VII. Hauptgruppe – Überblick 05:52 min
Transkript VII. Hauptgruppe – Überblick
Guten Tag und herzlich willkommen! Wir sprechen heute über die chemischen Elemente: Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat.
Zusammen nennt man sie auch Halogene. Das bedeutet: Salzbildner.
Wir befinden uns in der VII. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente. Traditionsgemäß möchte ich mit einem Überblick beginnen und wir starten wie immer mit dem Namen bzw. deren Herkunft. Das chemische Symbol "F" gehört zum Element Fluor, das kommt vom Lateinischen "fluere", was fließen bedeutet.
Das Symbol "Cl" gehört dem chemischen Element Chlor, der Name stammt von "chloros", was aus dem Griechischen kommt und grün bedeutet.
"Br" ist das chemische Symbol für das Element Brom, der Name stammt ab von "bromos", was aus dem Griechischen kommt und übel riechend bedeutet.
Das chemische Symbol "I" steht für das Element Iod, der Name stammt ab, vom griechischen "ioeides", was violett bedeutet.
Das chemische Symbol "At" steht für das chemische Element Astat, der Name stammt ab von "astatin", das heißt im Griechischen das Unbeständige - Astat ist ein radioaktives Element mit durchweg nur kurzlebigen Isotopen Als Nächstes ein Brainstorming - Die drei wichtigsten Begriffe, die mir zu dem jeweiligen Element spontan einfallen: Fluor "F" - 1886 - Die Entdeckung durch Moissan, er erhielt dafür später den Nobelpreis.
Chlor "Cl" - Entdeckung 1774 durch Scheele, Chlor war das erste chemische Element, welches als Giftgas eingesetzt wurde -1915.
Brom "Br" - 1826 entdeckt durch Balard, und zwar im Meerwasser.
Iod "I" - entdeckt 1811 durch Coirtois, und zwar in der Seetangasche.
Astat - Hergestellt 1940 durch Segrè und Mitarbeiter, ein radioaktives, chemisches Element Interessant ist es, den Metallcharakter der Elemente der VII. Hauptgruppe zu betrachten.
Fluor ist bei Raumtemperatur ein gelbgrünes Gas.
Chlor ist ein grünes Gas.
Brom ist eine rotbraune Flüssigkeit.
Iod ist ein grauschwarzer, glänzender Feststoff.
Von Astat habe ich nur gelesen, dass es auch ein Feststoff ist, gesehen habe ich Astat auf Bildern nie. Ich habe nur gelesen, dass Astat glänzend ist. Wir können somit feststellen, dass der Metallcharakter innerhalb der VII. Hauptgruppe von oben nach unten zunimmt. Die Schmelztemperatur: Die Elemente von Fluor bis Iod bilden zweiatomige Moleküle: F2, Cl2, Br2 und I2. Daraus lässt sich schon ableiten, dass die Schmelztemperaturen relativ niedrig sind.
minus 218 °C, minus 102 °C, minus 7 °C und plus 114 °C.
Und auch für Astat konnte ich einen Wert finden 302 °C. Die Tendenz ist eindeutig, die Schmelztemperaturen nehmen von oben nach unten zu. Bei den Siedetemperaturen treffen wir ein ähnliches Verhalten an:
minus 188 °C, minus 34 °C, plus 59 °C und plus 185 °C.
Die Schmelztemperaturen steigen, von oben nach unten. Die Dichte: Die Dichten für Fluor und Chlor werden für den flüssigen Aggregatszustand genannt:
Fluor 1,1 g pro Kubikzentimeter, Chlor 1,6 g pro Kubikzentimeter, Brom 3,1 g pro Kubikzentimeter und Iod 4,9 g pro Kubikzentimeter. Für Astat wird im Internet ein Wert von 8,8 g pro Kubikzentimeter angegeben. Von oben nach unten steigen die Dichten an. Zum Schluss wollen wir die Säurestärken der Halogenwasserstoffe HX miteinander vergleichen: HF Fluorwasserstoff - der pks-Wert für Fluorwasserstoff beträgt: plus 3
HCl Chlorwasserstoff - der pks-Wert für Chlorwasserstoff beträgt: minus 6
Bromwasserstoff - der pks-Wert für Bromwasserstoff beträgt: minus 9
HI Iodwasserstoff - der pks-Wert für Iodwasserstoff beträgt: minus 11
Je kleiner der pks-Wert, umso stärker ist die Säure - die Säurestärke der halogenen Wasserstoffe nimmt demzufolge von oben nach unten zu. Ich danke für die Aufmerksamkeit, alles Gute, auf Wiedersehen.
