Halogen là gì? Những tính chất và ứng dụng quan trọng của halogen

Nhóm này gồm các nguyên tố hóa học như: Flo (F), Clo (Cl), Brôm (Br), Iốt (I), Astatin (At là nguyên tố phóng xạ, hiếm gặp  tự nhiên trong lớp vỏ Trái Đất), Tennessine (Ts là nguyên tố mới được phát hiện).  

• Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron, được phân thành hai phân lớp (phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron). 
• Do có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chỉ còn thiếu 1 electron là đạt được cấu hình electron bền như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một đôi electron để tạo ra phân tử có liên kết cộng hoá trị không cực.
• Liên kết của phân tử (X_{2}) không bền lắm, chúng dễ bị tách thành hai nguyên tử X. Trong phản ứng hoá học, các nguyên tử này dễ thu thêm 1 electron, do đó tính chất hoá học cơ bản của các halogen là tính oxi hoá mạnh.

Cấu tạo phân tử của Br thuộc nhóm halogen

3. Những tính chất vật lý của halogen 

• Trạng thái và màu sắc: Trạng thái của các nguyên tố nhóm halogen sẽ từ khí, lỏng đến rắn và màu sắc đậm dần như sau: Flo ở thể khí có màu vàng lục, Clo ở thể khí có màu vàng lục, Brom thể lỏng có màu đỏ nâu, I-ốt ở thể rắn có màu đen tím, dễ thăng hoa.

• Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi: Tăng dần từ Flo (F) đến Iốt (I).

• Đặc điểm tan trong nước: Ngoài Flo không tan trong nước thì các chất còn lại trong nhóm Halogen 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 (Cl) chủ yếu tồn tại ở dạng muối clorua, Flo (F) thường ở trong khoáng vật florit và criolit, Brom (Br) chủ yếu ở trong muối bromua của kali, natri và magie, iốt (I) có trong mô một số loại rong biển và tuyến giáp con người…

Những tính chất vật lý của halogen

• Bởi vì lớp e ngoài cùng đã có 7e, vì thế halogen là những phi kim điển hình, nó dễ nhận thêm 1e để thể hiện tính oxi hóa mạnh.
• Tính oxi hóa của nhóm halogen sẽ giảm dần khi đi từ F2 đến I2.
• Trong các hợp chất thì F chỉ có mức oxi hóa -1; bên cạnh đó, các halogen khác ngoài mức oxi hóa -1 còn có mức +1; +3; +5; +7.

Tác dụng với kim loại

• Các halogen phản ứng với hầu hết các kim loại trừ Au và Pt (riêng F2 phản ứng được với tất cả các kim loại) → muối halogenua. Các phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao.

2M + nX2 → 2MXn               

• Muối thu được thường ứng với mức hóa trị cao nhất của kim loại. Riêng phản ứng của Fe với I2 chỉ tạo sản phẩm là FeI2.

Phản ứng với hiđro 

• Halogen phản ứng với hidro tạo thành hidro halogenua

H2 + X2 → 2HX

Với điều kiện: 

• F2: Phản ứng được ngay cả trong bóng tối.
• Cl2: Chỉ phản ứng khi được chiếu sáng.
• Br2: Phản ứng xảy ra khi được đun nóng ở nhiệt độ cao.
• I2: Là phản ứng có tính thuận nghịch và phải được đun nóng.

Tác dụng với nước 

• F2 tác dụng mãnh liệt với nước qua phương trình sau:

2H2O + 2F2 → 4HF + O2

• Br2 và Cl2 có phản ứng thuận nghịch với nước:

H2O + X2 ↔ HX + HXO (axit halogen hiđric và axit hipohalogenơ)

H2O + Cl2 ↔ HCl + HClO

• I2 không phản ứng với nước.

Phản ứng với dung dịch kiềm 

• 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 F2:

2F2 + 2NaOH → 2NaF + H2O + OF2

• Dung dịch kiềm đặc nóng:

3X2 + 6KOH → 5KX + KXO3 + 3H2O

3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O (1000C)

Tác dụng với dung dịch muối halogenua

X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2 

(Trong đó X’ là halogen có tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X. F2 không có phản ứng này). 

6. Những ứng dụng quan trọng của nhóm halogen

6.1 Tạo ra đèn halogen

• Đèn halogen là một loại bóng đèn sợi đốt gồm một dây tốn vonfram được bọc kín trong một bóng đèn nhỏ gọn với một hợp chất khí trơ và một lượng nhỏ chất halogen như Brom hoặc i-ốt.
• Sự kết hợp của khí halogen và sợi vonfram sẽ tạo ra phản ứng hóa học chu trình halogen, giúp bổ sung vonfram cho dây tóc, nhờ đó mà duy trì được độ trong suốt của vỏ bóng và tăng tuổi thọ của bóng đèn. 
• Bóng đèn halogen có khả năng hoạt động ở nhiệt độ cao hơn so với những loại đèn chứa khí thông thường có công suất và tuổi thọ tương đương. Đồng thời loại bóng đèn này tạo ra ánh sáng có nhiệt độ màu và hiệu suất chiếu sáng cao hơn.

Đèn halogen

6.2 Ứng dụng Halogen trong điện tử và vật liệu 

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

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

Ứng dụng trong điện tử và vật liệu 

>>>XEM THÊM: : Kali clorat là gì? Đặc điểm, tính chất và ứng dụng quan trọng của chúng

6.3 Ứng dụng của halogen trong y học 

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 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 dùng trong chụp ảnh tuyến giáp. 

Những ứng dụng của Flo: 

Hiện nay các hợp chất dược phẩm có chứa flo đang được sử dụng nhiều trên thị trường. Ví dụ: Các thuốc chống suy nhược như Prozac và Paxil, các thuốc chống viêm khớp và chống viêm nói chung như Celebrex, các thuốc chống nhiễm trùng như Cipro…

Ứng dụng của halogen trong y học

Mong rằng với những chia sẻ trên bạn đã hiểu hơn về halogen, nhóm chất halogen cùng những tính chất, ứng dụng quan trọng của chúng. Nếu có bất cứ thắc mắc gì, quý bạn hãy bình luận ngay dưới bài viết này để được các chuyên viên của Khoangsanvina.com giải đáp chi tiết hơn