Nhóm halogen SVIP

I. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN

Trong tự nhiên, các nguyên tố halogen thường tồn tại dưới dạng hợp chất, phổ biến nhất là muối của fluorine và chlorine.

Các nguyên tố nhóm halogen:

- Trong tự nhiên, ion halide chủ yếu tồn tại trong nước biển, khoáng vật và suối khoáng.

- Trong cơ thể người, chlorine tồn tại dưới dạng ion Cl^- trong máu và dịch vị dạ dày, còn iodine có mặt ở tuyến giáp dưới dạng hợp chất hữu cơ.

II. CẤU TẠO NGUYÊN TỬ, PHÂN TỬ

Số oxi hoá đặc trưng của các halogen trong hợp chất là -1.

Các nguyên tử halogen có 7 electron lớp ngoài cùng, dễ nhận 1 electron để đạt cấu hình bền của khí hiếm gần nhất.

\(ns^2np^5+1e\rarr ns^2np^6\)

Trong hợp chất, halogen có thể có số oxi hóa +1, +3, +5, +7; riêng fluorine luôn có số oxi hóa -1 do độ âm điện lớn.

III. TÍNH CHẤT VẬT LÍ

- Từ F₂ đến I₂, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng do tương tác van der Waals và khối lượng phân tử tăng.

- Halogen ít tan trong nước nhưng tan nhiều trong dung môi hữu cơ.

Một số tính chất vật lí của đơn chất halogen:

- Dung dịch iodine loãng trong ethanol dùng làm thuốc sát trùng.

- Bromine gây bỏng sâu khi tiếp xúc với da.

- Khí halogen đậm đặc gây tổn thương niêm mạc hô hấp, co thắt phế quản và khó thở.

IV. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC

Các nguyên tố nhóm halogen có tính oxi hoá mạnh và giảm dần từ fluorine đến iodine.

1. Tác dụng với kim loại

Các halogen phản ứng với kim loại tạo muối halide.

Ví dụ 1: Sắt cháy trong khí chloride.

\(2Fe+3Cl_2\overset{t^{o}}{\rarr}2FeCl_3\)

2. Tác dụng với hydrogen

Halogen phản ứng với hydrogen tạo hydrogen halide. Mức độ phản ứng này giảm dần từ fluorine đến iodine do tính oxi hóa giảm từ F₂ đến I₂.

Ví dụ 2: Phản ứng giữa hydrogen và fluorine xảy ra ngay ở nhiệt độ phòng và trong bóng tối, kèm theo hiện tượng nổ mạnh.

\(H_2+F_2\rarr2HF\)

3. Tác dụng với nước

Một phần khí Cl₂ phản ứng với nước tạo thành HCl (hydrochloric acid) và HClO (hypochlorus acid):

\(Cl_2+H_2O\rarr HCl+HClO\)

Khí Cl₂ trong nước có khả năng diệt khuẩn và tẩy màu nhờ tạo ra HClO có tính oxi hoá mạnh. Vì vậy, khí Cl₂ được dùng để khử trùng nước sinh hoạt.

HClO có tính oxi hóa mạnh nên được dùng khử trùng nước nhờ khả năng diệt khuẩn và tẩy màu.

⚡THÍ NGHIỆM (Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm)

Gắn giấy màu ẩm vào dây kim loại, rồi đưa vào bình tam giác chứa khí chlorine.

4. Tác dụng với dung dịch kiềm

- Chlorine phản ứng với NaOH tạo thành nước Javel (chứa NaClO, NaCl và NaOH dư) được dùng làm chất tẩy rửa và khử trùng.

\(Cl_2+2NaOH\rarr NaCl+NaClO+H_2O\)

- Khi đun nóng, chlorine phản ứng với KOH tạo KClO₃ (chất oxi hóa mạnh dùng trong thuốc nổ, đầu que diêm) và KCl:

\(3Cl_2+6KOH\overset{t^{o}}{\rarr}5KCl+KClO_3+3H_2O\)

5. Tác dụng với dung dịch halide

- Chlorine oxi hóa được Br^- và I^- còn bromine chỉ oxi hóa I^-.

\(Cl_2+2NaBr\rarr2NaCl+Br_2\)

\(Br_2+2NaI\rarr2NaBr+I_2\)

- Phản ứng giữa Cl₂ và Br^- dùng điều chế bromine từ nước biển.

⚡THÍ NGHIỆM (Phản ứng thế của một số muối halide)

- Bước 1: Cho 2 mL NaBr vào ống (1), 2 mL NaI vào ống (2) và (3).

- Bước 2: Thêm nước Cl₂ vào ống (1) và (2), thêm nước Br₂ vào ống (3), rồi lắc đều.

V. ĐIỀU CHẾ CHLORINE

- Trong phòng thí nghiệm, Cl₂ được điều chế từ KMnO₄ hoặc MnO₂.

\(MnO_2+4HCl\left(đặc\right)\overset{t^{o}}{\rarr}MnCl_2+Cl_2+2H_2O\)

\(2KMnO_4+16HCl\left(đặc\right)\rarr2KCl+2MnCl_2+5Cl_2+8H_2O\)

- Trong công nghiệp, chlorine được điều chế bằng cách điện phân dung dịch NaCl bão hòa có màng ngăn.