Halojenler

Halojenlerin özellikleri

Bu elementlerin atomları 7 değerlik elektronu içerir ve temel durumdaki elektron konfigürasyonları s ² p ^5’tir . Halojenler tam oktete ulaşmak için yalnızca bir elektrondan yoksundur; bu aynı zamanda en yakın soy gazın elektron konfigürasyonudur. Eksik elektronları çekme ve mononegatif bir X ^– anyonu üretme veya kendisine bağlanan element dahil halojenin elektronegatifliğindeki fark yeterince yüksek değilse kovalent bir bağ üretme konusunda son derece yüksek bir eğilim gösterirler. Elektron çekimi, halojenlerin yüksek elektron ilgisi göstermesiyle ilgilidir çünkü tıpkı oksijen atomları gibi, bir elektronun serbest bir atoma bağlanması da enerji emisyonuna neden olur. Tam tersine, bir X ⁺ katyonu üretmek amacıyla yüksek düzeyde elektronegatifliğe sahip bir halojenden bir elektronun ayrılması çok büyük bir enerji girdisi gerektirir. Halojenler çok yüksek reaktivite gösterirler ve kimyasal olarak en aktif maddeler arasında yer alırlar. Oda sıcaklığında birçok kimyasal bileşikle reaksiyona girerler ve birçok elementle aniden bağlanırlar. Diatomik halojen moleküllerindeki kimyasal bağların nispeten düşük enerjisi bunların kolayca kopmasına neden olduğundan, bu reaktivite flordan iyodine doğru azalır. Halojenlerin bir diğer önemli özelliği ise çok kuvvetli oksidant olmalarıdır. Standart potansiyelleri aşağıdaki gibidir:

• flor: 2.866,
• klor : 1.35827,
• brom: 1.0873,
• iyot: 0,5355,
• astatin: 0,3.

Flor, yüksek potansiyeliyle gruptaki en güçlü oksidandır ve tüm periyodik tablodaki en güçlü oksitleyicilerden biridir.

Halojenlerin fiziksel özellikleri

Periyodik tabloda birbirine yakın konumda bulunan elementlerle karşılaştırıldığında halojenler çok yüksek iyonlaşma enerjileri gösterirler. Flor, klor, brom ve iyot için sırasıyla [kJ ·mol ^-1] cinsinden ifade edilen birinci iyonizasyon enerjileri 1681,0’dır; 1251.1; 1139.9; 1008.4. Bu değerler yüksektir ancak atom numarasının artmasıyla birlikte önemli ölçüde azalırlar. Benzer şekilde atom numarası büyüdükçe atom kabuklarının sayısı ve atom yarıçapı da artar. Sonuç olarak değerlik elektronlarının çekirdek tarafından çekilmesi zayıflar. Periyodik tablodaki farklı dönemlere baktığımızda aşağıdaki değerlerin diğer gruplara göre daha yüksek olduğunu gözlemleyebiliriz:

• elektron ilgi düzeyleri: F: 328.2 [kJ ·mol ^-1]; Cl: 348.6 [kJ ·mol ^-1]; Br: 324.5 [kJ ·mol ^-1]; I: 295,2 [kJ ·mol ^-1] ve
• iyonlaşma enerjileri.

Halojenler bu özelliklerinden dolayı kendi periyotlarında en yüksek elektronegatifliği gösterirler. Flor tüm elementler arasında en yüksek elektronegatiflik değerine sahiptir. Bu değerler şunlardır: Flor için 4,10, klor için 2,83, brom için 2,74, iyot için 2,21 ve astatin için 1,90. Atom kütlesi, tıpkı erime ve kaynama noktaları gibi, flordan astatine doğru büyür.

