卤族元素卤族元素的代表:氯卤族元素指周期系ⅦA族元素。
包括氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)、砹(At),简称卤素。
它们在自然界都以典型的盐类存在,是成盐元素。
卤族元素的单质都是双原子分子,它们的物理性质的改变都是很有规律的,随着分子量的增大,卤素分子间的色散力逐渐增强,颜色变深,它们的熔点、沸点、密度、原子体积也依次递增。
卤素都有氧化性,氟单质的氧化性最强。
卤族元素和金属元素构成大量无机盐,此外,在有机合成等领域也发挥着重要的作用。
编辑本段卤素的命名由于卤素可以和很多金属形成盐类,因此英文卤素(halogen)来源于希腊语halos(盐)和gennan (形成)两个词。
在中文里,卤的原意是盐碱地的意思。
Halogen卤素的化学性质都很相似,它们的最外电子层上都有7个电子,有取得一个电子形成稳定的八隅体结构的卤离子的倾向,因此卤素都有氧化性,原子半径越小,氧化性越强,因此氟是单质中氧化性最强者。
除F外,卤素的氧化态为+1.+3.+5.+7,与典型的金属形成离子化合物,其他卤化物则为共价化合物。
卤素与氢结合成卤化氢,溶于水生成氢卤酸。
卤素之间形成的化合物称为互卤化物,如ClF₃(三氟化氯).ICl(氯碘化合物)。
卤素还能形成多种价态的含氧酸,如HClO、HClO₂.HClO₃.HClO₄。
卤素单质都很稳定,除了I2以外,卤素分子在高温时都很难分解。
卤素及其化合物的用途非常广泛。
例如,我们每天都要食用的食盐,主要就是由氯元素与钠元素组成的氯化物,并且还含有有少量的MgCl2。
卤素单质的毒性,从F开始依次降低。
从F到At,其氢化物的酸性依次增强,但氢化物的稳定性呈递减趋势。
氧化性:F₂> Cl₂> Br₂> I₂> At₂(一些单质是否有氧化性要看具体化学反应)其对应的卤离子还原性依次增强。
另外,卤素的化学性质都较活泼,因此卤素只以化合态存在于自然界中。
卤族元素颜色及状态的记忆歌谣:氟气(F)淡黄绿色,氯气(Cl2)黄绿色。
溴(Br2)液深红棕色,碘(I2)是紫黑固体,砹(At)是黑色固体。
编辑本段单质氟(F)英文名称Fluorine原子序数:9相对原子质量原子:18.9984半径/Å: 0.57原子体积/cm3/mol: 17.1共价半径/Å: 0.72电子构型: 1s2 2s2p5氟气常温下为淡黄绿色的气体,有剧毒。
与水反应立即生成氢氟酸和氧气并发生燃烧,同时能使容器破裂,量多时有爆炸的危险。
氟、氟化氢(氢氟酸)对玻璃有较强的腐蚀性。
氟是氧化性最强的元素(而且不具有d轨道),只能呈-1价。
单质氟与盐溶液的反应,都是先与水反应,生成的氢氟酸再与盐的反应,通入碱中可能导致爆炸。
水溶液氢氟酸是一种弱酸。
但却是稳定性最强的氢卤酸,因为氟原子含有较大的电子亲和能。
如果皮肤不慎粘到,将一直腐蚀到骨髓。
化学性质活泼,能与几乎所有元素发生反应(除氦、氖)。
氯(Cl)英文名称:Chlorine原子序数:17相对原子质量:35.4527原子半径/Å: 0.97原子体积/cm3/mol: 22.7共价半径/Å: 0.99电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p5离子半径/Å: 1.81氯气常温下为黄绿色气体,可溶于水,1体积水能溶解2体积氯气。
有毒,与水部分发生反应,生成盐酸(HCl)与次氯酸(HClO),次氯酸(HClO)不稳定,分解放出氧气,并生成盐酸,次氯酸氧化性很强,可用于漂白。
氯的水溶液称为氯水,不稳定,受光照会分解成HCl与氧气。
液态氯气称为液氯。
HCl是一种强酸。
氯有多种可变化合价。
氯气对肺部有强烈刺激。
氯可与大多数元素反应。
氯气具有强氧化性氯气与变价金属反应时,生成最高金属氯化物。
溴(Br)英文名称:Bromine原子序数:35相对原子质量:79.904原子半径/Å: 1.12原子体积/cm3/mol: 23.5共价半径/Å: 1.14电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p5离子半径/Å: 1.96液溴,在常温下为深红棕色液体,可溶于水,100克水能溶解约3克溴。
挥发性极强,有毒,蒸气强烈刺激眼睛、粘膜等。
水溶液称为溴水。
溴单质需要存储容器的封口带有水封,防止蒸气逸出危害人体。
有氧化性,有多种可变化合价,常温下与水微弱反应,生成氢溴酸和次溴酸。
加热可使反应加快。
氢溴酸是一种强酸,酸性强于氢氯酸。
溴一般用于有机合成等方面。
碘(I)英文名称:Iodine原子序数:53相对原子质量126.90447原子半径/Å:1.32原子体积/cm3/mol:25.74电子构型:1s22s2p63s2p6d104s2p6d105s2p5离子半径/Å:2.2共价半径/Å:1.33碘在常温下为紫黑色固体,具有毒性,易溶于汽油、乙醇苯等溶剂,微溶于水,加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度。
100g水在常温下可溶解约0.02g碘。
低毒,氧化性弱,有多种可变化合价。
有升华性,加热即升华,蒸汽呈紫红色,但无空气时为深蓝色。
有时需要加水封存。
氢碘酸为无放射性的最强氢卤酸,也是无放射性的最强无氧酸。
但腐蚀性是所有无放射氢卤酸中最弱的,因为碘原子的半径较大,电子亲和能与电负性较小,易于损失氢离子。
有还原性。
碘是所有卤族元素中最安全的,因为氟、氯、溴的毒性、腐蚀性均比碘强,而砹虽毒性比碘弱,但有放射性。
但是,碘对人体并不安全,尤其是碘蒸气,会刺激粘膜。
即使要补碘,也要用无毒的碘酸盐。
所以所有的卤族元素对人体都不安全。
砹的半衰期:8.3小时砹(AT)英文名称:Astatine原子序数:85相对原子质量:209.9871原子半径/Å: 0.57原子体积/cm3/mol: 17.1共价半径/Å: 0.72电子构型: 1s2 2s2p5离子半径/Å:1.33砹(At)极不稳定。
砹210是半衰期最长的同位素,其半衰期也只有8.3小时。
地壳中砹含量只有10亿亿亿分之一,主要是镭、锕、钍自动分裂的产物。
砹是放射性元素。
其量少、不稳定、难于聚集,其“庐山真面目”谁都没见过(金属性应该更强。
颜色应比碘还要深,可能呈黑色固体)。
但科学家却合成砹的同位素20种。
砹的金属性质比碘还明显一些,可以与银化合形成极难还原的AgAt。
砹与氢化合产生的氢砹酸(HAt)是最强的、最不稳定的氢卤酸,但腐蚀性是所有氢卤酸中最弱的。
Uu是一种尚未被发现的化学元素,它的暂订化学符号是Uus,原子序数是117,属于卤素之一,为一种预料元素。
已知的性质名称符号, 序数Uus、Uus、117系列卤素族,周期元素分区17族(卤族)(第ⅦA族),7, p颜色和外表未知;可能是金属态;银白色或灰色原子量[291] 原子量单位价电子排布可能为[氡]5f146d107s27p5电子在每能级的排布2, 8, 18, 32, 32, 18, 7原子序数:117相对原子质量:[291]核内中子数:173核内质子数:117核外电子数:117核电荷数:117所属周期:7颜色和状态:金属化学性质相似性:1.均能与H2发生反应生成相应卤化氢,卤化氢均能溶于水,形成无氧酸。
结论:随着核电荷数的增加,卤素单质与H2反应变化:F2、Cl2、Br2、I2①剧烈程度:逐渐减弱②生成HX的稳定性:逐渐减弱2.均能与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸(氟除外)2F2(g)+2H2O(l)=4HF(aq)+O2(g)X2(g)+H2O(l)=HX(aq)+HXO(aq)X=表示Cl Br I3.与金属反应;如:3Cl2+2Fe=2FeCl34.与碱反应;如:Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2OB.差异性1.与氢气化合的能力,由强到弱2.氢化合物的稳定性逐渐减弱3.卤素单质的活泼性逐渐减弱稳定性:HF>HCL>HBr>HI酸性:HF<HCL<HBr<HI单质氧化性:F2>CL2>Br2>I2阴离子还原性:Fˉ<ClˉFˉ只有还原性,其余既有氧化性又有还原性。
单质物理性质卤素相关颜色元素性质原子结构特征最外层电子数相同,均为7个电子,由于电子层数不同,原子半径不同,从F~I原子半径依次增大,因此原子核对最外层的电子的吸引能力依次减弱,从外界获得电子的能力依次减弱,单质的氧化性减弱。
递变性与氢反应的条件不同,生成的气体氢化物的稳定性不同,HF>HCl>HBr>HI,无氧酸的酸性不同,HI>HBr>HCl>HF.。
与水反应的程度不同,从F2 ~I2逐渐减弱。
注意:萃取和分液的概念·在溴水中加入四氯化碳振荡静置有何现象?(分层,下层橙红色上层无色)·在碘水中加入煤油振荡静置有何现象?(分层,上层紫红色,下层无色)卤离子的鉴别:加入HNO3酸化的硝酸银溶液,氯离子:得白色沉淀Ag+(aq)+ Cl-(aq)——→AgCl(s)溴离子:得淡黄色沉淀Ag+(aq)+ Br-(aq)——→AgBr(s)碘离子:得黄色沉淀Ag+(aq)+ I-(aq)——→AgI(s)卤素的物理、化学特性通常来说,液体卤素分子的沸点均要高于它们所对应的烃链(alcane)。
这主要是由于卤素分子比烃链更加电极化,而分子的电极化增加了分子之间的连接力(正电极与负电极的相互吸引),这使我们需要对液体提供更多的能量才能使其蒸发。
卤素的物理特性和化学特性明显区分与于它对应的烃链的主要原因,在于卤素原子(如F,Cl,Br,I)与碳原子的连接,即C-X的连接,明显不同于烃链C-H连接。
* 由于卤素原子通常具有较大的负电性,所以C-X连接比C-H连接更加电极化,但仍然是共价键。
* 由于卤素原子相较于碳原子,通常体积和质量较大,所以C-X连接的偶极子矩(Dipole Moment)和键能(Bonding Energy)远大于C-H,这些导致了C-X的连接力(Bonding strength)远小于C-H连接。
* 卤素原子脆弱的p轨道(Orbital)与碳原子稳定的sp3轨道相连接,这也大大降低了C-X连接的稳定性。
位于元素周期表右方的卤族元素是典型的非金属。
卤素的电子构型均为ns2np5,它们获取一个电子以达到稳定结构的趋势极强烈。
所以化学性质很活泼,自然状态下不能以单质存在,一般化合价为-1价,即卤离子(X-)的形式。
卤素单质都有氧化性,氧化性从氟到碘依次降低。
碘单质氧化性比较弱,三价铁离子可以把碘离子氧化为碘。