Reazioni degli alogeni e formazione di composti alogenati

Le reazioni degli alogeni con gli elementi degli altri gruppi danno, come prodotti di reazione composti alogenati.
Gli alogeni appartengono al  Gruppo VII della Tavola periodica che secondo la nomenclatura I.U.P.A.C. moderna è identificato come gruppo 17.

A tale gruppo appartengono gli elementi fluoro, cloro, bromo, iodio e l’astato che è l’unico gruppo contenente elementi che nelle condizioni Standard hanno tre stati di aggregazione diversi: il fluoro e il cloro sono infatti gassosi rispettivamente di colore giallo e verde, il bromo è un liquido rosso mentre iodio è un solido viola e l’astato è anch’esso un solido radioattivo presente in natura in piccole quantità.

Gli alogeni esistono come molecole biatomiche e hanno alta energia di ionizzazione il loro gruppo contiene elementi ad alta elettronegatività. La loro configurazione elettronica esterna è ns², np⁵ e pertanto tendono ad acquistare un elettrone. Gli alogeni il cui nome deriva dal greco αλς e γεν  ovvero formatori di sali reagiscono con i metalli del Gruppo 1 e del Gruppo 2 e con metalli di altri gruppi.

Reazioni degli alogeni con gli elementi dei vari gruppi

Gruppo 1

Tutti i metalli alcalini reagiscono vigorosamente con gli alogeni per dare sali e, tra essi, i più importanti a livello industriale sono il cloruro di sodio e il cloruro di potassio:

2 Na_(s) + Cl_2(g) → 2 NaCl_(s)

Il cloruro di sodio viene usato come condimento e come conservante degli alimenti sebbene sia usato soprattutto in molti processi industriali oltre che come fondente: infatti è in grado di sciogliere neve e ghiaccio, abbassare la temperatura di congelamento dell’acqua e prevenire la formazione di ghiaccio.

Il cloruro di potassio è impiegato in prevalenza nella produzione di fertilizzanti in quanto ha la funzione di stimolare la crescita delle colture.

I sali degli alogeni con i metalli alcalini sono tutti solidi bianchi cristallini e solubili in acqua ad eccezione del fluoruro di litio a causa dell’alta energia reticolare dovuta alla forte attrazione elettrostatica tra Li⁺ e F^–.

Gruppo 2

Le reazioni degli alogeni con i metalli alcalino-terrosi reagiscono per dare alogenuri idrati che sono tutti ionici ad eccezione di quelli in cui è presente il berillio. La reazione di formazione dei sali è la seguente:
M_(s) + X_2(g) →  MX_2(s)

Tra gli alogenuri dei metalli del secondo gruppo si ricorda il cloruro di calcio che in soluzione acquosa viene usato nelle salamoie degli impianti frigoriferi. Viene impiegato anche nell’industria chimica, nel settore delle materie plastiche e delle polveri fluorescenti; trova impiego nell’industria agro-alimentare, nel settore caseario, in quello conserviero, nella rimineralizzazione delle acque e in agricoltura.

Gruppo 13

Le reazioni degli alogeni con gli elementi del gruppo 13 danno trialogenuri che agiscono da acidi di Lewis in quanto l’elemento legato all’alogeno non ha l’ottetto completo ed è quindi un accettore di elettroni. In particolare il cloruro di alluminio dimerizza ad Al₂Cl₃ e si ritiene che l’alluminio agisca da acido di Lewis legandosi a uno degli atomi di cloro di un’altra molecola

Il cloruro di alluminio reagisce con le basi di Lewis per formare un addotto come nel caso della reazione con il dietiletere:
AlCl₃ + CH₃CH₂OCH₂CH₃ →Al(C₂H₅)₂OCl₃

Gruppo 14

Le reazioni degli alogeni con gli elementi del gruppo 14  danno tetraalogenuri  aventi formula generale MX₄ come CCl₄, SiCl₄, GeCl₄, SnCl₄, PbCl₄ sebbene gli elementi Ge, Sn e Pb possono dare dialogenuri. I tetraalogenuri del carbonio come CCl₄ non possono essere idrolizzati mentre gli altri tetraalogenuri sono idrolizzabili.

Il silicio reagisce con gli alogenuri per dare composti dalla formula SiX₄; in particolare SiF₄ è un gas, SiCl₄ e SiBr₄ sono liquidi mentre SiI₄ è un solido cristallino. Il cloruro di stagno (II) è un buon riducente ed è pertanto usato come agente di corrosione nella stampa su tessuto.

Gruppo 16

Lo zolfo reagisce con tutti gli alogeni ad eccezione dello iodio.

L’esafluoruro di zolfo può essere ottenuto dagli elementi secondo la reazione:
S₈ + 24 F₂ →8 SF₆

L’esafluoruro di zolfo è usato come mezzo dielettrico gassoso dall’industria elettrica e come riempitivo per vetri isolanti.

Il tetrafluoruro di zolfo è usato come agente fluorurante e come oleorepellente.

Il dicloruro di zolfo è un liquido rosso usato nella produzione del gas mostarda noto con il nome di iprite il cui  nome I.U.P.A.C.  è solfuro di 2,2′-diclorodietile:
SCl₂ + 2 C₂H₄ → S(CH₂CH₂Cl)₂

Fu usato per la prima volta il 12 luglio 1917  durante la prima guerra mondiale ad opera dell’esercito tedesco. Concentrazioni di 0,15 mg di iprite per litro di aria  risultano letali in circa dieci minuti; concentrazioni minori producono gravi lesioni, dolorose e di difficile guarigione.

Il fluoro forma il difluoruro di ossigeno OF₂ in cui l’ossigeno ha numero di ossidazione +2 ed è quindi un forte agente ossidante.

Il cloro si combina con l’ossigeno dando quattro ossidi acidi: Cl₂O, Cl₂O₃, Cl₂O_5, Cl₂O₇. Il monossido di cloro reagisce con l’acqua per dare l’acido ipocloroso:
Cl₂O + H₂O → 2 HClO

Gruppo 17

Gli alogeni formano composti con altri alogeni dando interalogeni come, ad esempio, IBr e BrCl ma possono formare anche molecole poliatomiche come IF₃, BrF₅ e IF₇. In particolare  ClF₃ ottenuto dalla reazione:

3 F₂ + Cl₂ → 2 ClF₃

È un forte agente ossidante e fluorurante, estremamente reattivo sia con composti organici che inorganici compresi vetro e teflon