ETUDE DE LA FAMILLE DES HALOGÈNES
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ETUDE DE LA FAMILLE DES HALOGÈNES OBJECTIF: montrer que les éléments chimiques d'une même famille d'éléments ont des propriétés chimiques identiques. I. La famille des halogènes Les éléments chlore, brome et iode font partis de la famille des halogènes. 1. 2. 3. 4. A quelle colonne du tableau périodique des éléments appartient la famille des halogènes ? Quels sont les éléments appartenant à cette famille ? D’où vient leur nom ? On considère les éléments des trois premières lignes : quelle est leur structure électronique ? Qu’ont-elles en commun ? On note les éléments halogènes par la lettre X. 5. Les halogènes ont tendance à capter un électron pour former l'ion halogénure X : donner la structure électronique de l'ion X -. 6. Quels sont les corps simples (espèces chimiques formées que d’un même élément) associés aux éléments chlore, brome et iode ? Pourquoi ? 7. Compléter le tableau suivant: Nom et symbole de l’élément II. Corps simple Etat physique et couleur Solubilité de Cl2 , Br2, et I2 Les corps simples Cl2 , Br2, et I2 peuvent se dissoudre dans l’eau pour former des solutions appelées eau d’halogènes. • Dans trois tubes à essais, A, B et C verser respectivement : 3 mL d'eau de dichlore dans A 3 mL d'eau de dibrome dans B 3 mL d'eau de diiode • Ajouter dans chaque tube environ l mL de cyclohexane. • Faire les schéma des expériences (voir ci-contre) et noter les couleurs des solutions. • Fermer les tubes, agiter et noter les colorations / décolorations des solutions. 1. Où sont situées les phases aqueuses organiques ? Pourquoi ? 2. Que peut-on conclure sur solubilité de C12, Br2 et I2 dans l'eau et dans le cyclohexane ? III. • Action des ions Ag+ sur les ions Cl- , Br- , IDans trois tubes à essais, verser respectivement: 3 mL de chlorure de sodium (Na+ + Cl-) • 1. 2. 3. 4. IV. • 3 mL, de bromure de potassium (K+ + Br- ) 3 mL de iodure de potassium (K+I-) Ajouter dans chaque tube 1 mL de nitrate d'argent (Ag++ NO3-). Schématiser les expériences (voir ci-contre). Qu’observe-t-on ? Proposer une explication. Que donnent les ions Cl- , Br- , I- avec l'ion argent Ag+? Ecrire les équations-bilan des trois réactions de précipitation. Action des ions Pb2+ sur les ions Cl- , Br- , IDans trois tubes à essais, verser respectivement: • 1. 2. 3. 4. V. 3 mL de chlorure de sodium (Na+ + Cl-) 3 mL, de bromure de potassium (K+ + Br- ) 3 mL de iodure de potassium (K+I-) Ajouter dans chaque tube 1 mL de nitrate de plomb (Pb2+ + 2 NO3-). Schématiser les expériences (voir ci-contre). Qu’observe-t-on ? Proposer une explication. Que donnent les ions Cl- , Br- , I- avec l'ion argent Pb2+? Ecrire les équations-bilan des trois réactions de précipitation. Recherche documentaire 1. Dans quelle partie de la vie courante rencontre-t-on certains des halogènes ? Sous quelle forme ? 2. Quels sont leurs autres usages importants ? 3. Connaissez-vous des usages courants de polymères halogénés ? Extraits de Wikipedia : Les halogènes sont une série chimique constituée des éléments chimiques du groupe 17 du tableau périodique aussi appelé groupe VII ou VIIA : le fluor 9F, le chlore 17Cl, le brome 35Br, l’iode 53I et l’astate 85At. Le mot « halogène » vient du grec hals qui veut dire sel, et gene qui porte l'idée d'engendrer. Dans la nature, à 0 °C sous la pression atmosphérique, on les trouve sous forme de molécules diatomiques : à l'état gazeux pour le difluor F2 et le dichlore Cl2, liquide pour le dibrome Br2 et solide pour le diiode I2 et l’astate. Leur configuration électronique est de la forme ns2 np5 : ils possèdent sept électrons dans leur couche électronique la plus extérieure. Cette configuration électronique est plus stable lorsqu’ils gagnent un électron pour former un anion appelé ion halogénure (ion fluorure, ion chlorure, ion bromure, ion iodure et ion astature). 