ 2HBr

С азотом, углеродом, кислородом и благородными газами

Непосредственно не взаимодействует

С галогенами

Бром окисляется более активными галогенами:

5Cl₂ + Br₂ + 6H₂O = 2HBrO₃ + 10HCl

Взаимодействие со сложными веществами

Бром окисляет сложные соединения:

Na₂SO₃ + Br₂ + H₂O = Na₂SO₄ + 2HBr

BaS + 4Br₂ + 4H₂O = BaSO₄ + 8HBr

диспропорционирует в водном растворе:

3BrO^— ↔ BrO₃^— + 2Br^—

4BrO^— ↔ BrO₄^— + 3Br^—

Обесцвечивание бромной воды

Обесцвечивание бромной воды – качественная реакция на многие неорганические и органические соединения:

в воде SO₂ и H₂S в газообразном и растворенном виде, а также растворимые сульфиты и сульфиды реагируют с бромной водой, обесцвечивая ее:

Br₂ + SO₂ + 2Н₂O = 2НВr + H₂SO₄

Br₂ + Na₂SO₃ + Н₂O = 2HBr + Na₂SO₄

Br₂ + H₂S = 2НВr + S↓

3Br₂ + Na₂S + ЗН₂O = 6HBr + Na₂SO₃

Обесцвечивание бромной воды

R-CH=CH-R’ + Br₂ → R-CHBr-CHBr-R’

Фенол и анилин также легко взаимодействуют с бромной водой:

С₆Н₅ОН + ЗBr₂ → С₆Н₂Вг₃ОН↓ + ЗНВr

С₆Н₅NH₂ + ЗВr₂ → С₆H₂Br₃NH₂↓ + ЗНВr

Примеры решения задач

ПРИМЕР 1

Задание Даны два элемента с зарядами ядер Z=17 и Z=18. Простое вещество, образованное первым элементом, — ядовитый газ с резким запахом, а вторым – не ядовитый, лишенный запаха, не поддерживающий дыхания газ. Напишите электронные формулы атомов обоих элементов. Какой из них образует ядовитый газ? Решение Электронные формулы заданных элементов будут записываться следующим образом: 17Z 1s22s22p63s23p5; 18Z 1s22s22p63s23p6. Заряд ядра атома химического элемента равен его порядковому номеру в Периодической таблице. Следовательно, это хлор и аргон. Два атома хлора образуют молекулу простого вещества – Cl2, которое представляет собой ядовитый газ с резким запахом Ответ Хлор и аргон.

ПРИМЕР 2

Задание Назовите элементы, в атомах которых распределение электронов по энергетическим уровням в основном состоянии соответствует рядам чисел: а) 2,8,7; б) 2,8,8,1; в) 2,8,13,1; г)2,8,18,1. Какие из них относятся к одной группе? Какие находятся в одном периоде? Ответ Определить положение химического элемента в Периодической таблице можно сложив все электроны, имеющиеся в атоме, не учитывая их распределения по энергетическим уровням: а) 2+8+7 =17. Это хлор. б) 2+8+8+1 =19. Это калий. в) 2+8+13+1 = 24. Это хром. г) 2+8+18+1 = 29. Это медь. В одной группе –первой, но разных подгруппах расположены калий и медь. Калий и хром находятся в одном периоде – четвертом.