Halogenoksosyre

En halogenoksosyre er en kjemisk forbindelse med den generiske formelen HXO nhvor X representerer et halogen - fluor F, klor Cl, brom Br, jod I, astat At - og n et helt tall fra 1 til 4. Tilstedeværelsen av oksygen skiller disse forbindelsene fra hydrogenhalogenider , med generisk formel HX. Når det gjelder fluor, er bare en oksosyre kjent, den hypofluoresyre HFO. Med jod, og sannsynligvis også astatin, er det flere oksosyrer som tilsvarer n = 4  ; fra dette synspunktet, ortoperiodic syre H 5 IO 6 er spesielt merkbar.

Systematisk gjennomgang av halogenoksosyrer

Halogenoksosyrer klassifiseres nedenfor i henhold til oksidasjonstilstanden til halogenatomet:

Oksidasjonsstatus for halogen X	Halogenoksosyrer		Tilsvarende salter
	Etternavn	Formel	Etternavn	Formel
+1	Hypohalogen syre	HXO	Hypohalogenitt	MXO
+3	Halogen syre	HXO 2	Halogenitt	MXO 2
+5	Halogensyre	HXO 3	Halogenat	MXO 3
+7	Perhalogen syre	HXO 4	Perhalogenat	MXO 4

Det er bare mulig å isolere som rene stoffer den hypofluorous syre HOF (ved lav temperatur), den perklorsyre HClO 4., jodsyre HIO 3, HIO 4 metaperiodic acidog ortoperjodsyre syre H- 5 IO 6 ; triperiodic acid H 7 I 3 O 14, Også skrevet 2HIO 4 · H 5 IO 6, er en samkrystallisering av de to foregående. De andre artene observeres bare i vandig oppløsning eller i form av salter , mens arten HClO, HClO 4, HBrO, HBrO 4, HIO 3og HIO 4er også tilstede i gassform. Astatinoksosyrer er spesielt vanskelige å studere på grunn av den meget radioaktive og derfor ustabile arten av astatin.

Følgende tabell oppsummerer kjente eller mistenkte halogenoksosyrer, samt de tilsvarende saltene:

Oksydasjonstilstanden av den halogen	Oksosyre			Salt
	Etternavn	Formel	Konstant syre (p K a )	Etternavn	Formel av anion
Oksosyre av fluor
−1	Hypofluorous syre	HOF	?	Hypofluoritt	FO -
Oksosyrer av klor
+1	Hypoklorsyre	HClO	7.54	Hypokloritt	ClO -
+3	Klorsyre	HClO 2	1.97	Kloritt	ClO 2-
+5	Klorsyre	HClO 3	−2.7	Klorat	ClO 3-
+7	Perklorsyre	HClO 4	−10	Perklorat	ClO 4-
Oksosyrer av brom
+1	Hypobrom syre	HBrO	7,69	Hypobromitt	BrO -
+3	Bromsyre	HBrO 2	?	Bromitt	BrO 2-
+5	Bromsyre	HBrO 3	~ 0	Bromate	BrO 3-
+7	Perbromsyre	HBrO 4	?	Perbromere	BrO 4-
Oksosyrer av jod
+1	Hypoiodous syre	HIO	10.64	Hypoioditt	IO -
+3	Jodsyre	HIO 2	?	Joditt	IO 2-
+5	Jodsyre	HIO 3	0,804	Jod	IO 3-
+7	Metaperiodic syre	HIO 4	?	Metaperiodate	IO 4-
	Mesoperiodic syre	H 3 IO 5	?	Mesoperiodate	IO 53−
	Orteroperiodic syre	H 5 IO 6	p K a1 = 3,29 p K a2 = 8,31 p K a3 = 11,60	Ortoperiodat	H 5− n IO 6n - ( n = 1, 2, 3, 5 )
	Metadiperiodic syre	H 4 I 2 O 9	?	Metadiperiodate	I 2 O 94−
	Mesodiperiodic syre	H 6 I 2 O 10	?	Mesodiperiodate	H 6− n I 2 O 10n - ( n = 3, 4, 5, 6 )
	Orthodiperiodic syre	H 8 I 2 O 11	?	Orthodiperiodate	H 8− n I 2 O 11n -
Oksosyrer av astatin
+1	Hypoastatisk syre	HAtO	?	Hypoastatitt	AtO -
+3	Astatøs syre	HAtO 2	?	Astatitt	AtO 2-
+5	Astatinsyre	HAtO 3	?	Astatate	AtO 3-
+7	Perastatsyre	HAtO 4/ H 5 AtO 6?	?	Perastatate	AtO 4- / H 5− n AtO 6n - ?

Syntese

Det er mange måter å produsere oksosyrer av halogener på , for eksempel:

• den disproporsjonering halogen i elementær form X 2( oksidasjonstilstand lik 0) i vandig løsning i halogenid X - eller i hydrogenhalogenid XH (oksidasjonstilstand -1) og i hypohalogenitt XO - eller i hypohalogen syre HXO (oksidasjonstilstand +1), gjort gunstig i alkalisk løsning eller i tilstedeværelse av kvikksølv (II) oksid HgO. Ved å varme opp løsningen kan hypohalogenene og de hypohalogene syrene i sin tur være uforholdsmessige til halogenider X - (oksidasjonstilstand -1) og halogenater XO 3- og halogensyrer HXO 3 (oksidasjonstilstand +5);
• den Comproportionation (amphoterization), f.eks bromid Br - (oksydasjonstilstand -1) og bromat Bro 3- (oksidasjonstilstand +5) i bromitt BrO 2- (oksidasjonstilstand +3) ved en reaksjon av litiumsalter i fast tilstand og ved høy temperatur;
• den oksydasjon av halogenider, rene halogener og andre oksosyrer av halogener eller reduksjon av oksyanioner tilsvarende, som reduseres i alkalisk løsning av klordioksid, ClO 2(oksydasjonstilstand 4) med hydrogenperoksyd H 2 O 2i kloritt ClO 2- (oksidasjonstilstand +3), eller den anodiske oksydasjon av klorater ClO 3- (oksidasjonstilstand +5) til perklorater ClO 4- (oksidasjonstilstand +7);
• den hydrolyse av oksyder av halogener, for eksempel ved forbrenning klor Cl 2 Oi hypoklorsyre HClO eller hypokloritter ClO -  ;
• hydrolyse av interhalo , for eksempel brom-monofluorid BrF til hypobromsyre HBrO eller hypobromites BRO - og flussyre HF og fluorider F -  ;
• behandling med svovelsyre H 2 SO 4vandige oppløsninger av bariumsalter og halogenoksosyrer for å isolere sistnevnte ved å utfelle bariumsulfatet BaSO 4.

De mest økonomisk viktige halogenoksosyrene er primært vandige oppløsninger av saltsyre HClO og perklorsyre HClO 4.og faste salter av hypokloritter ClO - , av kloritt ClO 2- , klorater ClO 3- , perklorater ClO 4- , BrO 3 bromater- og IO 4 periodater- .

Struktur

Den atom av hydrogen labilt alle oxoacids av halogener er alltid bundet til et atom av oksygen , og ikke direkte til halogen, i motsetning til hva som er observert i de hydrogenhalogenider . Av denne grunn er den kjemiske formelen HXO ner noen ganger skrevet HOXO n -1for å vise klarere strukturen til det tilsvarende molekylet . Den H - O - X bindinger danner en vinkel, som er for eksempel 97,2 ° for hypofluorous syre HOF, 103 ° for underklorsyrling HOCl og 110 ° for hypobromsyre HOBr.

I følge VSEPR-teorien danner O - X - O-bindinger også vinkler når det gjelder halogensyrer HXO 2og XO 2 halogenites- , XO 3 enheterhalogensyrer og halogenater har en pyramidal trigonal geometri, og XO 4- enheteneperhalogene syrer og perhalogenater utviser en tetrahedral geometri . Mesoperiodic acid H 3 IO 5presenterer IO 5 enheterkvadratiske pyramider, mens IO 6 enheterorteroperiodic syre og orthoperiodates H 5 IO 6er oktaedriske. Metadiperiodater I 2 O 94− , mesodiperiodates H 6− n I 2 O 10n - og de (fremdeles hypotetiske) ortodiperiodatene H 8− n I 2 O 11n - til stede, i fast fase, to oktaeder IO 6forenet av en felles overflate, kant eller toppunkt. HIO 4 metaperiodic acidfast stoff er polymert (HIO 4 ) x, som danner kjeder av IO 6 oktaedra forenet av felles kanter.

Eiendommer

Den surhet av de oxoacids av halogener HXO nhar en tendens til å øke med antall n oksygenatomer i molekylet, og å avta når atomnummeret til halogenatomet øker. Således, klorsyre HClO 2er en sterkere syre enn saltsyre HClO, mens klorsyre HClO 3er sterkere enn bromsyre HBrO 3, i seg selv sterkere enn jodsyre HIO 3. Derfor perklorsyre HClO 4 er den sterkeste av alle disse oksosyrene.

De konjugerte basene av halogenoksosyrer følger gjensidige trender, men er fortsatt veldig svake. Selvionisering 2 HXO n→ H 2 XO n+ + XO n- forblir begrenset i rene syrer.

Den redokspotensial på halogen oxoacids eller deres konjugerte basen avhenger av pH-verdien  : det er sterkt positiv i sur oppløsning (⇒ sterkt oksyderende middel), den høyeste potensialene ved pH = 0 blir sannsynligvis de av perbromic syre HBrO 4og perastatisk syre HAtO 4, Med en verdi som er større enn 1,85  V i forhold til bromsyre HBrO 3og med astatinsyre HAtO 3henholdsvis; den synker når pH øker, men forblir positiv selv ved pH = 14 , slik at de forblir oksiderende selv i sterkt alkaliske løsninger.

Merknader

1. Isolert som et rent stoff .
2. Eksperimentelt uten observasjon.
3. Observert i vandig løsning .
4. Observert i gassfase .
5. observert som salt .
6. Eksperimentelt observert på sporingsnivå.

Referanser

1. (en) GK Schweitzer og LL Pesterfield, The Aqueous Chemistry of the Elements , Oxford University Press, Oxford, 2010 ,, s. 258-260. ( ISBN  978-0-19-539335-4 ) .
2. (in) NN Greenwood og A. Ershshaw, Chemistry of the Elements , Elsevier Butterworth-Heinemann, 2 e  utgave, Oxford, 2005, s. 853-875, 885-887. ( ISBN  0-7506-3365-4 ) .
3. (i) H. Kugler og C. Keller, Gmelin Handbook for uorganisk kjemi, System Antall 8a På Astat , Springer, 8 th  edition, Berlin / Heidelberg, 1995. ( ISBN  978-3-662-05870-1 ) , DOI : 10.1007 / 978-3-662-05868-8 .