Bài 16: Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA

I. Vị trí của nhóm halogen trong bản tuần hoàn

Nhóm halogen gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn: fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), astatine (At) và tennessine (Ts)

II. Trạng thái tự nhiên

- Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất, phần lớn ở dạng muối halide, phổ biến như calcium fluoride, sodium chloride

- Trong cơ thể người, nguyên tố chlorine có trong máu và dịch vị dạ dày (ở dạng ion Cl^-), nguyên tố iodine có ở tuyến giáp (ở dạng hợp chất hữu cơ)

III. Cấu tạo nguyên tử, phân tử

- Lớp electron ngoài cùng của các nguyên tố halogen dạng tổng quát: ns²np⁵

- Do có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chưa đạt cấu hình bền vững như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử. Vậy đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X₂, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hóa trị không phân cực

Với X là kí hiệu các nguyên tố halogen

Công thức cấu tạo của phân tử halogen: X-X

IV. Tính chất vật lí

Đi từ fluorine đến iodine:

- 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: tăng dần

- Bán kính nguyên tử: tăng dần

V. Tính chất hóa học

Halogen là các phi kim điển hình, có tính oxi hóa mạnh, tính oxi hóa giảm dần từ fluorine đến iodine

a. Tác dụng với kim loại

Các halogen phản ứng trực tiếp với nhiều kim loại tạo muối halide

Ví dụ: \(2Na + C{l_2}\xrightarrow{{{t^0}}}2NaCl\)

           \(2Fe + 3C{l_2}\xrightarrow{{{t^o}}}2FeC{l_3}\)

b. Tác dụng với hydrogen

- Các halogen phản ứng với hydrogen tạo thành hydrogen halide

- Đặc điểm của phản ứng giữa halogen và hydrogen

\( \to \) Mức độ phản ứng của các halogen với hydrogen giảm dần khi đi từ fluorine đến iodine, phù hợp với tính oxi hóa của các halogen giảm dần từ F₂ đến I₂

c. Tác dụng với nước

d. Tác dụng với dung dịch kiềm

Halogen phản ứng với dung dịch kiểm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng

Ví dụ: \(C{l_2} + 2NaOH \to NaCl + NaClO + {H_2}O\)

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

\(3C{l_2} + 6NaOH\xrightarrow{{ > {{70}^o}C}}5NaCl + NaCl{O_3} + 3{H_2}O\)

e. Tác dụng với dung dịch muối halide

Chlorine có thể oxi hóa Br^- trong dung dịch muối bromide và ion I^- trong dung dịch muối iodide, bromine có thể oxi hóa ion I^- trong dung dịch muối iodide

\(\begin{array}{l}C{l_2} + 2NaBr \to 2NaCl + B{r_2}\\B{r_2} + 2NaI \to 2NaBr + {I_2}\end{array}\)

VI. Ứng dụng

- Fluorine: sản xuất chất dẻo ma sát thấp như Teflon phủ trên bề mặt chảo chống dính; sodium fluoride sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián; một số muối fluoride khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng,…

- Chlorine: chất oxi hóa mạnh dùng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước. Một lượng lớn chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như CCl₄, CHCl₂,….

- Bromine: điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in; AgBr là chất nhạy cảm với ánh sáng dùng để tráng phim ảnh,…

- Iodine: nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác hại cho sức khỏe như bệnh bướu cổ, thiểu năng trí tuệ; hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến,…