الهالوجينات

الهالوجينات / Halogens

الهالوجينات هى سلسلة كيميائية . وتتكون من العناصر الموجودة فى المجموعة 17 والتى كانت تسمى قديما ( VII or VIIA ) من الجدول الدوري وهى : الفلور , الكلور , البروم , اليود , الأستاتين والأنون سيبتيوم . ويعنى أصل كلمة هالوجين بالإغريقية إلى مكون الملح .

جزيئات هذه العناصر ثنائية الذرة فى حالتها الطبيعية . وتحتاج إلى إلكترون واحد لملئ غلافها الإلكتروني الأخير , ولذا فإنها تميل لتكوين أيون سالب أحادى الشحنة . وهذا الأيون السالب يسمى بأيون الهاليد , فالأملاح التى تحتوى الأيونات تسمى هاليدات .

الهالوجينات عالية النشاط الكيميائي . ولذا فإنها يمكن أن تكون مضرة للكائنات الحية . الكلور واليود يتم إستخدامها كمهطر فى عديد من الإستخدامات مثل : ماء الشرب , أحواض السباحة , الجروح الحديثة , الصحون , السطوح .فلهما القدرة على قتل البكتريا والكائنات الدقيقة الأخرى التى قد تكون ضارة , فيما يسمى بعملية التطهير . كما يتم إستخدام خاصية النشاط الكيميائي فى عملية التبييض . الكلور هو المكون النشيط لمعظم مبيضات الأقمشة ويستخدم فى معظم المنتجات الورقية .

يتحد أيون الهاليد مع ذرة هيدروجين لتكوين الأحماض الهيدرولية ( HF , HCl , HBr , HI ) , وهى سلسلة من الأحماض القوية . ( يمكن أن يوضع أيضا HAt حمض الهيدراستاتيك كان يجب أن يوضع معهم ولكن نظرا لأن ليس ثابت على الإطلاق من ناحية تحلل ألفا فإنه لا يوضع معهم .

كما أن الهالوجينات تتفاعل مع بعضه ليتنتج بين الهالوجينات ومركب ين الهالوجين ثنائى الذرة وله صفات مشابهه للهالوجينات .

كثير من المركبات العضوية مثل البوليمرات والبلاستيك و بعض المكبات العضوية الطبيعية تحتوى على ذرات هالوجين وتعرف هذه المركبات بالمركبات المتحدة مع الهالوجينات . الكلور حتى الآن أكثر الهالوجينات وفرة كما ان الحاجة له كبيرة للغاية ( أيون الكلوريد ) فى جسم الإنسان . فمثلا يقوم الكلور يلعب دور أساسي فى بعض العمليات التى تتم فى المخ حمض جاما-أمينو بيوتيرك , كما يستخدمه الجسم لإنتاج حمض المعدة . كما يستخدم اليود لإنتاج هرمونات الثايرود مثل ثايروكسين . ومن ناحية أخرى لا يعتقد بأن الفلور أو البروم يلعبا دور مهم فى جسم الإنسان , على الرغم من أن كميات ضئيلة من الفلور يمكن أن تقوم بتبييض الأسنان .

ويلاحظ ان الهالوجينات لها إتجاه يمكن رصده عند النزول فى المجموعة , فإنه يلاحظ أن السالبية الكهربية والنشاطية تقل , أما درجة حرارة الغليان والإنصهر تزيد .

الفلور (الإسم مشتق من اللاتينية "fluere" والتى تعنى السريان) هو عنصر كيميائي في الجدول الدوري يرمز له بالرمز F وعدده الذري 9 ، ويكون في الحالة الغازية في درجة حرارة الغرفة. له تأثير سام على الكائنات الحية ولونه أصفر-أخضر شاحب, غاز أحادي التكافؤ وهو أكثر الهالوجينات الغازية نشاطا . والفلور بشكل نقي خطرا جدا ويسبب حروقا كيميائية شديدة عند ملامسته للجلد.

