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REPUBLIQUE ALGERINNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Université des Sciences et de la

REPUBLIQUE ALGERINNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Université des Sciences et de la Technologie d’Oran MB-USTO Département de Génie des matériaux Génie des procèdes Filière: Chimie minérale Thème 1: Les halogènes Présenté par : Benzeguir Roudaina Besseghier Bakhta 2020/2021 Sommaire : Introduction...................................................................................................1 Généralité ......................................................................................................2 Structure électronique ..................................................................................2 Stabilité des ions ...........................................................................................3 Propriétés physique et chimique ..................................................................4 Réactivité et combinaisons ...........................................................................6 L’utilisation des halogènes dans différents domaines .................................8 Intérêt biologique et thérapeutique .............................................................9 En organique ...............................................................................................10 Les dérivés halogénés .................................................................................11 Utilisation industrielle ……………………………………………………………………………..11 Usage pratique…………………………………….......................................................12 Conclusion ……………………………………………………………………………………………….13 Les références…………………………………………………………….……………………………14 Introduction : Dans cet exposé on parle sur la famille des halogènes qu’sont un groupe dans le tableau périodique composé de cinq éléments chimique : fluor (F), chlore (Cl), brome (Br), iode (I) et astatine (At). Ce groupe est connu sous le nom « groupe 17 ». Le nom «halogène» signifie «production de sel». Lorsque les halogènes réactivent avec les métaux, ils produisent une large quantité de sels, qui inclue le fluorure de calcium, le chlorure de sodium (sel de table), le bromure d'argent et l'iodure de potassium. Le groupe des halogènes est le seul groupe de tableau périodique qui contient des éléments dans trois des principaux états de la matière à température et pression standard. Tous les halogènes forment des acides lorsqu'ils sont liés à l'hydrogène. La plupart des halogènes sont généralement produits à partir de minéraux ou de sels. Les halogènes moyens – chlore, brome et iode - sont souvent utilisés comme désinfectants. Les organobromures sont la classe la plus importante de retardateurs de flamme, tandis que les halogènes élémentaires sont dangereux et peuvent être mortellement toxiques. 1 Généralité : Les halogènes sont les éléments chimiques du 17e groupe du tableau périodique, anciennement appelé groupe VIIA : ce sont le fluor 9F, le chlore 17Cl, le brome 35Br, l’iode 53I, l’astate 85At et le tennesse 117Ts. Ces deux derniers éléments étant très radioactifs, le tennesse étant même synthétique, seuls les quatre premiers sont bien caractérisés, et forment une famille d'éléments chimiques homonyme aux propriétés très homogènes : particulièrement électronégatifs, ils sont chimiquement très réactifs, leur réactivité décroissant lorsque leur numéro atomique augmente ; le fluor est ainsi le plus réactif d'entre eux, formant des composés avec tous les autres éléments chimiques connus hormis l'hélium et le néon. L'astate appartient au groupe des halogènes mais non à la famille des halogènes, étant plutôt classé parmi les métalloïdes compte tenu de ses propriétés physiques davantage métalliques que celles de l'iode ; l'astate peut être vu comme appartenant à la fois à la famille des halogènes et à celle des métalloïdes. Quant au tennesse , il n'a été produit qu'à raison de quelques atomes à la durée de vie très brève — la période radioactive des isotopes 293Ts et 294Ts est de l'ordre de 22 ms et 51 ms respectivement — de sorte que ses propriétés physiques et chimiques macroscopiques sont inconnues : il n'est donc rangé dans aucune famille d'éléments. À 0 °C et à pression atmosphérique, les corps simples de cette famille sont formés de molécules diatomiques. Leur état standard est gazeux pour le di fluor F2 et le di Chlore Cl2, liquide pour le di brome Br2, et solide pour la diode I2. Ils ne se trouvent généralement pas dans la nature sous cette forme, bien que le di fluor ait été identifié dans l'antozonite. Dans la mesure où leur couche de valence contient sept électrons, ils forment facilement des anions, appelés halogénures : fluorure F–, chlorure Cl–, bromure Br– et iodure I–. À l'exception du fluorure d'hydrogène (acide fluorhydrique) HF, leurs composés avec l'hydrogène sont tous des acides forts : l'acide chlorhydrique (solution aqueuse du chlorure d'hydrogène HCl), notamment. Le mot « halogène » est issu du grec ἅλς (hals) signifiant « sel », et γεννάν signifiant « engendrer ». Il