Gli elem enti del gru ppo 1 7 del Sis tema P eriodic o : gli alog eni Caratteristiche e proprietà degli elementi del gruppo 17 ELEMENTO Numero Massa Elettronegatività Punto di Punto di atomico atomica (u) (secondo Pauling) fusione in °C ebollizione in °C Fluoro F 9 18,998 4 -219,62 -188,14 Cloro Cl 17 35,453 3 -100,98 -34,6 Bromo Br 35 79,904 2,8 -7,2 58,78 Iodio I Astato At 53 85 126,904 209,987 2,5 2,2 113,5 302 184,3 337 Gli elementi del gruppo 17, detti alogeni cioè generatori di sali, hanno una configurazione elettronica con 7 elettroni nel guscio più esterno: npx npy npz ns ↑↓ ↑↓ ↑ ↑↓ quindi manca loro un solo elettrone per completare l’ottetto di valenza; questa condizione conferisce agli elementi del gruppo 17 una forte elettronegatività e la tendenza a formare ioni negativi monovalenti: gli ioni alogenuro X-. Gli alogeni sono costituiti da molecole biatomiche e non esistono in natura allo stato elementare. Si possono ottenere per elettrolisi dei loro sali fusi. Le proprietà chimiche e fisiche degli alogeni variano in modo graduale ma significativo con l’aumentare del numero atomico; ad esempio, il punto di fusione e il punto di ebollizione crescono passando dal fluoro allo iodio; per questa ragione, fluoro e cloro allo stato elementare, a temperatura ambiente, sono gassosi, il bromo è liquido, lo iodio è solido; analogamente, l’elettronegatività decresce in modo regolare passando dal fluoro allo iodio. Con l’idrogeno, gli alogeni formano composti binari indicati con il nome collettivo di alogenuri di idrogeno; in soluzione acquosa questi composti manifestano un comportamento acido e sono chiamati acidi alogenidrici: HF: fluoruro d’idrogeno, acido fluoridrico se in soluzione acquosa; HCl: cloruro d’idrogeno, acido cloridrico se in soluzione acquosa; HBr: bromuro d’idrogeno, acido bromidrico se in soluzione acquosa; HI: ioduro d’idrogeno, acido iodidrico se in soluzione acquosa; Sono acidi forti, con l’unica eccezione dell’acido fluoridrico, HF. A temperatura ambiente gli acidi alogenidrici sono tutti allo stato gassoso. Tra gli alogeni il più diffuso è il cloro; quello che presenta caratteristiche chimiche più significative è il fluoro. Il cloro, Cl2, è un gas di colore verdognolo (chloròs in greco significa verde) molto velenoso; per questa sua proprietà è stata la prima sostanza utilizzata come arma chimica, nel 1915, durante la prima guerra mondiale. Oltre all’acido cloridrico, HCl, e allo ione cloruro, Cl-, in cui assume numero di ossidazione -1, il cloro forma composti in cui può assumere svariati numeri di ossidazione, come è possibile vedere dalla seguente tabella: n° di ossidazione 1 3 4 5 7 ossido / anidride Cl2O Anidride ipoclorosa Cl2O3 Anidride clorosa ClO2 Diossido di cloro Cl2O5 Anidride clorica Cl2O7 Anidride perclorica acido HClO Acido ipocloroso HClO2 Acido cloroso Ione ClOIpoclorito ClO2Clorito HClO3 Acido clorico HClO4 Acido perclorico ClO3Clorato ClO4Perclorato Alcuni di questi composti, le anidridi clorosa e clorica in particolare, hanno un’esistenza più che altro virtuale e hanno un’importanza soprattutto didattica per la nomenclatura chimica; altri invece sono composti di rilevante importanza chimica ed industriale; l’acido perclorico, HClO4, è ad esempio un acido forte, con proprietà ossidanti, stabile in soluzione acquosa fino ad una concentrazione del 70% in massa; di tutti il più noto è sicuramente l’ipoclorito di sodio, NaClO, utilizzato in soluzione acquosa come detergente e disinfettante per uso domestico, conosciuto con i nomi candeggina e varecchina. In natura, il cloro è presente soprattutto sotto forma di cloruri; il più diffuso è il cloruro di sodio NaCl (salgemma), il comune sale da cucina. Il cloro viene utilizzato nell’industria per la sintesi di materie plastiche, di insetticidi e di numerosi altri prodotti; viene impiegato come sbiancante e per disinfettare l’acqua. Anche l’acido cloridrico trova numerosi impieghi nell’industria e nei laboratori; in forma molto diluita (al 10% circa) e non particolarmente pura, viene commercializzato con il nome di acido muriatico e viene utilizzato come anti incrostante e come prodotto per la pulizia domestica. Il fluoro, F2, è il più elettronegativo degli elementi (elettronegatività 4 secondo Pauling) e forma composti in cui assume sempre numero di ossidazione -1; è corrosivo rispetto a tutti i materiali, compresi quelli vetrosi; questa proprietà è comune anche all’acido fluoridrico, che reagisce con il diossido di silicio, il principale componente del vetro, con il quale forma un composto gassoso chiamato tetrafluoruro di silicio: SiO2 + 4HF → SiF4 + 2 H2O APPROFONDIMENTO Cianogeno, acido cianidrico, cianuri Il cianogeno è un gas di formula (CN)2 avente struttura N ! C-C ! N; è considerato uno pseudolaogeno a causa del suo comportamento chimico che richiama quello di un alogeno: ad esempio in ambiente alcalino gli alogeni, Cl2, Br2 e I2 tendono a reagire disproporzionandosi secondo la reazione: Cl2 + 2 OH- ! Cl- + ClO- + H2O il cianogeno reagisce in modo simile: (CN)2 + 2 OH- ! CN- + CNO- + H2O Anche i composti derivati dal cianogeno presentano somiglianze con i composti degli alogeni. L’acido cianidrico, HCN, noto anche come acido prussico, viene considerato un idracido, essendo privo di ossigeno; ha formula di struttura H-C ! N, è un acido debole, a temperatura ambiente è un liquido basso bollente (temperatura di ebollizione = 26°C) e sviluppa facilmente vapori con un caratteristico odore di mandorle amare. I sali dell’acido cianidrico sono chiamati cianuri; il più noto di questi è il cianuro di potassio, KCN. Sia il cianogeno, che l’acido cianidrico, che i cianuri sono potenti veleni. L’azione venefica dipende dalla capacità dello ione CN- di legarsi agli atomi di ferro appartenenti ad alcune molecole biologiche, bloccandone in tal modo le funzioni.