HALOGENS: ĐẶC TÍNH, CẤU TRÚC VÀ CÔNG DỤNG - HÓA HỌC - 2026

Các halogen không phải là nguyên tố kim loại thuộc Nhóm VIIA hoặc 17 của bảng tuần hoàn. Chúng có độ hút điện và ái lực điện tử cao, ảnh hưởng lớn đến đặc tính ion của liên kết giữa chúng với kim loại. Từ 'halogens' có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp và có nghĩa là 'chất tạo muối'.

Nhưng những halogen này là gì? Flo (F), clo (Cl), brom (Br), iot (I) và nguyên tố phóng xạ và phù du là astatine (At). Chúng phản ứng mạnh đến mức chúng phản ứng với nhau để tạo thành các phân tử tảo: F ₂ , Cl ₂ , Br ₂ , I ₂ và At ₂ . Các phân tử này được đặc trưng bởi có các đặc tính cấu trúc tương tự (phân tử mạch thẳng), mặc dù có các trạng thái vật lý khác nhau.

Nguồn: Bởi W. Oelen, qua Wikimedia Commons

Ba halogen được hiển thị trong hình trên. Từ trái sang phải: clo, brom và iot. Cả flo và astatine đều không được bảo quản trong hộp thủy tinh, vì chất này không chống lại sự ăn mòn của nó. Lưu ý các tính chất cảm quan của các halogen thay đổi như thế nào khi người ta chuyển nhóm của chúng xuống nguyên tố iốt.

Flo là chất khí có màu hơi vàng; clo cũng vậy, nhưng có màu vàng xanh; brom là chất lỏng màu đỏ sẫm; iốt, một chất rắn màu đen với màu tím; và astatine, một chất rắn kim loại sáng bóng, sẫm màu.

Halogens có khả năng phản ứng với hầu hết các nguyên tố trong bảng tuần hoàn, thậm chí một số khí quý (như xenon và krypton). Khi chúng xảy ra, chúng có thể oxy hóa các nguyên tử đến trạng thái oxy hóa dương nhất của chúng, biến chúng thành các chất oxy hóa mạnh.

Chúng cũng trao các đặc tính cụ thể cho các phân tử khi chúng liên kết hoặc thay thế một số nguyên tử của chúng. Những loại hợp chất này được gọi là halogenua. Trên thực tế, halogenua là nguồn tự nhiên chính của halogen, và nhiều trong số chúng được hòa tan trong biển hoặc là một phần của khoáng chất; đó là trường hợp của fluorit (CaF ₂ ).

Cả halogen và halogenua đều có nhiều cách sử dụng; từ công nghiệp hoặc công nghệ, đơn giản là làm nổi bật hương vị của một số loại thực phẩm như muối mỏ (natri clorua).

Các tính chất vật lý và hóa học

Trọng lượng nguyên tử

Flo (F) 18,99 g / mol; Clo (Cl) 35,45 g / mol; Brôm (Br) 79,90 g / mol; Iốt (I) 126,9 g / mol và Astate (At) 210 g / mol,

Tình trạng thể chất

Pha khí; Khí Cl; Br lỏng; I solid và At solid.

Màu sắc

F, màu vàng nâu nhạt; Cl, màu lục nhạt; Br, nâu đỏ; I, tím và At, đen kim loại * * (giả định)

Điểm nóng chảy

F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° C; Br -7,3 ° C; I 113,7º C và Ở 302º C.

Độ sôi

F -118,12 ° C; Cl -34,04 ° C; Br 58,8 ° C; I 184,3º C và? Ở 337º C.

Mật độ ở 25º C

F- 0,0017 g / cm ³ ; Cl- 0,0032 g / cm ³ ; Br- 3.102 g / cm ³ ; I- 4,93 g / cm ³ và At- 6,2-6,5 g / cm ³

Khả năng hòa tan trong nước

Cl- 0,091 mmol / cm ³ ; Br- 0,21 mmol / cm ³ và I- 0,0013 mmol / cm ³ .

Năng lượng ion hóa

F- 1,681 kJ / mol; Cl- 1,251 kJ / mol; Br- 1,140 kJ / mol; I- 1,008 kJ / mol và At- 890 kJ / mol.

Độ âm điện

F- 4,0; Cl- 3,0; Br- 2,8; I- 2,5 và At- 2,2.

