Halogen là gì? Đặc điểm, tính chất của các nguyên tố Halogen

Halogen là gì? Nó có đặc điểm về tích chất như thế nào? Các hợp chất của halogen là gì? Đây có lẽ là những câu hỏi được đặt ra không chỉ cho những người mới tiếp xúc với môn hóa học mà rất nhiều người cũng có cùng thắc mắc.Cùng đón đọc bài viết dưới đây để dần làm rõ nhóm chất này nhé.

Halogen là gì?

1. Định nghĩa Halogen là gì?

Halogen (theo tiếng Latinh có nghĩa là sinh ra muối) là những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn hóa học, người ta thường gọi là nhóm Halogen hay các nguyên tố halogen. Nhóm này bao gồm các nguyên tố là Flo (F), Clo (Cl), Brôm (Br), Iốt (I), Astatin (ký hiệu At, đây là nguyên tố phóng xạ, hiếm gặp  tự nhiên trong lớp vỏ Trái Đất), Tennessine( có ký hiệu là Ts và là nguyên tố mới được phát hiện).  

Do chất Astatin là nguyên tố phóng xạ nên được xem xét chủ yếu trong nhóm các nguyên tố phóng xạ và Tennessinel là nguyên tố mới đang được nghiên cứu làm rõ vì vậy ở đây chúng ta chủ yếu sẽ tìm hiểu về flo, clo, brôm và Iốt.

Halogen là gì?

2. Cấu hình electron nguyên tử và cấu tạo phân tử nhóm halogen

• Các nguyên tố thuộc nhóm halogen đều có 7 lớp electron trong lớp electron ngoài cùng của nguyên tố và được phân thành hai phân lớp là phân lớp s gồm 2 e và lớp p có 5 e (ns²np⁵).
• Do chỉ thiếu 1 electron ở lớp ngoài cùng để được cấu hình electron bền như khí hiếm nên khi ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen thường góp chung một đôi electron để tao ra phân tử có liên kết cộng hóa trị không phân cực.
• Liên kết phân tử (X₂) không bền lắm và dễ bị tách thành 2 nguyên tử X.

>>> Bazơ là gì? Tính chất hóa học của Bazơ bạn cần biết

3. Tính chất vật lý và hóa học của nhóm halogen là gì?

3.1. Tính  chất vật lý

Trong nhóm halogen, tính chất vật lý biến đổi theo quy luật nhất định: từ trạng thái tập hợp, màu sắc, nhiệt độ sôi,... Cụ thể:

• Về trạng thái và màu sắc: chuyển từ khí sang lỏng và rắn với màu sắc đậm dần, Flo ở dạng khí và có màu lục nhạt, Clo trạng thái khí có màu vàng lục, Brom dạng lỏng với màu đỏ nâu và Iốt ở trạng thái rắn có màu đen tím cùng dễ thăng hoa.
• Nhiệt độ nóng chảy cùng nhiệt độ sôi tăng dần từ flo đến iốt.
• Trong nhóm halogen ngoài flo không tan trong nước, các chất còn lại tan tương đối ít và chủ yếu tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.
• Trong tự nhiên chỉ tồn tại ở dạng hợp chất: Clo chủ yếu ở dạng muối clorua, Flo thường ở trong khoáng vật florit và criolit, Brom chủ yếu trong muối bromua củ kali, natri và magie, iốt có trong mô một số loại rong biển và tuyến giáp con người,....

Các nguyên tố nhóm Halogen có sự biến đổi về màu sắc và trạng thái

3.2. Tính chất hóa học

• Đây là những phi kim điển hình. Có tính oxi hóa mạnh do đặc điểm của lớp electron ngoài cùng. Tính oxi hóa giảm dần theo chiều từ flo đến iốt.

4. Một số ví dụ cụ thể về tính chất hóa học của các đơn chất halogen

4.1. Tác dụng với kim loại

• Các nguyên tố halogen phản ứng hầu hết với các kim loại trừ Au và Pt (riêng với F2 có thể phản ứng với tất cả các kiếm loại) để tạo muối halogenua và thường xảy ra ở điều kiện nhiệt độ cao.

2M + nX₂ →  2MX_n

• Phản ứng với hidro để tạo nên hidro halogenua

H₂ + X₂  → 2HX

Trong đó để tạo thành phản ứng mỗi halogen lại có điều kiện khác nhau: 

F₂: có thể xảy ra cả trong bóng tối

Cl₂: hoạt động khi được chiếu sáng

Br₂: ở điều kiện được đun nóng ở nhiệt độ cao

I₂: phản ứng mang tính thuận nghịch và cần được đun nóng

4.2. Tác dụng với nước

• F₂ tác dụng mãnh liệt với nước giải phóng oxy

2H₂O  + 2F₂ → 4HF + O₂

• CònBr₂ và Cl₂ thì có phản ứng thuận nghịch với nước:

H₂O + Cl₂ ↔  HCl + HClO

• Riêng I₂ không có phản ứng với nước

4.3. Phản ứng với dung dịch kiềm

• Đối với dung dịch kiềm loãng nguội

X₂  + 2NaOH → NaX +  NaXO + H₂O   

(Vd: Cl₂ + 2NaOH  → NaCl + NaClO + H₂O)

Riêng F₂ : 2F₂ + 2NaOH → 2NaF + H₂O +  OF₂

• Đối với dung dịch kiềm đặc

3X2 + 6KOH  → 5KX + KXO3 + 3H₂O 

(Vd: 3Cl + 6KOH → 5KCl + KClO₃ + 3H₂O ở điều kiện 100^oC)

4.4. Tác dụng với dung dịch muối halogenua

• Tác dụng với các dung dịch muối halogenua của nhóm halogen có tính oxi hóa yếu hơn trừ F2 không có phản ứng.