Tablo 1. Halojenlerin fiziksel özelliklerinin listesi. Normal şartlarda flor ve klor gazdır, brom yüksek buhar basıncına sahip bir sıvıdır ve iyot katıdır. İkincisi, erime noktasının altında oldukça yüksek bir buhar basıncı gösterir ve bu, yeterince ısıtıldığında süblimleşmesine olanak tanır. İyotun saflaştırılmasında bu özellikten sıklıkla yararlanılır. Tartışılan elementler renklidir: florin hafif sarı-yeşil bir tonu vardır, klor yeşil-sarıdır, brom buharları açıkça kırmızı-kahverengidir, iyot buharları ise menekşe rengidir. Sıvı haldeki brom koyu kahverengidir ve katı haldeki iyot, gri-siyah renkli ve metalik parlaklığa sahip kristaller şeklini alır. Gaz halindeki tüm halojenler güçlü, rahatsız edici bir koku yayar. Flor, klor ve brom buharlarının insan vücudu üzerinde özellikle güçlü bir etkisi vardır. Bununla birlikte, iyot da aynı derecede toksiktir ancak oda koşullarında çok daha düşük bir buhar basıncına sahiptir.

Halojenlerin oksidasyon durumları

Oksidasyon durumu –I, ister asidik ister bazik çözeltilerde olsun, klor, brom ve iyot atomları için en kararlı olanıdır. Flor için, bu elementin kimyasal bileşiklerde aldığı tek oksidasyon durumudur. Diğerleri, d- orbitallerini kullanarak, çoğunlukla interhalojenik bileşikler, oksitler ve oksiasitlerde olmak üzere çoğunlukla I, III, V ve VII olmak üzere pozitif oksidasyon durumlarına geçebilirler. Halojenlerin sınıflandırıldığı grup (17), kabul edilebilir en yüksek oksidasyon durumunu (VII) gösterir. Klor, brom ve iyot bu tür elektron konfigürasyonlarını alır. Sıfır veya pozitif oksidasyon durumlarında halojenler, özellikle asidik çözeltilerde güçlü oksitleyici özellikler gösterir.

Halojenlerin doğal oluşumu

Doğal halojenler yalnızca bağlı durumda bulunur. En fazla flor miktarı yerkabuğunda bulunur ve bu ağırlıkça %5,85· ^10-2 civarındadır. Bunu klor takip eder: ağırlıkça %1,45· ^10-2 . Bu sıra, klor içeriğinin ağırlıkça %1.901 civarında olduğu ve flor içeriğinin ^{ağırlıkça} %1.3.10-2 civarında olduğu deniz suyunda tersinedir. Öte yandan, brom ve iyot şu anda her iki bölgede de önemli ölçüde daha düşük konsantrasyonlar göstermektedir. Yer kabuğunda ağırlıkça sırasıyla yüzde 2,4· ^10-4 ve 4,5· ^10-5’i temsil ederler. Deniz suyunda ise bu değerler 6,73·10 ^-4 ve 6·10 ^-6’ya çıkmaktadır. Astatin yalnızca sentetik olarak üretilebilir, ancak yerkabuğundaki içeriği ağırlıkça %^3.10-24’ü aşan birkaç doğal, kısa süreli radyoaktif izotopa sahiptir. Yer kabuğundaki en yüksek miktardaki flor, florit _CaF2 , apatit _Ca5 ( _PO4 ) ₃ ve _{kriyolit Na3AlF6} formunda bulunur. Doğada bulunan ve klor ve bileşiklerini üretmek için kullanılan en önemli ve en yaygın hammadde sodyum klorürdür. Diğer 1. ve 2. grup metallerin klorürleriyle birlikte deniz suyunda nispeten yüksek miktarlarda bulunur. Bunun dışında denizde kurutma işleminin uzun sürmesi nedeniyle sodyum klorürün yoğun çökeltiler oluşturduğu pek çok alan bulunmaktadır. Klor içeren birçok mineral de vardır. Bunlar arasında özellikle kapalı deniz alanlarının kuruması sonucu oluşan tuz yataklarında oluşan silvin (KCl), karnallit (KMgCl ₃ ·6 H ₂ O) ve kainit (KMgCl(SO ₄ ) ·3 H ₂ O) yer alır. Organik bileşikler formundaki iyot, deniz suyunda az miktarda bulunur. Eskiden deniz yosunu külünden üretilirken günümüzde çoğunlukla iyodat (V) ve iyodat (VII) içeren sodyum nitratlardan elde edilmektedir. En büyük yatakları Şili ve Bolivya’da bulunuyor ve burada bulunan iyot bileşikleri, atık kristalli alkali çözeltilere dönüşüyor. İyot aynı zamanda insan tiroid bezinde de bulunur ve eksikliği hastalık semptomlarına neden olur.

