Halogens dalam jadual berkala terletak di sebelah kiri gas mulia. Lima unsur toksik bukan logam ini berada dalam kumpulan 7 jadual berkala. Ini termasuk fluorin, klorin, bromin, iodin dan astatin. Walaupun astatin adalah radioaktif dan hanya mempunyai isotop jangka pendek, ia berkelakuan seperti iodin dan sering dikelaskan sebagai halogen. Oleh kerana unsur halogen mempunyai tujuh elektron valens, mereka hanya memerlukan satu elektron tambahan untuk membentuk oktet penuh. Ciri ini menjadikannya lebih reaktif berbanding kumpulan bukan logam yang lain.
Ciri umum
Halogens membentuk molekul diatomik (daripada jenis X2, di mana X menandakan atom halogen) - bentuk stabil kewujudan halogen dalam bentuk unsur bebas. Ikatan molekul diatomik ini adalah tidak polar, kovalen dan tunggal. Sifat kimia halogen membolehkan mereka bergabung dengan kebanyakan unsur, jadi ia tidak pernah berlaku tanpa gabungan dalam alam semula jadi. Fluorin ialah halogen paling aktif dan astatin paling sedikit.
Semua halogen membentuk garam kumpulan I dengan garam yang serupaharta benda. Dalam sebatian ini, halogen hadir sebagai anion halida dengan cas -1 (contohnya, Cl-, Br-). Pengakhiran -id menunjukkan kehadiran anion halida; cth. Cl- dipanggil "klorida".
Selain itu, sifat kimia halogen membolehkan mereka bertindak sebagai agen pengoksida - untuk mengoksidakan logam. Kebanyakan tindak balas kimia yang melibatkan halogen adalah tindak balas redoks dalam larutan akueus. Halogen membentuk ikatan tunggal dengan karbon atau nitrogen dalam sebatian organik di mana keadaan pengoksidaannya (CO) ialah -1. Apabila atom halogen digantikan oleh atom hidrogen terikat kovalen dalam sebatian organik, awalan halo- boleh digunakan dalam pengertian umum, atau awalan fluoro-, kloro-, bromin-, iodin- untuk halogen tertentu. Unsur halogen boleh dikait silang untuk membentuk molekul diatomik dengan ikatan tunggal kovalen polar.
Klorin (Cl2) ialah halogen pertama ditemui pada tahun 1774, diikuti oleh iodin (I2), bromin (Br 2), fluorin (F2) dan astatin (At, ditemui terakhir, pada tahun 1940). Nama "halogen" berasal dari akar bahasa Yunani hal- ("garam") dan -gen ("untuk membentuk"). Bersama-sama, perkataan ini bermaksud "pembentuk garam", menekankan fakta bahawa halogen bertindak balas dengan logam untuk membentuk garam. Halit ialah nama garam batu, mineral semula jadi yang terdiri daripada natrium klorida (NaCl). Dan akhirnya, halogen digunakan dalam kehidupan seharian - fluorida terdapat dalam ubat gigi, klorin membasmi kuman air minuman, dan iodin menggalakkan pengeluaran hormon.tiroid.
Unsur kimia
Fluorin ialah unsur dengan nombor atom 9, dilambangkan dengan simbol F. Unsur fluorin pertama kali ditemui pada tahun 1886 dengan mengasingkannya daripada asid hidrofluorik. Dalam keadaan bebasnya, fluorin wujud sebagai molekul diatomik (F2) dan merupakan halogen paling banyak dalam kerak bumi. Fluorin ialah unsur paling elektronegatif pada jadual berkala. Pada suhu bilik, ia adalah gas kuning pucat. Fluorin juga mempunyai jejari atom yang agak kecil. COnya ialah -1, kecuali bagi keadaan diatomik unsur, di mana keadaan pengoksidaannya ialah sifar. Fluorin sangat reaktif dan berinteraksi secara langsung dengan semua unsur kecuali helium (He), neon (Ne), dan argon (Ar). Dalam larutan H2O, asid hidrofluorik (HF) ialah asid lemah. Walaupun fluorin sangat elektronegatif, keelektronegatifannya tidak menentukan keasidan; HF ialah asid lemah kerana fakta bahawa ion fluorin adalah asas (pH> 7). Di samping itu, fluorin menghasilkan pengoksida yang sangat kuat. Contohnya, fluorin boleh bertindak balas dengan xenon gas lengai untuk membentuk agen pengoksidaan kuat xenon difluorida (XeF2). Fluorin mempunyai banyak kegunaan.