Các halogen có 7 electron trong lớp vỏ hóa trị của chúng, do đó chúng rất háo hức để có được một electron. Ngoài ra, các halogen có độ âm điện lớn do bán kính nguyên tử nhỏ và lực hút lớn mà hạt nhân tác dụng lên các điện tử hóa trị.

Phản ứng

Halogens có phản ứng cao, điều này sau đó sẽ giải thích độc tính của chúng. Ngoài ra, chúng còn là chất oxy hóa.

Thứ tự giảm dần của phản ứng là: F> Cl> Br> I> At.

Trạng thái trong tự nhiên

Do khả năng phản ứng lớn, các nguyên tử halogen không có bản chất tự do; đúng hơn, chúng được tìm thấy tạo thành các tập hợp hoặc như các phân tử diatomic liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị.

Cấu trúc phân tử

Halogens không tồn tại trong tự nhiên dưới dạng nguyên tử nguyên tố, mà ở dạng phân tử tảo cát. Tuy nhiên, chúng đều có điểm chung là có cấu trúc phân tử tuyến tính, và điểm khác biệt duy nhất nằm ở độ dài của liên kết và tương tác giữa các phân tử của chúng.

Phân tử tuyến tính XX (X ₂ ) có đặc điểm là không bền, vì cả hai nguyên tử đều hút mạnh cặp electron về phía chúng. Tại sao? Bởi vì các electron bên ngoài của nó chịu một điện tích hạt nhân hiệu dụng rất cao, Zef. Zef càng cao thì khoảng cách liên kết XX càng nhỏ.

Khi một người di chuyển xuống nhóm, Zef trở nên yếu hơn và độ ổn định của các phân tử này tăng lên. Như vậy, thứ tự giảm dần của phản ứng là: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂ . Tuy nhiên, thật không hợp lý khi so sánh astatine với flo, vì các đồng vị đủ ổn định chưa được biết đến do tính phóng xạ của nó.

Tương tác giữa các phân tử

Mặt khác, các phân tử của nó thiếu mômen lưỡng cực, là một cực. Thực tế này là nguyên nhân dẫn đến tương tác giữa các phân tử yếu của chúng, mà lực tiềm ẩn duy nhất của chúng là lực tán xạ hoặc lực Luân Đôn, tỷ lệ với khối lượng nguyên tử và diện tích phân tử.

Bằng cách này, phân tử nhỏ của F ₂ không có đủ khối lượng hoặc electron để tạo thành chất rắn. Không giống như I ₂ , phân tử iốt, tuy nhiên vẫn là một chất rắn tạo ra hơi màu tím.

Brom thể hiện một ví dụ trung gian giữa hai thái cực: Các phân tử Br ₂ tương tác đủ để xuất hiện ở trạng thái lỏng.

Có thể astatine, do đặc tính kim loại ngày càng tăng, không xuất hiện ở dạng At ₂ mà ở dạng nguyên tử At tạo thành liên kết kim loại.

Về màu sắc của nó (vàng-lục-vàng-đỏ-tím-đen), lời giải thích phù hợp nhất là dựa trên lý thuyết quỹ đạo phân tử (TOM). Khoảng cách năng lượng giữa quỹ đạo phân tử đầy đủ cuối cùng và quỹ đạo tiếp theo có năng lượng cao nhất (phản liên kết) được khắc phục bằng cách hấp thụ một photon có bước sóng tăng dần.

Halide

Các halogen phản ứng để tạo thành halogenua, vô cơ hoặc hữu cơ. Được biết đến nhiều nhất là các hydro halogenua: hydro florua (HF), hydro clorua (HCl), hydro bromua (HBr) và hydro iodua (HI).

Tất cả chúng hòa tan trong nước tạo ra dung dịch axit; có tính axit đến mức HF có thể phân hủy bất kỳ vật chứa thủy tinh nào. Hơn nữa, chúng được coi là nguyên liệu ban đầu để tổng hợp các axit cực mạnh.

Ngoài ra còn có cái gọi là halogenua kim loại, có công thức hóa học phụ thuộc vào hóa trị của kim loại. Ví dụ, các halogen kim loại kiềm có công thức MX, và trong số đó là: NaCl, natri clorua; KBr, kali bromua; CsF, xêzi florua; và LiI, lithium iodide.

