Halogen

Ciri-ciri halogen

Atom unsur ini mengandungi 7 elektron valens, dan konfigurasi elektronnya dalam keadaan asas ialah s ² p ⁵ . Halogen kekurangan hanya satu elektron untuk mencapai oktet penuh, yang juga merupakan konfigurasi elektron gas mulia terdekat. Mereka menunjukkan kecenderungan yang sangat tinggi untuk menarik elektron yang hilang dan menghasilkan anion X ^– mononegatif atau, jika perbezaan keelektronegatifan sesuatu halogen termasuk unsur yang terikat dengannya tidak cukup tinggi, maka untuk menghasilkan ikatan kovalen. Daya tarikan elektron adalah berkaitan dengan fakta bahawa halogen menunjukkan pertalian elektron yang tinggi kerana, seperti atom oksigen, perlekatan elektron pada atom bebas menyebabkan pelepasan tenaga. Sebaliknya, melepaskan elektron daripada halogen yang sangat elektronegatif untuk menghasilkan kation X ⁺ memerlukan input tenaga yang besar. Halogen menunjukkan kereaktifan yang sangat tinggi, merupakan antara bahan yang paling aktif secara kimia. Pada suhu bilik, mereka mengambil bahagian dalam tindak balas dengan banyak sebatian kimia dan terikat secara mendadak dengan banyak unsur. Kereaktifan itu merosot daripada fluorin kepada iodin, kerana tenaga yang agak rendah bagi ikatan kimia dalam molekul halogen diatomik menyebabkan ia mudah terputus. Satu lagi ciri penting halogen ialah ia adalah oksidan yang sangat kuat. Potensi standard mereka adalah seperti berikut:

• fluorin: 2.866,
• klorin : 1.35827,
• bromin: 1.0873,
• iodin: 0.5355,
• astatin: 0.3.

Dengan potensinya yang tinggi, fluorin ialah oksidan terkuat dalam kumpulan dan salah satu yang paling kuat dalam keseluruhan jadual berkala.

Sifat fizikal halogen

Berbanding dengan unsur-unsur dengan lokasi yang rapat pada jadual berkala , halogen menunjukkan tenaga pengionan yang sangat tinggi. Tenaga pengionan pertama yang dinyatakan dalam [kJ ·mol ^-1] untuk fluorin, klorin, bromin dan iodin, masing-masing ialah 1681.0; 1251.1; 1139.9; 1008.4. Nilai-nilai ini tinggi, tetapi ia merosot dengan ketara seiring dengan peningkatan nombor atom . Begitu juga, apabila nombor atom bertambah, bilangan kulit atom dan jejari atom juga meningkat. Akibatnya, daya tarikan elektron valens oleh nukleus semakin lemah. Apabila melihat tempoh yang berbeza dalam jadual berkala, kita boleh melihat bahawa nilai berikut adalah lebih tinggi daripada kumpulan lain:

• tahap pertalian elektron: F: 328.2 [kJ ·mol ^-1]; Cl: 348.6 [kJ ·mol ^-1]; Br: 324.5 [kJ ·mol ^-1]; I: 295.2 [kJ ·mol ^-1], dan
• tenaga pengionan.

Disebabkan oleh ciri-ciri ini, halogen menunjukkan keelektronegatifan tertinggi dalam tempoh masing-masing. Fluorin mempunyai nilai keelektronegatifan tertinggi dari semua unsur. Nilai-nilai ini ialah: 4.10 untuk fluorin, 2.83 untuk klorin, 2.74 untuk bromin, 2.21 untuk iodin, dan 1.90 untuk astatin. Jisim atom tumbuh daripada fluorin kepada astatin, sama seperti takat lebur dan didih.

