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化学において、ハロゲン化物（まれにハロゲン化物[1]）は、ハロゲン原子と、ハロゲンよりも電気陰性度が低い（または電気陽性である）元素またはラジカルからなる二成分化合物であり、フッ化物、塩化物、臭化物、ヨウ化物、アスタチド、または理論的にはテネシド化合物を生成します。アルカリ金属は適切な条件下でハロゲンと直接結合し、一般式MX（X = F、Cl、BrまたはI）のハロゲン化物を形成します。多くの塩はハロゲン化物です。halideおよびhaliteのhal-音節はこの相関関係を反映しています。
ハロゲン化物イオンは、負の電荷を帯びたハロゲン原子である。天然に存在するハロゲン化物陰イオンには、フッ化物（F −）、塩化物（Cl −）、臭化物（Br −）、ヨウ化物（I −）があり、アスタチン（At − ）は遊離アスタチンを還元することで生成されます。[2]ハロゲン化物イオンは、すべてのイオン性ハロゲン化物塩およびハロゲン化鉱物に存在します。
ハロゲン化物は、無色で高融点の結晶性固体であり、生成エンタルピーが非常に負の値です。
歴史
「ハロゲン」という名前は、ギリシャ語の「海塩」（hal-）と「生成する」（-gen）の語源に由来しており、これらの元素が海塩のような類似の特性を持つ二元化合物を形成する能力を示しています。通常、ハロゲン化物アニオンと金属カチオンからなるこれらの二元化合物は、ハロゲン化物の中で最も一般的なものです。[3]
ハロゲン化物化合物は人類の歴史の大部分において十分に文書化されてきました。聖書ほど古い記録には岩塩（NaCl）の重要性への言及があり、その使用の証拠はそれよりずっと古く、中世の科学者は塩酸（HCl）と硝酸の混合物を使用して金を溶かしました。[3]
ハロゲン種は、その反応性のため、天然ではほぼ例外なくハロゲン化物アニオンとして存在します。このため、一般的なハロゲン化合物は、初めていくつかのハロゲン種を単離するために使用されました。1774年、カール・ヴィルヘルム・シェーレは、塩化ナトリウム（NaCl）を硫酸および二酸化マンガンと反応させて、初めて元素塩素ガスを単離し、同定しました。同様に、アンリ・モアッサンは、1886年にフッ化水素カリウム（KHF 2）をフッ化水素酸（HF）中で電気分解して元素フッ素を調製しました[4]。
プロパティ
一般的に、ハロゲン化物には 4 つの種類があります。
- ハロゲン化水素：（水相中のハロゲン化水素酸）
一般式 HX のハロゲン化物 (例: HF、HCl、HBr、HI )。既知のハロゲン化水素はすべて室温では気体ですが、水相ではハロゲン化水素酸として現れることがより一般的です。これらの二元酸は、ハロゲンイオンが水に非常に溶けやすいため強力です。
- アルカリおよびアルカリ土類金属ハロゲン化物:
一般式L i X jで表されるハロゲン化物。ここでLは周期表の第1族または第2族の元素である（例：LiCl、NaCl、NaBr、MgBr 2、CaCl 2）。これらの化合物はイオン塩であり、水に溶けます。室温では固体であり、非常に高い融点を持っています。[5]
ハロゲン化物は一般式 M i X jで表され、M は周期表の第 3 - 11 族の元素です (例: AgCl、CuCl、 CuCl 3、TiCl 4 )。これらの化合物は通常水に溶けますが、化合物は金属と配位しているため、水配位子が錯体に結合して水和物を形成します。通常、これらの化合物は高い融点を持ちます。金属には異なる酸化状態もあり、i と j の値が異なるマトリックスが生成される可能性があります[6]。たとえば、CrCl 2、CrCl 3、 CrF 4、および CrF 5はすべて、異なる配位構造が可能な有効な化合物です。
- 非金属ハロゲン化物:
一般式N i X jで表されるハロゲン化物。ここでNは周期表の12 - 18族の元素である（例：AlCl 3、SiCl 4、OF 2、PCl 3、PCl 5、XeF 4）。通常、これらの化合物は水に溶けません。一部の非金属ハロゲン化物は、比較的不安定なため、水と反応します。通常、それらの融点は比較的低くなります。非金属元素は幅広い特性を持っているため、非金属の特性はさまざまです。[6]
