Tính chất hóa học của Halogen

1. Khái niệm và cấu tạo phân tử của nhóm Halogen 

a. khái niệm

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

– Do chất Astatin là nhân tố phóng xạ nên được xem xét chủ yếu trong nhóm những nhân tố phóng xạ và Tennessinel là nhân 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.

b. Cấu tạo phân tử

– Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử những nhân tố halogen đều với 7 electron, được phân thành hai phân lớp (phân lớp s với Hai electron, phân lớp p với 5 electron).

– Do với 7 electron ở lớp ngoài cùng, chỉ còn thiếu Một electron là đạt được cấu hình electron bền như khí trơ, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một vài electron để tạo ra phân tử với liên kết cùng hoá trị ko cực.

– Liên kết của phân tử (X_{2}) ko bền lắm, chúng dễ bị tách thành hai nguyên tử X. Trong phản ứng hoá học, những nguyên tử này dễ thu thêm Một electron, do đó tính chất hoá học cơ bản của những halogen là tính oxi hoá mạnh.

2. Những tính chất vật lý và tính chất hóa học của nhóm Halogen 

a. 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 với màu lục nhạt, Clo trạng thái khí với màu vàng lục, Brom dạng lỏng với màu đỏ nâu và Iốt ở trạng thái rắn với màu đen tím cùng dễ thăng hoa.

– Nhiệt độ nóng chảy cùng nhiệt độ sôi tăng dần từ flo tới iốt.

– Trong nhóm halogen ngoài flo ko tan trong nước, những 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 với trong mô một số loại rong biển và tuyến giáp con người,….

b. Tính chất hóa học

– Bởi vì lớp e ngoài cùng đã với 7e, vì thế halogen là những phi kim tiêu biểu, nó dễ nhận thêm 1e để thể hiện tính oxi hóa mạnh.

– Tính oxi hóa của nhóm halogen sẽ giảm dần lúc đi từ F2 tới I2.

– Trong những hợp chất thì F chỉ với mức oxi hóa -1; tuy nhiên, những halogen khác ngoài mức oxi hóa -Một còn với mức +1; +3; +5; +7.

*Tác dụng với kim loại

– Những nhân tố halogen phản ứng hầu hết với những kim loại trừ Au và Pt (riêng với F2 với thể phản ứng với tất cả những kiếm loại) để tạo muối halogenua và thường xảy ra ở điều kiện nhiệt độ cao.

2M + nX2 →  2MXn

       – Phản ứng với hidro để tạo nên hidro halogenua

H2 + X2  → 2HX

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

– F2: với thể xảy ra cả trong bóng tối

– Cl2: hoạt động lúc 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

*Tác dụng với nước

– Ftác dụng mãnh liệt với nước phóng thích oxy

2H2O  + 2F2 → 4HF + O2

       – Còn Br2 và Cl2 thì với phản ứng thuận nghịch với nước:

H2O + Cl2 ↔  HCl + HClO

       – Riêng I2 ko với phản ứng với nước

*Phản ứng với dung dịch kiềm

– Nếu dung dịch kiềm loãng nguội:

X2 + 2NaOH → NaX + NaXO + H2O

Cl+ 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

                                                            → (nước Javen)

2Cl2 + 2Ca(OH)2dung dịch → CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O

Cl2 + Ca(OH)2 bột → CaOCl2 + H2O

                                                          → (clorua vôi)

       – Riêng F2:

2F2 + 2NaOH → 2NaF + H2O + OF2

       – Nếu dung dịch kiềm đặc nóng:

3X2 + 6KOH → 5KX + KXO3 + 3H2O

*Tác dụng với dung dịch muối halogenua

– Phản ứng dưới đây X’ là halogen với tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X.

X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2

       – Riêng Fko với phản ứng trên

– Những cặp oxi hóa – khử của halogen được xếp theo chiều giảm dần tính khử của những ion:

       – Trong nước:

5Cl2 + 6H2O + Br2 → 10HCl + 2HBrO3

       – Đơn chất halogen với tính oxi hóa mạnh nhất : Flo với tính oxi hóa mạnh nhất

*Một số phản ứng khác của Halogen

2FeCl2 + Cl2 → 2FeCl3

3Cl2 + 2NH3 → N2 + 6HCl

4Cl2 + H2S + 4H2O → 8HCl + H2SO4

Br2 + SO2 + 2H2O → 2HBr + H2SO

I2 kết hợp với hồ tinh bột → hợp chất màu xanh tím.

        * Chú ý: Trong phản ứng với kim loại và với H2, với dung dung dịch muối của những halogen yếu hơn, halogen là chất oxi hóa. Còn trong phản ứng với nước và dung dịch kiềm, những halogen vừa là chất khử, vừa là chất oxi hóa.

3. Những ứng dụng quan yếu của nhóm Halogen

a. Tạo ra đèn halogen

– Đèn halogen là một bóng đèn sợi đốt gồm một dây tóc vonfram được bọc kín trong một bóng đèn nhỏ gọn với một hỗn hợp của một khí trơ, cùng với một lượng nhỏ chất halogen như iốt hoặc brôm.

– Kết hợp của khí halogen cùng sợi vonfram tạo ra phản ứng hóa học chu trình halogen làm bổ sung vonfram cho dây tóc, giúp tăng tuổi thọ và duy trì độ trong suốt của vỏ bóng đèn. Vì vậy, bóng đèn halogen với thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn so với đèn chứa khí thông thường với công suất và tuổi thọ hoạt động tương tự, đồng thời cũng tạo ra ánh sáng với hiệu suất chiếu sáng và nhiệt độ màu cao hơn.

b. Ứng dụng Halogen trong điện tử và vật liệu 

– Halogen free thường được tiêu dùng làm chất chống cháy và được sử dụng trong những thành phần điện tử và vật liệu, vỏ sản phẩm, chất dẻo.

  – Lưu ý: Loại chất chống cháy này ko thể tái chế, nó sẽ phóng thích những chất với hại trong quá trình đốt cũng như sưởi ấm, nó đe doạ sức khoẻ của con người và môi trường xung quanh.

c. Ứng dụng của halogen trong y khoa 

Những ứng dụng của iốt:

– Thuốc bôi iốt (5% iốt trong nước/êtanol) để khử trùng vết thương hay khử trùng bề mặt chứa nước uống.

– Iốt-123 được tiêu dùng trong y khoa để tạo ảnh và xét nghiệm hoạt động của tuyến giáp.

– Iốt-131 giúp điều trị ung thư tuyến giáp và bệnh Grave, cũng tiêu dùng trong chụp ảnh tuyến giáp.

4. Điều chế

a. Điện phân muối halogenua

–  Điện phân nóng chảy:

2MX­n → 2M + nX2 (M là kim loại kiềm: Na, K; X thường là: Cl, Br, I).

       – Điện phân dung dịch muối halogenua của kim loại kiềm với màng ngăn:

2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2

b. Cho HX tác dụng với những chất oxi hóa mạnh  (thường gặp: MnO2, KMnO4, K2Cr2O7, KClO3).

MnO2 + 4HCl → MnCl­2 + Cl2 + 2H2O

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 6H2O

K2­Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl+ 7H2­O

KClO3 + 6HCl → 3H2O + KCl + 3Cl2

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *