Bài 17: Nguyên tố và đơn chất halogen

I. GIỚI THIỆU VỀ NGUYÊN TỐ NHÓM VIIA

- Nhóm halogen gồm những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hoá học: fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), iodine (I), astatine (At) và tennessine (Ts). Hai nguyên tố At và Ts là hai nguyên tố phóng xạ.

- Mỗi nguyên tố nhóm VIIA đều có 7 electron lớp ngoài cùng, dạng tổng quát là ns²np⁵ ⇒ Các nguyên tố nhóm halogen đều là phi kim điển hình.

- Halogen trong tự nhiên không tồn tại ở dạng đơn chất mà chủ yếu tồn tại dưới dạng muối của các ion halide (F^-, Cl^-, Br^-, I^-).

+ Ion F^-: Thường được tìm thấy trong khoáng chất như fluorite (CaF₂); fluorapatite (Ca₅(PO₄)₃F) và cryolite (Na₃AlF₆).

+ Ion Cl^-: Có nhiều trong nước biển, trong quặng halite (NaCl, thường gọi là muối mỏ), sylvite (KCl).

+ Ion Br^-: Có trong quặng bromargyrite (AgBr).... cũng có trong nước biển và các mỏ muối.

+ Ion I^-: iodargyrite (AgI)... cũng có trong nước biển và các mỏ muối.

II. ĐƠN CHẤT HALOGEN

- Ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử halogen có công thức cấu tạo là X - X, công thức phân tử là X₂.

1. Xu hướng biến đổi một số tính chất vật lí

- Các halogen ít tan trong nước, tan nhiều trong dung môi hữu cơ không phân cực như hexane (C₆H₁₄), carbon tetrachloride (CCl₄),...

- Khi phân tử X₂ có kích thước càng lớn và càng nhiều electron thì tương tác van der Waals giữa các phân tử càng mạnh. Do đó, trong các halogen, tương tác van der Waals tăng từ fluorine đến iodine. Như vậy, bên cạnh sự tăng khối lượng phân tử, sự tương tác van der Waals đã giải thích được sự tăng nhiệt độ sôi và nhiệt độ nóng chảy của đơn chất từ fluorine đến iodine.

 

 

- Thể của các halogen ở điều kiện thường biến đổi từ khí (fluorine, iodine) đến lỏng (bromine) và rắn (iodine), phù hợp với xu hướng tăng khối lượng phân tử và sự tương tác giữa các phân tử. Màu của các đơn chất halogen cũng đậm dần từ fluorine đến iodine.

 

 

2. Xu hướng tạo liên kết trong các phản ứng hoá học

- Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns²np⁵

⇒ Xu hướng nhận thêm 1 electron hoặc dùng chung 1 electron với nguyên tử khác để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm tương ứng.

X + 1e → X^-

1. Xu hướng nhận thêm 1 electron từ nguyên tử khác (Đơn chất halogen tác dụng với kim loại)

- Mỗi nguyên tử X nhận thêm 1 electron từ nguyên tử kim loại để trở thành anion có điện tích 1-, đồng thời nguyên tử kim loại trở thành cation có điện tích n+. Cả cation và anion đều thoả mãn quy tắc octet, giữa chúng có tương tác tĩnh đện để tạo hợp chất có liên kết ion.

- Các halogen phản ứng với kim loại thể hiện các mức độ khác nhau:

• Fluorine tác dụng được với tất cả kim loại.
• Chlorine tác dụng với hầu hết các kim loại (trừ Au, Pt).
• Bromine phản ứng với nhiều kim loại, nhưng khả năng phản ứng yếu hơn nhiều so với fluorine và chlorine.
• Iodine phản ứng với kim loại yếu hơn nhiều so với bromine, chlorine và fluorine (cần xúc tác).

2. Xu hướng góp chung 1 electron hoá trị với nguyên tử nguyên tố khác (Đơn chất halogen phản ứng với phi kim)

- Khi đơn chất halogen phản ứng với một số phi kim thì mỗi nguyên tử X có thể góp chung electron hoá trị với nguyên tử phi kim để cả hai cùng đạt cấu hình electron thoả mãn quy tắc octet. Giữa chúng hình thành chất có liên kết cộng hoá trị.

- Nhóm halogen có tính phi kim mạnh hơn các nhóm phi kim còn lại trong bảng tuần hoàn.

- Hoá trị phổ biến của các halogen là I.

3. Xu hướng thể hiện tính oxi hoá

a) Phản ứng với hydrogen

Các halogen phản ứng với hydrogen, tạo thành hydrogen halide.

Mức độ phản ứng của các halogen với hydrogen giảm dần khi đi từ fluorine đến iodine, phù hợp với tính oxi hoá của các halogen giảm dần từ F₂ đến I₂.

b) Phản ứng thế halogen

Chlorine có thể oxi hoá ion Br^- trong dung dịch muối bromine và ion I^- trong dung dịch muối iodine, bromine có thể oxi hoá ion I^- trong dung dịch muối iodide.

Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂

c) Phản ứng với nước, với dung dịch sodium hydroxide

- Ngoại trừ fluorine, các halogen còn lại khi phản ứng với nước hoặc dung dịch sodium hydroxide (NaOH) đều thể hiện cả tính oxi hoá và tính khử.

- Khi cho các halogen vào nước thì fluorine phản ứng mạnh, chlorine và bromine có phản ứng thuận nghịch với nước, còn iodine tan rất ít và hầu như không phản ứng.

- Halogen tác dụng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng.

- Phản ứng của chlorine với dung dịch kiềm được dùng để sản xuất các chất tẩy rửa, sát trùng, tẩy trắng trong ngành dệt, da, bột giấy,... như calcium hypochlorite (Ca(ClO)₂); calcium oxychloride (CaOCl₂).

 

 

Các em đã học:

1. Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hợp chất chủ yếu của muối halogen là muối halide.

2. Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X₂, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hoá trị không phân cực.

3. Từ fluorine đến iodine:

- Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20^oC thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.

- Màu sắc đậm dần từ fluorine đến iodine.

- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng dần.

- Tương tác van der Waals tăng từ fluorine đến iodine nên nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng.

4. Halogen có 7 lớp electron ở lớp ngoài cùng, nên nguyên tử halogen có xu hướng nhận thêm 1 electron để tạo hợp chất ion hoặc dùng chung electron để tạo hợp chất cộng hoá trị.

5. Tính chất hoá học đặc trưng của halogen là tính oxi hoá mạnh, tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine.