Halogen là gì?

Halogen là các nguyên tố phi kim thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn. Các nguyên tố Halogen đứng cuối chu kì, ngay trước các nguyên tố khí hiếm. Như vậy halogen có 7e lớp ngoài cùng.

Nội dung chính

Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

Nhóm halogen gồm các nguyên tố flo (F), clo (Cl), brom (Br), iot (I) và atatin (At). Atatin không gặp trong tự nhiên, nó được điều chế nhân tạo trong các lò phản ứng hạt nhân nên được xem xét chủ yếu trong nhóm các nguyên tố phóng xạ.

Những nguyên tố halogen thuộc nhóm VIIA, đứng ở cuối các chu kì và ngay trước các nguyên tố khí hiếm.

Cấu hình electron nguyên tử, cấu tạo phân tử của nhóm halogen

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron, được phân thành 2 phân lớp: phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron (ns2np5).

Do có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chỉ còn thiếu 1 electron là đạt được cấu hình electron bền như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một đôi electron để tạo ra phân tử có liên kết cộng hoá trị không cực.

Liên kết của phân tử X2 không bền lắm, chúng dễ bị tách thành 2 nguyên tử X. Trong phản ứng hoá học, các nguyên tử này rất hoạt động vì chúng dễ thu thêm 1 electron, do đó tính chất hoá học cơ bản của các halogen là tính oxi hoá mạnh.

Một số phản ứng minh họa tính chất của Halogen 

Tác dụng với kim loại 

• Các halogen phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt (riêng F2 phản ứng được với tất cả các kim loại) → muối halogenua. Các phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao.

  • 2M + nX2 → 2MXn               

• Muối thu được thường ứng với mức hóa trị cao nhất của kim loại. Riêng phản ứng của Fe với I2 chỉ tạo sản phẩm là FeI2.

Phản ứng với hiđro 

• Halogen phản ứng với hidro tạo thành hidro halogenua

  • PTPU: H2 + X2 → 2HX

• Điều kiện khác nhau của các halogen tham gia phản ứng cộng H2:

  • F2: Phản ứng được ngay cả trong bóng tối.

  • Cl2: Chỉ phản ứng khi được chiếu sáng.

  • Br2: Phản ứng xảy ra khi được đun nóng ở nhiệt độ cao.

  • I2: Là phản ứng có tính thuận nghịch và phải được đun nóng.

Nhận xét: Điều kiện phản ứng với hiđro phức tạp dần khi đi từ F2 đến I2 nên phản ứng với H2 có thể chứng minh rằng tính oxi hóa trong nhóm halogen giảm dần từ F2 đến I2.

Tác dụng với nước 

• F2 tác dụng mãnh liệt với nước qua phương trình sau:

  • 2H2O + 2F2 → 4HF + O2

  • Nhận xét: Phản ứng chứng minh F2 có tính oxi hóa mạnh hơn của O2.

• Br2 và Cl2 có phản ứng thuận nghịch với nước, cụ thể:

  • H2O + X2 ↔ HX + HXO (axit halogen hiđric và axit hipohalogenơ)

  • H2O + Cl2 ↔ HCl + HClO

  • Nhận xét: Ta thấy khi để lâu hoặc bị chiếu sáng thì HClO bị phân hủy: HClO  HCl + O. Vì HClO có chứa ion ClO- có tính oxi hóa mạnh, do đó có thể dùng nước Clo để tẩy màu hoặc sát trùng.

• I2 không phản ứng với nước.

Phản ứng với dung dịch kiềm 

• Nếu dung dịch kiềm loãng nguội:

  • X2 + 2NaOH → NaX + NaXO + H2O

  • Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

  • 2Cl2 + 2Ca(OH)2 dung dịch → CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O

  • Cl2 + Ca(OH)2 bột → CaOCl2 + H2O

• Riêng F2:

  • 2F2 + 2NaOH → 2NaF + H2O + OF2

• Nếu dung dịch kiềm đặc nóng:

  • 3X2 + 6KOH → 5KX + KXO3 + 3H2O

  • 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O (1000C)

Tác dụng với dung dịch muối halogenua

• Ta thấy rằng tác dụng với dung dịch muối halogenua của halogen có tính oxi hóa yếu hơn và F2 không có phản ứng này.

