第 17 组元素：卤素

卤素是元素周期表第 17族元素周期表中的元素。氟、氯、溴和碘是反应性非金属的例子。卤素是非常活泼的非金属。这些元素在属性方面有很多共同点。

Group 17 elements are known as halogens and include fluorine, chlorine, bromine, iodine, and astatine. 

在元素周期表的其他组中没有观察到这种接近程度。它们表现出一致的物理和化学性质分级。该类别中唯一的放射性元素是砹。它们的最外层有七个电子，比最近的惰性气体配置少一个电子。元素的化学特性和反应性取决于它表现出的氧化态。

在标准温度和压力下，卤素族是元素周期表中唯一包含四种主要物质状态中的三种的元素。当卤素与氢相连时，它们都会反应生成酸。大多数卤素来源于矿物质或盐。作为消毒剂，经常使用中间卤素——氯、溴和碘。最常见的阻燃剂类型是有机溴，但元素卤素是危险的并且可能是致命的有毒物质。

卤素的电子配置

这些电子在其价壳层中具有ns ² np ⁵的电构型。结果，这些元素的最外层有 7 个电子。通过一个电子，该元素失去了八位字节配置。结果，这些元素寻求失去一个电子并建立共价键或获得一个电子并建立离子键。因此，这些是高反应性非金属。

卤素的氧化态

卤素家族的元素都具有-1氧化态。氟是电负性最强的元素，只有-1氧化态。 +1、+3、+5 和 +7 态的元素包括氯、溴和碘。当氯、溴和碘与微小且极负电的氟和氧原子结合时，它们会达到更高的氧化态。氯和溴的氧化物以及含氧酸分别具有 +4 和 +6 状态。由于氟原子缺乏价壳层和 d 轨道，它不能增加它的八位字节。

卤素的物理性质

1. 第 17 组中的元素可以在各种物理状态中找到。例如，氟和氯是气体。另一方面，溴是液体，而碘是固体。
2. 这些元素以多种方式着色。例如，碘呈深紫色，而氟呈淡黄色。
3. 水溶解氟和氯。另一方面，溴和碘极难溶于水。
4. 随着我们从氟到碘，这些元素的熔化和沸腾温度会增加。因此，氟的沸点和熔点最低。

卤素的化学性质

• 氧化能力：所有卤素都是极好的氧化剂。氟是名单上最强的氧化剂。它具有将所有卤化物颗粒转化为卤素的能力。随着我们向下组前进，氧化能力降低。卤化物颗粒也函数还原剂的作用。然而，他们的能力下降也减少了群体。
• 与氢的反应：当卤素与氢反应时，它们会形成酸性卤化氢。从 HF 到 HI，这些卤化氢的酸度降低。氟反应剧烈，而氯需要阳光才能函数。另一方面，溴在加热时会发生反应，而碘则需要催化剂。
• 与氧气反应：当卤素与氧气反应时会形成氧化物。然而，已经发现氧化物不能保持稳定。除氧化物外，卤素还会产生多种卤素含氧酸和含氧阴离子。卤素具有高反应性，当它们与金属和非金属反应时会形成卤化物。随着我们向下移动组，他们的反应性降低。卤素具有高氧化能力。 F ₂是最强的氧化卤素。它很容易氧化溶液中或固体形式的其他卤离子。通常，卤素氧化较高原子序数的卤离子。举个例子：

F ₂ + 2X ^– → 2F ^– + X ₂ (X = Cl、Br 或 I)

• 卤素与水的相互作用证明了它们的相对氧化倾向。水被氟氧化产生氧气。而氯和溴与水反应分别生成氢卤酸和次卤酸。碘与水发生非自发反应。酸性介质中的水会氧化 I ^– 。举个例子：

4I ^– (aq) + 4H ⁺ (aq) + O ₂ (g) → 2I ₂ (s) + 2H ₂ O (l)

