8.7: 할로겐

할로겐으로 알려진 17족 원소는 비금속입니다. 실온에서 플루오린와 염소는 기체, 브롬은 액체, 요오드는 고체입니다. 아스타틴은 매우 불안정한 방사성 원소이므로 반감기가 짧기 때문에 현재 대부분의 특성이 알려져 있지 않습니다. 테네신도 이 그룹에 속할 것으로 예상되는 합성 원소입니다.

할로겐은 단일 원자로 발견되지 않고 이원자 분자로 존재합니다. 원자 반경은 플루오린에서 요오드로 증가합니다. 할로겐의 원자가 껍질 전자 구성은 ns^2np^5이며 희가스 구성을 달성하기 위해 전자를 받아들이는 경향이 있습니다. 할로겐의 다양한 특성은 표 1에 나열되어 있습니다.

표 1: 할로겐의 특성.

할로겐의 전자 친화력은 큰 음수 값을 갖습니다. 따라서 할로겐은 강력한 산화제입니다. 플루오린는 가장 음의 전자 친화력을 갖는 그룹 중 가장 강력한 산화제입니다. 할로겐은 금속과 반응하여 전자를 얻고 상응하는 금속 할로겐화물을 생성합니다. 예를 들어, 염소는 철과 반응하여 염화철을 생성하고 나트륨과 반응하여 염화나트륨을 생성합니다. 할로겐은 수소와 반응하여 할로겐화수소를 형성하고, 이는 물에 용해되어 할로겐화수소산을 생성합니다. 불산은 가장 약한 할로산입니다. 불소는 물과 격렬하게 반응합니다. 반응은 발열성이 높고 산소를 생성합니다. 염소의 반응은 물과 덜 활발합니다. 이 반응에서 생성된 차아염소산은 강력한 산화제입니다.

할로겐은 서로 반응하여 할로겐간 화합물을 형성하며, 그 중 대부분은 이원 화합물입니다. 인터할로겐 화합물의 일반적인 분자식은 AB_n입니다. 여기서 A는 원자 번호가 더 높은 할로겐이고 홀수입니다. 인터할로겐 화합물의 예로는 ICl, IBr, BrF, BrCl, ClF가 있습니다. 할로겐은 탄소와 반응하여 상업적으로 중요한 화합물을 형성합니다. 예를 들어, 에틸렌은 플루오린와 반응하여 퍼플루오로에틸렌을 생성합니다.

이 문서는 에서 발췌되었습니다 Openstax, Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.

할로겐은 5개의 비금속 원소인 불소, 염소, 브롬, 요오드, 아스타틴으로 이루어진 족이며 17족에 놓입니다. 할로겐 원소들은 이원자 분자로 존재합니다. 상온에서 불소와 염소는 기체이고, 브롬은 액체이며, 요오드는 고체입니다.

다섯 번째 원소인 아스타틴의 성질에 대해서는 알려진 것이 적은 데 아스타틴은 희귀하고 방사능이 높은 고체입니다. 원소 색상과 같은 할로겐의 물리적 특성은 족에서 아래로 가면서 달라집니다. 원자수의 증가에 따라 원자 반지름이 증가하며 용융점과 비등점은 불소에서 요오드로 가면서 증가하는 경향을 가집니다.

이와 대조적으로 전기음성도, 반응성, 전자 친화도와 같은 주기적인 특성들은 족의 아래로 가면서 감소됩니다. 전자 배치에 따르면 할로겐은 7개의 원자가 전자를 가지고 있고 가장 가까운 비활성 기체 전자배치를 달성하는 데 한 개 전자가 부족합니다. 따라서 할로겐은 옥텟을 완성하기 위해 한 개의 추가 전자를 얻는 경향이 강한 것과 함께 전기음성도가 높으며 다른 족에 비해 반응성이 강하고 강력한 산화제입니다.

불소는 할로겐 족에서 가장 강력한 산화제이며 요오드는 가장 약한 산화제입니다. 할로겐은 또한 높은 음의 값을 가진 전자 친화도를 보여줍니다. 이 친화도는 중성 원자에서 전자를 얻을 때 발생하는 에너지의 변화입니다.

친화도는 몰당 킬로줄로 표현되며 음수 값은 반응이 발열성임을 나타냅니다. 할로겐은 대부분의 금속과 반응하여 금속 할로겐화물을 생성합니다. 예를 들어 염소와 나트륨이 반응하여 이온 화합물인 염화나트륨을 생성합니다.

할로겐은 수소와 반응하여 할로겐화수소라고 불리는 극성 공유결합 화합물을 형성하는데 이것은 물에 용해되어 할로겐화 수소산을 형성합니다. 할로겐은 물과도 반응합니다. 불소와 물의 반응은 강한 발열성을 띠며 강한 산인 불산과 산소를 생성합니다.

그러나 염소는 더 느리게 반응하여 강한 산화제인 염산과 차아염소산을 생성합니다. 또한 할로겐 족은 서로 반응하여 할로겐 간 화합물이라고 불리는 이원 공유결합 화합물을 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 브롬은 불소와 반응하여 삼플루오르화브롬을 생성합니다.