Die 7. Hauptgruppe des PSE

Halogene - Alkalimetalle - Redoxreaktionen. Weitere Halogene. Unterschiedliches Redoxverhalten der Halogene.

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39. Die 7. Hauptgruppe des PSE

Redoxreaktionen weiterer Halogene

 
 
Fülle drei Reagenzgläser mit 5 ml Bromwasser und vermische mit je einer Spatelspitze Magnesium-, Zink- und Aluminiumpulver. Schüttle nun kräftig und beobachte die Änderung der Farbe
 
Fluor, Chlor, Brom und Iod bezeichnet man als Halogene

Die Elemente Fluor, Chlor, Brom, Iod und Astat stehen in der 7. Hauptgruppe des PSE. Wie das Chlor reagieren auch die anderen Elemente heftig mit Metallen und bilden Salze. Dieser Umstand verlieh ihnen die Bezeichnung »Salzbildner« oder Halogene. Beispielsweise ist Bromwasser eine Lösung von braunem Brom in Wasser - schüttelt man es unter Anwesenheit eines Metalls, so verschwindet die gelbliche Färbung, weil sich das Brom mit dem Metall verbindet.


Oxidation: $ \ \qquad \mathrm { Mg \quad \longrightarrow \quad Mg^{2+} + 2 \ e^{-} } $

Reduktion: $ \ \qquad \mathrm { Br_{2} + 2 \ e^{-} \longrightarrow \; 2 \ {Br}^- } $

Redoxreaktion: $ \ \ \mathrm { Mg + Br_{2} \longrightarrow \ { \underbrace {Mg^{2+} + 2 \ Br^{-}}_{Magnesiumbromid \ (MgBr_2)}} + 518,30 \ kJ } $


Bei der oben formulierten Reaktion entsteht Magnesiumbromid. Da dieses wasserlöslich ist, liegen nun farblose Bromid-Ionen und ebenfalls farblose Magnesium-Ionen im Wasser vor.

 
 
Vermische Magnesium- und Iodpulver und häufe es zu einem flachen Kegel auf. Tropfe nun etwas Wasser dazu.
Bild 1. Beim Auftropfen von Wasser auf ein Gemisch von Magnesium und Iod kommt es zu einer heftigen Reaktion. Durch die Reaktionswärme tritt beim Iod gleichzeitig auch Sublimation ein (Joddämpfe!)
 

Die heftige Reaktion zwischen Magnesium und Iod beruht ebenfalls auf einer Salzbildung:


Redoxreaktion:  $ \mathrm { Mg + I_{2} \longrightarrow \ { \underbrace { Mg^{2+} + 2 \ I^{-}}_{Magnesiumiodid (MgI_2)}} + 360,34 \ kJ } $


 
Formuliere die Umsetzung von Zink und Aluminium in Bromwasser (Zink ist 2-wertig, Aluminium 3-wertig).

Bei der Bildung von Magnesiumchlorid werden 642,74 kJ frei. Vergleicht man die bei der Bildung von MgCl2, MgBr2 und MgI2 freigewordene Wärme, so ist festzustellen, dass die Reaktionsfähigkeit der Halogene mit steigender Atommasse fällt (siehe Tabelle).

 
Lösungen von Kaliumchlorid, Kaliumbromid und Kaliumiodid (Halogene liegen hier als Ionen vor!) werden mit einigen Tropfen Chloroform versetzt und dann mit Chlorwasser bzw. Bromwasser (Halogene liegen hier elementar vor!) kräftig geschüttelt.

Unterschiedliches Redoxverhalten der Halogene

Chlor und Brom sind nach Versuch 4 also in der Lage, aus Iodid-Ionen elementares Iod zu bilden, das sich dann mit roter Farbe in Chloroform auflöst. Das Chlor bzw. das Brom haben dem Iod ein Elektron aus der Außenschale genommen - dadurch wurde das Iodid-Ion zum Iodatom, das Chloratom bzw. das Bromatom aber zum Chlorid-Ion bzw. Bromid-Ion.


