Tính chất hoá học tính chất vật lí của Halogen, đặc điểm cấu tạo, trạng thái tự nhiên và ứng dụng của Halogen

Vậy nhóm halogen (các nguyên tố nhóm VIIA) gồm những nguyên tố nào? Nêu tính chất vật lí hoá học của các halogen? Đặc điểm cấu tạo, trạng thái tự nhiên và ứng dụng của hagôlen là gì?… chúng ta cùng tìm hiểu qua bài viết dưới đây.

I. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

– Nhóm halogen (gồm các nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn) gồm các nguyên tố hóa học: flo (F); clo (Cl); nước brom (Br); iốt (I); nguyên tố (At) và tennessine (Ts).

– Trong đó asatine (At) và tennessine (Ts) là các nguyên tố phóng xạ.

II. Trạng thái tự nhiên của các halogen

Trong tự nhiên các halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hợp chất chính của halogen là muối halogenua.

Các ion florua được tìm thấy trong các khoáng chất như fluorit (CaF₂); floapatite (Ca₅(PO .)₄)₃F) và criolit (Na₃AlF₆).

+ Ion clorua có nhiều trong nước biển, trong quặng halit (NaCl, thường gọi là muối mỏ), sylvit (KCl).

+ Ion bromua có trong quặng bromargyrit (AgBr);

+ Ion iodua có trong iodargyrit (AgI);…

Một số khoáng chất có chứa các ion halogenua

III. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử halogen. Tính chất của phân tử halogen.

– Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử halogen có 7 electron.

– Để đạt cấu hình electron bền như khí hiếm, hai nguyên tử halogen dùng chung một cặp electron để tạo thành phân tử.

Trong đó X là kí hiệu của các nguyên tố halogen.

Công thức cấu tạo của phân tử halogen là: X – X.

→ Như vậy nguyên tố halogen tồn tại ở dạng phân tử X₂liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị không cực.

IV. Tính chất vật lí của halogen

Các halogen ít tan trong nước, nhưng tan trong các dung môi hữu cơ không phân cực như hexan (C .).₆h₁₄), cacbon tetraclorua (CCl₄),…

Một số đặc điểm của các nguyên tố nhóm halogen

– Từ flo đến iốt:

Trạng thái tập hợp của một phần tử duy nhất ở 20^oC thay đổi: flo và clo ở thể khí, brom ở thể lỏng, iot ở thể rắn.

+ Màu đậm dần: flo có màu lục nhạt, clo có màu lục vàng, brom có ​​màu nâu đỏ, iot có màu tím đen.

Nhiệt độ nóng chảy và sôi tăng dần.

Điểm nóng chảy và sôi của halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ flo đến iốt, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng lên, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến tăng nhiệt độ nóng chảy và sôi.

V. Tính chất hóa học của các halogen

Nhận xét chung: Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns²np⁵vì vậy nguyên tử có xu hướng nhận thêm một electron hoặc chia sẻ electron với một nguyên tử khác để đạt được cấu hình electron ổn định của khí hiếm tương ứng.

Sơ đồ tổng quát: X + 1e → X^–

1. Tác dụng với kim loại

– Các halogen phản ứng với kim loại ở mức độ khác nhau:

+ Flo tác dụng được với mọi kim loại, ví dụ:

2Ag + F₂ → 2AgF

+ Clo phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au, Pt. Ví dụ:

2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Brôm phản ứng được với nhiều kim loại nhưng khả năng phản ứng yếu so với flo và clo. Ví dụ:

2Na + Br₂ → 2NaBr

Iot phản ứng với kim loại yếu hơn brom là clo và flo. Ví dụ:

2Al + 3I₂ 2AlI₃

Thí nghiệm Halogen phản ứng với kim loại

2. Phản ứng với hiđro

– Khi phản ứng với hiđro, flo phản ứng nổ ngay cả trong bóng tối, ở nhiệt độ rất thấp (-252^oC); clo phản ứng trong điều kiện chiếu sáng hoặc sưởi ấm; brom phản ứng khi đun nóng 200-400^oC; Iot phản ứng khó hơn, cần đun nóng 350 – 500^oC, xúc tác Pt và phản ứng là thuận nghịch.

h₂ + F₂ → 2HF

h₂ + Cl₂ 2HCl

h₂ + Anh₂2HBr

h₂ + Tôi₂ 2HI (350-500⁰C, Pt)

Bảng năng lượng liên kết của HX

* Chú ý:

Flo phản ứng mạnh với nước, bốc cháy trong hơi nước nóng.

2F₂ + 2 CĂN NHÀ₂O → 4HF + O₂

+ Clo và brom phản ứng chậm với nước tạo thành axit hydrohalic và axit hypohalous, khả năng phản ứng của brom khó khăn hơn.

Cl₂ + BẠN BÈ₂O ⇄ HCl + HClO

Br₂ + BẠN BÈ₂O HBr + HBrO

Iot phản ứng rất chậm với nước tạo thành axit iot

3tôi₂ + 3 GIỜ₂O 5HI + HI₃

3. Phản ứng với dung dịch kiềm

– Halogen phản ứng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.

– Ví dụ:

Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂Ô

3Cl₂ + 6NaOH 5NaCl + NaClO₃ + 3 GIỜ₂Ô

* Chú ý:

+ Hỗn hợp dung dịch NaCl và NaClO được gọi là nước Javel, có tính oxi hóa mạnh nên được dùng làm chất tẩy trắng, sát trùng.

+ Phản ứng của clo với dung dịch kiềm được dùng để sản xuất chất tẩy rửa, khử trùng, tẩy trắng trong ngành dệt, da, bột giấy,…

4. Phản ứng với dung dịch muối halogenua

– Nói chung trong dung dịch, các halogen có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halogenua của halogen có tính oxi hóa yếu hơn tạo ra halogen có tính oxi hóa yếu hơn.

– Ví dụ:

Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + Tôi₂

5. Khử màu khí clo ướt

Cl₂ + BẠN BÈ₂Ô HCl + HClO

– Phản ứng giữa clo và nước là phản ứng thuận nghịch, thu được dung dịch gồm nước, axit clohiđric (HCl); axit hypoclorơ (HClO) với clo.

– Axit hipoclorơ (HClO) là chất oxi hoá mạnh, có thể phá huỷ các hợp chất có màu nên khí clo ướt có tính tẩy màu.

Bộ kit pha chế và thử tính tẩy trắng của khí clo ướt

TẠI VÌ. Ứng dụng của halogen

Các ứng dụng của Flo: Dùng trong sản xuất chất dẻo có độ ma sát thấp, như teflon tráng trên chảo chống dính… Các hợp chất flo khác như criolit được dùng trong sản xuất nhôm; natri flo dùng làm thuốc diệt côn trùng, chống gián; một số muối flo khác được thêm vào kem đánh răng, tạo men răng,…

Các ứng dụng của Clo: Là chất oxi hóa mạnh, được dùng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước. Một lượng lớn clo được sử dụng để sản xuất các dung môi như cacbon tetraclorua (CCl₄), clorofom (CHCl₃)…

Ứng dụng của brom: Dùng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; Bạc bromua (AgBr) là chất nhạy sáng, được dùng để tráng phim ảnh, làm phụ gia chống ăn mòn cho xăng,…

– Ứng dụng của iốt: Là một nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu i-ốt có thể gây ra các tác hại cho sức khỏe như bướu cổ, trí tuệ chậm phát triển, hỗn hợp etanol và i-ốt là một chất sát trùng phổ biến. Các hợp chất iốt được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.