الصفات المميزة
الفلور النقي غاز أصفر شاحب أكال, عامل مؤكسد قوي. وهو أكثر العناصر نشاطية وسالبية كهربية على الإطلاق, ويكون مركبات بسرعة مع العناصر الأخرى. كما أن الفلور يتحد مع الغازات النبيلة مثل الكربتون, والزينون , وال[برادون]]. وحتى فى الظلام, والبرودة, يتفاعل الفلور بشدة مع الهيدروجين. وأمام تدفق لغاز الفلور, يحترق كل من الزجاج, والفلزات, والماء بلهب مضيء. وهو نشيط لدرجة لأن يوجد فى حالته العنصرية وله إنجذاب لمعظم الفلزات, بما فيها السيليكون, ولذلك لا يمكن تحضيره أو تخزينه فى أنية زجاجية. وفى الهواء الذى يحتوى على بخار الماء يتفاعل بسرعة مع الماء لينتج حمض هيدروفلوريك شديد الخطورة.

وفى المحاليل المائية, يتواجد الفلور عامة كأيون الفلوريد ion F-
الفلورايدات هى مركبات التى يرتبط فيها الفلور مع مشابه له شحنة موجبة. وغالبا ما تتكون من الأيونات. وتكون مركبات الفلور مع الفلزات من أثبت الأملاح.

الإستخدامات
يستخدم الفلور فى إنتاج اللدائن ذات الأحتكاك القليل مثل التيفلون, وفى الهالون ألكانات مثل الفريون. ومن إستخداماته الأخرى:

حمض الهيدروفلوريك (HF) يستخدم للحفر على الزجاج فى المصابيح والمنتجات الأخرى.
الفلور أحادي الذرة يستخدم فى رماد البلازما فى تصنيع أشباه الموصلات.
ومع مركباته يستخدم الفلور فى إنتاج اليورانيوم (من الهيكسافلورايد), وفى أكثر من الكيمويات الفلورية, منها اللدائن التى تتحمل درجة الحرارة العالية.
يستخدم هيدرو كلورو فلورو كربون بكثرة فى مكيفات الهواء وفى التبريد. وقد تم حظر إستخدام كلورو فلورو كربون نظرا لوجود شك فى أنه سبب فى ثقب الأوزون.
سادس فلوريد الكبريت خامل للغاية (وعلى غير عادة مركبات الفلور) غير سام. وهذه المجموعة من المركبات فعالة ومهمة فى الصوب الزجاجية.
بوتاسيوم هيكسا فلورو ألومينات, والذى يسمى أيضا كريوليت يستخدم التحليل الكهربي للألومنيوم.
فلوريد صويوم يستخدم كمبيد للحشرات, وخاصة الصراصير.
بعض أوان الفلوريدات تضاف لمعجزن الأسنان, كما أنها تضاف للمياه العمومية لمنع تسوس الأسنان.
كما أن الفلور كان يستخدم قديما للمساعدة فى إذابة مصهور المعادن, ومن ثم فلور-18 النظير النشيط إشعاعيا الذى ينبعث منه البوزيترونات, غالبا ما يستخدم فى التصوير بإنبعاث البوزيترون نظرا لأن له فترة عمر نصف تبلغ 110 دقيقة.
دارت بعض الأبحاث – متضمنة علمء الفضاء الأمريكان فى أوائل الستينات من القرن العشرين- بدراشة الفلور فى حالته العنصرية ليكون وقود للصواريخ نظرا لقوة دفعه الفائقة. وقد فشلت هذه التجارب نظرا لصعوبة التعامل مع الفلور.

تاريخ الفلور
الفلور فى شكل الفلورسبار (فلوريد كالسيوم|فلوريد الكالسيوم]]) تم وصفه عام 1529 بواسطة جورج أجريكولا لإستخدامه كصهور, وهى المادة التى تستخدم لدفع عملية إنصهار المعادن والأملاح. وفى عام 1670 وجد شواندهارد أن الزجاج يحدث به حفر عند تعرضه للفلورسبار الذى تم معالجته بحمض. وقد قام كثيرون بتجارب على حمض الهيدروفلوريك, الذى يتم الحصول عليه بسهولة بمعاملة فلوريد الكالسيوم (فلورسبار) بحمض كبرتيك مركز, ومنهم كارل شيلي, همفرى دافى, جوزيف لويس جاى-لوساك, أنتونى لافوازير, لويس ثينارد.

وتم أخيرا إكتشاف أن حمض الهيدروفلوريك به عنصر لم يكتشف بعد. وهذا العنصر لم يتم عزله لعدة سنين بعد ذلك نظرا لنشاطه الفائق- وعند فصله من مركباته بصعوبة بالغه فإنه يهاجم المادة الباقية من المركب فى الحال. وأخيرا فى عام 1886 تم عزل الفلور عن طريق هنرى مويسان بعد 74 عام تقريبا من المحاولات. وقد كلفت هذه المحاولات عديد من الباحثين صحتهم, أو حتى حياتهم, وقد حصل مويسان على جائزة نوبل فى الكيمياء عام 1916.

وأول إنتاج كبير للفلور كان عند إنتاج القنبلة الذرية مشروع مانهاتن فى الحرب العالمية الثانية حيث تم إستخدام المركب هيكسا فلوريد اليورانيوم (UF6) لعزل U-235 , و U-238نظائر اليورانيوم. وفى هذه الأيام يتم إستخدام (UF6) الغازي فى عمليتي الإنتشار الغازي, وطرد الغاز مركزيا لإنتاج اليورانيوم الغني للتطبيقات التى تستخدم القوة النووية

مركبات الفلور
يحل الفلور في كثير من الأحيان محل الهيدرجين في المركبات العضوية ، ولذلك فإن الفلور يتمكن من الدخول في عدد هائل من المركبات. مركبات الفلور وبينها لاغازات النبيلة تم تصنيعها لأول مرة عن طريق نيل بارتليت فى عام 1962 – زينون هيكسا فلورو بلانتينات XePtF6 كان اولها. ثم تم تصنيع فلوريدات الكرتون والرادون بعد ذلك.

هذا العنصر تم الحصول عليه من فلوريت, كريوليت, فلوروأباتيت شاهد أيضا: فلورو كربون

الإحتياطات
يجب التعامل مع الفلور وHF بحرص شديد ولا يجب أن يكون لهما أى تلامس مع الجلد والعين. ويجب تخميد كل المعدات قبل إستخدمها معهم.

كل من الفلور فى حالته العنصرية, وأيون الفلوريد فى غاية السمية. والفلور له رائحة لاذعة مميزة ويمكن تمييزها فى التركيزات القليلة حتى 20 nL/L. وينصح بان يكون أقصى تركيز لتعرض الشخص البالغ له لفترة عمل تبلغ 8 ساعات 1 µL/L(جزء فى المليون بالحجم), أى أقل من سيانيد الهيدروجين.

وعموما, فإن التعامل آمن مع الفلور يمكن من نقله بكميات كبيرة.

الكلور : (من الأصل الإغريقي "كلاروس" والذي يعني الأخضر الشاحب) هو عنصر كيميائي له العدد الذري 17، والرمز Cl. وهو من الهالوجينات ويوجد في المجموعة 17 في الجدول الدوري للعناصر. ونظرا لأنه جزء من ملح الطعام ومركبات أخرى، فإنه متوفر طبيعيا، وهام لمعظم أشكال الحياة، بما فيها الجسم البشري. وغاز الكلور أصفر مخضر، وهو أقل كثافة من الهواء بمرة ونصف، وله رائحة كريهة، كما أنه سام للغاية. وهو عامل مؤكسد قوي، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)، كما أنه عامل مطهر.

الصفات المميزة
الكلور في حالته العنصرية النقية، غاز أصفر مخضر ثنائي الذرة Cl2.

وهذا العنصر من سلسلة الهالوجينات المكونة للأملاح، ويتم استخلاص الكلور عن طريق الأكسدة وأيضا بطريقة التحليل الكهربي الشائعة. ويتفاعل الكلور بسرعة تقريبا مع كل العناصر الأخرى. وفي درجة 10° C فإن لتر من الماء يمكن أن يذاب فيه 3.1 لتر من الكلور وفي درجة 30° C يمكن إذابة 1.77 لتر فقط.

نص عريض==الاستخدامات== الكلور من الكيماويات المهمة في تنقية الماء، مبيد جراثيم، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)، غاز الخردل.

يستخدم الكلور في تصنيع كثير من المنتجات التي تستخدم بصفة يومية.

