Среди многих химических элементов, которые слагают разнообразные горные породы и минералы, входят в состав морских и пресных вод, содержатся в тканях животных и клетках растений, важное место занимают фтор, хлор, бром и йод. Представители одного химического "семейства" - галогенов,- эти четыре элемента активно взаимодействуют с различными металлами, образуя соли (отсюда возникло их название "галогены" - рождающие соли), бурно реагируют с водородом, вступают в реакцию с углеродом, кремнием и другими металлоидами. Распыленные в земной коре в ничтожных количествах, они, тем не менее, играют огромную роль в развитии живой природы. Неизмеримо велика роль галогенов и в современной технике. Нет почти ни одной отрасли промышленности, в которой не применялись бы те или иные соединения этих элементов. Нужны они в химическом, пищевом, металлургическом, холодильном, стекольном, текстильном, красильном, фармацевтическом, бумажном производствах и т. д.

Фтор

Как и другие галогены, фтор встречается в природе только в виде солей. В земной коре наиболее распространен минерал плавиковый шпат, или флюорит, представляющий собой соединение фтора с кальцием. Обычно он залегает сплошными массами, но часто находят и отдельные кристаллы исключительной красоты и яркости. Флюориты, или, как их иногда называют, "рудные цветки", славятся разнообразием окрасок. В настоящее время наукой доказано и органическое происхождение флюорита. Он присутствует в раковинах некоторых морских моллюсков, в тканях животных, в составе зубной эмали человека.

Плавиковый шпат давно применяется при выплавке черных и цветных металлов. Он способствует отделению различных примесей от жидкого металла в виде шлака. Из прозрачных кристаллов плавикового шпата оптики изготовляют тончайшие, замечательные по своей прозрачности и чистоте линзы для оптических приборов.

Нагревая мелко измельченную смесь плавикового шпата с крепкой серной кислотой в специальных печах при температуре до 300 градусов, получают плавиковую кислоту, представляющую собой раствор фтористого водорода в воде. Эта кислота нужна для получения чистого фтора и фтористых солей, для травления стекла и т. д.

Широкое применение в промышленности находят себе и другие фтористые соли. Так, фтористый и кремнефтористый натрий используются для защиты древесины от гниения и жучка, для борьбы с вредителями сельского хозяйства. Балки, доски, бревна обрабатывают растворами этих солей с кальцинированной содой.

За последнее время свободный фтор используется для фторирования (то есть замещения в молекуле атомов водорода атомами фтора) различных органических соединений, особенно углеводородов. Успешные работы члена-корреспондента Академии Наук СССР И. Л. Кнунянца и его сотрудников позволили получить много новых фторорганических соединений, обладающих ценными свойствами. Они устойчивы к действию высоких и низких температур, негорючи, не боятся кислот и щелочей. Благодаря этому такие соединения применяются в качестве нестареющей, "вечной" смазки, инсекто-фунгицидов, антикоррозийных покрытий. Из них изготовляют химически стойкие и температуроустойчивые пластмассы.

За последние годы разработан новый способ фторирования органических веществ - с помощью электрического тока. Этот процесс ведется в специальных аппаратах - электролизерах, где электродами служат чередующиеся листы никеля и железа. В электролизер заливают раствор какого-либо органического вещества (кислоты, спирта, эфира и т. д.) в жидком фтористом водороде и пропускают через него электрический ток. Образующиеся при этом фторорганические вещества охлаждаются и подвергаются необходимой очистке.

Хлор

В течение нескольких тысячелетий, с тех пор как люди познакомились с поваренной солью, она почти исключительно шла в пищу и служила средством для предохранения от порчи мяса, рыбы и т. п. Лишь небольшое количество поваренной соли использовалось в кожевенном производстве для выработки сыромятных кож, в красильном - для приготовления протрав, в мыловаренном - при варке "ядрового" мыла.

Ряд замечательных открытий в области химической технологии способствовал превращению соли в важнейший источник сырья. Ныне миллионы тонн поваренной соли ежегодно перерабатываются в хлор, соду, соляную кислоту, нашатырь и другие продукты.

