Please enable JavaScript.
Coggle requires JavaScript to display documents.
Chương 7: Nguyên tố nhóm VIIA – Halogen - Coggle Diagram
Chương 7: Nguyên tố nhóm VIIA – Halogen
Các đơn chất nhóm VIIA
Khái niệm
Nhóm halogen gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học: fluorine (F); chlorine (Cl); bromine (Br); iodine (I); astatine (At) và tennessine (Ts).
Trong đó astatine (At) và tennessine (Ts) là các nguyên tố phóng xạ.
Halogen trong tự nhiên không tồn tại ở dạng đơn chất, chủ yếu tồn tại dưới dạng muối của các ion halide (F-, Cl-, Br-, I-).
Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen
Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron: phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron.
Để đạt cấu hình electron bền vững giống khí hiếm, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử.
Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X2, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị không phân cực.
Tính chất vật lý
Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20oC thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.
Màu sắc đậm dần: fluorine có màu lục nhạt, chlorine có màu vàng lục, bromine có màu nâu đỏ, iodine có màu đen tím.
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần từ F, Cl, Br, I
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng.
Tính chất hoá học
Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2np5, nên nguyên tử có xu hướng nhận thêm 1 electron hoặc dùng chung electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm tương ứng.
Tính chất hóa học đặc trưng của halogen là tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine.
Tác dụng với kim loại
Fluorine tác dụng được với tất các các kim loại
Chlorine tác dụng với hầu hết các kim loại trừ Au, Pt
Bromine phản ứng với nhiều kim loại, nhưng khả năng phản ứng yếu so với fluorine và chlorine
Iodine phản ứng với kim loại yếu hơn so với bromine, chlorine và fluorine
Tác dụng với hydrogen
Chlorine phản ứng trong điều kiện chiếu sáng hoặc đun nóng
Bromine phản ứng khi đun nóng 200 – 400 độ C
Khi tác dụng với hydrogen, fluorine phản ứng nổ mạnh ngay cả trong bóng tối, nhiệt độ rất thấp (-252oC)
Iodine phản ứng khó khăn hơn, cần đun nóng 350 – 500oC, chất xúc tác Pt và phản ứng xảy ra thuận nghịch.
Tác dụng với dung dịch kiềm
Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.
Hỗn hợp dung dịch NaCl và NaClO được gọi là nước Javel, có tính oxi hóa mạnh nên được dùng làm chất tẩy màu và sát trùng.
Phản ứng của chlorine với dung dịch kiềm được dùng để sản xuất các chất tẩy rửa, sát trùng, tẩy trắng trong ngành dệt, da, bột giấy, …
Tác dụng với dung dịch muối halide
Trong dung dịch, các halogen có tính oxi hóa mạnh hơn sẽ phản ứng với muối halide của halogen có tính oxi hóa yếu hơn để tạo ra các halogen có tính oxi hóa yếu hơn.
Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm
Phản ứng giữa chlorine và nước là thuận nghịch nên tạo ra dung dịch gồm nước, hydrochloric acid (HCl); hypoclorous acid (HClO) cùng chlorine.
Hypoclorous acid (HClO) có tính oxi hóa mạnh có thể phá hủy các hợp chất màu nên khí chlorine ẩm có tính tẩy màu.
Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm được ứng dụng
Tẩy trắng sợi, vải, giấy.
Sản xuất chất tẩy rửa.
Tiệt trùng nước sinh hoạt, nước trong các bể bơi.
Ứng dụng của các halogen
Fluorine
: Được dùng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên chảo chống dính… Một số hợp chất khác của fluorine như cryolite dùng cho sản xuất nhôm; sodium fluorine sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián; một số muối fluorine khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng, …
Chlorine
: Là chất oxi hóa mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước. Một lượng lớn chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như carbon tetrachloride (CCl4), chloroform (CHCl3) …
Bromine
: Được dùng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; silver bromide (AgBr) là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng, …
Iodine
: Là nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác hại cho sức khỏe như gây bệnh bướu cổ, thiểu năng trí tuệ, hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến. Các hợp chất iodine được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.
Hydrogen halide và một số phản ứng của ion halide
Hydrogen halide là hợp chất của hydrogen với halogen, công thức tổng quát là HX, với X là halogen. Hậu tố “
ide
” trong hydrogen halide được thay thế từ hậu tố “
ine
” của tên halogen.
Tính chất vật lý hydrogen halide
Nhiệt độ sôi của các hydrogen halide tăng dần từ HCl đến HF.
Các phân tử hydrogen fluoride hình thành liên kết hydrogen liên phân tử, loại liên kết này bền hơn tương tác van der Waals, nên nhiệt độ sôi của hydrogen flouride cao bất thường so với các hydrogen halide còn lại.
Hydrohalic acid
Các hydrogen halide tan trong nước, tạo thành hydrohalic acid tương ứng.
Hydrofluoric acid (HF) là acid rất yếu, nhưng có tính chất đặc biệt là ăn mòn thủy tinh, phương trình hóa học của phản ứng:
SiO2 + 4HF → SiF4↑ + 2H2O
Các dung dịch HCl, HBr, HI là những acid mạnh, có đầy đủ tính chất hóa học chung của acid như: làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen trong dãy hoạt động hóa học, tác dụng với basic oxide, base và một số muối.
Tính khử của các ion halide
Trong ion halide, các halogen có số oxi hóa thấp nhất là -1, do đó ion halide chỉ thể hiện tính khử trong phản ứng oxi hóa – khử.
Tính khử của các ion halide tăng theo chiều: F- < Cl- < Br- < I-
Nhận biết ion halide trong dung dịch
NaF + AgNO3 → không phản ứng
NaCl + AgNO3 → AgCl↓ + NaNO3
NaBr + AgNO3 → AgBr↓ + NaNO3
NaI + AgNO3 → AgI↓ + NaNO3
Ứng dụng của các hydrogen halide
Hydrogen fluoride: Dùng để tẩy cặn trong các thiết bị trao đổi nhiệt; chất xúc tác trong các nhà máy lọc dầu, công nghệ làm giàu uranium, sản xuất dược phẩm, …
Hydrogen chloride: Dùng để loại bỏ gỉ thép, sản xuất chất tẩy rửa nhà vệ sinh, các hợp chất vô cơ và hữu cơ phục vụ đời sống và sản xuất,…
Hydrogen bromide: Làm chất xúc tác cho các phản ứng hữu cơ, tổng hợp chất chống cháy chứa nguyên tố bromine như tetrabromobisphenol A, điều chế nhựa epoxy, sản xuất các vi mạch điện tử.
Hydrogen iodide: Dùng làm chất khử phổ biến trong các phản ứng hóa học; sản xuất iodine và ankyl iodide…