Videobeschreibung
Die Elemente der VII. Hauptgruppe des Periodensystems der Elemente (Halogene) werden in einem kurzen Überblick vorgestellt. Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat wurden erst in den letzten 250 Jahren entdeckt. Bei den ersten vier Elementen handelt es sich um Nichtmetalle. Der Metallcharakter nimmt in der Hauptgruppe von oben nach unten zu. Gleiche Tendenzen werden in den Schmelztemperaturen, den Siedetemperaturen, den Dichten und den Säurestärken der Halogenwasserstoffe festgestellt.
Der Tutor:
Dr. rer. nat.
VII. Hauptgruppe – Überblick
VII. Hauptgruppe – Überblick Übung
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Erkenne die Halogene an ihren Beschreibungen.
Tipps
Die Namen im PSE leiten sich immer von einer lateinischen/griechischen Wesensbezeichnung ab. Diese klingen oft ähnlich.
Einige Farben der Halogene geben Aufschluss darüber, zu welchem Element sie gehören.
Lösung
Die Halogene bilden die 7. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente und sind allesamt sehr reaktive Elemente.
Der Name Fluor leitet sich vom lateinischen „fluere“, also fließen, ab. Das kommt daher, da Verbindungen mit Fluor oftmals zur Herabsetzung von Metallschmelzpunkten verwendet wurden, sodass diese schneller zer-„fließen“.
Der Name Chlor leitet sich vom „chloros“ also der Farbbezeichnung grün ab. Dies liegt an der charakteristischen Farbe von Chlorgas.
Als nächstes leitet sich das Brom vom griechischen „bromos“, also übelriechend, ab. Aufgrund des Gestanks bei der Synthese kam also der charakteristische Name zustande.
Das Iod hat seinen Ursprung in der Farbe seines Gases. Ebenfalls als Namensgeber diente hier das griechische Wort „ioeides“, also violett. Iodgas hat eine starke violette Farbe.
Das letzte Element, das radioaktive Astat, hat wenig stabile Isotope und somit eine kurze Dauer der Beständigkeit. Diese Eigenschaft gab dem Element seinen Namen „astatin“, was soviel wie unbeständig bedeutet.
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Nenne natürliche Vorkommen der 7. Hauptgruppe.
Tipps
Courtois verbrannte Pflanzen, die unterhalb der Meeresoberfläche wachsen, um Iod zu erhalten.
Chlor wurde im Ersten Weltkrieg 1915 als Kampfstoff eingesetzt, um gegnerische Soldaten zu vergiften.
Lösung
Die Halogene bilden die 7. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente. Sie sind allesamt sehr reaktiv und bilden zahlreiche ionische Verbindungen.
Das erste Element ist Fluor, welches in Mineralien wie dem Flussspat vorkommt. Der Entdecker Moissan erhielt dafür den Nobelpreis. Chlor verhält sich ähnlich wie Fluor. 1744 von Scheele entdeckt, wurde dieses Gas auch im Ersten Weltkrieg als sogenanntes Giftgas eingesetzt. Chlor ist giftig für den menschlichen Organismus.
Iod und Brom können sozusagen beide im Meerwasser gefunden werden. Brom kann aus Meerwasser gebildet werden, wohingegen Iod aus der Verbrennung von Algen erhalten werden kann.
Als letztes hergestelltes Element bleibt noch das Astat zu nennen, welches radioaktiv ist. Es besitzt nur eine relativ kurze Lebensdauer.
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Beschreibe die Bindungsenergien der Halogene.
Tipps
Bindungsenergien können auch mit dem Ansteigen der Schmelz-/Siedetemperaturen in Verbindung gebracht werden. Festkörper mit hoher Bindungsenergie sieden/schmelzen weniger schnell.
Fluor ist ein klares Nichtmetall, wogegen Brom flüssig auftritt und Iod bereits ein Feststoff ist.
Lösung
Die Halogene weisen als Hauptgruppe relativ homogene Tendenzen auf. Zuerst steigt die Bindungsenergie der Halogene innerhalb der Gruppe. Dies macht sich auch in der Anordnung der einzelnen Atome bemerkbar. Zwar treten die Elemente bis Iod als zweiatomige Moleküle auf, dennoch ist Brom bereits eine Flüssigkeit und Iod ein Feststoff, was auf eine höhere Ordnung hinweist. Ebenfalls gestützt wird die Aussage durch das kontinuierliche Ansteigen der Siede-/Schmelztemperaturen. Man muss mehr Energie zuführen, um die Ordnung zu brechen. Das zeigt, dass die Bindungsenergie insgesamt ansteigt.