В настоящее время хлор получается исключительно путем электролиза водных растворов хлористого калия или поваренной соли. Для этого соль растворяют в воде до полного насыщения и добавляют немного соды. Она очищает раствор, вступая в реакцию с такими примесями, как соли кальция и магния, и переводя их в нерастворимое состояние. Очищенный раствор через фильтр попадает в теплообменник, где подогревается до 70-80 градусов. После этого он распределяется по электролитическим ваннам. Под действием электрического тока у катода образуется едкий натр, а у анода выделяется хлор. Для того, чтобы хлор не взаимодействовал с едким натром, в ванне имеется асбестовая перегородка - диафрагма. Из электролитической ванны влажный хлор проходит ряд башен, где охлаждается и окончательно подсушивается.

Появившийся в конце XVIII века способ получения соляной кислоты при взаимодействии серной кислоты с поваренной солью в течение более ста лет был основным в промышленности. Хотя он до сих пор еще сохраняет ведущее положение, в производство уже внедряется новый способ получения соляной кислоты - прямым синтезом хлористого водорода из хлора и водорода с последующим растворением в дистиллированной воде. Он дает химически чистую соляную кислоту и экономит серную. Этот процесс происходит следующим образом. В специальной печи, снабженной горелками, которые состоят из двух кварцевых трубок, вставленных одна в другую, в токе газообразного хлора сжигают водород. Хлор подается по внутренней трубке, водород поступает по наружной. Полученный при этом хлористый водород отводится в башни, где охлаждается и растворяется в воде.

Многообразно применение хлора и в других химических производствах. Он необходим для изготовления хлористой серы, применяемой при вулканизации каучука, для получения гипохлоритов - незаменимых средств для беления тканей и дезинфекции; для производства хлоратов - основы пиротехники. Хлором широко пользуются в металлургии для хлорирования руд цветных металлов и извлечения из руд золота. Кроме того хлор необходим для очистки питьевых и сточных вод от болезнетворных микробов, для борьбы с сорняками и вредителями в сельском хозяйстве.

Неизмеримо велико использование хлора в производстве хлорорганических веществ. Дихлорэтан, четыреххлористый углерод, хлорбензол являются незаменимыми растворителями для лако-красочной, жировой, текстильной промышленности и т. д. Хлорпроизводные различных органических веществ успешно применяются при изготовлении фармацевтических препаратов, пластмасс, искусственного каучука.

Введение атомов хлора в молекулы искусственной поливиниловой смолы дало новую негорючую пластмассу - поливинилхлорид. Она обладает замечательными свойствами, позволяющими использовать ее для электроизоляции, изготовления деталей химической аппаратуры, челноков и гонков для текстильных машин и т. д.

Так удушливый желто-зеленый газ - хлор, - представляющий собой сильное отравляющее вещество, химия превращает в неиссякаемый источник получения многих сотен новых ценных продуктов для народного хозяйства.

Бром

С давних пор на морском побережье поваренную соль добывают из моря. Для этого на берегу выкапывают неглубокие ямы или устраивают специальные бассейны и наполняют их морской водой. Под лучами солнца вода постепенно испаряется, раствор становится гуще, и, наконец, поваренная соль начинает кристаллизоваться. Но в этом так называемом маточном растворе или рапе остаются другие соли, которые содержатся в морской воде. Изучая химический состав таких растворов, французский химик Балар в 1826 году обработал их хлором, в результате чего бесцветный рассол приобрел бурую окраску. Вскоре Балар выделил из него темнобурую жидкость с резким, неприятным запахом. Анализ показал, что в ней содержался новый химический элемент, по своим свойствам напоминавший йод и хлор. Впоследствии он был назван бромом.

В виде солей натрия, калия и магния бром в небольших количествах присутствует в морской воде, в воде соляных озер, в буровых водах нефтеносных земель. Бромистые соли находят и в отложениях ископаемых солей, а также в кристаллических горных породах и некоторых минералах. В виде сложных органических соединений этот элемент содержится в составе морских водорослей, многих наземных растений, в организме животных и человека (например, в мозгу). Основным сырьем для получения брома служит вода морей и соляных озер, буровые воды и маточные растворы, образующиеся при переработке некоторых минералов (карналлита, сильвинита).