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 1 H He 2 Li Be 3 Na Mg 4 K Ca Sc Ti 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te 6 Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os 7 Fr Ra * Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo V B C N O F Ne Al Si P S Cl Ar Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr Ir I Xe Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn ↓ * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb * Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Usages pratiques Éclairage En réagissant avec le tungstène qui s'oxyde et s'évapore du filament d'une lampe pour former l'halogénure gazeux correspondant, un halogène (généralement le brome ou l'iode) limite le dépôt de tungstène sur les parois de verre de quartz plus froides. Puis l'halogénure de tungstène ainsi formé se décompose sur les points les plus chauds du filament ce qui le régénère et allonge la durée de vie des lampes à halogène. Photographie Selon le type de film photographique, des cristaux de chlorures, bromures et/ou d'iodures d'argent absorbent la lumière de diverses couleurs. Ces cristaux exposés deviennent capables de réagir avec les révélateurs pour former les grains de l'image. Hygiène Le chlore, le brome, l'iode et leurs dérivées comme l'eau de Javel et la teinture d'iode, etc., servent comme désinfectants et comme blanchisseurs (pour le papier et les tissus). Alimentaire Le sel de table est le chlorure de sodium. Les sels de chlore (chlorures) sont nécessaires à la vie terrestre. Les sels d'iode (iodure) sont nécessaires à la santé humaine, (voir glande thyroïde). Le sucralose dérive du chlore et du sucre de canne. Pharmaceutique De très nombreux médicaments contiennent des halogènes ou des pseudohalogènes (par ex, thiocyanate SCN-). Exemples : les agents anesthésiques volatils chloroforme, halothane, enflurane, desflurane, sévoflurane et isoflurane ; le bromure de potassium était utilisé comme somnifère ; le thiocyanate1 comme précurseur de l'anion hypothiocyanite dans le cas de médicament pour le traitement de la mucoviscidose2, exemple Meveol. Polymères halogénés Fluoropolymères : polytétrafluoroéthylène (PTFE) (Téflon) ; polyfluorure de vinyle (PVF) ; polyfluorure de vinylidène (PVDF) ; éthylène tétrafluoroéthylène (ETFE) ; perfluoroalkoxy (PFA) ; polychlorotrifluoroéthylène (CTFE) ; polydifluoroéth ylène. Chloropolymères : polychlorure de vinyle (PVC) ; polychlorure de vinyle surchloré (PVCC) ; polychlorure de vinylidène (PVDC). Solvants halogénés Les hydrocarbures halogénés (fluorés, chlorés, bromés ou iodés) : perchloroéthylène, trichloréthylène, dichlorométhane, chloroforme, tétrachlorométhane (nocifs pour la couche d'ozone). Propriétés physiques Comme pour la plupart des groupes du tableau périodique, les propriétés physiques des groupe 17 (groupe des halogènes) varient progressivement du haut vers le bas du groupe : pour les halogènes, leur température de fusion et leur température d'ébullition croît en même temps que la polarisabilité de leur cortège électronique : plus cette polarisabilité est grande, plus grande est l'énergie requise pour rompre les liaisons intermoléculaires permettant les changements d'états du plus condensé au moins condensé. Réactivité des halogènes Dans cette famille, les éléments réagissent avec des métaux pour former des composés ioniques tels que NaCl et LiF. Les halogènes réagissent aussi avec des non-métaux pour former des composés covalents. Des exemples de composés covalents sont les oxacides (ex. : HClO3), les oxydes halogénés (ex. : Cl2O) et les halogénures non-métalliques (ex. : ClF). D’ailleurs, la raison pour laquelle les halogènes sont très réactifs est expliquée par le fait que les éléments du groupe 7A doivent juste gagner un électron pour remplir leur orbitale de valence p et ainsi compléter l’octet. Ceci peut être fait de deux façons : gagner un électron provenant d’un métal, pour former un ion négatif tandis que le métal formera un ion positif ; partager un électron avec un non-métal pour former une liaison covalente. En se déplaçant de haut en bas dans le groupe 7A, il y a une augmentation du rayon atomique et une diminution de l’électronégativité. Les halogènes possèdent la plus grande variation d’électronégativité de tous les groupes du tableau périodique (selon l’échelle de Pauling, XF = 4,0, XAs = 2,2). Dans la plupart des réactions, ces éléments agissent comme agents d’oxydation. Aussi, les halogènes qui sont plus haut dans le groupe peuvent oxyder les anions halogénures qui sont plus bas : F2 (g) + 2X- (aq) → 2F- (aq) + X2 (aq) où X= Cl, Br, I. Donc, la capacité d’oxydation de X2 diminue lorsqu’elle descend du groupe 7A tandis que la capacité de réduction de X– augmente lorsqu’elle descend du groupe. Plus l’ion est gros, plus il est facile de perdre un électron. Les propriétés périodiques et les halogènes Dans ce groupe, la configuration électronique est ns2 np5. Ces éléments possèdent une orbitale p à moitié pleine capable de recevoir un électron provenant d’un autre élément, tel un alcalin. Pour le groupe des halogènes : le rayon atomique et le rayon ionique augmentent de haut en bas ; l’énergie d'ionisation et l’électronégativité diminuent de haut en bas.