Ebenso nimmt natürlich auch der Metallcharakter von oben nach unten zu. Die ersten Elemente sind so reaktiv, dass sie stets als Oxidationsmittel ionische Verbindungen bilden, während Elemente wie Iod durchaus auch selbst oxidiert werden können. Sicherlich kommt Astat als Element in der Natur am seltensten vor, da es radioaktiv und wenig beständig ist.
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Bestimme die charakteristischen Reaktionen für folgende Halogene.
Tipps
Halogene gehen gern ionische Verbindungen ein.
Es hilft, die beschriebenen Farben oder Aggregatzustände in den Formeln zu suchen, um die Reaktionsgleichungen besser zu verstehen.
Lösung
Halogene gehen zahlreiche Reaktionen ein. Viele davon sind aufgrund ihrer hohen Elektronegativität ionische Reaktionen:
Ein natürliches Vorkommen von Fluor ist im sogenannten Flussspat, einer Calcium-Fluor-Verbindung, zu finden:
$CaF_{ 2 }$
Cobalt reagiert mit Chlorid-Ionen zu Cobaltchlorid:
${ Co }^{ 2+ }~ +~ { 2Cl }^{ - }~ \rightarrow ~ { CoCl }_{ 2 }\quad (s,~ rosa)$
Ein Nachweis für Brom ist die Reaktion von HBr mit Schwefelsäure. Hierbei entsteht brauner Bromdampf, der charakteristisch ist:
$2HBr~ +~ { H }_{ 2 }SO_{ 4}~\rightarrow ~ B{ r }_{ 2 }\quad (g,~ braun) +~ { SO }_{ 2 }~ +~ { H }_{ 2 }O$
Silbernitrat reagiert in Anwesenheit von Iod zu Silberiodid:
$Ag^{ + }~ +~ I^{ - }~ \rightarrow ~ AgI\quad (s,~gelb)$
Aufgrund der kurzen Lebensdauer von Astat und dessen radioaktiven Eigenschaften gibt es keinen Nachweis dieser Art für dieses Element.
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Charakterisiere die Elemente der 7. Hauptgruppe.
Tipps
Das PSE gibt Aufschluss darüber, welche Reihenfolge die Elemente haben.
Der Stamm von Namen leitet sich häufig aus alten Sprachen, wie Latein und/oder Griechisch, ab.
Lösung
Die 7. Hauptgruppe sind die sogenannten Halogene. Der Name leitet sich von ihrer Eigenschaft ab, ionische Verbindungen, also Salze zu bilden. So sind zahlreiche Ionische Verbindungen, wie etwa das Kochsalz (NaCl), bekannt. Die Chalkogene bilden die 6. Hauptgruppe.
Insgesamt sind fünf Elemente in der Gruppe:
Fluor - Chlor - Brom - Iod - Astat
Deren Namen leiten sich allesamt von den lateinischen/griechischen Bezeichnungen ab. Bei weiteren Fragen schaue dir die Videohilfe bzw. Aufgabe 1 noch einmal genau an.
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Gib die Säurestärke der Halogene an.
Tipps
Fluor hat aufgrund seiner Stellung als erstes Gruppenelement die wenigstens Protonen im Kern und ist daher ein sehr kleines Atom.
Fluor hat die höchste Elektronegativität unter den Halogenen.
Fluor kann, äquivalent zu Wasser, Wasserstoffbrückenbindungen ausbilden.
Lösung
Die Beobachtungen zeigen, dass die ${ pK }_{ s }$-Werte von HF bis HI stark fallen und somit die Säure immer stärker wird. Das Element Fluor hat die höchste Elektronegativität unter den Halogenen und ist somit am bestrebtesten, ein Elektron für eine volle Außenschale zu erlangen.
Dennoch ist Fluor auch ein sehr kleines Atom. Wenn man sich nun vor Augen hält, dass auch das Wasserstoffatom sehr klein ist, kann also eine starke Bindung zwischen beiden festgestellt werden, die schwerer zu brechen ist als beispielsweise beim großen Iodid-Anion. Ebenfalls bildet HF-Wasserstoffbrücken aus, die, ähnlich wie beim Wasser, zur Ordnung und Stabilisierung beitragen.
1 Kommentar
danke sehr , hat mir geholfen :*