Υδραλογόνα

Τα υδραλογόνα είναι ένα σύνολο από ανόργανες ενώσεις με γενικό τύπο HX, όπου X ένα από τα αλογόνα, δηλαδή φθόριο, χλώριο, βρώμιο, ιώδιο ή και αστάτιο. Τα υδραλογόνα είναι όλα αέρια (στις συνηθισμένες συνθήκες, T = 25°C, P = 1 atm) που διαλύονται στο νερό, δίνοντας τα αντίστοιχα υδραλογονικά οξέα.

ονομασία	τύπος	δομή	μοντέλο	d(H−X) / pm (αέρια φάση)	μ / D
υδροφθόριο	HF			91,7	1,86
υδροχλώριο	HCl			127,4	1,11
υδροβρώμιο	HBr			141,4	0,788
υδροϊώδιο	HI			160,9	0,382
υδροαστάτιο	HAt			172	−0,06

Υδραλογόνα και υδραλογονικά οξέα

Τα υδραλογόνα έχου διατομικά μόρια και δεν έχουν την τάση να ιονίζονται στην αέρια φάση (αν και το υγροποιημένο υδροφθόριο είναι ένας πολικός διαλύτξς κατά κάποιον τρόπο παρόμοιος με το νερό). Έτσι, οι χημικοί διαχωρίζουν τις ενώσεις αυτές από τα υδατικά διαλύματα αυτών, τα υδραλογονικά οξέα. Στα τελευταία, το πρώην αέριο υδραλογόνο αντιδρά με το νερό δίνοντας το αντίστοιχο υδραλογονικό οξύ. Το αρχικό υδραλογόνο μπορεί να ανακτηθεί αλλά με δυσκολία και όχι με απλή απόσταξη. Τα ονόματα υδραλογόνο και υδραλογονικό οξύ δεν διαχωρίζονται ξεκάθαρα στην εργαστηριακή διάλεκτο, και συχνά η έκφραση «HX» σημαίνει υδραλογονικό οξύ και όχι αέριο υδραλογόνο.

Σύνθεση

Η απευθείας αντίδραση υδρογόνου και αλογόνου δίνει αξιόπιστα το αντίστοιχο υδραλογόνο, αν και για μερικά, όπως π.χ. για την παραγωγή υδροβρωμίου, χρειάζεται η χρήση υψηλής θερμοκρασίας και παρουσία λευκόχρυσου ως καταλύτη. Ωστόσο, βιομηχανικά αυτά τα αέρια παράγονται συχνά με επίδραση θειικού οξέος σε αντίστοιχα αλογονούχα άλατα. Το υδροϊώδιο είναι ακόμη ασταθέστερο, όταν παράγεται με απευθείας άμεση σύνθεση, και γι' αυτό για την παραγωγή του συνήθως χρησιμοποιούνται πιο έμμεσες μέθοδοι, όπως η επίδραση ιωδίου σε υδρόθειο (H₂S) ή σε υδραζίνη (NH₂NH₂).

Φυσικές ιδιότητες

Τα υδραλογόνα είναι άχρωμα αέρια στις κανονικές συνθήκες, εκτός από το υδροφθόριο που έχει ως σημείο βρασμού 19 °C. Μόνο το υδροφθόριο από όλα τα υδραλογόνα σχηματίζει δεσμούς υδρογόνου μεταξύ των μορίων του και γι' ατρό έχει και το υψηλότερο σημείο βρασμού από όλα τα υδραλογόνα. Από το υδροχλώριο ως το υδροϊώδιο τα σημεία βρασμού ανέρχονται, γεγονός που αποδίδεται στη σχετική αυξανόμενη ισχύ των διαμοριακών δυνάμεων van der Waals. Τα πυκνά διαλύματα υδραλογονικών οξέων «ατμίζουν», δηλαδή σχηματίζουν ορατούς λευκούς ατμούς. Αυτή η ορατή ομίχλη σχηματίζεται από την ανύψωση σταγονιδίων πυκνών διαλυμάτων υδραλογονικών οξέων.

Χημικές ιδιότητες

Επιφάνειες van der Waals που αναπαριστούν την πυκνότητα ηλεκτρονικού φορτίου στα τέσσερα υδραλογόνα.
Από αριστερά προς τα δεξιά : HF, HCl, HBr, HI

Η διάλυση των υδραλογόνων στο νερό είναι πολύ εξώθερμη και τα υδραλογόνα δίνουν τα αντίστοιχα υδραλογονικά οξέα. Αυτά τα οξέα είναι πολύ ισχυρά (με εξαίρεση το υδροφθορικό) γεγονός που αντανακλά την αυξημένη τάση των υδραλογόνων να ιονίζονται σε υδατικά διαλύματα, σχηματίζοντας κατιόντα υδροξωνίου (H₃O⁺). Με εξαίρεση πάντα το υδροφθορικό οξύ, η οξύτητα των υδραλογονικών οξέων αυξάνεται από το υδροχλωρικό οξύ ως το υδροϊωδικό οξύ. Η περίπτωση του υδροφθορικού οξέος περιπλέκεται γιατί η ισχύς του εξαρτάται πολύ από τη συγκέντρωσή του διαλύματός του, λόγω της επίδρασης του έντονου φαινομένου της διαμοριακής σύζευξης. Σε περίπτωση διάλυσης των υδραλογόνων σε άνυδρους διαλύτες, όπως είναι π.χ. το αιθανονιτρίλιο, τα διαλύματα που προκύπτουν είναι μετρίως μόνο όξινα.

