Halogen là gì? Đặc điểm, tính chất, ứng dụng của nhóm halogen

Hóa học là một trong những môn học ý nghĩa, các phản ứng hóa học không chỉ bổ ích mà còn có thể áp dụng trong đời sống và sản xuất. Chắc hẳn các bạn đã từng nghe, từng được học về Halogen khi học hóa thời THPT đúng không? Hôm nay, ngồi ôn lại kiến thức về halogen là gì, những tính chất hóa học của nhóm halogen, đặc điểm của halogen như thế nào cùng VietChem nhé.

Cùng tìm hiểu về Halogen là gì? Gồm những nguyên tố nào

Halogen là gì?

Theo tiếng latinh, “Halogen” nghĩa là “sinh ra muối”, là những nguyên tố thuộc nhóm nguyên tố thứ 7 hay ký hiệu là VII A, trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Thông thường người ta hay gọi các nguyên tố halogen hay nhóm halogen.

Nhóm Halogen bao gồm các nguyên tố hóa học là Flo (Ký hiệu là F), Clo (Ký hiệu là Cl), Brom (Ký hiệu là Br), I-ốt (Ký hiệu là I), Astatin (đây là một nguyên tố phóng xạ, ký hiệu là At) , Tennessine (một nguyên tố mới phát hiện, ký hiệu là Ts).

Halogen là những nguyên tố thuộc nhóm VII A

Đặc điểm, cấu tạo phân tử của nhóm halogen

Với lớp vỏ ngoài cùng có cấu hình tương tụ nên các lớp halogen có nhiều điểm giống nhau về thành phần, tính chất hóa học, cũng như tính chất của các hợp chất.

Các nguyên tố halogen có ái lực electron lớn. Nguyên tử X với 7 electron lớp ngoài cùng dễ dàng thu thêm 1 electron để tạo thành ion âm X- có cấu hình của khí hiếm liền kề trong bảng tuần hoàn.

Là một trong những nguyên liệu làm nên chiếc bóng đèn halogen. Các nguyên tố halogen đều có độ âm điện lớn. Trong đó, nổi bật là độ âm điện của Flo (F) với 3,98 là lớn nhất trong tất cả các nguyên tố hóa học.

Từ Flo đến Clo, Brom, I-ốt có bán kính nguyên tử tăng dần và độ âm điện sẽ giảm dần.

Nguyên tố trong nhóm halogen là những phi kim điển hình, chúng đều là chất oxi hóa mạnh. Với khả năng oxi hóa của các halogen giảm dần từ Flo (F) đến I-ốt (I).

Tính chất của nhóm Halogen là gì

Tính chất vật lý của các nguyên tố trong nhóm halogen

1. Tính chất vật lý của các nguyên tố halogen

1.1. Dựa vào trạng thái và màu sắc

Trạng thái chuyển từ dạng khí sang dạng lỏng và dạng rắn với màu sắc đậm dần như sau: Flo (F) ở dạng khí và có màu lục nhạt, Clo (Cl) ở trạng thái khí và có màu vàng lục, Brom (Br) ở dạng lỏng với màu nâu, còn I-ốt (I) ở dạng rắn có màu đen tím, đặc biệt rất dễ thăng hoa.

1.2. Dựa theo nhiệt độ sôi và nóng chảy

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi sẽ tăng dần từ Flo (F) đến I-ốt (I)

1.3. Dựa vào đặc điểm tan trong nước

Các chất Clo, Brom, I-ốt tan tương đối ít trong nước và chủ yếu tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ, còn khí Flo oxi hóa nước ngay ở nhiệt độ thường, hơi nước nóng bốc cháy khi tiếp xúc với khí Flo.

1.4. Trong tự nhiên Halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất

Khí Flo thường ở trong khoáng vật florit và criolit. Hóa chất Clo chủ yếu ở dạng muối clorua. Brom chủ yếu trong muối bromua của natri, kali, magie. Còn I-ốt thì có trong tuyến giáp và một số loại rong biển…

Kết luận: Tính chất vật lý của nhóm nguyên tố Halogen này biến đổi có quy luật: Trạng thái tập hợp, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi.

Các nguyên tố halogen có tính chất vật lý biến đổi có quy luật

2. Những tính chất hóa học của nhóm halogen

Vì lớp electron ngoài cùng có 7e, vì thế nhóm halogen là những phi kim điển hình, các nguyên tố này dễ dàng 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 Flo chỉ có mức oxi hóa -1, các halogen khác ngoài mức oxi hóa -1 còn có các mức khác là +1, +3, +5, +7.

Những phản ứng hóa học nổi bật của nhóm Halogen

Tác dụng với phi kim

Các nguyên tố 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 halogen các phản ứng thường xảy ra ở nhiệt độ cao. Muối thu được thường ứng với mức hóa trị cao nhất của kim loại. Riêng phản ứng của Sắt (Fe) với I-ốt (I2) chỉ tạo sản phẩm là FeI2.

2M + nX2 -> 2MXn

Phản ứng với hidro

Halogen phản ứng với hidro tạo thành halogennua

H2 + X2 -> 2HX

Với điều kiện:

– F2 thì sẽ tạo ra phản ứng ngay cả trong bóng tối

– Cl2 thì sẽ chỉ tạo ra phản ứng khi được chiếu sáng

– Với Br2 thì phản ứng xảy ra khi được đun nóng ở nhiệt độ cao

– Còn I2 là nguyên tố hóa học có tính thuận nghịch và phải được đun nóng khi phản ứng.

Halogen phản ứng với dung dịch kiềm

Dung dịch kiềm loãng, nguội:

X2 + 2NaOH -> NaX + NaXO + H2O

Ví dụ: Cl2 + 2NaOH -> NaCl + NaClO + H2O

Riêng khí flo F2:

2F2 + 2NaOH -> 2NaF + H2O + OF2

Phản ứng với dung dịch kiềm đặc, nóng:

3X2 + 6KOH -> 5KX + KXO3 + 3H2O

Ví dụ: 3Cl2 + 6KOH -> 5KCl + KClO3 + 3H2O ( Nhiệt độ 1000 độ C)

Halogen tác dụng với nước

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

2F2 + 1H2O -> 4HF + O2

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

X2 + H2O <-> HX + HXO

Ví dụ: Cl2 + H2O <-> HCl + HClO

• Riêng I2 thì sẽ không phản ứng với nước

Tác dụng với dung dịch muối halogenua

X2 + 2NaX’ -> 2NaX + X’2

Trong đó, F2 sẽ không có trong phản ứng này, X’ sẽ là nguyên tố halogen có tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X.

Điều chế các đơn chất trong nhóm Halogen

Điện phân muối halogen:

– Điện phân nóng chảy:

2MXn ->2M + nX2

(trong đó M là kim loại kiềm Na,K; X thường là Cl, Br)

– Điện phân dung dịch muối halogen của kim loại kiềm có màng ngăn:

2NaCl + 2H2O -> H2 + 2NaOH + Cl2

– Cho HX tác dụng với các chất oxi hóa mạnh (trong đó thường gặp là MnO2, K2Cr2O7, KClO3)

MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O

K2Cr2O7 + 14HCl → 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 6H2O

KClO3 + 6HCl → 3H2O + KCl + 3Cl2

Ngoài ra, trong dãy nguyên tố halogen thì đối với mỗi chất sẽ có cách điều chế khác nhau, có thể tách ra như sau:

– Điều chế Flo (F2): Điện phân nóng chảy hỗn hợp KF và 2HF lỏng, khan. F2 thoát ra ở cực dương còn H2 sẽ thoát ra ở cực âm.

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

– Điều chế Clo (Cl2): Cho axit HCl tác dụng với chất oxi hóa mạnh, như MnO2, KMnO4… Hoặc điện phân dung dịch NaCl có màng ngăn. Với phương trình điều chế:

2NaCl + 2H2O (điện phân dung dịch có màng ngăn xốp) -> 2NaOH + Cl2 + H2 (Dung dịch muối bão hòa)

– Điều chế Brom (Br2): Bằng cách dùng Cl2 để oxi hóa NaBr có trong nước biển tạo thành Br2

Ví dụ phương trình: 2KBr + MnO2 + 2H2SO4 -> MnSO4+K2SO4 + Br2 + 2H2O

– Điều chế I-ốt (I2): Tách I2 từ trong nước biển

Vậy thì những ứng dụng quan trọng của nhóm Halogen là gì?

Đây là một nguyên liệu để làm bóng đèn halogen

1. Halogen được sử dụng trong sản xuất vật liệu và điện tử

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

Nhưng lưu ý là loại chất chống cháy này không thể tái chế, vì khi tái chế sẽ giải phóng ra các chất độc hại trong quá trình đốt hay sưởi ấm, điều đó đe dọa sức khỏe con người và môi trường xung quanh.