$ \quad \mathrm { : {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {Cl}}} \ \cdotp + : {{\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {I}}}: } ^- \ \longrightarrow \ : { {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {Cl}}} : } ^- + \ \cdotp {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {I}}}: } $
Cloratom $\mathrm +$ Iodid-Ion $\mathrm \longrightarrow $ Chlorid-Ion $\mathrm +$ Iodatom


$\quad \mathrm { :{\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {Br}}} \ \cdotp + : { {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {I}}}: } ^- \ \longrightarrow \ : { {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {Br}}} : }^- + \ \cdotp {\overset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {\underset {\Large {\cdotp \ \cdotp}} {I}}}: } $
Bromatom $\mathrm +$ Iodid-Ion $\mathrm \longrightarrow $ Bromid-Ion $\mathrm +$ Iodatom


 
Formuliere in Teilgleichungen die Redoxreaktion zwischen Chloratomen und Bromidionen

Chloratome können also aus Bromid-Ionen elementares Brom freisetzen, jedoch kann Brom aus Chlorid-Ionen kein elementares Chlor bilden.

Wie die Elektronenformeln zeigen, nehmen Chlor und Brom Elektronen auf, während die Iodid-Ionen ein Elektron an die beiden anderen Halogenatome abgeben. Durch das neue Verständnis des Redoxvorgangs wird demnach das Iodid-Ion durch Chlor oder Brom oxidiert (Elektronenabgabe), gleichzeitig wird das Chloratom bzw. das Bromatom reduziert (Elektronenaufnahme).

Diese Reaktionen können dementsprechend als Redoxgleichungen formuliert werden:


Oxidation: $ \ \qquad \mathrm { I \quad \longrightarrow \quad I^{+} + e^{-} } $

Reduktion: $ \qquad \mathrm { Cl + e^{-} \longrightarrow \; Cl^{-} } $

Redoxreaktion: $ \ \ \mathrm { I + Cl \longrightarrow \; I \ + Cl^{-} } $


Oxidation: $ \ \qquad \mathrm { I \quad \longrightarrow \quad I^{+} + e^{-} } $

Reduktion: $ \qquad \mathrm { Br + e^{-} \longrightarrow \; Br^{-} } $

Redoxreaktion: $ \ \ \mathrm { I + Br \longrightarrow \; I \ + Br^{-} } $


Vergleich der Atomradien von Chlor, Brom und Iod
Bild 2. Vergleich der Atomradien von Chlor, Brom und Iod. Mit zunehmender Entfernung der Außenelektronen vom Kern nimmt die gegenseitige Anziehung ab. Die Zahlen beziehen sich auf die Elektronenzahl in den Schalen.

Schaut man sich den Atombau der Halogene an, kann man dieses Reaktionsverhalten gut verstehen. Bei allen Halogenen ist die Außenschale mit 7 Elektronen besetzt. In den einzelnen Hauptgruppen des Periodensystems nimmt der Atom- bzw. Ionenradius der Elemente mit steigender Atommasse zu (Tabelle oben). Die Anziehung der positiven Kernladung auf die Elektronen in der äußersten Schale wird dadurch mit steigender Masse der Atome immer schwächer. Die Folge ist, dass ein Bromatom Elektronen stärker anzieht als ein Iodatom, aber schwächer als das Chloratom.

 
Ähnlichkeit der Eigenschaften steht mit der Ähnlichkeit im Atombau in unmittelbarer Beziehung
 
Mit steigendem Atomradius der Halogenatome sinkt ihr Bestreben, Elektronen aufzunehmen
 
Das Oxidationsvermögen der Halogene sinkt mit der Atommasse

Die chemische Ähnlichkeit der Halogene beruht also auf dem gleichen Bau der äußersten Elektronenschale. Die Zunahme der allgemeinen Reaktionsfähigkeit mit sinkender Atommasse ( = Abnahme des Atomradius) ist damit zu erklären, dass der Atomkern die Elektronen um so stärker anzieht, je näher ihm die äußerste Elektronenschale ist.

Eigenschaften der wichtigsten Halogene.
Halogene Atommasse
(u)
Atomradius
(nm)
Aggregatzustand
bei 20°C
Farbe Löslichkeit
in Wasser
Allgemeine
Reaktions-fähigkeit
Chlor 35,5 0,09 gasförmig gelbgrün
Brom 79,9 0,11 flüssig rotbraun
Iod 126,9 0,13 fest grauschwarz

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