Τα αλογόνα 🧪

Από το μαγειρικό αλάτι (χλωριούχο νάτριο, $NaCl$ ) πήρε το όνομά της μια ολόκληρη κατηγορία χημικών ενώσεων, τα άλατα. Τα χημικά στοιχεία που ανήκουν στη 17η ομάδα του περιοδικού πίνακα ονομάζονται αλογόνα, επειδή «γεννούν άλατα». Πράγματι, τα στοιχεία αυτά αντιδρούν εύκολα με τα περισσότερα μέταλλα και σχηματίζουν άλατα.

Διαλύματα αλογόνων και ενώσεών τους συναντάμε συχνά στην καθημερινή μας ζωή: το καφετί βάμμα ιωδίου που απολυμαίνει τις πληγές είναι διάλυμα ιωδίου σε οινόπνευμα, το πόσιμο νερό και το νερό στις πισίνες απολυμαίνεται με χλώριο, και οι παλιές ασπρόμαυρες φωτογραφίες οφείλουν την ύπαρξή τους σε ένα άλας του βρομίου.

Από πού πήρε το όνομά τους

Η λέξη «αλογόνο» σημαίνει κυριολεκτικά «αυτό που γεννά αλάτι» (ελληνικά «άλας» + «γόνος»). Γι' αυτό τα στοιχεία αυτά ονομάζονται και αλατογόνα: ενώνονται με μέταλλα και σχηματίζουν άλατα εξαιρετικά εύκολα.

1. Γενικά

Αλογόνα ονομάζονται όλα τα στοιχεία της 17ης ομάδας του περιοδικού πίνακα: το φθόριο (F), το χλώριο (Cl), το βρόμιο (Br), το ιώδιο (I) και το άστατο (At). Το άστατο, όπως δηλώνει και το όνομά του, είναι πολύ ασταθές και δεν το συναντάμε στη φύση.

Τα αλογόνα είναι πολύ δραστικά αμέταλλα και δεν τα βρίσκουμε στη φύση ελεύθερα. Είναι τα κατ' εξοχήν αμέταλλα στοιχεία που σχηματίζουν άλατα όταν ενώνονται με μέταλλα, γι' αυτό και ονομάζονται αλογόνα ή αλατογόνα.

«Ελεύθερα» δεν βρίσκονται στη φύση

Επειδή είναι τόσο δραστικά, τα αλογόνα δεν εντοπίζονται στη φύση ως στοιχεία (π.χ. ως αέριο χλώριο). Τα συναντάμε πάντα ενωμένα με άλλα στοιχεία, συνήθως ως άλατα (π.χ. το χλώριο μέσα στο $NaCl$ ).

2. Φυσικές ιδιότητες των αλογόνων

Στις συνήθεις συνθήκες τα αλογόνα εμφανίζουν και τις τρεις φυσικές καταστάσεις:

Αλογόνο	Φυσική κατάσταση σε συνήθεις συνθήκες
Φθόριο	Αέριο
Χλώριο	Αέριο
Βρόμιο	Πτητικό υγρό
Ιώδιο	Στερεό (εξαχνώνεται)

Το φθόριο και το χλώριο είναι αέρια, το βρόμιο είναι πτητικό υγρό και το ιώδιο είναι στερεό, το οποίο στην ατμόσφαιρα εξαχνώνεται.

Το μόνο στερεό που «εξαφανίζεται» στον αέρα

Αν αφήσεις λίγους κρυστάλλους ιωδίου σε ανοιχτό δοχείο, θα δεις μοβ ατμούς να βγαίνουν χωρίς να περάσουν ποτέ από υγρή μορφή — το ιώδιο εξαχνώνεται κατευθείαν από στερεό σε αέριο.

3. Δυσδιάλυτα άλατα αλογόνων

Πείραμα. Παρασκευάζουμε μερικά δυσδιάλυτα άλατα των αλογόνων.

Σε τρεις δοκιμαστικούς σωλήνες βάζουμε: στον πρώτο διάλυμα χλωριούχου νατρίου ( $NaCl$ ), στον δεύτερο διάλυμα βρομιούχου καλίου ( $KBr$ ) και στον τρίτο διάλυμα ιωδιούχου καλίου ( $KI$ ). Σε κάθε δοκιμαστικό σωλήνα ρίχνουμε μερικές σταγόνες διαλύματος νιτρικού αργύρου ( $AgNO_3$ ).

Παρατηρούμε: στον πρώτο δοκιμαστικό σωλήνα σχηματίζεται ένα λευκό θόλωμα, στον δεύτερο ένα λευκοκίτρινο και στον τρίτο ένα κίτρινο θόλωμα. Αυτό οφείλεται στον σχηματισμό δυσδιάλυτων κόκκων χλωριούχου αργύρου, βρομιούχου αργύρου και ιωδιούχου αργύρου αντίστοιχα. Μετά από αρκετή ώρα οι αδιάλυτοι κόκκοι θα καταβυθιστούν στον πυθμένα των σωλήνων.

