8.7: Halogeny

Pierwiastki z grupy 17, znane jako halogeny, są niemetalami. W temperaturze pokojowej fluor i chlor są gazami, brom jest cieczą, a jod ciałem stałym. Astat jest wysoce niestabilnym pierwiastkiem radioaktywnym, dlatego obecnie większość jego właściwości jest nieznana ze względu na krótki okres półtrwania. Tenes jest pierwiastkiem syntetycznym, który również należy do tej grupy.

Halogeny nie występują jako pojedyncze atomy, ale istnieją jako cząsteczki dwuatomowe. Promień atomowy wzrasta od fluoru do jodu. Konfiguracja elektronowa powłoki walencyjnej halogenów to ns2np5 i mają one tendencję do przyjmowania elektronu w celu uzyskania konfiguracji gazu szlachetnego. Różne właściwości halogenów wymieniono w tabeli 1.

Tabela 1: Właściwości halogenów.

Powinowactwa elektronowe halogenów mają duże wartości ujemne; zatem halogeny są silnymi utleniaczami. Fluor jest najsilniejszym utleniaczem z grupy o najbardziej ujemnym powinowactwie elektronowym. Halogeny reagują z metalami, uzyskując elektron i wytwarzając odpowiedni halogenek metalu. Na przykład chlor reaguje z żelazem, dając chlorek żelaza oraz z sodem, dając chlorek sodu. Halogeny reagują z wodorem, tworząc halogenowodory, które rozpuszczają się w wodzie, tworząc kwasy halogenowodorowe. Kwas fluorowodorowy jest najsłabszym halokwasem. Fluor silnie reaguje z wodą. Reakcja ta jest silnie egzotermiczna i wytwarza tlen. Reakcja chloru z wodą jest mniej energiczna, a kwas podchlorawy powstający w tej reakcji jest silnym utleniaczem.

Halogeny reagują ze sobą, tworząc związki międzyhalogenowe, z których wiele to związki binarne. Ogólny wzór cząsteczkowy związków międzyhalogenowych to ABn, gdzie A oznacza halogen o wyższej liczbie atomowej i jest liczbą nieparzystą. Kilka przykładów związków międzyhalogenowych to ICl, IBr, BrF, BrCl, ClF. Halogeny reagują z węglem, tworząc związki ważne z handlowego punktu widzenia. Na przykład etylen reaguje z fluorem, dając perfluoroetylen.

Halogeny to grupa pięciu pierwiastków niemetalicznych – fluoru, chloru, bromu, jodu i astatu – należących do grupy 17. Halogeny pierwiastkowe występują jako cząsteczki dwuatomowe. 

W temperaturze pokojowej fluor i chlor są gazami, brom jest cieczą, a jod jest ciałem stałym. Mniej wiadomo o właściwościach piątego pierwiastka, astatu, który jest rzadkim i wysoce radioaktywnym ciałem stałym. 

Właściwości fizyczne halogenów, takie jak kolor pierwiastków, zmieniają się w dół grupy. Promienie atomowe rosną wraz ze wzrostem liczby atomowej, a temperatura topnienia i wrzenia wykazują tendencję wzrostową od fluoru do jodu. W przeciwieństwie do tego, właściwości okresowe, takie jak elektroujemność, reaktywność i powinowactwo elektronowe, zmniejszają się w dół grupy.        

Konfiguracje elektronowe halogenów wskazują, że mają one siedem elektronów walencyjnych i brakuje im jednego elektronu do osiągnięcia najbliższej konfiguracji gazu szlachetnego. Dlatego halogeny wykazują wysoką elektroujemność z silną tendencją do pozyskiwania jednego dodatkowego elektronu w celu uzupełnienia swojego oktetu, co czyni je wysoce reaktywnymi i silnymi utleniaczami w porównaniu z innymi grupami.

Fluor jest najsilniejszym utleniaczem wśród halogenów, a jod najmniej.

Halogeny wykazują również bardzo ujemne powinowactwo elektronowe, czyli zmianę energii, gdy elektron jest pozyskiwany przez neutralny atom. Jest ona wyrażona w kJ/mol, a wartość ujemna wskazuje na egzotermiczny charakter reakcji. 

Halogeny reagują z większością metali, dając halogenki metali. Na przykład chlor i sód reagują, tworząc chlorek sodu, który jest związkiem jonowym.

Halogeny reagują z wodorem, tworząc polarne związki kowalencyjne zwane halogenkami wodoru, które często rozpuszczają się w wodzie, tworząc kwasy hydrohalowe. 

Halogeny reagują również z wodą. Reakcja fluoru z wodą jest wysoce egzotermiczna, w wyniku czego powstaje fluorowodór - mocny kwas - i tlen. Chlor jednak reaguje wolniej, wytwarzając kwas solny i kwas podchlorawy - silny środek utleniający. 

Dodatkowo halogeny mogą reagować ze sobą, wytwarzając binarne, kowalencyjne związki zwane związkami międzyhalogenowymi. Na przykład brom reaguje z fluorem, tworząc trifluorek bromu.