Các halogen trong bảng tuần hoàn nằm ở bên trái của các khí quý. Năm nguyên tố phi kim độc hại này nằm trong nhóm 7 của bảng tuần hoàn. Chúng bao gồm flo, clo, brom, iốt và astatine. Mặc dù astatine là chất phóng xạ và chỉ có các đồng vị tồn tại trong thời gian ngắn, nó hoạt động giống như iốt và thường được phân loại là một halogen. Bởi vì các nguyên tố halogen có bảy điện tử hóa trị, chúng chỉ cần thêm một điện tử để tạo thành một octet đầy đủ. Đặc điểm này làm cho chúng phản ứng mạnh hơn so với các nhóm phi kim loại khác.
Đặc điểm chung
Halogens tạo thành phân tử diatomic (thuộc loại X2, trong đó X là nguyên tử halogen) - một dạng ổn định của sự tồn tại của halogen ở dạng nguyên tố tự do. Liên kết của các phân tử tảo cát này là không phân cực, cộng hóa trị và đơn. Các đặc tính hóa học của halogen cho phép chúng dễ dàng kết hợp với hầu hết các nguyên tố, vì vậy chúng không bao giờ xảy ra hiện tượng không kết hợp trong tự nhiên. Flo là halogen hoạt động mạnh nhất và ít nhất là astatine.
Tất cả các halogen đều tạo thành muối nhóm I tương tựtính chất. Trong các hợp chất này, halogen hiện diện dưới dạng anion halogenua có điện tích -1 (ví dụ, Cl-, Br-). Đuôi -id cho biết sự có mặt của anion halogenua; ví dụ: Cl-được gọi là "clorua".
Ngoài ra, tính chất hóa học của halogen cho phép chúng hoạt động như chất oxy hóa - oxy hóa kim loại. Hầu hết các phản ứng hóa học liên quan đến halogen là phản ứng oxy hóa khử trong dung dịch nước. Các halogen tạo liên kết đơn với cacbon hoặc nitơ trong các hợp chất hữu cơ mà trạng thái oxi hóa (CO) của chúng là -1. Khi nguyên tử halogen được thay thế bằng nguyên tử hydro liên kết cộng hóa trị trong hợp chất hữu cơ, tiền tố halo- có thể được sử dụng theo nghĩa chung, hoặc tiền tố fluoro-, clo-, brom-, iot- cho các halogen cụ thể. Các nguyên tố halogen có thể liên kết chéo để tạo thành các phân tử tảo cát có liên kết đơn cộng hóa trị có cực.
Clo (Cl2) là halogen đầu tiên được phát hiện vào năm 1774, tiếp theo là iot (I2), brom (Br2), flo (F2) và astatine (At, được phát hiện lần cuối, năm 1940). Tên "halogen" xuất phát từ gốc tiếng Hy Lạp là hal- ("muối") và -gen ("để tạo thành"). Cùng với nhau, những từ này có nghĩa là "tạo muối", nhấn mạnh thực tế là các halogen phản ứng với kim loại để tạo thành muối. Halit là tên của muối mỏ, một khoáng chất tự nhiên bao gồm natri clorua (NaCl). Và cuối cùng, halogen được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày - florua được tìm thấy trong kem đánh răng, clo khử trùng nước uống và iốt thúc đẩy sản xuất hormone.tuyến giáp.
Nguyên tố hóa học
Flo là một nguyên tố có số nguyên tử 9, ký hiệu là F. Nguyên tố flo được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1886 bằng cách cô lập nó từ axit flohidric. Ở trạng thái tự do, flo tồn tại dưới dạng phân tử diatomic (F2) và là halogen có nhiều nhất trong vỏ trái đất. Flo là nguyên tố có độ âm điện cao nhất trong bảng tuần hoàn. Ở nhiệt độ phòng, nó là một chất khí màu vàng nhạt. Flo cũng có bán kính nguyên tử tương đối nhỏ. CO của nó là -1, ngoại trừ trạng thái điatomic của nguyên tố, trong đó trạng thái oxi hóa của nó bằng không. Flo cực kỳ phản ứng và tương tác trực tiếp với tất cả các nguyên tố ngoại trừ helium (He), neon (Ne) và argon (Ar). Trong dung dịch H2O, axit flohidric (HF) là một axit yếu. Mặc dù flo có tính âm điện mạnh nhưng độ âm điện của nó không quyết định tính axit; HF là một axit yếu do ion flo có tính bazơ (pH> 7). Ngoài ra, flo tạo ra chất oxy hóa rất mạnh. Ví dụ, flo có thể phản ứng với xenon khí trơ để tạo thành chất oxi hóa mạnh xenon difluoride (XeF2). Flo có nhiều công dụng.