Οι αντιδράσεις που συμβαίνουν, με ανάμειξη διαλύματος νιτρικού αργύρου με διάλυμα βρομιούχου καλίου και με διάλυμα ιωδιούχου καλίου, είναι:

Ag^+(aq) + Br^-(aq) \rightarrow AgBr(s) \quad \text{(λευκοκίτρινο ίζημα)}

Ag^+(aq) + I^-(aq) \rightarrow AgI(s) \quad \text{(κίτρινο ίζημα)}

Αντίστοιχα, με το χλωριούχο νάτριο σχηματίζεται λευκό ίζημα χλωριούχου αργύρου:

Ag^+(aq) + Cl^-(aq) \rightarrow AgCl(s) \quad \text{(λευκό ίζημα)}

Το χρώμα του ιζήματος είναι η «ταυτότητα» του αλογόνου

Η αντίδραση με νιτρικό άργυρο είναι ο τρόπος με τον οποίο ανιχνεύουμε ποιο αλογονοϊόν περιέχει ένα διάλυμα: λευκό ίζημα σημαίνει χλώριο, λευκοκίτρινο σημαίνει βρόμιο, κίτρινο σημαίνει ιώδιο. Μην μπερδεύεις το λευκό με το λευκοκίτρινο — η απόχρωση είναι το μόνο στοιχείο που ξεχωρίζει τα δύο πρώτα.

4. Χρήσεις των αλογόνων

Τα αλογόνα και οι ενώσεις τους έχουν πολύ ευρείες εφαρμογές στην καθημερινή ζωή και στη βιομηχανία:

Ως απολυμαντικά: μικρή ποσότητα χλωρίου στο νερό ύδρευσης και στις πισίνες θανατώνει τους παθογόνους μικροοργανισμούς και εμποδίζει την ανάπτυξη νέων.
Ως λευκαντικά: ενώσεις του χλωρίου χρησιμοποιούνται σε λευκαντικά, όπως η χλωρίνη.
Ως εντομοκτόνα: το ισχυρό εντομοκτόνο $DDT$ , που χρησιμοποιήθηκε στο παρελθόν, είναι ένωση του χλωρίου. Επίσης στο παρελθόν χρησιμοποιήθηκαν ως εντομοκτόνα και ενώσεις του βρομίου.
Στα πλαστικά: το πιο διαδεδομένο πλαστικό, το PVC, είναι ένωση του χλωρίου. Το τεφλόν, ένωση του φθορίου με άνθρακα, έχει αντικολλητικές ιδιότητες και είναι ανθεκτικό στις μεγάλες θερμοκρασίες και στα διαβρωτικά οξέα.
Στις οδοντόκρεμες: μικρή ποσότητα $NaF$ στις οδοντόκρεμες και στο πόσιμο νερό μετατρέπει τον απατίτη, δηλαδή την αδαμαντίνη των δοντιών, σε φθοριοαπατίτη, μια ουσία πολύ πιο ανθεκτική στα οξέα.
Ως ψυκτικά υγρά και προωθητικά αέρια σε σπρέι: οι χλωροφθοράνθρακες (CFCs) χρησιμοποιήθηκαν ως ψυκτικά υγρά σε ψυγεία και κλιματιστικά και ως προωθητικά αέρια σε σπρέι. Η χρήση τους απαγορεύτηκε το 1987 με το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ, γιατί ευθύνονται για την τρύπα του όζοντος.
Ως αντισηπτικά-απολυμαντικά: το ιώδιο χρησιμοποιείται με τη μορφή διαλύματος σε οινόπνευμα που ονομάζεται βάμμα ιωδίου.
Στην ακτινοδιαγνωστική: στον ανθρώπινο οργανισμό το ιώδιο συσσωρεύεται κυρίως στον θυρεοειδή αδένα, που παράγει ορμόνες που ρυθμίζουν τον βασικό μεταβολισμό. Το ραδιενεργό $^{131}I$ χρησιμοποιείται για τη διάγνωση προβλημάτων στον θυρεοειδή, ενώ το $^{125}I$ χρησιμοποιείται στη θεραπεία με ακτινοβολίες.
Στην τεχνητή βροχή: βομβαρδισμός της ατμόσφαιρας με ιωδιούχο άργυρο, ακόμη και σε πολύ μικρή ποσότητα, μπορεί να προκαλέσει τεχνητή βροχή.
Στην ασπρόμαυρη φωτογραφία: ο βρομιούχος άργυρος συντελεί στον σχηματισμό της αρνητικής φωτογραφίας στο φιλμ.

