ハロゲン化水素

ハロゲン化水素は、アレニウス酸として機能する二原子無機化合物の一種です。ハロゲン化水素は、式ＨＸによって表すことができ、式中、Ｘはハロゲン（塩素、フッ素、臭素、ヨウ素、およびアスタチン）のいずれかを表す。標準の温度と圧力では、すべてのハロゲン化水素は気体として存在します。ハロゲン化水素は、ハロゲン化水素酸としても知られています。ハロゲン化水素の二原子分子は、気相でイオン化する傾向がありません。これは、化学者が塩化水素と塩酸を区別するのに役立ちます。室温で塩化水素は気体の形で発生し、水と反応して酸を生成します。酸が形成されるため、二原子分子は蒸留によって再形成するのが困難です。塩化水素は、塩酸の形で存在するときはいつでも、胃酸の主成分として作用します.ハロゲン化水素の大部分は海水中にハロゲン化物イオンとして存在します。

ハロゲン化水素の合成

水素が塩素およびフッ素と反応すると、それぞれフッ化水素および塩化水素が生成されます。これらのガスは、ハロゲン化物塩と硫酸との反応で生成されます。臭化水素は、白金触媒の存在下、高温で水素と臭素を反応させることで調製できます。一方、ヨウ化水素は、ヨウ素と硫化水素またはヒドラジンとの反応によって合成されます。ヨウ化水素は、ハロゲン化水素の中で最も不安定であることがわかっています。

ハロゲン化水素の性質

一般プロパティ

フッ素からヨウ素への結合解離エンタルピーの減少に伴い、ハロゲン化物の熱安定性も同じ傾向で減少します。これは、塩化水素とフッ化水素がこれらの温度で安定しているのに対し、40°C で分解するヨウ化水素の例で見ることができます。

再び室温では、水素のハロゲン化物はガス状で存在しますが、フッ化水素はこの温度で容易に液化する可能性があります。ハロゲン化水素ガスは無色であることがわかっていますが、湿った空気では、ハロゲン化水素酸の液滴が生成されるため、白い煙が発生します。フッ化水素 (HF) は、融点と沸点が高いため例外です。これは、強い水素結合が存在するためです。この特性は、他のハロゲン化水素には見られません。

ハロゲン化水素の沸点

フッ化水素は沸点が最も高く、次にヨウ化水素、臭化水素、そして沸点が最も低い塩化水素が続きます。 HF の高沸点は、電気陰性度が双極子を形成するほど大きくないため、他の 3 つのハロゲン化物には見られない水素結合の形成によるものです。ハロゲンのサイズが大きくなるため、沸点が HCl から HI に上昇します。これは、ファン デル ワールス引力がグループの下の方が強く、分子間力に打ち勝つために大量のエネルギーを必要とすることを示しています。したがって、エネルギーが高いほど、ハロゲン化水素の沸点が高くなります。沸点強度は次のように記述できます:

HF>HI>HBr>HCl

ハロゲン化水素の酸強度

Bronsted Lowry の定義によると、塩化水素はプロトンを他の異なる種に移動できる酸を指します。 HCl、HBr、および HI の 3 つすべてが強酸であるのに対し、HF は弱酸です。上記の化合物の酸強度は、pKa 値の減少とともに増加します。これは次のようになります。HF (pKa =3.1)

イオンサイズの傾向がグループの下に増加するにつれて、フッ化水素が弱酸である理由.フッ素はハロゲン系列の一番上に存在するため、これは、F– イオンが最小のハロゲン化物であり、電子が核の周りに配置されて H-F 結合が短くなることを示しています。したがって、これらのタイプのより短い結合は、比較的安定しており、切断するのが困難です。フッ素に続いて、塩素の変化が下降傾向にあります。塩素はより多くの電子を持つより大きな原子であるため、H-Cl 結合はより長く、より弱くなります。水が存在すると、水の部分的に負の酸素と部分的に正の水素の間の静電引力が十分に強くなり、H-Cl 結合が切断され、溶液中のイオンが解離します。 HBr と HI については、同じ理由のみが認められます。より大きい Br– および I– イオンにより、H-Br および H-I 結合は弱くなり、溶液中で解離します。傾向は次のように書くことができます:HF

リアクション

水などの発熱物質と解離したハロゲン化水素は、さまざまな種類の酸を生成します。これらの酸はより強く、ヒドロニウム イオン (H3O+) を生成する水溶液中でイオン化する傾向を反映しています。ホモ抱合は、フッ化水素酸の複雑な酸性強度の主な理由です。

ハロゲン化水素はアンモニアと反応してハロゲン化アンモニウムを形成します

HCl + NH3 → NH4Cl

結論

ハロゲン化水素では、フッ化水素の沸点と融点は、電気陰性度のために他のものよりも高くなります。したがって、HFは水素結合を形成することができます。この記事が、ハロゲン化水素、その合成、特性 (酸性と沸騰の両方)、および反応に関するすべての疑問を解決できたことを願っています。理解を深めるために、いくつかの質問についても説明しました。