Для выделения этого элемента в основном пользуются двумя способами: отгонкой брома паром и выдуванием воздухом. Получение брома электролизом рассолов, в которых он присутствует, пока не нашло широкого применения.

Экономически более выгодным является выдувание брома воздухом. Кроме того этот процесс позволяет извлекать бром даже из морской воды (в воде соляных озер содержание брома в десятки и сотни раз больше, чем в морской воде).

На бромном заводе морская или озерная вода концентрируется, подкисляется серной кислотой и хлорируется. Хлор вытесняет бром из его солей и переводит в свободное состояние. Обработанный таким образом раствор подается в башню для выдувания и стекает по ее насадкам. Навстречу раствору идет интенсивный поток воздуха, который и извлекает бром из жидкости. Элементарный бром поглощается железной стружкой, превращаясь в темнобурую кристаллическую массу - бромистое железо. Это соединение является основным полупродуктом для получения чистого брома.

В настоящее время бром применяется как антидетонатор для бензина. В виде бромистого серебра он является важнейшим компонентом эмульсий для фотографических пластинок, пленок и бумаги. Растворы бромистого калия и натрия врачи прописывают больным для успокоения нервов. В медицине употребляются и многие органические соединения брома: ксероформ, бромистая камфара и другие. Широкую популярность завоевали некоторые искусственные красители, в молекулу которых входят бром, эозин, бром-индиго и т. д.

Науке и технике известны сотни разнообразных органических соединений, содержащих бром и представляющих собой ценные химические продукты, однако этим далеко не исчерпаны возможности использования брома в оганическом синтезе.

Йод

Из всех существующих в природе элементов йод является самым загадочным и противоречивым по своим свойствам. Твердое кристаллическое вещество серого цвета с металлическим блеском, йод даже при комнатной температуре образует фиолетовые пары. Обладая высокой летучестью, он при нагревании легко возгоняется, не плавясь. В то же время все его соли бесцветны.

Йод принадлежит к числу редких элементов на Земле (содержание его в земной коре не превышает 0,001 процента), но, тем не менее, он присутствует повсюду. Йодом пронизана вся живая и неживая природа. Горные породы и почвы, окружающий нас воздух, пресные и соленые воды - все они содержат йод. Еще больше йода в плодах, злаках, организмах животных и, наконец, в самом человеке. Вдыхание паров йода вызывает раздражение слизистых оболочек носа, горла, дыхательных путей, но в то же время йодная настойка останавливает кровь, обеззараживает раны, убивает бактерии. Избыток йода в организме человека может оказаться смертельным, недостаток же приводит к тяжелой болезни.

Из буровых вод йод извлекают следующим образом. Буровая вода очищается от механических примесей и нефти и подается в деревянные напорные баки, откуда самотеком поступает в смемитель. Здесь она подкисляется серной кислотой и окисляется нитритом натрия или хлором. Из смесителя буровая вода, уже содержащая свободный йод, попадает в высокие цилиндрические резервуары - адсорберы, на 75-80 процентов заполненные активированным углем. Насыщенный йодом уголь нагревается и отмывается раствором щелочи в железных резервуарах - десорберах. При этом свободный йод, поглощенный углем, снова превращается в йодистые соли. В дальнейшем они очищаются от примесей на фильтрах и поступают в чаны-кристаллизаторы, где происходит окончательное выделение свободного йода путем добавления какого-нибудь окослителя - бертолетовой соли, хромпика и т. п. Образующиеся кристаллы промываются водой и затем прессуются в бумажных или суконных салфетках.

Подобно другим галогенам, йод образует многочисленные йодорганические соединения, входит в состав молекул некоторых синтетических красителей. В последнее время получены такие йодистые соединения, которые вовсе не пропускают рентгеновских лучей. При введении в организм они позволяют получать исключительно четкие рентгеновские снимки отдельных органов и тканей.

Галогены

Фтор

Хлор

Бром

Йод