Bài 17: Tính chất vật lý và hoá học các đơn chất nhóm VIIA

I. Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

- 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.

II. Trạng thái tự nhiên của các halogen

- 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.

III. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen. Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen

- Lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron dạng ns²np⁵.

- 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.

IV. Tính chất vật lí của các halogen

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

- Màu của các halogen:

V. Tính chất hoá học của các halogen

- 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. Tác dụng với kim loại

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. Tác dụng 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.

3. Tác dụng với dung dịch kiềm

- 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).

4. Tác dụng với dung dịch muối halide

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 \(\rightarrow\) 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI \(\rightarrow\) 2NaBr + I₂

5. Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

Phương trình hoá học điều chế khí Cl₂:

2KMnO₄ + 16HCl → 2KCl + 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 8H₂O

VI. Ứng dụng của các halogen

- Fluorine:

+ Sản xuất chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên bề mặt chảo chống dính dùng cho thiết bị nhà bếp, dụng cụ thí nghiệm,...

+ Hợp chất cryolite dùng trong sản xuất nhôm.

+ Sodium fluoride sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, chống gián.

+ Một số muối fluoride khác được thêm vào thuốc đánh răng, tạo men răng,...

- Chlorine: Chất oxi hoá mạnh

+ Chất tẩy trắng và khử trùng nước.

+ Sản xuất dung môi: carbon tetrachloride (CCl₄), chloroform (CHCl₃), 1,2-dichloroethylene (C₂H₂Cl₂)

- Bromine: 

+ Điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in.

+ AgBr là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng,...

- Iodine:

+ Nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người.

+ Hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến.

+ Các hợp chất iodine được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.

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.