Бинарные соединения галогенов – галогеноводороды и галогениды
При образовании связи водород-галоген образуется молекула с полярной ковалентной одинарной связью: общая электронная пара смещена к атому галогена как более электроотрицательному элементу. По мере увеличения главного квантового числа валентного электрона в ряду F-I размеры его атомной орбитали увеличиваются, а плотность электронного облака снижается. В соответствии с этим в ряду HF-HI понижается степень перекрывания электронных облаков атомов водорода и галогенов, а область перекрывания располагается на большем расстоянии от ядра атома галогена (увеличивается длина связи) и сильнее экранируется возросшим числом промежуточных электронных слоев. В соответствии с этим в ряду HF-HI снижается энергия связи водород-галоген. Понижение энергии связи атома галогена с маленьким атомом водорода происходит в большей мере, чем одинаковых атомов галогенов между собой (см. таблицу). Следствием этого является резкое падение значений энтальпий образования галогеноводородов в ряду HF-HI, а йодоводород в стандартных условиях образуется из простых веществ уже с поглощением теплоты.
С увеличением межъядерного расстояния и понижении энергии связи в ряду HF-HI устойчивость молекул падает, поэтому склонность к отдаче протонов возрастает. В водной среде этот эффект слабо заметен, поскольку уже HCl реагирует с водой необратимо, но в других растворителях эффект можно наблюдать экспериментально.
В ряду F2-I2 электроотрицательность атомов галогенов падает. Поэтому в молекуле HF электронное облако атома водорода смещается в сторону атома галогена в наибольшей степени, а молекулах HCl, HBr, HI – все меньше и меньше. Это также приводит к уменьшению перекрывания взаимодействующих электронных облаков и, тем самым, к ослаблению связи между атомами. Помимо этого в ряду HCl-HBr-HI в соответствии с увеличением ковалентности связи (уменьшением эффективных зарядов) снижается дипольный момент молекул (соответственно 0,33·10-29, 0,26·10-29 и 0,19·10-29 Кл·м). Однако поляризуемость молекул в этом же ряду возрастает. Поэтому в ряду HCl-Hbr-HI температуры плавления и кипения галогеноводородов возрастают.
В ряду HF-HI происходит снижение электроотрицательности атомов галогенов. В соответствии с этим в этом же ряду увеличивается восстановительная активность.
При стандартных условиях галогеноводороды – бесцветные ядовитые газы (кроме HF) с резким удушливым запахом. HF – сильно дымящая на воздухе жидкость с резким запахом, ядовит.