يستخدم (في شكل حمض هايبوكلوروس) لقتل البكتريا والأشكال الأخرى من الجراثيم في ماء الشرب وأحواض الاستحمام. وحتى مصادر الماء الصغيرة يتم كلورتها بصفة دورية.
يستخدم بكثرة في المنتجات الورقية، المواد المطهرة، الصبغات، الطعام، مبيد حشرات، الدهانات، منتجات النفط، اللدائن، الطب، الأقمشة، المذيبات، وعديد من المنتجات الاستهلاكية.
يتم استخدام الكلور بكثرة في الكيمياء العضوية كعامل مؤكسد وكمجموعة استبدال لأن الكلور غالبا ما ينتج عنه الخصائص المطلوبة للمركبات العضوية عند استبداله للهيدروجين (كما في إنتاج المطاط الصناعي).

الاستخدامات الأخرى تتضمن إنتاج الكلورات الكلوروفورم، رباعي كلوريد الكربون، كما يستخدم في إنتاج البروم.

تاريخ الكلور
الكلور (كلمة إغريقية χλωρος، ، تعني أصفر مخضر) تم اكتشافه عام 1774 م عن طريق كارل وليهلم شيلي، الذي ظن بطريق الخطأ أنه يحتوى على الأكسجين. وتم تسمية الكلور عام 1810 بواسطة همفرى دايفي، الذي أصر في ذلك الوقت أنه عنصر كيميائي.

تواجد الكلور
يتواجد الكلور في الطبيعة فقط على هيئة أيون كلوريد. وتمثل الكلوريدات حجم كبير من الأملاح الذائبة في المحيطات، تقريبا 1.9 % من كتلة ماء البحر عبارة عن أيونات كلوريد. كما أنه توجد نسب أعلى من أيونات الكلوريد ذائبة في البحر الميت وفي ترسبات الماء شديد الملوحة.

معظم الكلوريدات ذائبة في الماء، ولذلك فإن الكلوريدات الصلبة تتواجد في الأماكن ذات المناخ الجاف، أو في عمق الأرض. ومن الأملاح المعروفة للكلور "الهالايت" (كلوريد الصوديوم)، "سيلفايت" (كلوريد البوتاسيوم) ، "كارنالايت" كلوريد بوتاسيوم منجنيز سداسي الهيدرات.

وفي الصناعة يتم إنتاج الكلور غالبا بالتحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم الذائب في الماء. وينتج مع الكلور في عملية ألكلة الكلور غاز الهيدروجين، هيدروكسيد الصوديوم، طبق للمعادلة الآتية:

NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH
مركبات الكلور
مركبات الكلور تتضمن الكلوريد، الهيبوكلوريتات، الكلوريتات، البيركلورات، كلورامينات.

نظائر الكلور
يوجد نظيران أساسيان وثابت للكلور، ولهما كتلة 35، 37، ويوجدا بنسبة 1:3 على الترتيب، مما يعطى ذرة الكلور في الإجمالي الكتلة 35.5. وللكلور 9 نظائر بكتل تتراوح من 32 إلى 40. ويتواجد 3 فقط من هذه النظائر بصورة طبيعية: النظير Cl-35 (75.77%)، Cl-37 (24.23%)، النظير نشيط إشعاعي Cl-36. نسبة Cl-36 للكلور الثابت في الطبيعة تقريبا تساوي 700*10-15 إلى 1. ويتم إنتاج Cl-36 في الغلاف الجوي عن طريق تشظي الأرجون-36 بالتفاعل مع بروتونات الأشعة الكونية. وفي الطبقات السفلى للغلاف الجوي يتكون Cl-36 في المقام الأول كنتيجة لأسر النيوترون بواسطة Cl-35 أو عن طريق أسر الميون بواسطة الكالسيوم-40. ويضمحل Cl-36 إلى الكبريت-36 والأرجون-36، وبعمر نصف مشترك يبلغ 308،000 عام. وعمر النصف لهذه النظائر المحبة للماء وغير النشيطة يجعلها مناسبة تحديد زمن جيولوجي في المدى من 60،000 إلى مليون سنة. كما أن الكميات الكبيرة من Cl-36 أنتجت عن طريق تعرض ماء البحر للإشعاع الناتج من الأسلحة النووية التي تم استخدامها في الفترة من 1952 إلى 1958. وزمن تواجد Cl-36 في الغلاف الجوي تقريبا أسبوع واحد. وعلى هذا، فإنه يستخدم لتحديد الماء الموجود في التربة والماء الجوفي في فترة الخمسينات من القرن العشرين. وعلى هذا فإن Cl-36 يستخدم للتعرف على الماء الأحدث من هذا التاريخ. ويستخدم الجيولوجين Cl-36 للتعرف على زمن الثلوج والرسوبيات.

