VII. Hauptgruppe – Überblick

VII. Hauptgruppe – Überblick Übung

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.

• 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.