할로겐

할로겐의 특성

이 원소의 원자는 7개의 원자가 전자를 포함하고 기본 상태의 전자 구성은 s ² p ⁵ 입니다. 할로겐은 가장 가까운 희가스 의 전자 구성이기도 한 전체 옥텟에 도달하기 위해 단 하나의 전자만 부족합니다. 이는 빠진 전자를 끌어당겨 단일음성 ^X- 음이온을 생성하는 경향이 매우 높으며, 결합하는 원소를 포함하는 할로겐의 전기음성도 차이가 충분히 높지 않은 경우 공유결합을 생성하는 경향을 나타냅니다. 전자 인력은 산소 원자와 마찬가지로 자유 원자에 전자가 부착되면 에너지 방출이 발생하기 때문에 할로겐이 높은 전자 친화력을 보인다는 사실과 관련이 있습니다. 반대로 X ⁺ 양이온을 생성하기 위해 전기음성도가 높은 할로겐에서 전자를 분리하려면 막대한 에너지 투입이 필요합니다. 할로겐은 화학적으로 가장 활성이 높은 물질 중 하나로 반응성이 매우 높습니다. 실온에서 그들은 많은 화합물과의 반응에 참여하고 많은 원소와 갑자기 결합합니다. 그 반응성은 불소에서 요오드로 감소합니다. 이원자 할로겐 분자의 화학 결합 에너지가 상대적으로 낮기 때문에 쉽게 끊어지기 때문입니다. 할로겐의 또 다른 중요한 특징은 매우 강한 산화제라는 것입니다. 표준 전위는 다음과 같습니다.

• 불소: 2.866,
• 염소 : 1.35827,
• 브롬: 1.0873,
• 요오드: 0.5355,
• 아스타틴: 0.3.

잠재력이 높은 불소는 그룹에서 가장 강한 산화제이며 전체 주기율표에서 가장 강한 산화제 중 하나입니다.

할로겐의 물리적 특성

주기율표 에서 가까운 위치에 있는 원소에 비해 할로겐은 매우 높은 이온화 에너지를 나타냅니다. 불소, 염소, 브롬 및 요오드에 대해 각각 [kJ·mol ^-1]로 표현된 첫 번째 이온화 에너지는 1681.0입니다. 1251.1; 1139.9; 1008.4. 이 값은 높지만 원자 번호가 증가함에 따라 상당히 감소합니다. 마찬가지로 원자 번호가 증가함에 따라 원자 껍질의 수와 원자 반경도 증가합니다. 결과적으로, 핵에 의한 원자가 전자의 인력은 약해진다. 주기율표에서 서로 다른 기간을 살펴보면 다음 값이 다른 그룹보다 높다는 것을 알 수 있습니다.

• 전자 친화도 수준: F: 328.2 [kJ ·mol ^-1]; Cl: 348.6 [kJ ·mol ^-1]; Br: 324.5 [kJ ·mol ^-1]; I: 295.2 [kJ·mol ^-1], 및
• 이온화 에너지.

이러한 특성으로 인해 할로겐은 해당 기간에 가장 높은 전기 음성도를 나타냅니다. 불소는 모든 원소 중에서 전기음성도 값이 가장 높습니다. 이 값은 불소가 4.10, 염소가 2.83, 브롬이 2.74, 요오드가 2.21, 아스타틴이 1.90입니다. 원자 질량은 녹는점과 끓는점과 마찬가지로 불소에서 아스타틴으로 증가합니다.

표 1. 할로겐의 물리적 특성 목록. 정상적인 조건에서 불소와 염소는 기체이고 브롬은 증기압이 높은 액체이며 요오드는 고체입니다. 후자는 녹는점 이하에서 상당히 높은 증기압을 나타내므로 적절하게 가열하면 승화됩니다. 이러한 특성은 요오드를 정제할 때 종종 활용됩니다. 논의된 원소들은 색깔이 있습니다. 불소는 약간의 노란색과 녹색 색조를 띠고, 염소는 녹색과 노란색을 띠고, 브롬 증기는 분명히 붉은색과 갈색을 띠고, 요오드 증기는 보라색을 띕니다. 액체 상태의 브롬은 짙은 갈색을 띠고, 고체 상태의 요오드는 회색과 검정색을 띠고 금속성 광택을 띠는 결정 형태를 띤다. 기체 상태에서 모든 할로겐은 강하고 자극적인 냄새를 방출합니다. 불소, 염소 및 브롬 증기는 인체에 ​​특히 강한 영향을 미칩니다. 그러나 요오드는 독성은 동일하지만 실내 조건에서는 증기압이 훨씬 낮습니다.

할로겐의 산화 상태

산화 상태 –I는 산성 또는 염기성 용액에서 염소, 브롬 및 요오드 원자에 대해 가장 안정적입니다. 불소의 경우 해당 원소가 화합물에서 취하는 유일한 산화 상태입니다. 다른 것들은 d 궤도를 사용하여 주로 할로겐간 화합물, 산화물 및 산소산에서 주로 I, III, V 및 VII로 양의 산화 상태로 전환할 수 있습니다. 할로겐이 분류되는 그룹(17)은 허용 가능한 가장 높은 산화 상태(VII)를 제안합니다. 염소, 브롬 및 요오드는 이러한 전자 구성을 취합니다. 0 산화 상태이든 양성 산화 상태이든 할로겐은 특히 산성 용액에서 강한 산화 특성을 나타냅니다.