  • X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2 (trong đó X’ là halogen có tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X).

• Các cặp oxi hóa – khử của halogen được xếp theo chiều giảm dần tính khử của các ion X-: I2/2I- > Br2/2Br- > Cl2/2Cl-

  • Trong nước: 5Cl2 + 6H2O + Br2 → 10HCl + 2HBrO3

Tính chất của nhóm Halogen

Tính chất vật lí

• Trạng thái và màu sắc cụ thể của Halogen như sau: Flo (khí, có màu lục nhạt), Clo (khí, có màu vàng lục), Brom (lỏng, có màu đỏ nâu) và Iot (rắn, có màu đen tím và dễ thăng hoa).

• Nhóm Halogen từ flo đến iot, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi sẽ tăng dần.

• Flo là chất không tan trong nước, tuy nhiên các halogen khác tan tương đối ít trong nước và sẽ tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.

Tính chất hóa học

• Bởi vì lớp e ngoài cùng đã có 7e, vì thế halogen là những phi kim điển hình, và cũng dễ nhận thêm 1e thể hiện tính oxi hóa mạnh.

• Tính oxi hóa của nhóm halogen sẽ giảm dần khi đi từ F2 đến I2.

• Trong các hợp chất thì F chỉ có mức oxi hóa -1; bên cạnh đó, các halogen khác ngoài mức oxi hóa -1 còn có mức +1; +3; +5; +7.

Sự biến đổi tính chất trong nhóm halogen

Sự biến đổi tính chất vật lí của các đơn chất

Đi từ flo đến iot ta thấy :

• Với trạng thái tập hợp : Từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn.

• Với màu sắc: Đậm dần.

• Với nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Tăng dần.

Sự biến đổi độ âm điện của các đơn chất

• Halogen có độ âm điện tương đối lớn.

• Khi đi từ flo đến iot thì độ âm điện giảm dần.

• Flo có độ âm điện lớn nhất, do đó trong tất cả các hợp chất chỉ có số oxi hoá -1. Còn các nguyên tố halogen khác, ngoài số oxi hoá -1 còn có các số oxi hoá +1, +3, +5, +7.

Sự biến đổi tính chất hoá học của các đơn chất

• Vì lớp electron ngoài cùng có cấu tạo tương tự nhau (ns2np5) nên các đơn chất halogen giống nhau vể tính chất hoá học cũng như thành phần và tính chất của các hợp chất đo chúng tạo thành.

• Halogen là những phi kim điển hình. Đi từ flo đến iot, tính oxi hoá giảm dần.

• Các đơn chất halogen oxi hoá được hầu hết các kim loại tạo ra muối halogenua, oxi hoá khí hiđro tạo ra những hợp chất khí không màu hiđro halogenua. Những chất khí này tan trong nước tạo ra dung dịch axit halogenhiđric.

Một số phương trình hóa học của nhóm halogen

• AgNO3+NaCl→AgCl+NaNO3 (AgCl kết tủa màu trắng)

• AgNO3+NaBr→AgBr+NaNO3 (AgBr kết tủa màu vàng nhạt)

• AgNO3+NaI→AgI+NaNO3 (AgI kết tủa màu vàng đậm)

• Dùng AgNO3 để nhận biết muối F−,Cl−,Br−,I−.

