Nhóm halogen: Tất tần tật thông tin mới nhất

Nhóm halogen là gì? Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

Nhóm halogen, còn được gọi là "các nguyên tố halogen" (tiếng Latinh có nghĩa là "sinh ra muối"), bao gồm các nguyên tố flo (F), brom (Br), clo (Cl), iot (I) và attain (At). Tuy nhiên, nguyên tố attain (At) không tồn tại tự nhiên và thường được sản xuất nhân tạo trong các phản ứng hạt nhân, do đó chúng được xem xét chủ yếu trong nhóm nguyên tố phóng xạ.

Nhóm nguyên tố halogen được gọi là "nhóm VIIA" và đứng ở cuối các chu kỳ trong bảng tuần hoàn, ngay trước các nguyên tố khí hiếm.

Cấu tạo phân tử của nhóm halogen

Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron, được chia thành 2 phân lớp: Phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron.

Vì còn thiếu 1 electron để đạt được cấu hình của khí hiếm, hai 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, X là ký hiệu chỉ các nguyên tố halogen).

Các phân tử X2 không bền, chúng thường bị tách ra thành 2 nguyên tử X. Tính chất hóa học cơ bản của nhóm halogen là tính oxi hóa mạnh.

Tính chất vật lý của nhóm halogen

Để hiểu rõ hơn về tính chất của halogen về mặt vật lý, chúng ta cần tìm hiểu về trạng thái, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi và tính tan trong nước của chúng.

• Trạng thái và màu sắc: Trạng thái của nhóm halogen biến đổi từ thể khí sang thể lỏng và thể rắn theo quy luật nhất định, từ flo đến iot, trạng thái tập hợp từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn, màu sắc đậm dần.

• 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. Các nguyên tố thuộc nhóm halogen còn lại tan ít trong nước, nhưng tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.

Đặc điểm chung của các nguyên tố nhóm halogen được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Tính chất hóa học của nhóm halogen

Do lớp electron ngoài cùng có cấu trúc tương tự nhau, các đơn chất halogen có tính chất hóa học tương tự và tạo thành các hợp chất khác nhau.

Các nguyên tố halogen có tính oxi hóa mạnh, đi từ flo đến iot, tính oxi hóa giảm dần. Chúng oxi hóa hầu hết các kim loại tạo thành muối halogenua và oxi hóa khí hidro tạo ra các 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, ta cần đi vào chi tiết từng phản ứng minh họa cho mỗi tính chất đó, cụ thể:

Tác dụng với kim loại

Các nguyên tố halogen phản ứng với hầu hết các kim loại, trừ vàng (Au) và platina (Pt), tạo ra muối halogenua và thường xảy ra ở nhiệt độ cao. Muối thu được thường có hóa trị cao nhất của kim loại. 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, brom và clo có phản ứng thuận nghịch với nước, trong khi 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 (X = Cl, Br)

Tác dụng với muối halogenua

Các nguyên tố halogen (ngoại trừ flo - F2) có thể tác dụng với muối halogenua tạo thành muối mới và halogen mới.

X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2 (X’ là halogen có tính oxi hóa yếu hơn halogen X)

• Ví dụ: Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2

Tác dụng với hidro

Halogen phản ứng với hidro tạo thành hidro halogenua.

Ví dụ: H2 + X2 → 2HX

Điều kiện xảy ra phản ứng với từng nguyên tố halogen:

• Với flo (F2): Phản ứng diễn ra ngay cả trong bóng tối.

• Với iot (I2): Phản ứng có thuận nghịch và cần được đun nóng.

• Với brom (Br2): Phản ứng xảy ra khi được đun nóng ở nhiệt độ cao.

• Với clo (Cl2): Phản ứng xảy ra khi được chiếu sáng.

Điều chế một số nguyên tố trong nhóm halogen

Mỗi nguyên tử trong nhóm nguyên tố halogen có cách điều chế khác nhau. Dưới đây là một số phương trình điều chế tiêu biểu từng nguyên tố:

Điều chế Flo

Flo được sản xuất trong công nghiệp bằng cách điện phân hỗn hợp KF và HF (hỗn hợp ở thể lỏng), cực dương bằng graphit (than chì) và cực âm bằng thép đặc biệt hoặc đồng. Ở cực âm có khí H2 và cực dương có khí F2 thoát ra.

2HF + KF (điện phân nóng chảy) → H2 + F2

Điều chế Clo

Trong phòng thí nghiệm, clo có thể được điều chế bằng cách cho axit clohidric đặc tác dụng với chất oxi hoá mạnh (như MnO2 rắn hoặc KMnO4 rắn). Đối với điều chế từ MnO2, cần có xúc tác là nhiệt độ cao, trong khi với KMnO4 có thể đun nóng hoặc không. Khí clo thu được dễ dàng vì nó dễ tan vào khí hidro clorua và hơi nước. Do đó, để điều chế khí clo nguyên chất, chúng ta sẽ tiếp tục dẫn nó qua bình rửa khí chứa dung dịch NaCl để giữ lại HCl và chứa axit sulfuric 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 NaCl ra khỏi nước biển, dung dịch còn lại có thể hòa tan NaBr. Tiếp tục sử dụng khí clo để oxi hóa NaBr và sản xuất Br2.

2NaBr + Cl2 → 2NaCl + Br2

Điều chế Iot

Trong công nghiệp, iot được điều chế từ rong biển. Dung dịch có iot sẽ được tác dụng với chất oxi hóa để oxi hóa I- thành I2.

2NaI + Cl2 → 2NaCl + I2

Hy vọng với những thông tin mới nhất về nhóm halogen, bạn hiểu rõ hơn về tính chất và ứng dụng của chúng trong đời sống. Hãy tiếp tục theo dõi Monkey để tìm hiểu thêm nhiều kiến thức cơ bản thú vị mỗi ngày.