Clo là nguyên tố có số nguyên tử 17 và ký hiệu hóa học Cl. Được phát hiện vào năm 1774 bằng cách phân lập nó từ axit clohydric. Ở trạng thái nguyên tố của nó, nó tạo thành một phân tử diatomic Cl2. Clo có một số CO: -1, +1, 3, 5 và7. Ở nhiệt độ thường, nó là một chất khí màu xanh lục nhạt. Vì liên kết được hình thành giữa hai nguyên tử clo là yếu nên phân tử Cl2có khả năng đi vào hợp chất rất cao. Clo phản ứng với kim loại tạo thành muối được gọi là clorua. Các ion clo là các ion phổ biến nhất được tìm thấy trong nước biển. Clo cũng có hai đồng vị:35Cl và37Cl. Natri clorua là chất phổ biến nhất trong số các loại clorua.
Brom là nguyên tố hóa học có số hiệu nguyên tử là 35 và ký hiệu Br. Nó được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1826. Ở dạng nguyên tố, brom là một phân tử hai nguyên tử Br2. Ở nhiệt độ phòng, nó là một chất lỏng màu nâu đỏ. CO của nó là -1, +1, 3, 4 và 5. Brom hoạt động hơn iot, nhưng hoạt động kém hơn clo. Ngoài ra, brom còn có hai đồng vị:79Br và81Br. Brom xảy ra dưới dạng muối bromua hòa tan trong nước biển. Trong những năm gần đây, việc sản xuất bromua trên thế giới đã tăng lên đáng kể do tính sẵn có và tuổi thọ cao. Giống như các halogen khác, brom là một chất oxy hóa và rất độc.
Iot là nguyên tố hóa học có số nguyên tử 53 và ký hiệu I. Iot có các trạng thái oxi hóa: -1, +1, +5 và +7. Tồn tại dưới dạng phân tử diatomic, I2. Ở nhiệt độ thường nó là chất rắn màu tím. Iốt có một đồng vị ổn định,127I. Được phát hiện lần đầu tiên vào năm 1811với rong biển và axit sunfuric. Hiện nay, các ion iốt có thể được phân lập trong nước biển. Mặc dù iốt không hòa tan nhiều trong nước, nhưng khả năng hòa tan của nó có thể được tăng lên bằng cách sử dụng các iốt riêng biệt. I-ốt đóng vai trò quan trọng đối với cơ thể, tham gia vào quá trình sản xuất hormone tuyến giáp.
Astatine là một nguyên tố phóng xạ có số nguyên tử 85 và ký hiệu At. Các trạng thái ôxi hóa có thể có của nó là -1, +1, 3, 5 và 7. Halogen duy nhất không phải là phân tử đioxit. Ở điều kiện bình thường, nó là chất rắn kim loại màu đen. Astatine là một nguyên tố rất hiếm, vì vậy rất ít người biết về nó. Ngoài ra, astatine có thời gian bán hủy rất ngắn, không quá vài giờ. Nhận vào năm 1940 là kết quả của quá trình tổng hợp. Người ta tin rằng astatine tương tự như iốt. Có đặc tính kim loại.
Bảng dưới đây cho thấy cấu trúc của nguyên tử halogen, cấu trúc của lớp electron ngoài cùng.
| Halogen | Cấu hình electron |
| Flo | 1s22s22p5 |
| Clo | 3s23p5 |
| Brom | 3d104s24p5 |
| Iốt | 4d105s25p5 |
| Astatine | 4f145d10 6s26p5 |
Cấu trúc tương tự của lớp electron ngoài cùng xác định rằng các tính chất vật lý và hóa học của các halogen là tương tự nhau. Tuy nhiên, khi so sánh các yếu tố này, người ta cũng nhận thấy sự khác biệt.
Tính chất tuần hoàn trong nhóm halogen
Tính chất vật lý của các chất đơn giản Các halogen thay đổi theo số nguyên tố tăng dần. Để hiểu rõ hơn và rõ ràng hơn, chúng tôi cung cấp cho bạn một số bảng.
Điểm nóng chảy và sôi của nhóm tăng khi kích thước của phân tử tăng (F <Cl
Bảng 1. Halogens. Tính chất vật lý: điểm nóng chảy và điểm sôi
| Halogen | Tan T (˚C) | Điểm sôi (˚C) |
| Flo | -220 | -188 |
| Clo | -101 | -35 |
| Brom | -7.2 | 58.8 |
| Iốt | 114 | 184 |
| Astatine | 302 | 337 |
Bán kính nguyên tử tăng lên
Kích thước của hạt nhân tăng (F < Cl < Br < I < At), khi số proton và neutron tăng. Ngoài ra, ngày càng có nhiều mức năng lượng được thêm vào theo từng thời kỳ. Điều này dẫn đến một quỹ đạo lớn hơn, và do đó bán kính của nguyên tử tăng lên.
Bảng 2. Halogens. Tính chất vật lý: bán kính nguyên tử
| Halogen | Bán kính cộng hóa trị (chiều) | Ionic (X-) bán kính (chiều) |
| Flo | 71 | 133 |
| Clo | 99 | 181 |
| Brom | 114 | 196 |
| Iốt | 133 | 220 |
| Astatine | 150 |
Năng lượng ion hóa giảm
Nếu các electron hóa trị ngoài cùng không ở gần hạt nhân thì sẽ không tốn nhiều năng lượng để bứt chúng ra khỏi nó. Do đó, năng lượng cần thiết để đẩy electron lớp ngoài cùng ra không cao bằng ở nhóm nguyên tố cuối cùng, vì có nhiều mức năng lượng hơn. Ngoài ra, năng lượng ion hóa cao làm cho nguyên tố thể hiện tính phi kim loại. Màn hình Iod và astatine thể hiện tính kim loại vì năng lượng ion hóa bị giảm (Tại < I < Br < Cl < F).
Bảng 3. Halogens. Tính chất vật lý: năng lượng ion hóa
| Halogen | Năng lượng ion hóa (kJ / mol) |
| flo | 1681 |
| clo | 1251 |
| brom | 1140 |
| iốt | 1008 |
| astatine | 890 ± 40 |
Độ âm điện giảm
Số electron hóa trị trong nguyên tử tăng lên khi mức năng lượng tăng dần ở các mức thấp dần. Các êlectron càng ngày càng ra xa hạt nhân; Như vậy, hạt nhân và êlectron không bị hút lẫn nhau. Sự gia tăng khả năng che chắn được quan sát thấy. Do đó, độ âm điện giảm dần theo chu kỳ tăng (Tại < I < Br < Cl < F).
Bảng 4. Halogens. Tính chất vật lý: độ âm điện
| Halogen | Độ âm điện |
| flo | 4.0 |
| clo | 3.0 |
| brom | 2.8 |
| iốt | 2.5 |
| astatine | 2.2 |
Ái lực electron giảm
Khi kích thước của nguyên tử tăng theo chu kỳ, ái lực electron có xu hướng giảm (B < I < Br < F < Cl). Một ngoại lệ là flo, có ái lực nhỏ hơn ái lực của clo. Điều này có thể được giải thích bởi kích thước nhỏ hơn của flo so với clo.
Bảng 5. Ái lực electron của các halogen
| Halogen | Ái lực electron (kJ / mol) |
| flo | -328.0 |
| clo | -349.0 |
| brom | -324,6 |
| iốt | -295,2 |
| astatine | -270.1 |
Khả năng phản ứng của các nguyên tố giảm xuống
Khả năng phản ứng của các halogen giảm dần theo chu kỳ tăng dần (Tại <I
Hóa học vô cơ. Hydro + halogen
Halogenua được hình thành khi một halogen phản ứng với một nguyên tố khác có độ âm điện nhỏ hơn để tạo thành một hợp chất nhị phân. Hiđro phản ứng với các halogen để tạo thành các halogenua HX:
- hydro florua HF;
- hydro clorua HCl;
- hydro bromua HBr;
- hydroiodine HI.
Hiđro halogenua dễ dàng hòa tan trong nước tạo thành axit hydrohalic (hydrofluoric, hydrochloric, hydrobromic, hydroiodic). Các đặc tính của các axit này được đưa ra dưới đây.
Axit được tạo thành bởi phản ứng sau: HX (aq) + H2O (l) → Х-(aq) + H3O+(aq).
Tất cả các hiđro halogenua đều tạo thành axit mạnh ngoại trừ HF.
Tính axit của các axit hiđro tăng dần: HF <HCl <HBr <HI.
Axit flohidric có thể khắc thủy tinh và một số flo vô cơ trong thời gian dài.