할로겐의 자연 발생

천연 할로겐은 결합 상태에서만 발생합니다. 불소의 가장 높은 양은 지각 에 존재하며 이는 중량 기준으로 약 5.85·10 ^-2 %입니다. 그 다음에는 염소: 1.45·10 ^-2 중량%가 따른다. 이 순서는 해수에서 반대인데, 염소 함량은 약 1.901이고, 불소 함량은 약 1.3· ^10-2 중량%입니다. 반면, 브롬과 요오드는 현재 두 영역 모두에서 상당히 낮은 농도를 보여줍니다. 지구의 지각에서는 각각 2.4·10 ^-4 및 4.5·10 ^-5 중량%를 나타냅니다. 바닷물에서는 이 값이 6.73·10 ^-4 및 6·10 ^-6 으로 변합니다. 아스타틴은 합성으로만 생산할 수 있지만 지구 지각의 함량이 중량 기준으로 3·10 ^-24 %를 초과하는 몇 가지 천연 단기 방사성 동위 원소를 가지고 있습니다. 지각에서 가장 높은 양의 불소는 형석 CaF ₂ , 인회석 Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ 및 빙정석 Na ₃ AlF ₆ 의 형태로 발생합니다. 염소와 그 화합물을 생산하는 데 사용되는 자연에서 발생하는 가장 일반적인 원료는 염화나트륨입니다. 이는 다른 1족 및 2족 금속의 염화물과 함께 해수에서 비교적 많은 양으로 발생합니다. 그 외에도 장기간 지속되는 해수 건조 과정으로 인해 염화나트륨이 광범위한 퇴적물을 형성하는 지역이 많습니다. 염소를 함유한 미네랄도 많이 있습니다. 여기에는 실빈석(KCl), 카르날라이트(KMgCl ₃ ·6 H ₂ O) 및 카이나이트(KMgCl(SO ₄ ) ·3 H ₂ O)가 포함되며, 특히 밀폐된 해역의 건조로 인해 형성된 소금 퇴적물에서 발생합니다. 유기 화합물 형태의 요오드는 해수에 소량으로 존재합니다. 예전에는 해초 재로 생산되었지만 오늘날에는 대부분 요오드산염(V)과 요오드산염(VII)을 포함하는 질산나트륨에서 얻습니다. 가장 큰 매장지는 칠레와 볼리비아에 있으며, 그곳에 존재하는 요오드 화합물은 폐결정성 잿물로 변합니다. 요오드는 인간의 갑상선에서도 발생하며, 요오드가 부족하면 질병 증상이 나타납니다.

할로겐 생산

형석은 불소 화합물과 순수 불소를 생산하는 데 사용되는 산업 원료로서 핵심적인 역할을 합니다. 진한 황산 에 노출되면 황산칼슘과 불화수소가 생성됩니다. 그런 다음 불소와 유리 불소로 가공됩니다. 그러나 자유 상태 불소는 전기분해를 통해서만 생산될 수 있습니다. 불소는 물에 갑자기 작용하기 때문에 전기분해는 수용액에서 수행되지 않고 약 340~400K에서 용융된 이불화칼륨과 무수 불화수소의 혼합물에서 수행됩니다. 염소는 염화나트륨의 전기분해에 의해 기술적인 규모로 생산됩니다. 수용액 또는 용융염 형태. 두 가지 방법 모두에서 제품은 양극에서 형성됩니다. 실험실 실습에서 염소는 일반적으로 사 산화망간산칼륨(VII) 또는 이산화망간에서 진한 염산 과 반응하여 생성됩니다. 브롬은 염소와 동일한 방법으로 브롬화물에서 추출됩니다. 가장 널리 사용되는 방법은 예를 들어 해수에서 브롬을 생산하면서 브롬을 염소로 대체하는 것입니다. 요오드는 브롬화물의 브롬과 마찬가지로 요오드화물로부터 유도됩니다. 질산염에서 얻은 요오드산염은 황산수소(IV)를 사용하여 환원됩니다. 가장 안정한 아스타틴 동위원소는 ²¹¹ At이며, 이는 ²⁰⁹ Bi 비스무트 핵에 알파 분자를 충돌시켜 얻을 수 있습니다. 그런 아스타틴은 질소 플럭스나 진공에서 약 600-900K까지 가열하여 유도될 수 있습니다. 응축 생성물은 용기의 차가운 벽에서 확인할 수 있습니다.

할로겐의 응용

산업 규모로 생산되는 불소는 UF ₆ 과 UF ₄ 를 얻기 위한 재료입니다. 전자는 우라늄 동위원소를 분리하는 데 사용되고, 후자는 금속 우라늄으로 가공되는 데 사용됩니다. 수소가 불소로 대체된 화합물인 탄화수소 불소화 제품도 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 이들의 물리적 특성은 불연성, 비산화성이라는 점을 제외하면 탄화수소와 유사합니다. 불소는 또한 테플론(테프론)이라는 플라스틱 물질(테트라플루오로에틸렌을 중합함)과 냉동 기술에 적용되는 디플루오로디클로로메탄인 프레온을 생산하는 데에도 사용됩니다. 원소염소는 미백 효과가 있어 섬유 산업 및 셀룰로오스 생산산업 에 사용됩니다. 또한 식수 소독제 역할을 하며 염소산염이나 클로로포름을 포함한 많은 무기 화합물을 생산하는 데 사용되는 투입 물질입니다. 브롬화 칼륨은 진정제이므로 브롬은 제약 산업 에 사용됩니다. 또한 사진에서 브롬화은으로 합성 염료를 합성하거나 브롬화메틸 형태의 제초제로도 사용됩니다. 실험실에서 브롬은 주로 브롬 수용액에서 산화제로 사용됩니다. 알코올성 요오드 용액인 요오드 팅크 형태의 요오드는 의학에서 소독제 로 사용됩니다. 또한 요오드 측정법의 시약과 같이 분석 화학 분야 에서 다양한 용도로 사용됩니다.