Ομοίως, τα υδραλογόνα αντιδρούν με την αμμωνία (και με άλλες βάσεις), σχηματίζοντας το αντίστοιχο αλογονούχο αμμώνιο:

$\mathrm{HX + NH_3 \xrightarrow{} NH_4X}$

Στην οργανική χημεία η υδραλογόνωση, δηλαδή η προσθήκη υδραλογόνου σε ενώσεις με πολλαπλούς δεσμούς ή κυκλικούς δακτυλίους από 3-4 άτομα άνθρακα, παράγονται αλογονούχα οργανικά παράγωγα. Δείτε τα ακόλουθα ενδεικτικά παραδείγματα:

1. Η προσθήκη του υδραλογόνου στο διπλό δεσμό άνθρακα-άνθρακα καθορίζεται από τον κανόνα του Μαρκόβνικοβ (Markovnikov). Π.χ.:

$\mathrm{RCH=CH_2 + HX \xrightarrow{} RCHXCH_2 }$

2. Η αντίδραση του υδραλογόνου με αλκίνια είναι ηλεκτρονιόφιλη προσθήκη και ακολουθεί τον ίδιο μηχανισμό όπως και στα αλκένια δηλ. μέσω ενός καρβοκατιόντος. Π.χ.:

$\mathrm{RC \equiv CH + HX \xrightarrow{} RCX=CH_2 \xrightarrow{+HX} RCX_2CH_3}$

3. Η αντίδραση του υδραλογόνου με συζυγή αλκαδιένια αντιστοιχεί αρχικά κυρίως σε 1,4-προσθήκη, αν και είναι επίσης δυνατές η 1,2-προσθήκη και η 3,4-προσθήκη, με τη χρήση κατάλληλων συνθηκών. Π.χ:

$\mathrm{RCH=CHCH=CH_2 + HX \xrightarrow{} RCHXCH=CHCH_3}$ (1,4-προσθήκη)
$\mathrm{RCH=CHCH=CH_2 + HX \xrightarrow{} RCH=CHCHXCH_3}$ (1,2-προσθήκη)
$\mathrm{RCH=CHCH=CH_2 + HX \xrightarrow{} \frac{1}{2} RCHXCH_2CH=H_2 + \frac{1}{2} RCH_2CHXCH=H_2}$ (3,4-προσθήκη)

4. Η αντίδραση του υδραλογόνου με κυκλοπροπάνιο αντιστοιχεί με 1,3-κυκλοπροσθήκη. Παράγεται 1-αλοπροπάνιο:

$\mathrm{+ HX \xrightarrow{} CH_3CH_2CH_2X}$

5. Η αντίδραση του υδραλογόνου με οξιράνιο αντιστοιχεί με 1,3-κυκλοπροσθήκη. Παράγεται 2-αλαιθανόλη.:

$\mathrm{+ HX \xrightarrow{} XCH_2CH_2OH}$

Ακόμη, σε ορισμένες περιπτώσεις τα υδραλογόνα δίνουν προϊόντα αντιδράσεων υποκατάσεις. Π.χ.:

$\mathrm{ROH + HX \xrightarrow{} RX + H_2O}$

• Στα παραπάνω παραδείγματα από το X εξαιρείται το υδραστάτιο, που η χημική του δράση δεν έχει μελετηθεί επαρκώς για την ώρα.

Πηγές

1. Μανουσάκης Γ.Ε. "Γενική και Ανόργανη Χημεία", Τόμοι 1ος και 2ος, Θεσσαλονίκη 1981.
2. Βασιλικιώτης Γ. Σ. "Ποιοτική Ανάλυση", Θεσσαλονίκη 1980.
3. Α. Βάρβογλη, «Χημεία Οργανικών Ενώσεων», παρατηρητής, Θεσσαλονίκη 1991
4. SCHAUM'S OUTLINE SERIES, ΟΡΓΑΝΙΚΗ ΧΗΜΕΙΑ, Μτφ. Α. Βάρβογλη, 1999
5. Ασκήσεις και προβλήματα Οργανικής Χημείας Ν. Α. Πετάση 1982
6. Ν. Αλεξάνδρου, Α. Βάρβογλη, Δ. Νικολαΐδη: Χημεία Ετεροχημικών Ενώσεων, Θεσσαλονίκη 1985