خواص مشخصه هالوژنها
اکنون که از موقعیت هالوژنها در جدول تناوبی آگاه شدیم، اجازه دهید مطالعه‌ای را در رابطه با خواص فیزیکی و شیمیایی اعضاء این گروه داشته باشیم.عناصر واقع در گروه 17 جدول تناوبی به عنوان هالوژنها شناخته می‌شوند. این عناصر در سمت راست جدول تناوبی قرار دارند. عناصر فلوئور، کلر، برم، ید و استاتین جزو این گروه می‌باشند. گروه هالوژنها بین گازهای نجیب و خانواده اکسیژن قرار دارند.
پیکربندی الکترونی لایه ظرفیت اعضاء هالوژنها به صورت ns2, np5 می‌باشد.
همه‌ی این عناصر دارای 7 الکترون در بیرونی‌ترین لایه خود بوده و به منظور رسیدن به قاعده هشت تایی تنها نیازمند گرفتن یک الکترون می‌باشند. بنابراین، این فلزات واکنش‌پذیری بالایی داشته و در طبیعت به صورت مولکول‌های دو اتمی مانند F2، Cl2، Br2 و I2 وجود دارند. پیوندهای تشکیل شده بین اتم‌های هالوژن، پیوند کوالانسی می‌باشند. با این‌حال، استاتین به صورت مولکول دو اتمی در طبیعت وجود ندارد.
نیروهای بین مولکولی بین هالوژنها از نوع نیروهای بسیار ضعیف واندر والسی است و همچنان‌که به سمت پایین این گروه در جدول تناوبی حرکت می‌کنیم، مقدار این نیروها افزایش می‌یابد. به همین دلیل است که در دمای اتاق، فلوئور و کلر گازی شکل بوده، برم مایع می‌باشد و ید نیز ساختاری جامد دارد. با این‌حال، توجه داشته باشید که هر دوی برم و ید بسیار فرار می‌باشند. استاتین، آخرین عضو از این گروه واکنش‌پذیر بوده و دارای عمر بسیار کوتاهی است.
شعاع اتمی و یونی اعضاء خانواده هالوژنها از بالا به پایین افزایش می‌یابد.
هالوژنها دارای نقاط ذوب و جوش نسبتا پایینی می‌باشند. همچنان‌که عدد اتمی هالوژنها افزایش می‌یابد و یا همچنان‌که به سمت پایین این گروه حرکت می‌کنیم، نقاط ذوب و جوش نیز افزایش پیدا می‌کند. خواص دیگری که افزایش می‌یابد، گرمای همجوشی و گرمای تبخیر می‌باشد. این موضوع نشان می‌دهد که همچنان‌که به سمت پایین این گروه حرکت می‌کنیم، نیروهای جاذبه بین مولکولی نیز افزایش پیدا می‌کند.
هالوژنها رساناهای گرما و برق ضعیفی می‌باشند.
مشخص‌ترین ویزگی هالوژنها این است که رنگی می‌باشند. این امر به واسطه‌ی این واقعیت است که آنها طول موج‌های مختلفی از نور را در طیف مرئی جذب می‌کنند. جذب انرژی نوری باعث برانگیخته شدن الکترون‌ها به سطوح بالاتر انرژی می‌گردد. رنگ اعضاء گروه هالوژنها به صورت زیر می‌باشد:
فلوئور: زرد کمرنگ
کلر: سبز مایل به زرد
برم: نارنجی تا قهوه‌ای مایل به قرمز
ید: بنفش تیره
استاتین: مشکی
هالوژنها نافلز می‌باشند و برخی از خواص مشخصه نافلزات را از خود نشان می‌دهند. برای مثال، نقاط ذوب و جوش هالوژنها از بالا به پایین در جدول تناوبی افزایش می‌یابد.
متمایزترین ویژگی هالوژنها این است که آنها بسیار واکنش‌پذیر بوده و یون‌های تشکیل شده توسط این عناصر دارای بار منفی یک می‌باشند. این نافلزات قبل از گازهای نجیب در جدول تناوبی قرار گرفته‌اند و دارای میل بسیار بالایی به دستیابی به آرایش گازهای نجیب پایدار با گرفتن یک الکترون می‌باشند. واکنش‌پذیری هالوژنها از بالا به پایین در گروه، کاهش می‌یابد.
