Nhóm halogen là gì? Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn
Nhóm halogen, còn được gọi là các nguyên tố halogen, là các nguyên tố có khả năng tạo ra muối. Nhóm halogen bao gồm các nguyên tố flo (F), brom (Br), clo (Cl), iot (I) và attain (At). Attain không tồn tại tự nhiên và chỉ được điều chế nhân tạo trong các lò phản ứng hạt nhân, nên chúng ta chỉ tập trung vào các nguyên tố flo, brom, clo và iot trong nhóm halogen.
Nhóm halogen thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn, đứng cuối các chu kỳ và ngay trước các nguyên tố khí hiếm.
Cấu tạo phân tử của nhóm halogen
Lớp electron ngoài cùng của các nguyên tố halogen đều có 7 electron, chia thành 2 phân lớp p: phân lớp s có 2 electron và phân lớp p có 5 electron. Với việc chỉ còn thiếu 1 electron để đạt được cấu hình của khí hiếm, các nguyên tử halogen góp chung một đôi electron để tạo ra phân tử có liên kết cộng hóa trị không cực (X-X hoặc X2, trong đó X đại diện cho nguyên tố halogen).
Tính chất vật lý của nhóm halogen
Trạng thái, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cũng như tính tan trong nước của các nguyên tố halogen có thể được tìm hiểu để hiểu rõ tính chất vật lý của nhóm này.
-
Trạng thái và màu sắc: Các nguyên tố halogen có tính chất vật lý biến đổi từ trạng thái khí sang trạng thái lỏng và trạng thái rắn, và có màu sắc đậm dần theo thứ tự từ flo đến iot.
-
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nhóm halogen tăng dần từ flo đến iot.
-
Tính tan trong nước: Flo không tan trong nước, trong khi các nguyên tố halogen khác chỉ tan rất ít trong nước và thường tan nhiều hơn trong một số dung môi hữu cơ.
Tính chất hóa học của nhóm halogen
Các nguyên tố halogen trong nhóm halogen có cấu tạo tương tự nhau, nên chúng có tính chất hóa học và thành phần hợp chất tương tự nhau.
Tính chất hóa học của nhóm halogen là tính oxi hóa mạnh. Các đơn chất halogen có khả năng oxi hóa hầu hết các kim loại để tạo thành muối halogenua và có khả năng oxi hóa khí hiđro để tạo thành những hợp chất khí không màu hidro halogenua. Những chất khí này có thể tan trong nước và tạo thành dung dịch axit halogenhidric.
Những phản ứng quan trọng minh họa tính chất của nhóm halogen
Để hiểu rõ hơn về tính chất hóa học của nhóm halogen, chúng ta có thể đi vào chi tiết từng phản ứng minh họa cho mỗi tính chất đó.
Tác dụng với kim loại
Các nguyên tố halogen phản ứng với hầu hết các kim loại, ngoại trừ và và Pt, để tạo ra muối halogenua và thường xảy ra ở nhiệt độ cao. Phản ứng giữa nguyên tố halogen I2 và sắt (Fe) sẽ tạo ra sản phẩm FeI2 (Sắt hóa trị II).
2M + nX2 → 2MXn
Tác dụng với nước
Flo tác dụng mạnh với nước, trong khi brom và clo có phản ứng thuận nghịch với nước. Iot không có bất kỳ phản ứng nào với nước.
2H2O + 2F2 → 4HF + O2
H2O + Cl2 ↔ HCl + HClO
H2O + Br2 ↔ HBrO + HBr
Tác dụng với dung dịch kiềm
Một số nguyên tố halogen có khả năng tác dụng với dung dịch kiềm loãng nguội và dung dịch kiềm đặc nóng.
Với dung dịch kiềm loãng nguội:
- X2 + 2NaOH → NaX + NaXO + H2O
- Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O
- 2Cl2 + 2Ca(OH)2 dung dịch → CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O
- Cl2 + Ca(OH)2 bột → CaOCl2 + H2O
Riêng flo có phản ứng như sau:
2F2 + 2NaOH → 2NaF + H2O + OF2
Với dung dịch kiềm đặc nóng:
- 3X2 + 6KOH → 5KX + KXO3 + 3H2O
- 3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O (1000C)
Tác dụng với muối halogenua
Các nguyên tố halogen (ngoại trừ flo – F2) có thể tác dụng với muối halogenua để tạo ra muối mới và halogen mới.
X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2
(X’ là halogen có tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X)
Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2
Tác dụng với hidro
Các nguyên tố halogen phản ứng với hidro để tạo thành hidro halogenua.
Ví dụ: H2 + X2 → 2HX
Điều kiện xảy ra phản ứng khác nhau cho từng nguyên tố halogen:
- Với flo (F2): Phản ứng xảy ra ngay cả trong bóng tối.
- Với iot (I2): Phản ứng có thuận nghịch và phải được đun nóng.
- Với brom (Br2): Phản ứng xảy ra ở nhiệt độ cao.
- Với clo (Cl2): Phản ứng xảy ra khi được chiếu sáng.
Các phương trình điều chế một số nguyên tố trong nhóm halogen
Mỗi nguyên tử trong nhóm halogen có phương pháp điều chế khác nhau. Dưới đây là một số phương trình điều chế tiêu biểu cho từng nguyên tố:
Điều chế Flo
Phương pháp duy nhất để sản xuất flo trong công nghiệp là điện phân hỗn hợp KF và HF (hỗn hợp ở thể lỏng) với cực dương bằng graphit (than chì) và cực âm bằng thép đặc biệt hoặc đồng. Khi ở cực âm có khí H2 và ở cực dương có khí F2 thoát ra.
2HF (điện phân nóng chảy+KF) → H2 + F2
Điều chế Clo
Trong phòng thí nghiệm, clo có thể được điều chế bằng cách đưa axit clohidric đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh (như MnO2 rắn hoặc KMnO4 rắn). Cho clo điều chế từ MnO2 cần xúc tác là nhiệt độ còn, trong khi cho KMnO4 có thể đun nóng hoặc không. Khí clo thu được dễ cháy với khí hidro clorua và hơi nước, vì vậy để điều chế khí clo nguyên chất, ta tiếp tục dẫn nó qua dung dịch NaCl để giữ lại HCl và chứa axit sunfuric đặc để giữ hơi nước.
- MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
- 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 6H2O
Trong công nghiệp, clo được điều chế bằng cách điện phân nóng chảy muối natri clorua hoặc điện phân dung dịch muối có màng ngăn.
- 2NaCl → 2Na + Cl2
- 2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2
Điều chế Brom
Trong công nghiệp, brom được sản xuất từ nước biển sau khi tách natri clorua ra khỏi nước biển. Dung dịch còn lại có thể hòa tan NaBr. Phản ứng giữa NaBr và khí clo tạo ra brom (Br2).
2NaBr + Cl2 → 2NaCl + Br2
Điều chế Iot
Trong công nghiệp, iot được điều chế từ rong biển. Dung dịch rong biển tác dụng với chất oxi hoá để oxi hoá ion I- thành iot (I2).
2NaI + Cl2 -> 2NaCl + I2
Mở rộng thêm thông tin: Dnulib