Klorin ialah unsur dengan nombor atom 17 dan simbol kimia Cl. Ditemui pada tahun 1774 dengan mengasingkannya daripada asid hidroklorik. Dalam keadaan unsurnya, ia membentuk molekul diatomik Cl2. Klorin mempunyai beberapa CO: -1, +1, 3, 5 dan7. Pada suhu bilik, ia adalah gas hijau muda. Oleh kerana ikatan yang terbentuk antara dua atom klorin adalah lemah, molekul Cl2 mempunyai keupayaan yang sangat tinggi untuk memasuki sebatian. Klorin bertindak balas dengan logam untuk membentuk garam yang dipanggil klorida. Ion klorin adalah ion yang paling biasa ditemui dalam air laut. Klorin juga mempunyai dua isotop: 35Cl dan 37Cl. Natrium klorida adalah yang paling biasa daripada semua klorida.
Bromine ialah unsur kimia dengan nombor atom 35 dan simbol Br. Ia pertama kali ditemui pada tahun 1826. Dalam bentuk unsurnya, bromin ialah molekul diatomik Br2. Pada suhu bilik, ia adalah cecair berwarna coklat kemerahan. COnya ialah -1, +1, 3, 4 dan 5. Bromin lebih aktif daripada iodin, tetapi kurang aktif daripada klorin. Selain itu, bromin mempunyai dua isotop: 79Br dan 81Br. Bromin berlaku sebagai garam bromida yang dilarutkan dalam air laut. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, pengeluaran bromida di dunia telah meningkat dengan ketara kerana ketersediaan dan hayatnya yang panjang. Seperti halogen lain, bromin ialah agen pengoksida dan sangat toksik.
Iodin ialah unsur kimia dengan nombor atom 53 dan simbol I. Iodin mempunyai keadaan pengoksidaan: -1, +1, +5 dan +7. Wujud sebagai molekul diatomik, I2. Pada suhu bilik ia adalah pepejal ungu. Iodin mempunyai satu isotop stabil, 127I. Pertama kali ditemui pada tahun 1811dengan rumpai laut dan asid sulfurik. Pada masa ini, ion iodin boleh diasingkan dalam air laut. Walaupun iodin tidak begitu larut dalam air, keterlarutannya boleh ditingkatkan dengan menggunakan iodida yang berasingan. Iodin memainkan peranan penting dalam badan, mengambil bahagian dalam pengeluaran hormon tiroid.
Astatine ialah unsur radioaktif dengan nombor atom 85 dan simbol At. Keadaan pengoksidaan yang mungkin ialah -1, +1, 3, 5, dan 7. Satu-satunya halogen yang bukan molekul diatomik. Dalam keadaan biasa, ia adalah pepejal logam hitam. Astatine adalah unsur yang sangat jarang berlaku, jadi sedikit yang diketahui tentangnya. Di samping itu, astatin mempunyai separuh hayat yang sangat singkat, tidak lebih daripada beberapa jam. Diterima pada tahun 1940 sebagai hasil sintesis. Adalah dipercayai bahawa astatin adalah serupa dengan iodin. Mempunyai sifat logam.
Jadual di bawah menunjukkan struktur atom halogen, struktur lapisan luar elektron.
| Halogen | Konfigurasi elektron |
| Fluorin | 1s2 2s2 2p5 |
| Klorin | 3s2 3p5 |
| Bromine | 3d10 4s2 4p5 |
| Iodin | 4d10 5s2 5p5 |
| Astatine | 4f14 5d106s2 6p5 |
Struktur serupa pada lapisan luar elektron menentukan bahawa sifat fizikal dan kimia halogen adalah serupa. Walau bagaimanapun, apabila membandingkan elemen ini, perbezaan juga diperhatikan.
Sifat berkala dalam kumpulan halogen
Sifat fizikal bahan mudah halogen berubah dengan peningkatan bilangan unsur. Untuk pemahaman yang lebih baik dan lebih jelas, kami menawarkan beberapa jadual kepada anda.
Takat lebur dan didih kumpulan bertambah apabila saiz molekul bertambah (F <Cl
Jadual 1. Halogen. Sifat fizikal: takat lebur dan didih
| Halogen | T lebur (˚C) | Takat didih (˚C) |
| Fluorin | -220 | -188 |
| Klorin | -101 | -35 |
| Bromine | -7.2 | 58.8 |
| Iodin | 114 | 184 |
| Astatine | 302 | 337 |
Jejari atom bertambah
Saiz nukleus bertambah (F < Cl < Br < I < At), apabila bilangan proton dan neutron bertambah. Di samping itu, semakin banyak tahap tenaga ditambah dengan setiap tempoh. Ini menghasilkan orbit yang lebih besar, dan oleh itu peningkatan dalam jejari atom.
Jadual 2. Halogen. Sifat fizikal: jejari atom
| Halogen | Jejari kovalen (pm) | Ion (X-) jejari (pm) |
| Fluorin | 71 | 133 |
| Klorin | 99 | 181 |
| Bromine | 114 | 196 |
| Iodin | 133 | 220 |
| Astatine | 150 |
Tenaga pengionan berkurangan
Jika elektron valens luar tidak berada berhampiran nukleus, maka ia tidak akan mengambil banyak tenaga untuk mengeluarkannya daripadanya. Oleh itu, tenaga yang diperlukan untuk menolak elektron luar tidak setinggi di bahagian bawah kumpulan unsur, kerana terdapat lebih banyak tahap tenaga. Di samping itu, tenaga pengionan yang tinggi menyebabkan unsur mempamerkan kualiti bukan logam. Paparan iodin dan astatin mempamerkan sifat logam kerana tenaga pengionan berkurangan (Pada < I < Br < Cl < F).
Jadual 3. Halogen. Sifat fizikal: tenaga pengionan
| Halogen | Tenaga pengionan (kJ/mol) |
| fluorin | 1681 |
| klorin | 1251 |
| bromin | 1140 |
| iodin | 1008 |
| astatin | 890±40 |
Elektronegativiti berkurangan
Bilangan elektron valens dalam atom meningkat dengan peningkatan tahap tenaga pada tahap yang semakin rendah. Elektron semakin jauh dari nukleus; Oleh itu, nukleus dan elektron tidak tertarik antara satu sama lain. Peningkatan dalam perisai diperhatikan. Oleh itu, Keelektronegatifan berkurangan dengan peningkatan tempoh (Pada < I < Br < Cl < F).
Jadual 4. Halogen. Sifat fizikal: keelektronegatifan
| Halogen | Elektronegativiti |
| fluorin | 4.0 |
| klorin | 3.0 |
| bromin | 2.8 |
| iodin | 2.5 |
| astatin | 2.2 |
Perkaitan elektron berkurangan
Apabila saiz atom bertambah dengan tempoh, pertalian elektron cenderung berkurangan (B < I < Br < F < Cl). Pengecualian ialah fluorin, yang pertaliannya kurang daripada klorin. Ini boleh dijelaskan oleh saiz fluorin yang lebih kecil berbanding klorin.
Jadual 5. Pertalian elektron bagi halogen
| Halogen | Afiniti elektron (kJ/mol) |
| fluorin | -328.0 |
| klorin | -349.0 |
| bromin | -324.6 |
| iodin | -295.2 |
| astatin | -270.1 |
Kereaktifan unsur berkurangan
Kereaktifan halogen berkurangan dengan peningkatan tempoh (Pada <I
Kimia tak organik. Hidrogen + halogen
Halid terbentuk apabila halogen bertindak balas dengan unsur lain yang kurang elektronegatif untuk membentuk sebatian binari. Hidrogen bertindak balas dengan halogen untuk membentuk HX halida:
- hidrogen fluorida HF;
- hidrogen klorida HCl;
- hidrogen bromida HBr;
- hydroiodine HI.
Hidrogen halida mudah larut dalam air untuk membentuk asid hidrohalik (hidrofluorik, hidroklorik, hidrobromik, hidroiodik). Sifat-sifat asid ini diberikan di bawah.
Asid terbentuk melalui tindak balas berikut: HX (aq) + H2O (l) → Х- (aq) + H 3O+ (aq).
Semua hidrogen halida membentuk asid kuat kecuali HF.
Keasidan asid hidrohalik meningkat: HF <HCl <HBr <HI.
Asid hidrofluorik boleh mengukir kaca dan beberapa fluorida tak organik untuk masa yang lama.