Halogenua của kim loại kiềm thổ, kim loại chuyển tiếp hoặc kim loại thuộc khối p có công thức MX _n , trong đó n là điện tích dương của kim loại. Vì vậy, một số ví dụ về chúng là: FeCl ₃ , sắt triclorua; MgBr ₂ , magie bromua; AlF ₃ , nhôm triflorua; và CuI ₂ , iotua cupric.

Tuy nhiên, các halogen cũng có thể tạo liên kết với các nguyên tử cacbon; do đó, chúng có thể xâm nhập vào thế giới phức tạp của hóa học hữu cơ và hóa sinh. Các hợp chất này được gọi là halogenua hữu cơ, và có công thức hóa học chung là RX, X là một trong các halogen bất kỳ.

Các ứng dụng

Clo

Trong ngành

-Bromine và clo được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt để tẩy trắng và xử lý len, do đó tránh được sự co rút của nó khi bị ướt.

-Nó được sử dụng như một chất khử trùng chất cặn bã và để làm sạch nước uống và bể bơi. Ngoài ra, các hợp chất có nguồn gốc từ clo được sử dụng trong các tiệm giặt là và trong ngành công nghiệp giấy.

-Nó được sử dụng trong sản xuất pin đặc biệt và hydrocacbon clo hóa. Nó cũng được sử dụng trong chế biến thịt, rau, cá và trái cây. Ngoài ra, clo hoạt động như một chất diệt khuẩn.

-Nó được sử dụng để làm sạch và tẩy trang da, và tẩy trắng cellulose. Nitrogen trichloride trước đây được sử dụng làm chất tẩy trắng bột mì và chất điều hòa.

-Khí propilen (COCl ₂ ) được sử dụng trong nhiều quá trình tổng hợp công nghiệp, cũng như trong sản xuất khí quân sự. Phosphene rất độc và là nguyên nhân gây ra nhiều ca tử vong trong Thế chiến I, nơi mà khí đốt được sử dụng.

- Khí này cũng được tìm thấy trong thuốc diệt côn trùng và thuốc xông hơi.

-NaCl là một loại muối rất phong phú được dùng để nêm thực phẩm và bảo tồn gia súc, gia cầm. Ngoài ra, nó được sử dụng trong các chất lỏng bù nước cho cơ thể, cả uống và tiêm tĩnh mạch.

Trong y học

-Các nguyên tử halogen liên kết với thuốc làm cho thuốc dễ ưa mỡ hơn. Điều này cho phép thuốc dễ dàng đi qua màng tế bào hơn, hòa tan trong lipid tạo nên nó.

-Chlorine khuếch tán vào tế bào thần kinh của hệ thần kinh trung ương thông qua các kênh ion liên kết với các thụ thể cho chất dẫn truyền thần kinh GABA, do đó tạo ra tác dụng an thần. Đây là cơ chế hoạt động của một số loại thuốc giải lo âu.

-HCl có trong dạ dày, nơi nó can thiệp bằng cách tạo ra môi trường khử có lợi cho quá trình chế biến thực phẩm. Ngoài ra, HCl kích hoạt pepsin, một loại enzym bắt đầu quá trình thủy phân protein, một giai đoạn trước khi ruột hấp thụ nguyên liệu protein.

Khác

- Axit clohydric (HCl) được sử dụng để tẩy rửa phòng tắm, trong các phòng thí nghiệm giảng dạy và nghiên cứu và trong nhiều ngành công nghiệp.

-PVC (polyvinyl clorua) là một polyme vinyl clorua được sử dụng trong quần áo, gạch lát sàn, cáp điện, ống mềm, đường ống, cấu trúc bơm hơi và ngói lợp. Ngoài ra, clo còn được dùng làm chất trung gian trong sản xuất các vật liệu nhựa khác.

-Chlorine được sử dụng trong quá trình chiết xuất brom.

-Metyl clorua thực hiện chức năng gây mê. Nó cũng được sử dụng trong sản xuất một số polyme silicone và chiết xuất chất béo, dầu và nhựa.

-Chloroform (CHCl ₃ ) là dung môi được sử dụng nhiều trong các phòng thí nghiệm, đặc biệt là trong các phòng thí nghiệm hóa hữu cơ và hóa sinh, từ giảng dạy đến nghiên cứu.

-Và cuối cùng đối với clo, trichloroethylene được sử dụng để tẩy dầu mỡ các bộ phận kim loại.

