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. A quelle colonne du tableau périodique des
éléments appartient la famille des halogènes ?
2. Quels sont les éléments appartenant à cette
famille ?
3. D’où vient leur nom ?
4. 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 |
Corps
simple |
Etat
physique et couleur |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
II.
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- , I-
• Dans trois tubes à essais, verser
respectivement:
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 d'argent (Ag++ NO3-).
1. Schématiser les expériences (voir
ci-contre).
2. Qu’observe-t-on ? Proposer une
explication.
3. Que donnent les ions Cl- , Br- , I- avec l'ion argent Ag+?
4. Ecrire les équations-bilan des trois réactions
de précipitation.
IV.
Action des ions Pb2+ sur les
ions Cl- , Br- , I-
• Dans trois tubes à essais, verser
respectivement:
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-).
1. Schématiser les expériences (voir
ci-contre).
2. Qu’observe-t-on ? Proposer une
explication.
3. Que donnent les ions Cl- , Br- , I- avec l'ion argent Pb2+?
4. Ecrire les équations-bilan des trois
réactions de précipitation.
V.
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).
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) ; polydifluoroéthylène.
§
Chloropolymères : polychlorure de vinyle (PVC) ; polychlorure de vinyle surchloré (PVC-C) ; 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.