ハロゲン化物構造配置
固相では、ハロゲン化物は次のような分子間構造に配列されます。
- 結晶性ハロゲン化物
いくつかのハロゲン化物は格子構造を形成し、イオン力によって分子が所定の位置に固定され、反対の電荷に向かって配向されます。格子はさまざまな形をとることができますが、NaClは立方格子の形をとります。[8]
液相および気相では、結晶性ハロゲン化物はしばしば個別のハロゲン化物構造に分解する。一部の構造は、分子ハロゲン化物として知られるこれらの個別のハロゲン化物構造の倍数に結合して安定化する。例えば、AlCl 3は、アルミニウムが別のモノマーの別の塩素原子と結合し、その逆もまた同様で、四分子結合を形成するため、分子ハロゲン化物である。したがって、室温ではAl 2 Cl 6の形をとる。 [6]
- 高分子（鎖状）ハロゲン化物
分子ハロゲン化物と同様に、構造は他のモノマーと結合することで安定化する可能性がある。一部の化合物は結合を継続して任意の長さの鎖を形成し、1次元、2次元、または3次元にまたがることができる。たとえば、BeCl 2は高温ではモノマーに分解されるが、室温では1次元のポリマーハロゲン化物に固化する。塩素は化合物を橋渡しして電子がより自由に流れるようにし、システムをさらに安定化させる。[6]
- 離散ハロゲン化物構造
UF6のように、さまざまな理由により格子構造や高分子構造を形成できないハロゲン化物はほとんどありません。[9]
擬ハロゲン化物はハロゲン化物に似ていますが、擬ハロゲン（構造的に非常に安定しており、ハロゲンとほぼ同じ特性を持つアニオン化合物）を含んでいます。たとえば、シアン化銀（AgCN）は、シアン化物イオンCNが擬ハロゲンであるため、ハロゲン化銀と同様に反応します。[ 6 ]擬ハロゲンの特性は標準化されていないため、すべての擬ハロゲンがすべての反応でハロゲンの代わりに使用できるわけではなく、その逆も同様です。
テスト
硝酸銀テスト
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希硝酸を加えると、溶液を酸性化し、硝酸銀と希硝酸の溶液を得ることができます。硝酸は、硝酸銀と沈殿物を形成する可能性のある他のイオンを除去します[10]。この溶液を試験対象の化合物に加えると、次の結果が得られます。
この反応で形成される沈殿物は不溶性のハロゲン化銀です。
Ag + aq + Cl − (aq) → AgCl (s)
Ag + aq + Br − (aq) → AgBr (s)
Ag + aq + I − (aq) → AgI (s)
フッ化銀は溶解性があるため、沈殿物が形成されません。
Ag + aq + F − (aq) → Ag + aq + I − (aq)
追加のアンモニア検査
硝酸を使用して沈殿物を生成した後、希薄アンモニア溶液と濃アンモニア溶液の両方を使用して、存在するイオンを確認できます。これにより、次の結果が得られます。
ハロゲン化銀の場合、溶解度積は次のように表されます。
K sp = [Ag + ][X − ]
ここで、角括弧はモル濃度 (mol L -1 ) を表すために使用されます。
これらの値は、以下に示す化合物の溶解度積と比較できます。
計算されたK sp値が溶解度積より小さい場合、沈殿物は形成されません。[11]計算されたK sp値が溶解度積より大きい場合、沈殿物が形成されます。AgFの溶解度積は溶解度が高すぎるため報告できません。
濃硫酸試験
濃硫酸を固体に加えると、ハロゲン化物の検査ができます。この検査では、次の結果が得られます。
この検査ではフッ化物と塩化物を区別することはできないため、代わりに硝酸銀検査が必要になります。
用途
金属ハロゲン化物は、現代の街灯に使用されているようなメタルハライドランプと呼ばれる高輝度放電ランプに使用されています。これらは水銀灯よりもエネルギー効率が高く、オレンジ色の高圧ナトリウムランプよりもはるかに優れた色再現性を備えています。メタルハライドランプは、温室や雨の多い気候で自然光を補うためにもよく使用されています。