Brôm

-Bromine được sử dụng trong quá trình khai thác vàng và trong việc khoan các giếng dầu khí. Nó được sử dụng như một chất chống cháy trong ngành công nghiệp nhựa và khí đốt. Brom cách ly đám cháy với khí oxi làm nó phụt ra.

-Nó là trung gian trong sản xuất chất lỏng thủy lực, chất làm mát và hút ẩm và các chế phẩm để tạo hình tóc. Kali bromua được sử dụng trong sản xuất các tấm và giấy ảnh.

- Kali bromua cũng được dùng làm thuốc chống co giật, nhưng do muối có thể gây rối loạn chức năng thần kinh nên công dụng của nó đã bị giảm đi. Ngoài ra, một ứng dụng phổ biến khác của nó là dùng làm chip để đo các mẫu rắn từ quang phổ hồng ngoại.

- Các hợp chất crôm có trong các loại thuốc dùng để điều trị bệnh viêm phổi. Ngoài ra, hợp chất brom được đưa vào các loại thuốc được sử dụng trong các thử nghiệm được thực hiện để điều trị bệnh Alzheimer.

-Bromine được sử dụng để giảm ô nhiễm thủy ngân trong các nhà máy điện sử dụng than làm nhiên liệu. Nó cũng được sử dụng trong ngành công nghiệp dệt may để tạo ra các loại thuốc nhuộm có màu sắc khác nhau.

-Metyl bromine đã được sử dụng làm thuốc trừ sâu cho đất và khử trùng gia đình, nhưng tác hại của nó đối với ozone đã hạn chế việc sử dụng.

-Đèn halogen là sợi đốt và việc bổ sung một lượng nhỏ brom và iot cho phép giảm kích thước của bóng đèn.

Iốt

- Iốt tham gia vào hoạt động của tuyến giáp, là hormone điều hòa quá trình trao đổi chất của cơ thể. Tuyến giáp tiết ra hormone T3 và T4, hoạt động trên các cơ quan đích của nó. Ví dụ, hoạt động của nội tiết tố lên cơ tim làm tăng huyết áp và nhịp tim.

-Ngoài ra, iot còn được dùng để nhận biết sự có mặt của tinh bột. Iodua bạc là một chất phản ứng được sử dụng để phát triển các bức ảnh.

Flo

- Một số hợp chất florua được thêm vào kem đánh răng để ngăn ngừa sâu răng. Các dẫn xuất của florua có trong các loại thuốc gây mê khác nhau. Trong ngành công nghiệp dược phẩm, florua được đưa vào các loại thuốc để nghiên cứu những cải thiện có thể có về ảnh hưởng của nó đối với cơ thể.

-Axit flohydric được dùng để ăn mòn thủy tinh. Cũng trong sản xuất halogen (khí chữa cháy, chẳng hạn như freon). Một hợp chất flo được sử dụng trong quá trình điện phân nhôm để đạt được độ tinh khiết của nó.

- Lớp phủ chống phản chiếu có chứa hợp chất flo. Điều này được sử dụng trong sản xuất màn hình plasma, màn hình phẳng và hệ thống vi cơ điện tử. Flo cũng có trong đất sét được sử dụng trong một số đồ gốm.

Astatus

Người ta cho rằng astatine có thể giúp i-ốt điều chỉnh hoạt động của tuyến giáp. Ngoài ra, đồng vị phóng xạ của nó ( ²¹⁰ At) đã được sử dụng trong các nghiên cứu ung thư ở chuột.

Người giới thiệu

1. Bách khoa toàn thư về sức khỏe và an toàn tại nơi làm việc. Các halogen và các hợp chất của chúng. . Được lấy từ:
2. việc làm.gob.es
3. Hóa học LibreTexts. Nhóm 17: Tính chất chung của halogen. Lấy từ: chem.libretexts.org
4. Wikipedia. (2018). Halogen. Lấy từ: en.wikipedia.org
5. Jim Clark. (Tháng 5 năm 2015). Tính chất nguyên tử và vật lý của các nguyên tố nhóm 7 (Các halogen). Lấy từ: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML và Stanley, GG Chemistry (2003), xuất bản lần thứ 8. Học tập Cengage.
7. Các yếu tố. Halogens Lấy từ: Elements.org.es
8. Màu nâu, nguyệt quế. (Ngày 24 tháng 4 năm 2017). Đặc tính Halogen. Đấu kiếm. Phục hồi từ: sciining.com