Ένα στοιχείο, δεκάδες χρήσεις

Λίγα στοιχεία εμφανίζονται σε τόσο διαφορετικές εφαρμογές όσο τα αλογόνα: από το νερό της βρύσης και την οδοντόκρεμα μέχρι το πλαστικό της συσκευασίας, το φιλμ μιας παλιάς φωτογραφίας και τη θεραπεία του θυρεοειδούς.

5. Τα αλογόνα και η καταστροφή του όζοντος

Η ατμόσφαιρα είναι ένα στρώμα αερίων πάχους περίπου 100 km. Το πιο κοντινό στρώμα στην επιφάνεια της Γης ονομάζεται τροπόσφαιρα και τα επόμενα 35 km στρατόσφαιρα.

Ο ήλιος εκπέμπει ένα μεγάλο φάσμα ακτινοβολιών, από την ορατή και την υπέρυθρη έως την υπεριώδη ακτινοβολία. Η υπεριώδης ακτινοβολία είναι εξαιρετικά βλαβερή.

Το όζον ( $O_3$ ) της στρατόσφαιρας λειτουργεί ως φίλτρο που απορροφά το μεγαλύτερο μέρος της βλαβερής αυτής ακτινοβολίας. Όμως το όζον είναι πολύ δραστικό και, με την επίδραση της υπεριώδους ακτινοβολίας, αντιδρά με τα άτομα του χλωρίου που δημιουργούνται στη στρατόσφαιρα από τη διάσπαση των χλωροφθορανθράκων (CFCs), και καταστρέφεται. Στην αντίδραση αυτή τα άτομα του χλωρίου ξαναγεννιούνται, δηλαδή η αντίδραση είναι αλυσιδωτή, με αποτέλεσμα ένα άτομο χλωρίου να μπορεί να καταστρέψει 100.000 μόρια όζοντος.

Γιατί λίγο χλώριο κάνει τόση ζημιά

Το χλώριο δεν καταναλώνεται στην αντίδραση με το όζον — αναγεννιέται συνεχώς και συνεχίζει να καταστρέφει νέα μόρια όζοντος. Αυτή η αλυσιδωτή πορεία είναι ο λόγος που πολύ μικρές ποσότητες CFCs προκάλεσαν τόσο μεγάλη ζημιά στο στρώμα του όζοντος.

Στην Ανταρκτική, ιδιαίτερα τον Οκτώβριο, αλλά και στην Αρκτική και πάνω από την Ευρώπη και την Αμερική σε μικρότερο βαθμό, έχουν δημιουργηθεί τρύπες στη ζώνη του όζοντος. Όσο το όζον καταστρέφεται, αυξάνει ο κίνδυνος για:

καρκίνο του δέρματος
καταρράκτη στα μάτια
γονιδιακές μεταλλάξεις
καταστροφή του πλαγκτόν στους ωκεανούς και επίδραση στην τροφική αλυσίδα
υπερθέρμανση του πλανήτη — επίδραση στο κλίμα

Ακόμη η υπεριώδης ακτινοβολία μπορεί να βλάψει τις πρωτεΐνες του συνδετικού ιστού κάτω από το δέρμα, με αποτέλεσμα τα χρόνια οι άνθρωποι να μοιάζουν ζαρωμένοι, ή να προκαλέσει επιφανειακή διαταραχή στο δέρμα (κάψιμο).

Το 1987 υπογράφηκε στο Μόντρεαλ μια διεθνής συνθήκη για την προστασία του όζοντος της στρατόσφαιρας, η οποία προβλέπει την αντικατάσταση των CFCs από υδροφθοράνθρακες (HFCs) ή υδροχλωροφθοράνθρακες (HCFCs). Έτσι είναι πολύ πιθανόν το στρώμα του όζοντος να επανέλθει στην αρχική του κατάσταση στα μέσα του 21ου αιώνα.

Τον Ιούλιο του 2003 οι μετρήσεις των επιστημόνων στην Ανταρκτική επιβεβαίωσαν ότι η καταστροφή του στρώματος του όζοντος άρχισε να επιβραδύνεται: το πρωτόκολλο του Μόντρεαλ ίσως άρχισε να αποδίδει. Ακόμη και τώρα όμως η ηλιοθεραπεία φαίνεται καλή ιδέα μόνο κάτω από ορισμένες προϋποθέσεις.

Ένα άτομο, εκατό χιλιάδες μόρια

Ένα και μόνο άτομο χλωρίου μπορεί να καταστρέψει έως και 100.000 μόρια όζοντος πριν σταματήσει να δρα — γι' αυτό μια σχετικά μικρή ποσότητα CFCs που διέφυγε στην ατμόσφαιρα άνοιξε μια τεράστια τρύπα στο στρώμα του όζοντος πάνω από την Ανταρκτική.