2. Được dùng để sản xuất tạo ra đèn halogen

Đèn halogen được biết đến là một loại bóng đèn sợi đốt thường thấy ở đèn chiếu sáng ở xe ô tô, đặc biệt là đèn pha, với rất nhiều kiểu dáng và mẫu mã khác nhau.

Với cấu tạo là một dây tóc vonfram được bọc kín trong một bóng đèn nhỏ gọn, kết hợp với hỗn hợp khí trơ, cùng một lượng nhỏ halogen như brom hoặc I-ốt.

Sự kết hợp của halogen cùng sợ đốt vonfram tạo ra phản ứng hóa học chu trình halogen làm bổ sung vonfram cho dây tóc, điều này giúp tăng tuổi thọ và còn giúp duy trì tăng tuổi thọ của lớp vỏ bóng đèn.

Từ đó, bóng đèn halogen có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn so với đèn chứa khi thông thường có tuổi thọ và công suất hoạt động tương tự, đồng thời cũng tạo ra ánh sáng hiệu suất chiếu sáng và nhiệt độ màu cao hơn.

3. Ứng dụng của nhóm halogen trong ngành y học

Nhóm halogen được ứng dụng rộng rãi trong y học

3.1. Flo trong y học

Một số hợp chất dược phẩm có chứa Flo đang được ứng dụng và sử dụng nhiều trên thị trường. Trong đó có thể kể đến như thuốc chống suy nhược như Paxil và Prozac, thuốc chống nhiễm trùng Cipro, hay thuốc chống viêm khớp và thuốc chống viêm nói chung như Celebrex…

3.2. I-ốt trong y học

Thuốc dùng để bôi I-ốt với 5% I-ốt trong nước etanol được dùng để khử trùng vết thương hay khử trùng bề mặt chứa nước uống.

I-ốt 123 được dùng trong y khoa để xét nghiệm và tạo ảnh hoạt động của tuyến giáp.

Còn I-ốt 131 giúp điều trị bệnh Grave và ung thư tuyến giáp, ngoài ra loại này cũng dùng trong chụp ảnh tuyến giáp.

4. Một số ứng dụng khác riêng của từng chất trong halogen

4.1. Ứng dụng của Flo

Flo sẽ được dùng để làm chất oxi hóa cho nhiên liệu lỏng dùng trong tên lửa, công nghiệp sản xuất nhiên liệu hạt nhân để làm giàu 235U.

F ở dạng dẫn xuất còn có ứng dụng vô cùng quan trọng: Freon đường dùng trong máy lạnh và tủ lạnh, Teflon là chất dẻo chịu được axit, kiềm và nhiều hóa chất khác…

Ngoài ra, Natri Fluoride (NaF) được dùng làm thuốc đánh răng.

4.2. Ứng dụng của Clo (Cl)

Clo được dùng để tẩy trắng sợi vải, vải, giấy. Làm chất sát trùng trong hệ thống cung cấp nước sạch, trong quá trình xử lý nước thải. Ngoài ra, Clo còn được sử dụng làm nguyên liệu để sản xuất nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ.

4.3. Ứng dụng của Brom

Đây là chất được dùng để chế tạo dược phẩm, phẩm nhuộm…, dùng để chế tạo chất nhạy cảm với ánh sáng để tráng lên phim ảnh là AgBr.

4.4. Ứng dụng của I-ốt

I-ốt được dùng chủ yếu ở dạng cồn i-ốt làm chất sát trùng, có trong thành phần của nhiều dược phẩm, khi trộn KI và KIO3 vào muối ăn tạo ra muối i-ốt.

Hy vọng rằng những thông tin vừa chia sẻ, giúp các bạn hiểu hơn về halogen là gì, nhóm halogen bao gồm những chất nào, và có những tính chất hóa học, đặc điểm gì nổi bật, cũng như những ứng dụng quan trọng trong đời sống và quá trình sản xuất. Bài viết sau, hãy cùng VietChem tìm hiểu thêm nhiều hóa chất thú vị khác nhé.

Xem thêm:

• Oxit axit là gì? TÍnh chất hóa học, công thức và các oxit axit
• Oxit là gì? Phân loại, công thức, tính chất hóa học của oxit