X₂ + 2NaX’  → 2NaX +  X’₂

(trong đó X’ là halogen có tính oxy hóa yếu hơn tính oxy hóa của halogen X)

• Các cặp oxy hóa khử của nhóm halogen được xếp theo chiều giảm dần tính khử của các ion X^-: I₂/2I^- đến Br₂/2Br^- và cuối cùng là Cl₂/2Cl^-

^{>>> Amino axit là gì? Các amino axit cần nhớ}

5. Ứng dụng cơ bản của các nguyên tố halogen

5.1. Clo

• Dùng làm chất sát trùng trong hệ thống nước sạch và để xử lý nước thải
• Dùng trong tẩy trắng vải, sợi, giấy
• Là nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ

Clo - Nguyên tố Halogen được ứng dụng trong xử lý nước

5.2. Flo

• Trong tên lửa: ứng dụng làm chất oxi hóa cho nhiên liệu lỏng
• Sử dụng trong công nghiệp sản xuất nhiên liệu hạt nhân
• Dùng ở dạng dẫn xuất

5.3. Brôm

• Là nguyên liệu trong dược phẩm, thuốc nhuộm,..
• Dùng để chế tạo AgBr trong ngành nhiếp ảnh

5.4. Iốt

• Ở dạng cồn là chất sát trùng
• Là thành phần của nhiều dược phẩm
• Là nguyên liệu tạo ra muối iot

>>> Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm

Các hợp chất của Halogen

1. Hidrohalogenua

Đặc điểm:

• Trong đó đều là chất khí với đặc trưng là tan nhiều trong nước, điện li hoàn toàn (trừ HF) tạo ra dung dịch axit mạnh
• Thứ tự tính axit và tính khử giảm dần: HI – HBr – HCl – HF
• HCl, HBr và HI có tinh axit mạnh: làm quỳ tím hóa đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước H, oxit kim loại, bazơ và muối

Vd: Fe +  HCl →  FeCl₂ + H₂

• Có tính khử: tác dụng với các chất có tính oxi hóa mạnh
• Riêng HF có tính ăn mòn thủy tinh: 4HF + SiO → SiF₄ + 2H₂O

Điều chế:

• Trong phòng thí nghiệm (trừ HBr và HI):

NaCl (rắn) + H₂SO4 (đặc) → NaHSO₄ + HCl (ở nhiệt độ dưới 250^oC)

Hoặc : 2NaCl (rắn) + H₂SO₄ (đặc) → Na₂SO₄ + 2HCl (nhiệt độ trên 400^oC)

• Trong công nghiệp: sử dụng phương pháp tổng hợp

H₂ + Cl₂ → 2HCl (điều kiện: ánh sáng và nhiệt độ cao)

Ngoài ra có thể điều chế HF bằng: CaF₂ + H₂SO₄  → CaSO₄ + 2HF (ở 250^oC)

2. Muối halogenua

• Là muối của axit halogen hidric
• Các muối clorua hầu hết đều tan trừ PbCl₂, AgCl, Hg₂Cl₂, CuCl, muối bromua và iodua có tính tan tương tự.

3. Axit hipocloro (HClO)

• Là một axit rất yếu: CO₂ + H₂O + KClO  →   KHCO₃ + HClO
• Kém bền, chỉ có thể tồn tại trong dung dịch nước: HClO → HCl  + O

4. Axit cloric (HClO₃) và muối kali clorat

• Axit cloric là một axit khá mạnh, có tính oxi hóa mạnh và tan nhiều trong nước. Nó được điều chế bằng phương pháp nhiệt phân HClO: 3HClO → HClO₃ + 2HCl
• Muối Kali clorat chủ yếu dùng làm thuốc nổ và diêm tiêu: 6P + 5KClO₃ → 3P2O₅ + 5KCl

5. Axit pecloric (HClO₄)

• Đây là một axit rất mạnh và tan nhiều trong nước: 2HClO₄ → Cl₂O₇ + H₂O
• Được điều chế từ KClO₄: KClO₄ + H₂SO₄ → HClO₄ + KHSO₄

Trên đây là một số thông tin tham khảo về halogen là gì cũng như đặc điểm về hợp chất của nó. Hy vọng có thể giúp bạn đọc hiểu thêm một phần nào đó về nhóm chất này. Truy cập hoachat.com.vn để tìm giải mã thêm những bí ẩn khác của cuộc sống quanh ta.