از آن‌جا که این نافلزات واکنش‌پذیری بالایی دارند، بنابراین به حالت آزاد در طبیعت وجود ندارند، اما به منظور تشکیل ترکیبات با عناصر دیگر ترکیب می‌گردند.
واکنش‌پذیری هالوژنها از بالا به پایین در گروه کاهش می‌یابد. بنابراین، فلوئور واکنش‌پذیرترین هالوژن بوده، در حالی‌که استاتین کمترین واکنش‌پذیری را در میان هالوژنها دارا می‌باشد. فلوئور دارای بالاترین الکترونگاتیوی نیز می‌باشد که الکترونگاتیوی همچنین مشخصه‌ای است که در یک دوره از بالا به پایین کاهش می‌یابد.
میل الکترونی هالوژنها بسیار بالاست که این امر بدین معنی است که هالوژنها به راحتی الکترون می‌پذیرند. دلیل این امر این است که هالوژنها دارای هفت الکترون در بیرونی‌ترین لایه‌ی خود بوده و به منظور دستیابی به ساختار هشت تایی گازهای نجیب نیازمند تنها گرفتن یک الکترون می‌باشند. هالوژنها دارای نقاط ذوب و جوش نسبتا پایینی می‌باشند. با این‌حال، همچنان‌که در یک گروه از بالا به سمت پایین حرکت می‌کنیم، میل الکترونی با افزایش اندازه‌ی اتم، کاهش پیدا می‌کند. یک مورد جالب که در این‌جا باید به آن توجه داشته باشید این است که میل گرفتن الکترون در فلوئور کمتر از کلر می‌باشد. این امر به دلیل شعاع اتمی کوچک فلوئور می‌باشد.
الکترونگاتیوی به عنوان توانایی اتم یک عنصر به منظور حذف یک الکترون از یک اتم عنصر دیگر می‌باشد. هالوژنها عناصری با بالاترین الکترونگاتیوی در جدول تناوبی می‌باشند. در میان هالوژنها، فلوئور بیشترین الکترونگاتیوی را دارا می‌باشد. همه‌ی هالوژنها، به جز فلوئور، حالت اکسیداسیون چندگانه‌ای را نشان می‌دهند.
هالوژنها عمدتاً تحت واکنش‌های اکسیداسیون – احیا قرار می‌گیرند. از آن‌جا که هفت الکترون در بیرونی‌ترین لایه هالوژنها وجود دارد، عدد اکسیداسیون این عناصر برابر با منفی یک می‌باشد. هالوژنها به واسطه الکترونگاتیوی بالای آنها به عنوان عوامل اکسید کننده بسیار قوی عمل می‌کنند.
همه‌ی اعضاء گروه هالوژنها دارای انرژی یونیزاسیون بسیار بالایی می‌باشند. با این‌حال، هنگامی‌که ما در یک گروه از بالا به سمت پایین حرکت می‌کنیم، پی می‌بریم که مقدار انرژی یونیزاسیون افزایش می‌یابد. این امر به واسطه افزایش فاصله الکترون‌های لایه ظرفیت از هسته می‌باشد.
هالوژنها به واسطه انرژی یونیزاسیون بالای آنها، خواص نافلزات را از خود نشان می‌دهند که در گروه با حرکت به سمت پایین این خواص کاهش می‌یابد. بنابراین، ید دارای ویژگی‌های فلزی خاصی می‌باشد.
هالوژنها با فلزات به منظور تشکیل هالیدهای فلزی که عمدتاً یونی می‌باشند، واکنش می‌دهند. با این‌حال، همچنان‌که در گروه به سمت پایین حرکت می‌کنیم، مشخصه‌ی کوالانسی هالیدها افزایش و مشخصه یونی آنها کاهش پیدا می‌کند. دلیل این امر این است که در یک گروه از بالا به پایین، اندازه‌ی هالید افزایش می‌یابد و یون‌ها به راحتی قطبی می‌شوند. هالوژنها با نافلزات و فلزات با با حالات اکسیداسیون بالاتر تشکیل ترکیبات کوالانسی قطبی می‌دهند.
مصارف هالوژنها
به جز استاتین، همه‌ی عناصر خانواده هالوژنها مصارف گسترده‌ای در صنایع مختلف دارند. در این‌جا، برخی از مصارف مهم عناصر گروه هالوژنها را بیان می‌کنیم.فلوئور
استفاده در پوشش تفلون بر روی وسایل آشپزی نچسپاستفاده به عنوان اجزائی در خمیردندان به منظور تقویت مینای دندان و جلوگیری از پوسیدگی دندان
استفاده در قلم زنی شیشه
استفاده به منظور ساخت کلروفلوئور کربن‌ها که با هدف عوامل خنک کننده در یخچال‌ها به خدمت گرفته می‌شوند.