Jadual 1. Senarai ciri fizikal halogen. Dalam keadaan biasa, fluorin dan klorin adalah gas, bromin adalah cecair dengan tekanan wap yang tinggi, dan iodin adalah pepejal. Yang terakhir menunjukkan tekanan wap yang agak tinggi di bawah takat lebur, yang membolehkan ia menjadi sublim apabila dipanaskan dengan secukupnya. Ciri ini sering digunakan apabila membersihkan iodin. Unsur-unsur yang dibincangkan adalah berwarna: fluorin mempunyai warna kuning-hijau sedikit, klorin berwarna hijau-kuning, wap bromin jelas merah-dan-coklat, manakala wap iodin berwarna ungu. Bromin sebagai cecair berwarna coklat gelap, dan iodin dalam keadaan pepejal mengambil bentuk kristal dengan warna kelabu-hitam dan gloss metalik. Dalam keadaan gas, semua halogen mengeluarkan bau yang kuat dan menjengkelkan. Wap fluorin, klorin dan bromin mempunyai kesan yang sangat kuat pada tubuh manusia. Walau bagaimanapun, iodin adalah sama toksik tetapi mempunyai tekanan wap yang jauh lebih rendah dalam keadaan bilik.

Keadaan pengoksidaan halogen

Keadaan pengoksidaan –I adalah yang paling stabil untuk atom klorin, bromin dan iodin, sama ada dalam larutan berasid atau asas. Untuk fluorin, ia adalah satu-satunya keadaan pengoksidaan yang diambil oleh unsur itu dalam sebatian kimia. Yang lain, dengan menggunakan orbital d , juga boleh bertukar kepada keadaan pengoksidaan positif, kebanyakannya kepada I, III, V dan VII, terutamanya dalam sebatian interhalogenik, oksida, dan asid oksi. Kumpulan di mana halogen dikelaskan (17) mencadangkan keadaan pengoksidaan yang boleh diterima tertinggi (VII). Klorin, bromin dan iodin mengambil konfigurasi elektron sedemikian. Sama ada pada sifar atau pada keadaan pengoksidaan positif, halogen menunjukkan sifat pengoksidaan yang kuat, terutamanya dalam larutan berasid.

Kejadian semula jadi halogen

Halogen semulajadi hanya berlaku dalam keadaan terikat. Kuantiti fluorin tertinggi terdapat dalam kerak bumi , ini adalah sekitar 5.85·10 ^-2 %mengikut berat. Ini diikuti oleh klorin: 1.45·10 ^-2 %mengikut berat. Urutan itu diterbalikkan dalam air laut, di mana kandungan klorin adalah sekitar 1.901, dan fluorin, sekitar 1.3·10 ^-2 %mengikut berat. Sebaliknya, bromin dan iodin pada masa ini menunjukkan kepekatan yang jauh lebih rendah di kedua-dua zon. Dalam kerak bumi, masing-masing mewakili 2.4·10 ^-4 dan 4.5·10 ^-5 peratus mengikut berat. Dalam air laut, nilai ini bertukar kepada 6.73·10 ^-4 dan 6·10 ^-6 . Astatin hanya boleh dihasilkan secara sintetik, tetapi ia mempunyai beberapa isotop radioaktif semula jadi jangka pendek yang kandungannya dalam kerak bumi melebihi 3·10 ^-24 %mengikut berat. Jumlah fluorin tertinggi dalam kerak bumi berlaku dalam bentuk fluorit CaF ₂ , apatit Ca ₅ (PO ₄ ) ₃ dan kriolit Na ₃ AlF ₆ . Kunci dan bahan mentah yang paling biasa berlaku di alam semula jadi, yang digunakan untuk menghasilkan klorin dan sebatiannya, ialah natrium klorida. Ia berlaku dalam kuantiti yang agak tinggi dalam air laut, bersama-sama dengan klorida logam kumpulan 1 dan 2 yang lain. Selain itu, disebabkan proses pengeringan laut yang berpanjangan, terdapat banyak kawasan di mana natrium klorida membentuk mendapan yang banyak. Terdapat juga banyak mineral yang mengandungi klorin. Ini termasuk sylvine (KCl), carnallite (KMgCl ₃ ·6 H ₂ O) dan kainit (KMgCl(SO ₄ ) ·3 H ₂ O), yang berlaku terutamanya dalam mendapan garam yang terbentuk hasil daripada pengeringan kawasan laut tertutup. Iodin dalam bentuk sebatian organik berlaku dalam kuantiti yang kecil dalam air laut. Ia pernah dihasilkan daripada abu rumpai laut, tetapi hari ini kebanyakannya diperoleh daripada natrium nitrat yang mengandungi iodat (V) dan iodat (VII). Deposit terbesar mereka terletak di Chile dan Bolivia, dan sebatian iodin yang terdapat di dalamnya bertukar menjadi alkali kristal sisa. Iodin juga berlaku dalam kelenjar tiroid manusia, dan kekurangannya menyebabkan gejala penyakit.