卤素的一般特性

卤素族的原子和Ionic半径

第 17 组成员在各自的时代拥有最短的原子半径。这是因为它们具有最高的有效核电荷。因为量子壳层的数量从氟到碘不断增长，所以原子和离子半径在一组中从上到下增加。

电离焓

第 17 族的成员几乎没有失去电子的倾向。因此，它们具有非常高的电离焓值。由于原子尺寸的增加，组中的电离焓从上到下下降。

电子增益焓

第 17 族原子距离实现稳定的惰性气体结构只有一个电子。结果，在相关时期，这些元素表现出最高的负电子增益焓。由于原子尺寸的增加，这些元素的电子增益焓随着我们向下推进组而变得不那么负。另一方面，氯具有比氟更大的负电子增益焓。

电负性

第 17 族元素具有较高的电负性值。由于有效核电荷的下降，电负性随基团而降低。因此，氟是最具电负性的元素。

卤素的用途

1. 氟分子是牙膏的重要成分。这是因为氟化物会与牙釉质发生反应，从而防止蛀牙。
2. 氯主要用作漂白剂。它还用于生产铂金和黄金等贵金属。
3. 因为它能杀死皮肤上的细菌，所以碘被用作防腐剂。

Interhalogen Compounds

Interhalogen compounds are those that result from the reaction of two distinct halogens. They have general compositions of XY, XY₃, XY₅, and XY₇, where X is a bigger size halogen and Y is a smaller size halogen, and X is more electropositive than Y. As the ratio between the radii of X and Y grows, so does the number of atoms per molecule.

卤素的生物学作用

• 氟阴离子可存在于动物象牙、骨头、牙齿、血液、鸡蛋、尿液和毛发中。人体可能需要极低浓度的氟化物阴离子。人血每升含有 0.5 毫克氟化物。人体骨骼中的氟含量范围为 0.2 至 1.2%。氟在人体组织中的含量约为十亿分之 50。
• 包括人类在内的许多动物都需要氯离子。谷物中氯的浓度为百万分之 10 至 20，而马铃薯中的氯浓度为 0.5%。土壤中的氯化物含量低于百万分之二会对植物生长产生负面影响。人血平均含有 0.3% 的氯。人体骨骼中的氯含量通常约为百万分之 900。人体组织含有 0.2% 到 0.5% 的氯。
• 所有生物都有一些以溴阴离子形式存在的溴。尽管尚未确定溴在人类中的生物学作用，但在几种生物中发现了有机溴化学物质。人类通常使用溴的量为每天 1 至 20 毫克。人体血液中的溴含量通常为百万分之五，人体骨骼中的溴含量为百万分之七，人体组织中的溴含量为百万分之七。
• 人类平均每天摄入少于 100 微克的碘。碘缺乏会导致智力障碍。有机碘化合物存在于人体腺体，尤其是甲状腺，以及胃、表皮和免疫系统中。鳕鱼、牡蛎、虾、鲱鱼、龙虾、葵花籽、海藻和蘑菇都富含碘。另一方面，不知道碘在植物中发挥生物学作用。

示例问题

问题一：什么是卤间化合物？

回答：

The chemicals generated by the reaction of two distinct halogens are known as interhalogens.

问题 2：卤素的氧化态是什么？

回答：

The halogen family’s elements all have a -1 oxidation state. The most electronegative element, fluorine, has only a -1 oxidation state. Chlorine, bromine, and iodine are examples of elements that have +1, +3, +5, and +7 states.

问题3：卤素如何与氧气反应？

回答：

Oxides are formed when halogens react with oxygen. However, the oxides have been discovered to be unstable. Halogens produce a variety of halogen oxoacids and oxoanions in addition to oxides.

问题 4：卤素的电子增益焓与其他基团相比如何？

回答：

Group 17 elements’ atoms are only one electron away from achieving stable noble gas structures. As a result, at the relevant periods, these elements have the highest negative electron gain enthalpy. Due to the increase in atomic size, the electron gain enthalpy of these elements gets less negative as we advance down the group. In comparison to fluorine, however, chlorine has a lower electron gain enthalpy value.

问题 5：卤素是良好的氧化剂吗？

回答：

All of the halogens are excellent oxidizers. Fluorine is the most strong oxidising agent on the list. It has the ability to convert all halide particles to halogen.