Một số phương trình cơ bản

• 2Na+Cl2→2NaCl (Natri Clorua)

• 2Fe+3Cl2→2FeCl3 (Sắt III Clorua)

• H2+Cl2→2HCl (Hidro Clorua)

• H2+Br2→2HBr

• H2+F2→2HF

• 2Na+Br2→2NaBr

• Br2+2NaI→2NaBr+I2

Nước Clo

Cl2+H2O→HCl+HClO

Clorua vôi

Ca(OH)2+Cl2→CaOCl2+H2O

Muối clorat

• 3Cl2+6KOH→5KCl+KClO3+3H2O

• 2Al+3Cl2→2AlCl3

Dung dịch nước Javen

2NaOH+Cl2→NaCl+NaClO+H2O

Ứng dụng của nhóm halogen

Đèn halogen

Đèn halogen chính là một bóng đèn sợi đốt, trong đó bao gồm một dây tóc vonfram được bọc kín trong một bóng đèn nhỏ gọn với một hỗn hợp của một khí trơ, cùng với một lượng nhỏ chất halogen như iốt hoặc brôm. 

Sự kết hợp của khí halogen cùng sợi vonfram tạo ra phản ứng hóa học chu trình halogen làm bổ sung vonfram cho dây tóc, cũng như tăng tuổi thọ và duy trì độ trong suốt của vỏ bóng đèn. Vì vậy, bóng đèn halogen có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn so với đèn chứa khí thông thường có công suất và tuổi thọ hoạt động tương tự, đồng thời cũng tạo ra ánh sáng có hiệu suất chiếu sáng và nhiệt độ màu cao hơn. 

Bên cạnh đó, kích thước nhỏ của đèn halogen cho phép sử dụng nó trong các hệ thống quang học nhỏ gọn như máy chiếu và đèn chiếu sáng.

Đèn halogen có khả năng sinh nhiệt cao nên dễ bị ảnh hưởng đến hiệu suất chiếu sáng khi chỉ lẫn một lượng nhỏ hơi ẩm, đặc biệt là khi thay bóng đèn.

Ưu điểm của đèn pha halogen là chi phí thay thế thấp cũng như tuổi thọ cao. Trên thực tế trung bình đèn halogen có thời gian hoạt động khoảng 1000 giờ, và có công suất khoảng 55 W. Đa số năng lượng này sẽ bị biến thành nhiệt năng vô ích thay vì quang năng. 

Halogen free

Không chứa halogen, Halogen Free hoặc Non-Halogen, theo các quy định IEC 61249-2-21 yêu cầu là: hàm lượng brom và clo nhỏ hơn 900ppm, và tổng lượng brom và clo nhỏ hơn 1500ppm, nó không chứa halogen.

Halogen free thường được dùng làm chất chống cháy và được sử dụng trong các thành phần điện tử và vật liệu, vỏ sản phẩm, chất dẻo và như vậy. Loại chất chống cháy này không thể tái chế, nó sẽ giải phóng các chất có hại trong quá trình đốt và sưởi ấm. Vì thế, nó đe doạ sức khoẻ của cơ thể, môi trường và thế hệ tiếp theo. Vì vậy, trong giới hạn của nội dung halogen, tất cả các nước đang sử dụng các phương pháp tương ứng để làm cho nỗ lực, đây là halogenation.

Halogen trong y học

Những ứng dụng của Iốt

• Thuốc bôi iốt (5% iốt trong nước/êtanol) dùng trong tủ thuốc gia đình, để khử trùng vết thương hay khử trùng bề mặt chứa nước uống.

• Iốt-123 dùng trong y khoa để tạo ảnh và xét nghiệm hoạt động của tuyến giáp. 

• Iốt-131 dùng trong y khoa giúp điều trị ung thư tuyến giáp và bệnh Grave, cũng dùng trong chụp ảnh tuyến giáp. 

• Nguyên tố iốt (không nằm trong hợp chất với các nguyên tố khác) tương đối độc đối với mọi sinh vật.

Những ứng dụng của Flo

• Hiện đang có hàng trăm hợp chất dược phẩm có chứa flo đang được phát triển, hoặc đã được đưa ra trên thị trường.

• Ví dụ các thuốc chống suy nhược như Prozac và Paxil, hay các thuốc chống viêm khớp và chống viêm nói chung như Celebrex, các thuốc chống nhiễm trùng như Cipro…

Người đăng: hoy

Time: 2020-09-22 08:41:40