Pengeluaran halogen

Peranan utama sebagai bahan mentah industri yang digunakan untuk menghasilkan sebatian fluorin dan fluorin tulen dimainkan oleh fluorit. Apabila tertakluk kepada asid sulfurik pekat, ia menghasilkan kalsium sulfat dan hidrogen fluorida. Ia, seterusnya, diproses menjadi fluorida dan fluorin bebas. Walau bagaimanapun, fluorin keadaan bebas hanya boleh dihasilkan melalui elektrolisis. Oleh kerana fluorin bertindak secara mendadak ke atas air, elektrolisis tidak dijalankan dalam larutan akueus tetapi dalam campuran kalium bifluorida cair dengan hidrogen fluorida kontang pada sekitar 340–400 K. Klorin dihasilkan pada skala teknikal oleh elektrolisis natrium klorida dalam larutan akueus atau dalam bentuk garam cair. Dalam kedua-dua cara, produk terbentuk pada anod. Untuk amalan makmal, klorin biasanya dihasilkan dengan bertindak dengan asid hidroklorik pekat pada kalium tetraoxomanganat (VII) atau mangan dioksida. Bromin diperoleh dengan kaedah yang sama seperti klorin, dengan mengeluarkannya daripada bromida. Kaedah yang paling popular ialah menggantikan bromin dengan klorin, contohnya semasa menghasilkannya daripada air laut. Iodin dihasilkan daripada iodida sama seperti bromin daripada bromida. Iodat yang diperoleh daripada saltpetre dikurangkan dengan penggunaan hidrogen sulfat (IV). Isotop astatin yang paling stabil ialah ²¹¹ At, yang boleh diperolehi dengan mengebom nukleus ²⁰⁹ Bi bismut dengan molekul alfa. Astatin tersebut kemudiannya boleh didedahkan dengan memanaskannya sehingga sekitar 600–900 K dalam fluks nitrogen atau dalam vakum. Produk pemeluwapan boleh dilihat pada dinding sejuk kapal.

Aplikasi halogen

Fluorin yang dihasilkan pada skala industri adalah bahan untuk memperoleh UF ₆ dan UF ₄ . Yang pertama digunakan semasa mengasingkan isotop uranium, manakala yang kedua kemudiannya diproses menjadi uranium logam. Produk fluoridasi hidrokarbon, iaitu sebatian di mana hidrogen telah digantikan dengan fluorin, juga semakin digunakan. Sifat fizikalnya adalah serupa dengan hidrokarbon, kecuali ia tidak mudah terbakar dan tidak boleh teroksida. Fluorin juga digunakan untuk menghasilkan bahan plastik yang dipanggil Teflon, iaitu tetrafluoroethylene terpolimer, serta freon, iaitu difluorodiklorometana yang digunakan dalam teknologi penyejukan. Klorin asas mempunyai sifat pemutihan , jadi ia digunakan dalam industri pengeluaran tekstil dan selulosa . Ia juga berfungsi sebagai pembasmi kuman air yang boleh diminum dan merupakan bahan input yang digunakan untuk penghasilan banyak sebatian tak organik termasuk klorat atau kloroform. Bromium digunakan dalam industri farmaseutikal , kerana kalium bromida adalah penenang. Ia juga digunakan untuk mensintesis pewarna sintetik, sebagai bromida perak dalam fotografi, atau sebagai racun herba dalam bentuk metil bromida. Di makmal, bromin kebanyakannya berfungsi sebagai oksidan, terutamanya dalam larutan air bromin. Iodin dalam bentuk tincture iodin, iaitu larutan iodin alkohol, digunakan sebagai pembasmi kuman dalam perubatan. Ia juga mempunyai pelbagai aplikasi dalam kimia analitikal , contohnya sebagai reagen dalam iodometri.