کلر
یکی از مهم‌ترین مصارف کلر، ساخت مواد ضدعفونی کننده می‌باشد. کلر به آب مورد استفاده در استخرهای شنای عمومی اضافه می‌گردد.کلر در ساخت نمک خوراکی یا سدیم کلرید مورد استفاده قرار می‌گیرد.
کلرید سدیم در صنعت کاغذ به منظور سفید کردن خمیر چوپ استفاده می‌شود.
هیدروژن کلرید یک محصول صنعتی مهم بوده که با استفاده از کلر به عنوان جزء اصلی ان تهیه می‌شود.
برم
استفاده به عنوان یک جزء کلیدی در آفت کشهااستفاده به عنوان مواد ضدعفونی کننده
استفاده در تولید داروها
استفاده در تولید قطعات حساس به نور مورد استفاده در عکاسی
استفاده در تولید اشتعال شعله
ید
عمل به عنوان یک ماده ضدعفونی کننده موثراضافه کردن مقادیر پایین به نمک خوراکی به منظور جلوگیری از بروز بیماری تیروئید
استفاده در تولید جوهر چاپ
واکنش با نقره به منظور تشکیل نقره یدید که در عکاسی مورد استفاده قرار می‌گیرد.
ایزوتوپ واکنش پذیر آن در فناوری ردیاب پزشکی کاربرد دارد.
برم و ید به لامپ‌های هالوژن به منظور افزایش طول عمر رشته‌ها اضافه می‌گردد. ترکیبات حاوی هالوژنها در اشتعال شعله مورد استفاده قرار می‌گیرند.
حقایق جالب در رابطه با هالوژنها
فلوئور اولین عنصر و همچنین فراوان‌ترین عنصر از خانواده هالوژنها است، در حالی‌که استاتین کمیاب‌ترین عنصر می‌باشد.برم تنها نافلزی است که در دمای اتاق به حالت مایع وجود دارد.
فلوئور یک عنصر بسیار سمی است که در سال 1886 توسط هنری موزلی جداسازی شد.
کلر توسط شیله در اواخر دهه 1700 تهیه شد و خاصیت عنصر بودن آن توسط داوی در سال 1810 به اثبات رسید.
ید در سال 1811 توسط کورتویس کشف شد.
برم اولین بار توسط بالارد در سال 1826 جداسازی شد.
فلوئور واکنش‌پذیرترین عنصر در جدول تناوبی می‌باشد و دارای اوربیتال d به منظور توسعه لایه ظرفیت خود نیست.
پیوندهای دوگانه یا سه گانه مورد نیاز به منظور توضیح مفهوم پیوند در هالوژنها وجود ندارد.
نمک حل شده در آب دریا عمدتا هالیدهای فلزات است که یک مثال شایع آن سدیم کلرید یا نمک طعام می‌باشد.
استاتین دارای 37 ایزوتوپ شناخته شده است که همه‌ی آنها واکنش‌پذیر می‌باشند. در میان این ایزوتوپ‌ها، ایزوتوپ At210 دارای بیشترین طول عمر بوده که نیمه عمر آن 1/8 ساعت می‌باشد. ما دانش بسیار محدودی درباره‌ی خواص فیزیکی و شیمیایی استاتین در اختیار داریم.
فردی که اولین بار نام هالوژن را به کار برد، یک شیمیدان سوئدی به نام جان جاکوب برسلیوس بود.
در میان همه‌ی اعضاء خانواده هالوژنها، کلر بالاترین استفاده در در صنایع دارا می‌باشد. نمک خوراکی یا سدیم کلرید شایع‌ترین ترکیب کلر می‌باشد.
فلوئور به دلیل واکنش‌پذیری بسیار بالای آن به عنوان یک فوق هالوژن شناخته می‌شود.
مهم است که توجه داشته باشید که هالوژنها بسیار سمی و کشنده هستند. استنشاق این عناصر می‌تواند منجر به خفگی و مرگ فرد گردد. بنابراین، باید در هنگام نگه‌داری یا حمل و نقل این عناصر، همه‌ی مراحل و اقدامات ایمنی را رعایت کنید.
منبع: Kundan Pandey – ساینس استراک
