Alogeni: proprietà e caratteristiche
Nella tavola periodica degli elementi ce ne sono alcuni che meritano un’attenzione particolare, gli alogeni. Possiamo identificarli come le sostanze pure presenti nel gruppo VIIA della tavola, ovvero la colonna numero 17. In tutto sono cinque, e messi in ordine di peso atomico troviamo il fluoro (F), il cloro (Cl), il bromo (Br), lo iodio (I) e l’astato (At). L’ultimo è stato scoperto solo nel 1940, ricavandone un isotopo in forma artificiale.
La loro denominazione deriva dalle due parole greche ἅλς (sale) e γενος (generatore). Sono infatti elementi che concorrono alla formazione dei sali, ovvero composti dove sono presenti sia un metallo che un non metallo. Di recente nel gruppo VIIA si conta anche un altro elemento, il tennessio (Ts) inserito all’interno della tavola periodica solo nel 2015 e scoperto l’anno prima.
Le caratteristiche generali degli alogeni
A coniarle il termine che raggruppa gli elementi elencati prima fu il chimico svedese Jöns Jacob Berzelius, che la mise per iscritto nel 1842. Si tratta di un gruppo peculiare perché risulta eterogeneo dal punto di vista dello stato fisico dei suoi membri. A temperatura ambiente infatti fluoro e cloro sono allo stato gassoso, il bromo è liquido mentre iodio, astato e tennesio sono solidi (le forze di attrazione fra i loro atomi sono più forti).
Avendo tutti un’elevata reattività in natura non è possibile trovarli allo stato puro perché formano composti con altri elementi. Un’altra caratteristica comune a tutti gli alogeni è la loro rarità sul nostro pianeta. Sono presenti solo in tracce sia nella litosfera che nell’idrosfera (in particolare bromo, iodio e cloro). Allo stato elementale formano molecole biatomiche (Cl2, I2).
Il potere riducente degli elementi di questo gruppo aumenta scendendo dall’alto verso il basso. Infatti lo ione ioduro (I-) risulta quello che il potere riducente più alto e lo ione fluoruro (F-) quello più basso. Unendosi all’idrogeno formano tutti degli acidi binari forti ad eccezione del fluoro, perché l’acido fluoridrico ha una Ka pari a 6,7×10−4 a 25°C.
Sempre scendendo lungo il gruppo VIIA i punti di fusione ed ebollizione aumentano, mentre il potere ossidante decresce (il valore più alto lo ha il fluoro). Lo stesso vale per l’elettronegatività, ossia la capacità di attrarre verso di sé elettroni condivisi. La loro configurazione elettronica esterna è sempre s2p5.
Qualche dettaglio sui singoli elementi
Dopo aver parlato in generale delle proprietà degli alogeni vediamo di scendere più nello specifico esaminandoli uno per uno. Vediamoli in ordine:
- Il fluoro nella sua forma elementale è un gas irritante e dall’odore pungente, di colore giallo-verdastro. Nel nostro organismo si trova all’interno delle ossa e dei denti. Il giusto apporto di fluoro aiuta a prevenire la formazione della carie.
- Il cloro è a sua volta un elemento gassoso di colore verde, ma lo si trova prevalentemente legato al sodio (Na) nel cloruro di sodio dell’acqua di mare. Nel nostro organismo rappresenta il decimo elemento per abbondanza, dove regola la pressione arteriosa e la trasmissione dei segnali.
- Il bromo si trova a sua volta nell’acqua di mare legato ad altri elementi, In forma pura è un liquido di colore rossastro, tossico e dall’odore forte e irritante per le vie respiratorie. Lo si usa come battericida o agente ossidante nella produzione della carta.
- Lo iodio fa sempre parte degli alogeni indispensabili per il nostro corpo in quanto serve alla tiroide per sintetizzare gli ormoni triiodotrinodina (T3) e tiroxina (T4). Nella forma elementale è allo stato solido e ha colorazione scura, violacea. Ogni litro di acqua di mare ne contiene circa 50 μg.
- L’astato si produce durante il processo di decadimento radioattivo dell’uranio ed è presente sotto forma di vari isotopi, tutti molto instabili. Trpva uso nella medicina nucleare e lo si ottenne per la prima volta nel 1940.
- Il tennesio nacque in seguito a un esperimento dove si bombardarono atomi di berkelio-249 con particelle di calcio-48. Il laboratorio che lo produsse fu l’Oak Ridge National Laboratory, che si trova in Tennessee.
I composti formati dagli alogeni
L’unione di un alogeno con un metallo alcalino dà origine a dei sali binari (es. NaCl, KCl, LiF) solubili in acqua. Gli alogeni possono anche reagire con alcuni metalli alcalino-terrosi, ovvero gli elementi del gruppo II, ad eccezione però del berillio (Be). Possiamo nominare come esempi di questi sali il fluoruro di calcio (CaF2) e il cloruro di magnesio (MgCl2).
Abbiamo poi composti che derivano dell’unione di un alogeno con un elemento del gruppo 13 (3A). Questa colonna comprende i cosiddetti metalli terrosi, come il boro (B), l’alluminio (Al) e il gallio (Ga). I composit che risultano si presentano nella forma MX3, dove M è un metallo terroso e X un alogeno. Si legano anche ad elementi del gruppo 14 (IVA), i cristallogeni, e in particolare formano composti con il silicio (Si).
Tutti gli elementi del gruppo VIIA inoltre prendono parte a diverse reazioni di Chimica Organica formando gli alogenuri alchilici. Sono composti organici che derivano da idrocarburi alifatici a cui si sostituisce un alogeno a un atomo di idrogeno. Per rappresentarli si utilizza il simbolo RX.