a été introduit par Schweigger en 1811 pour désigner le dichlore Cl2, qui était connu pour attaquer les métaux et donner des sels, et Berzelius en a étendu l'usage à l'ensemble de la famille en 1848. Compte tenu de leur très grande réactivité, les halogènes se présentent naturellement essentiellement sous forme de sels comprenant un anion halogénure, comme le fluorure de calcium CaF2, le chlorure de sodium NaCl (sel de table), le bromure d'argent AgBr et l'iodure de potassium KI. On peut cependant également les rencontrer dans des composés non ioniques, voire dans des molécules biologiques, comme l'iode dans les hormones thyroïdiennes, thyroxine et triiodothyronine. Structure électronique : La famille des halogènes comprend les 4 éléments : Fluor F (Z=9); Chlore Cl (Z=17); Brome Br (Z =35); Iode I (Z=53) Tous les éléments de cette famille possèdent sept électrons sur le dernier niveau d’énergie. 2 Pour les halogènes des périodes n = 2 ou 3, la configuration électronique externe est ns2 np5 Pour les halogènes des périodes n = 4, 5 ou 6, cette configuration est ns2 (n-1) d10 np5 Fluor [He] 2s22p5 Chlore [Ne] 3s23p5 Brome [Ar] 3d10 4s24p5 Iode [Kr] 4d105s25p5 Stabilité des ions : Un ion halogénure est un ion négatif (anion) formé à partir d'un élément chimique de la famille des halogènes qui a gagné un électron qu’ils sont: fluorure F–, chlorure Cl–, bromure Br– et iodure I– . Il est aussi produit lors de la dissociation des acides halogénohydriques. Les halogénures sont utilisés dans les lampes halogène, permettant au filament d'atteindre une plus grande température qu'une lampe à incandescence classique. Il y a différents états d’oxydation : Les heptahalogénures Seuls trois composés sont connus dans cet état, il s'agit de l'état d'oxydation le plus élevé des halogénures et il n'existe que pour les fluorures. Les trois composés connus sont formés avec des éléments lourds : IF7, AuF7, ReF7. Ils ont une structure de monomère bipyramide à base pentagonale. Les hexahalogénures On connaît un plus grand nombre de ces composés, principalement à base de chlorures tels que TcCl6, ReCl6... et de fluorures tels que TcF6, RuF6, OsF6... Un seul hexabromure est connu WBr6. Les hexahalogénures possèdent en général une structure de monomères octaédriques. Les pentahalogénures Tous les éléments de la colonne de l'azote (excepté l'azote lui-même) forment des pentafluorures. Par contre, les seuls chlorures stables sont PCl5 et SbCl5. Seul le phosphore peut former des pentaiodures et pentabromures. Il existe pour ce groupe une variété beaucoup plus grande de structures : cinq pour les fluorures et deux pour les 3 autres halogénures. De plus, à partir des pentahalogénures, peuvent apparaître des structures polymériques. Les tétrahalogénures Il a été découvert plus de 70 tétrahalogénures à ce jour. Ils existent avec tous les éléments de la colonne et possèdent une très grande variété de structures possibles. Il apparaît alors des structures polymériques bi- et tri-dimensionnelles. Voici l'exemple de cinq structures pour des éléments du bloc p :  pour un petit élément avec de plus gros halogénures, on a une structure tétraédrique ;  pour un plus gros élément avec de plus petit halogénure, on a une structure bidimensionnelle avec la moitié des halogénures pontants ;  pour S et Se, on forme des tétrachlorures de géométrie bipyramide à base trigonale ;  pour des atomes plus gros, on ne peut avoir qu'un nombre de coordination égal à 4, on a alors une structure polymère de type « cubane » ;  XeF4 a une géométrie plane carrée. Les trihalogénures Les trihalogénures monomères sont plutôt rares : BF3 a un géométrietrigonale plan, NFBF3 une pyramidale à base triangulaire et ClFBF3 une forme T. Lorsqu'ils sont composés de plus gros halogènes et d'atome du blop p, les trihalogénures forment des dimères de structure pentavalente. Les trifluorures de la plupart des métaux adoptent une structure tridimensionnelle de coordinence variable (6 à 9 pour les métaux et 2 à 3 pour le fluor). La plupart des trichlorures, tribromures et triiodures cristallisent en structure en feuillet. Les dihalogénures et monohalogénures Les dihalogénures sont plutôt rares car ils ne suffisent pas à satisfaire la coordinence de l'atome central. Il existe quelques dihalogénures stables monomères : OF2, OCl2, OBr2 car O possèdent deux doublets non liants qui viennent compléter sa coordinence de 4. La plupart des dihalogénures et monohalogénures sont ioniques ou polymères. Propriétés physique et chimique : Propriétés physique : les propriétés physiques des groupe 17 (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. 4 Élément Masse atomique Températur e de fusion Températur e d'ébullition Masse volumique Rayon de covalence Énergie d'ionisation Électro négativ ité Fluor 18,99840316 u −219,67 °C −188,11 °C 1,696 g·L-1 64 pm 1 681 kJ·mol-1 3,98 Chlore 35,4515 u −101,5 °C −34,04 °C 3,2 g·L-1 102 ± 4 pm 1 251,2 kJ·mol-1 3,16 Brome 79,904(3) u −7,2 °C 58,8 °C 3,1028 g·cm- 3 120 ± 3 pm 1 139,9 kJ·mol-1 2,96 Iode 126,90447 u 113,7 °C 184,3 °C 4,933 uploads/s3/ expose-chimie-les-halogene-2.pdf