Back to chapter

8.7:

הלוגנים

JoVE Core
Chemistry
A subscription to JoVE is required to view this content.  Sign in or start your free trial.
JoVE Core Chemistry
Halogens

Languages

Share

הלוגנים הם קבוצה של חמישה יסודות לא מתכתיים:פלואור, כלור, ברום, יוד ואסטטין, השייכים לקבוצה 17. יסודות הלוגניים קיימים כמולקולות דיאטומיות. בטמפרטורת החדר, פלואור וכלור הם גזים, ברום הוא נוזל ויוד הוא מוצק.אנחנו יודעים פחות על התכונות של היסוד החמישי, אסטטין, שהוא מוצק נדיר ורדיואקטיבי במיוחד. התכונות הפיזיקליות של הלוגנים, כגון צבע היסוד, משתנים ככל שמתקדמים במורד הקבוצה. הרדיוס האטומי גדל עם העלייה במספר אטומי ונקודת ההיתוך ונקודת הרתיחה מציגים מגמת עלייה מפלואור ליוֹד.לעומת זאת, תכונות של יסודות כמו אלקטרושליליות, פעילות כימית וזיקת אלקטרונים פוחתים בהמשך הקבוצה. תצורות אלקטרונים של הלוגנים מעידות על כך שיש להם שבעה אלקטרוני ערכיות וחסר להם אלקטרון אחד בשביל להגיע לתצורות הגז האציל הקרוב אליהן. לכן הלוגנים מפגינים אלקטרושליליות גבוהה עם נטייה חזקה להשיג אלקטרון נוסף כדי להשלים את האוקטט שלהם, מה שהופך אותם מחמצנים פעילים ועוצמתיים ביותר בהשוואה לקבוצות אחרות.פלואור הוא המחמצן החזק ביותר בין ההלוגנים ויוד הוא החלש ביותר. הלוגנים גם מפגינים זיקות אלקטרונים שליליות ביותר, שהן השינוי באנרגיה כאשר אלקטרון נוסף לאטום ניטרלי. הן מבוטאות ביחידות שלקילוג’ול למול, והערך השלילי מעיד על האופי האקסותרמי של התגובה.הלוגנים מגיבים עם רוב המתכות והתוצאה היא הלידים מתכתיים. לדוגמה, התגובה של כלור ונתרן מייצרת נתרן כלורי, שהוא סריג יוני. הלוגנים מגיבים עם מימן ויוצרים תרכובות קוולנטיות פולריות הנקראות מימן הלידים, שלעיתים קרובות מתמוססות במים ויוצרות חומצות הידרואליות.הלוגנים מגיבים גם עם מים. התגובה של פלואור עם מים היא אקסותרמית ביותר ומייצרת מימן פלואוריד חומצה חזקה וחמצן. כלור, לעומת זאת, מגיב לאט יותר ומייצר חומצה הידרוכלורית וחומצה היפוכלורית מחמצן חזק.בנוסף לכך, הלוגנים יכולים להגיב זה עם זה, ולייצר תרכובות קוולנטיות בינאריות הנקראות תרכובות אינטרהלוגן. לדוגמה, ברום מגיב עם פלואור ויוצר טריפלואוריד ברום.

8.7:

הלוגנים

Group 17 elements, known as halogens, are nonmetals. At room temperature, fluorine and chlorine are gases, bromine is a liquid, and iodine a solid. Astatine is a highly unstable radioactive element, so currently, most of its properties are unknown due to its short half-life. Tennessine is a synthetic element also predicted to be in this group. 

The halogens are not found as single atoms but exist as diatomic molecules. The atomic radius increases from fluorine to iodine. The valence shell electron configuration of halogens is ns2np5, and they have a tendency to accept an electron to achieve the noble gas configuration.  The various properties of halogens are listed in table 1.

Table 1: Properties of the Halogens.

Element Electron Configuration Atomic Radius (pm) IE1 (kJ/mol) EA (kJ/mol) Density at 25 °C Melting Point (°C)
F [He] 2s22p5 71 1680 -328 1.70 g/L -219
Cl [Ne] 3s23p5 99 1250 -348 3.12 g/L -101
Br [Ar] 4s24p5 114 1140 -324 3.19 g/cm3 -7
I [Kr] 5s25p5 133 1010 -295 3.96 g/cm3 114

The electron affinities of halogens have large negative values; thus, the halogens are powerful oxidizing agents. Fluorine is the most powerful oxidizing agent of the group with the most negative electron affinity. The halogens react with metals to gain the electron and produce corresponding metal halide. For example, chlorine reacts with iron to give iron chloride and with sodium to give sodium chloride. The halogens react with hydrogen to form hydrogen halides, which dissolve in water to produce hydrohalic acids. Hydrofluoric acid is the weakest haloacid. Fluorine reacts vigorously with water. The reaction is highly exothermic and produces oxygen. The reaction of chlorine is less vigorous with water. The hypochlorous acid produced in this reaction is a strong oxidizing agent.

The halogens react with each other to form interhalogen compounds, many of which are binary compounds. The general molecular formula for interhalogen compounds is ABn, where A is the halogen with higher atomic number and is an odd number. Few examples of interhalogen compounds are ICl, IBr, BrF, BrCl, ClF. The halogens react with carbon to form commercially important compounds.  For example, ethylene reacts with fluorine to give perfluoroethylene.

This text is adapted from Openstax, Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.