Halojen üretimi

Flor bileşikleri ve saf flor üretmek için kullanılan endüstriyel bir hammadde olarak kilit rolü florit oynar. Konsantre sülfürik asite maruz kaldığında kalsiyum sülfat ve hidrojen florür üretir. Daha sonra florürlere ve serbest florine işlenir. Ancak serbest haldeki flor yalnızca elektroliz yoluyla üretilebilir. Flor su üzerinde aniden etki ettiğinden, elektroliz sulu çözeltilerde değil, yaklaşık 340-400 K’de erimiş potasyum biflorür ile susuz hidrojen florürün bir karışımı içinde gerçekleştirilir. Klor, teknik ölçekte sodyum klorürün bir ortamda elektrolizi ile üretilir. sulu çözelti veya erimiş tuz formunda. Her iki durumda da ürün anot üzerinde oluşur. Laboratuvar uygulamalarında klor genellikle konsantre hidroklorik asitin potasyum tetraoksomanganat (VII) veya manganez dioksit üzerinde etkimesiyle üretilir. Brom, klorla aynı yöntemlerle, bromürlerden ayrıştırılarak elde edilir. En popüler yöntem, örneğin deniz suyundan üretilirken bromun yerini klorun almasıdır. İyot, tıpkı bromun bromürlerden elde edildiği gibi, iyodürlerden elde edilir. Güherçileden elde edilen iyodatlar, hidrojen sülfatların (IV) kullanılmasıyla indirgenir. En kararlı astatin izotopu ²¹¹ At’dir ve bu, ²⁰⁹ Bi bizmut çekirdeğinin alfa molekülleriyle bombardıman edilmesiyle elde edilebilir. Böyle bir astatin daha sonra nitrojen akışında veya vakumda yaklaşık 600-900 K’ye kadar ısıtılarak elde edilebilir. Yoğuşan ürün kabın soğuk duvarında fark edilebilir.

Halojenlerin uygulamaları

Endüstriyel ölçekte üretilen flor, UF ₆ ve UF ₄ elde etmeye yönelik bir malzemedir. Birincisi uranyum izotoplarını ayırırken kullanılırken ikincisi daha sonra metalik uranyuma işlenir. Hidrojenin flor ile ikame edildiği bileşikler olan hidrokarbon florlama ürünleri de giderek daha fazla kullanılmaktadır. Yanıcı ve oksitlenemez olmaları dışında fiziksel özellikleri hidrokarbonlara benzer. Flor ayrıca soğutma teknolojisinde uygulanan diflorodiklorometan olan freonun yanı sıra polimerize tetrafloroetilen olan Teflon adı verilen plastik bir maddenin üretiminde de kullanılır. Elementer klorun beyazlatma özelliği olduğundan tekstil ve selüloz üretim endüstrilerinde kullanılır. Aynı zamanda içme suyu dezenfektanı olarak da görev yapar ve kloratlar veya kloroform dahil birçok inorganik bileşiğin üretiminde kullanılan bir girdi malzemesidir. Potasyum bromür bir sakinleştirici olduğundan bromyum ilaç endüstrisinde uygulanır. Aynı zamanda sentetik boyaların sentezinde, fotoğrafçılıkta gümüş bromür olarak veya metil bromür formunda herbisit olarak da kullanılır. Laboratuvarlarda brom, esas olarak bromlu su çözeltisinde çoğunlukla bir oksidan görevi görür. Alkolik iyot çözeltisi olan iyot tentürü formundaki iyot, tıpta dezenfektan olarak kullanılır. Aynı zamanda analitik kimyada , örneğin iyodometride bir reaktif olarak çok sayıda uygulamaya sahiptir.