Có vẻ trái ngược với trực giác rằng HF là axit hydrohalic yếu nhất, vì flo có cao nhấtđộ âm điện. Tuy nhiên, liên kết H-F rất mạnh, tạo ra một axit rất yếu. Một liên kết mạnh được xác định bởi độ dài liên kết ngắn và năng lượng phân ly cao. Trong tất cả các hiđro halogenua, HF có độ dài liên kết ngắn nhất và năng lượng phân ly liên kết lớn nhất.
Halogen oxoacids
Halogen oxoacid là những axit có nguyên tử hydro, oxy và halogen. Tính axit của chúng có thể được xác định bằng cách sử dụng phân tích cấu trúc. Halogen oxoacid được liệt kê dưới đây:
- Axit clohydric HOCl.
- Axit cloric HClO2.
- Axit cloric HClO3.
- Axit pecloric HClO4.
- Axit khử clo HOBr.
- Axit bromomic HBrO3.
- Axit bromoic HBrO4.
- Axit hyiodic HOI.
- Axit ion HIO3.
- Axit methaiodic HIO4, H5IO6.
Trong mỗi axit này, một proton được liên kết với một nguyên tử oxy, vì vậy việc so sánh độ dài liên kết proton là vô ích ở đây. Độ âm điện đóng một vai trò chi phối ở đây. Hoạt tính axit tăng lên khi số nguyên tử oxy liên kết với nguyên tử trung tâm.
Hình thức và trạng thái của vật chất
Các tính chất vật lý chính của halogen có thể được tóm tắt trong bảng sau.
| Trạng thái của vật chất (ở nhiệt độ phòng) | Halogen | Hình thức |
| khó | iốt | tím |
| astatine | đen | |
| lỏng | brom | nâu đỏ |
| khí | flo | nâu nhạt |
| clo | xanh nhạt |
Giải thích về ngoại hình
Màu sắc của các halogen là kết quả của sự hấp thụ ánh sáng nhìn thấy của các phân tử, gây ra sự kích thích của các electron. Flo hấp thụ ánh sáng tím và do đó có màu vàng nhạt. Mặt khác, iốt hấp thụ ánh sáng vàng và xuất hiện màu tím (màu vàng và màu tím là màu bổ sung). Màu sắc của các halogen trở nên tối hơn khi chu kỳ tăng lên.
Trong bình kín, brom lỏng và iot rắn ở trạng thái cân bằng về hơi của chúng, có thể quan sát thấy như một chất khí có màu.
Mặc dù màu sắc của astatin chưa được biết, nhưng người ta cho rằng nó phải tối hơn màu i-ốt (tức là màu đen) theo kiểu quan sát.
Bây giờ, nếu bạn được hỏi: "Đặc điểm hóa các tính chất vật lý của halogen", bạn sẽ có điều gì đó để nói.
Trạng thái oxi hóa của các halogen trong hợp chất
Trạng thái oxy hóa thường được sử dụng thay cho "hóa trị halogen". Theo quy định, trạng thái oxy hóa là -1. Nhưng nếu một halogen được liên kết với oxy hoặc một halogen khác, nó có thể có các trạng thái khác:CO oxy -2 được ưu tiên. Trong trường hợp hai nguyên tử halogen khác nhau liên kết với nhau, nguyên tử nào có độ âm điện lớn hơn và chiếm CO -1.
Ví dụ, trong clorua iot (ICl), clo có CO -1 và iot +1. Clo có độ âm điện lớn hơn iot nên CO của nó là -1.
Trong axit bromic (HBrO4) oxi có CO -8 (-2 x 4 nguyên tử=-8). Hiđro có trạng thái oxi hóa tổng thể là +1. Thêm các giá trị này sẽ cho CO -7. Vì CO cuối cùng của hợp chất phải bằng 0 nên CO của brom là + 7.
Ngoại lệ thứ ba đối với quy tắc là trạng thái oxi hóa của halogen ở dạng nguyên tố (X2), trong đó CO của nó bằng 0.
| Halogen | CO trong các hợp chất |
| flo | -1 |
| clo | -1, +1, +3, +5, + 7 |
| brom | -1, +1, +3, +4, + 5 |
| iốt | -1, +1, +5, + 7 |
| astatine | -1, +1, +3, +5, + 7 |
Tại sao SD của flo luôn là -1?