ハロゲン化銀は写真フィルムや写真印画紙に使われており、フィルムを現像すると光にさらされたハロゲン化銀が金属銀に還元され、画像が形成されます。
ハロゲン化硫黄、特に塩化硫黄はゴムの加硫に使用され、マスタードガスの合成の原料となる。[12]
ハロゲン化物ははんだペーストにも使用され、通常はClまたはBr相当物として使用されます。[13]
有機合成化学では、多くの場合、ハロゲンを有機ハロゲン化物化合物に組み込みます。
参照
参考文献
- ^ 「ハロゲン化物の定義」www.merriam-webster.com . 2022年1月7日閲覧。
- ^ ブッシュ、マリアンナ・アンダーソン（2003-01-01）、マイヤーズ、ロバート・A.（編）、「ハロゲン化学」、物理科学技術百科事典（第3版）、ニューヨーク：アカデミック・プレス、pp. 197–222、ISBN 978-0-12-227410-7、 2024-11-05取得
- ^ ab Busch, Marianna Anderson (2003-01-01)、Meyers, Robert A. (ed.)、「ハロゲン化学」、物理科学技術百科事典 (第 3 版)、ニューヨーク: Academic Press、pp. 197–222、ISBN 978-0-12-227410-7、 2024-11-05取得
- ^ エムズリー、ジョン（2011年）。自然の構成要素：元素について知っておくべきことすべて（新版、完全改訂版、最新版）。オックスフォード：オックスフォード大学出版局。ISBN 978-0-19-960563-7。
- ^ Huheey, James E.; Keiter, Ellen A.; Keiter, Richard L. (1993).無機化学: 構造と反応性の原理(第 4 版). ニューヨーク、NY: HarperCollins College Publishers. ISBN 978-0-06-042995-9。
- ^ abcdef "4.6: ハロゲンとハロゲン化物". Chemistry LibreTexts . 2018-12-26 . 2024-11-05閲覧。
- ^ Tramsek, Melita; Zemva, Boris (2007-05-22). 「キセノン(II)フッ化物の合成、特性および化学」. ChemInform . 38 (21). doi :10.1002/chin.200721209. ISSN 0931-7597.
- ^ Wiley-VCH 編 (2003-03-11). Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry (第 1 版). Wiley. doi :10.1002/14356007.a24_317.pub4. ISBN 978-3-527-30385-4。
- ^ ab スコット、ロバート A. 編 (2012-02-01)。無機および生無機化学百科事典 (第 2 版)。Wiley。doi :10.1002 / 9781119951438.eibc0078.pub2。ISBN 978-1-119-95143-8。
- ^ 「ハロゲン化物イオンの検査」www.chemguide.co.uk . 2024年11月5日閲覧。
- ^ 「ハロゲン化物イオンの検査」Chemistry LibreTexts 2013-10-03 . 2024-11-05閲覧。
- ^ Dirican, Dilcan; Pfister, Nils; Wozniak, Martin; Braun, Thomas (2020-06-02). 「遷移金属化合物に対する二元および三元ハロゲン化硫黄の反応性」. Chemistry – A European Journal . 26 (31): 6945–6963. doi :10.1002/chem.201904493. ISSN 0947-6539. PMC 7318666 . PMID 31840851.
- ^ 「ハロゲンフリーはんだペースト」(PDF) 。 2012年3月17日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年3月21日閲覧。