Mungkin kelihatan berlawanan dengan intuisi bahawa HF adalah asid hidrohalik yang paling lemah, kerana fluorin mempunyai yang paling tinggikeelektronegatifan. Walau bagaimanapun, ikatan H-F adalah sangat kuat, menghasilkan asid yang sangat lemah. Ikatan yang kuat ditentukan oleh panjang ikatan pendek dan tenaga disosiasi yang tinggi. Daripada semua hidrogen halida, HF mempunyai panjang ikatan terpendek dan tenaga pemisahan ikatan terbesar.
Asid okso halogen
Asid oksogen halogen ialah asid dengan atom hidrogen, oksigen dan halogen. Keasidan mereka boleh ditentukan menggunakan analisis struktur. Asid oksogen halogen disenaraikan di bawah:
- Asid hipoklorus HOCl.
- Asid klorik HClO2.
- Asid klorik HClO3.
- Asid perklorik HClO4.
- Asid hipoklorus HOBr.
- Asid Bromomik HBrO3.
- Asid Bromoik HBrO4.
- Asid hiodik HOI.
- Asid iodonic HIO3.
- Asid metaiodik HIO4, H5IO6.
Dalam setiap asid ini, proton terikat pada atom oksigen, jadi membandingkan panjang ikatan proton tidak berguna di sini. Keelektronegatifan memainkan peranan yang dominan di sini. Aktiviti asid meningkat dengan bilangan atom oksigen yang terikat pada atom pusat.
Rupa dan keadaan jirim
Sifat fizikal utama halogen boleh diringkaskan dalam jadual berikut.
| Keadaan jirim (pada suhu bilik) | Halogen | Penampilan |
| keras | iodin | ungu |
| astatin | hitam | |
| cecair | bromin | merah-coklat |
| gas | fluorin | coklat pucat |
| klorin | hijau pucat |
Penjelasan penampilan
Warna halogen adalah hasil daripada penyerapan cahaya yang boleh dilihat oleh molekul, yang menyebabkan pengujaan elektron. Fluorin menyerap cahaya ungu dan oleh itu kelihatan kuning muda. Iodin, sebaliknya, menyerap cahaya kuning dan kelihatan ungu (kuning dan ungu adalah warna pelengkap). Warna halogen menjadi lebih gelap apabila tempoh meningkat.
Dalam bekas tertutup, cecair bromin dan iodin pepejal berada dalam keseimbangan dengan wapnya, yang boleh diperhatikan sebagai gas berwarna.
Walaupun warna astatin tidak diketahui, diandaikan bahawa ia mestilah lebih gelap daripada iodin (iaitu hitam) mengikut corak yang diperhatikan.
Sekarang, jika anda ditanya: "Ciri sifat fizikal halogen", anda akan mempunyai sesuatu untuk dikatakan.
Keadaan pengoksidaan halogen dalam sebatian
Keadaan pengoksidaan sering digunakan dan bukannya "valensi halogen". Sebagai peraturan, keadaan pengoksidaan ialah -1. Tetapi jika halogen terikat kepada oksigen atau halogen lain, ia boleh mengambil keadaan lain:CO oksigen -2 mempunyai keutamaan. Dalam kes dua atom halogen berbeza terikat bersama, lebih banyak atom elektronegatif diguna pakai dan mengambil CO -1.
Sebagai contoh, dalam iodin klorida (ICl) klorin mempunyai CO -1, dan iodin +1. Klorin lebih elektronegatif daripada iodin, jadi CO-nya ialah -1.
Dalam asid bromik (HBrO4) oksigen mempunyai CO -8 (-2 x 4 atom=-8). Hidrogen mempunyai keadaan pengoksidaan keseluruhan +1. Menambah nilai ini memberikan CO -7. Oleh kerana CO akhir sebatian mestilah sifar, CO bromin ialah +7.
Pengecualian ketiga kepada peraturan ialah keadaan pengoksidaan halogen dalam bentuk unsur (X2), dengan COnya ialah sifar.
| Halogen | CO dalam sebatian |
| fluorin | -1 |
| klorin | -1, +1, +3, +5, +7 |
| bromin | -1, +1, +3, +4, +5 |
| iodin | -1, +1, +5, +7 |
| astatin | -1, +1, +3, +5, +7 |
Mengapakah SD fluorin sentiasa -1?
Elektronegativiti meningkat dengan tempoh. Oleh itu, fluorin mempunyai keelektronegatifan tertinggi daripada semua unsur, seperti yang dibuktikan oleh kedudukannya dalam jadual berkala. Konfigurasi elektroniknya ialah 1s2 2s2 2p5. Jika fluorin memperoleh satu lagi elektron, orbital p terluar terisi sepenuhnya dan membentuk oktet penuh. Kerana fluorin mempunyaikeelektronegatifan tinggi, ia boleh dengan mudah mengambil elektron daripada atom jiran. Fluorin dalam kes ini adalah isoelektronik kepada gas lengai (dengan lapan elektron valens), semua orbital luarnya diisi. Dalam keadaan ini, fluorin jauh lebih stabil.
Pengeluaran dan penggunaan halogen
Secara semula jadi, halogen berada dalam keadaan anion, jadi halogen bebas diperoleh melalui pengoksidaan melalui elektrolisis atau dengan bantuan agen pengoksidaan. Sebagai contoh, klorin dihasilkan oleh hidrolisis larutan garam. Penggunaan halogen dan sebatiannya adalah pelbagai.
- Fluorin. Walaupun fluorin sangat reaktif, ia digunakan dalam banyak aplikasi perindustrian. Sebagai contoh, ia adalah komponen utama polytetrafluoroethylene (Teflon) dan beberapa fluoropolimer lain. Klorofluorokarbon ialah bahan kimia organik yang sebelum ini digunakan sebagai penyejuk dan bahan dorong dalam aerosol. Penggunaannya telah dihentikan kerana kemungkinan kesannya terhadap alam sekitar. Mereka telah digantikan oleh hidroklorofluorokarbon. Fluorida ditambah pada ubat gigi (SnF2) dan air minuman (NaF) untuk mengelakkan kerosakan gigi. Halogen ini terdapat dalam tanah liat yang digunakan untuk membuat jenis seramik (LiF) tertentu, digunakan dalam tenaga nuklear (UF6), untuk menghasilkan antibiotik fluoroquinolone, aluminium (Na 3 AlF6), untuk penebat voltan tinggi (SF6).
- Klorin juga telah menemui pelbagai kegunaan. Ia digunakan untuk membasmi kuman air minuman dan kolam renang. Natrium hipoklorit (NaClO)adalah komponen utama peluntur. Asid hidroklorik digunakan secara meluas dalam industri dan makmal. Klorin terdapat dalam polivinil klorida (PVC) dan polimer lain yang digunakan untuk menebat wayar, paip dan elektronik. Di samping itu, klorin telah terbukti berguna dalam industri farmaseutikal. Ubat yang mengandungi klorin digunakan untuk merawat jangkitan, alahan, dan diabetes. Bentuk neutral hidroklorida adalah komponen banyak ubat. Klorin juga digunakan untuk mensterilkan peralatan hospital dan membasmi kuman. Dalam pertanian, klorin ialah ramuan dalam kebanyakan racun perosak komersial: DDT (dichlorodiphenyltrichloroethane) telah digunakan sebagai racun serangga pertanian, tetapi penggunaannya telah dihentikan.
- Bromine, kerana tidak mudah terbakar, digunakan untuk menyekat pembakaran. Ia juga terdapat dalam metil bromida, racun perosak yang digunakan untuk memelihara tanaman dan menyekat bakteria. Walau bagaimanapun, penggunaan berlebihan metil bromida telah dihentikan secara berperingkat kerana kesannya terhadap lapisan ozon. Bromin digunakan dalam pengeluaran petrol, filem fotografi, alat pemadam api, ubat-ubatan untuk rawatan radang paru-paru dan penyakit Alzheimer.
- Iodin memainkan peranan penting dalam berfungsi dengan baik kelenjar tiroid. Jika badan tidak mendapat cukup iodin, kelenjar tiroid membesar. Untuk mengelakkan goiter, halogen ini ditambah kepada garam meja. Iodin juga digunakan sebagai antiseptik. Iodin terdapat dalam larutan yang digunakan untukmembersihkan luka terbuka, serta dalam semburan disinfektan. Selain itu, iodida perak adalah penting dalam fotografi.
- Astatine ialah halogen radioaktif dan nadir bumi, jadi ia masih belum digunakan di mana-mana. Walau bagaimanapun, dipercayai bahawa unsur ini boleh membantu iodin dalam pengawalan hormon tiroid.