Độ âm điện tăng dần theo chu kỳ. Do đó, flo có độ âm điện cao nhất trong tất cả các nguyên tố, được chứng minh bằng vị trí của nó trong bảng tuần hoàn. Cấu hình điện tử của nó là 1s22s22p5. Nếu flo nhận thêm một electron thì các obitan p ngoài cùng được lấp đầy hoàn toàn và tạo thành một octet đầy đủ. Vì flo cóđộ âm điện lớn, nó có thể dễ dàng lấy một electron từ nguyên tử lân cận. Flo trong trường hợp này là đẳng điện tử so với khí trơ (với tám electron hóa trị), tất cả các obitan ngoài cùng của nó đều được lấp đầy. Ở trạng thái này, flo ổn định hơn nhiều.
Sản xuất và sử dụng halogen
Trong tự nhiên, các halogen ở trạng thái anion, vì vậy các halogen tự do thu được bằng cách oxi hóa bằng điện phân hoặc với sự trợ giúp của chất oxi hóa. Ví dụ, clo được tạo ra bằng cách thủy phân một dung dịch muối. Việc sử dụng các halogen và các hợp chất của chúng rất đa dạng.
- Flo. Mặc dù flo có tính phản ứng cao, nó được sử dụng trong nhiều ứng dụng công nghiệp. Ví dụ, nó là thành phần chính của polytetrafluoroethylene (Teflon) và một số fluoropolyme khác. Chlorofluorocarbons là hóa chất hữu cơ trước đây được sử dụng làm chất làm lạnh và chất đẩy trong bình xịt. Việc sử dụng chúng đã ngừng do tác động có thể xảy ra đối với môi trường. Chúng đã được thay thế bằng hydrochlorofluorocarbon. Florua được thêm vào kem đánh răng (SnF2) và nước uống (NaF) để ngăn ngừa sâu răng. Halogen này được tìm thấy trong đất sét được sử dụng để làm một số loại gốm sứ (LiF), được sử dụng trong năng lượng hạt nhân (UF6), để sản xuất kháng sinh fluoroquinolon, nhôm (Na3AlF6), để cách điện điện áp cao (SF6).
- Clo cũng đã được tìm thấy rất nhiều công dụng. Nó được sử dụng để khử trùng nước uống và bể bơi. Natri hypoclorit (NaClO)là thành phần chính của các chất tẩy trắng. Axit clohydric được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và phòng thí nghiệm. Clo có trong polyvinyl clorua (PVC) và các polyme khác được sử dụng để cách điện dây dẫn, đường ống và thiết bị điện tử. Ngoài ra, clo đã được chứng minh là hữu ích trong ngành dược phẩm. Thuốc có chứa clo được sử dụng để điều trị nhiễm trùng, dị ứng và tiểu đường. Dạng trung tính của hydrochloride là một thành phần của nhiều loại thuốc. Clo cũng được sử dụng để khử trùng thiết bị bệnh viện và khử trùng. Trong nông nghiệp, clo là một thành phần trong nhiều loại thuốc trừ sâu thương mại: DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane) được sử dụng làm thuốc trừ sâu nông nghiệp, nhưng việc sử dụng nó đã bị ngừng.
- Brom, do tính không cháy của nó, được sử dụng để ngăn chặn quá trình đốt cháy. Nó cũng được tìm thấy trong methyl bromide, một loại thuốc trừ sâu được sử dụng để bảo quản cây trồng và ngăn chặn vi khuẩn. Tuy nhiên, việc sử dụng quá nhiều metyl bromua đã bị loại bỏ do ảnh hưởng của nó đối với tầng ôzôn. Brom được sử dụng trong sản xuất xăng dầu, phim chụp ảnh, bình chữa cháy, thuốc điều trị bệnh viêm phổi và bệnh Alzheimer.
- Iốt đóng một vai trò quan trọng trong hoạt động bình thường của tuyến giáp. Nếu cơ thể không được cung cấp đủ i-ốt, tuyến giáp sẽ to ra. Để ngăn ngừa bệnh bướu cổ, halogen này được thêm vào muối ăn. Iốt cũng được sử dụng như một chất khử trùng. Iốt được tìm thấy trong các dung dịch được sử dụng cholàm sạch vết thương hở, cũng như trong thuốc xịt khử trùng. Ngoài ra, bạc iotua rất cần thiết trong nhiếp ảnh.
- Astatine là Halogen phóng xạ và đất hiếm nên chưa được sử dụng ở bất kỳ đâu. Tuy nhiên, người ta tin rằng nguyên tố này có thể giúp iốt trong việc điều hòa hormone tuyến giáp.