الاحتياطات
يسبب الكلور تهيج في الجهاز التنفسي وخاصة للأطفال وكبار السن. وفي حالته الغازية فإنه يسبب تهيج الغشاء المخاطي وفي حالته السائلة يسبب حروق للجلد. ويتطلب وجود 3.5 جزء في المليون منه للتعرف على رائحته، ولكنه يتطلب وجود 1000 جزء في المليون أو أكثر ليصبح خطر. ولذلك تم استخدام الكلور في حالته الغزية في الحرب العالمية الثانية كسلاح كيميائي. شاهد استخدام غاز سام في الحرب العالمية الأولي.

ولذلك لا يجب أن لا تتعدى نسبة الكلور 0.5 جزء في المليون (للشخص البالغ لفترة عمل تبلغ 8 ساعات – 40 ساعة عمل في الأسبوع تقريبا).

التعرض الكثير للتركيز العالي (ليس مميتا) من الكلور يسبب وجود مياه في الرئة. والتعرض للتركيزات المنخفضة لفترات طويلة لغاز الكلور يؤدى لضعف الرئة، ويجعلها أسهل تأثرا بأمراض الرئة الأخرى.

ويمكن تكون غازات سامة عند خلط المبيضات مع البول، الأمونيا أو أي منتجات تنظيف أخرى. وتتكون هذه الغازات من خليط من غازات الكلور، الكلورامين، ثلاثي كلوريد النيتروجين: وعلى هذا يجب الاحتياط لعدم حدوث مثل هذه التركيبات.

العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور
يمكن استخلاص غاز الكلور عن طريق التحليل الكهربي لمحلول كلوريد الصوديوم، مثلا من الماء شديد الملوحة. وهناك 3 طرق لاستخلاص الكلور بالتحليل الكهربي في الصناعة.

التحليل الكهربي عن طريق خلية الزئبق
التحليل الكهربي عن طريق خلية الزئبق كانت أول الطرق المستخدمة لإنتاج الكلور في الصناعة. ويتم وضع أنود تيتانيوم فوق كاثود زئبق، ووضع محلول كلوريد الصوديوم بينهما. وعند تمرير التيار الكهربي، ينطلق الكلور عند أنود التيتانيوم، بينما يذوب الصوديوم في كاثود الزئبق مكونا ملغم.

ويمكن تحويل الملغم إلى زئبق مرة أخري بتفاعله مع الماء، مما ينتج الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم. وهما منتجان ثاونيان نافعان.

وهذه الطريقة تتطلب طاقة كبيرة، كما توجد محاذير بخصوص انبعاثات الزئبق.

التحليل الكهربي الحجابي
يتم استخدام حجاب من الحرير الصخري كراسب على كاثود من الحديد ليمنع الكلور المتكون على الأنود وهيدروكسيد الصوديوم المتكون على الكاثود من الاتحاد مرة أخرى.

وتستهلك هذه الطريقة طاقة أقل من خلية الزئبق، ولكن تركيز هيدروكسيد الصوديوم لا يكون كاف للاستفادة به.

التحليل الكهربي الغشائي
يتم تقسيم خلية التحليل الكهربي إلى قسمين عن طريق غشاء يعمل كمبادل أيوبي. يتم وضع محلول كلوريد الصوديوم المشبع في قسم الأنود، بينما الماء المقطر يوضع في قسم الكاثود.

وهذه الطريقة فعالة تقريبا مثل التحليل الكهربي الحجابي، ولكنها تنتج هيدروكسيد صوديوم نقي للغاية.