Các nguyên tố nhóm halogen là một trong những nguyên tố hóa học có nhiều ứng dụng trong đời sống ngày nay như đèn halogen (dây tóc làm bằng wolfram là các khí hiếm như krypton,xenon và một lượng nhỏ halogen như bromine hoặc iodine), công nghiệp xử lý nước (chlorine hoặc các chất có chứa chlorine để khử trùng nước)... Vậy nhóm halogen gồm những nguyên tố nào? Halogen có những tính chất và ứng dụng trong lĩnh vực nào? Mời các bạn bạn cùng tìm hiểu tính chất vật lý và hóa học các đơn chất nhóm halogen nhé!
 |
| Cấu tạo phân tử các nguyên tố nhóm halogen |
1. 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).
 |
| Vị trí nhóm halogen trong bảng tuần hoàn |
2. Trạng thái tự nhiên của các halogen
- Trong tự nhiên, halogen chỉ tồn tại ở dạng hợp chất. Hợp chất chủ yếu của halogen là muối halide (F-, Cl-, Br-, I-).
- Ion fluoride được tìm thấy trong các khoáng chất như fluorite (CaF2); fluorapatite (Ca5(PO4)3F) và cryolite (Na3AlF6).
 |
| Fluorite
|
- Ion chloride có nhiều trong nước biển, trong quặng halite (NaCl, thường gọi là muối mỏ), sylvite (KCl).
- Ion bromide có trong quặng bromargyrite (AgBr);ion iodide trong iodargyrite (AgI), … các ion này cũng có trong nước biển và các mỏ muối.
 |
| iodargyrite |
3. Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử và đặc điểm cấu tạo phân tử halogen
- Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các halogen là ns2p5 (n là số thứ tự của lớp ngoài cùng).
- Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron: phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron.
- Do có 7 electron ở lớp ngoài cùng, chưa đạt cấu hình bền vững như khí hiếm, nên ở trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen góp chung một cặp electron để hình thành phân tử.
- Đơn chất halogen tồn tại ở dạng phân tử X2, liên kết trong phân tử là liên kết cộng hoá trị không phân cực.
 |
| Đặc điểm cấu tạo phân tử halogen |
- Công thức cấu tạo của phân tử halogen: X – X.
4. Tính chất vật lí của halogen
Từ fluorine đến iodine:
- Trạng thái tập hợp của đơn chất ở 20 °C thay đổi: fluorine và chlorine ở thể khí, bromine ở thể lỏng, iodine ở thể rắn.
- Màu sắc đậm dần từ fluorine đến iodine.
 |
| Màu sắc của bromine |
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của đơn chất halogen bị ảnh hưởng bởi tương tác van der Waals giữa các phân tử. Từ fluorine đến iodine, khối lượng phân tử và bán kính nguyên tử tăng, làm tăng tương tác van der Waals, dẫn đến nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng.
5. Tính chất hóa học
- Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2p5 , có 7 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.
 |
| Phân bố electron của 3 nguyên tố nhóm halogen |
- Sơ đồ tổng quát: X + 1e → X-
- Tính chất hoá học đặc trưng của halogen là tính oxi hoá mạnh, tính oxi hoá giảm dần từ fluorine đến iodine.
5.1. Tác dụng với kim loại
- 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 so với fluorine và chlorine.
 |
| Thí nghiệm Iodine phản ứng với bột nhôm |
- Iodine phản ứng với kim loại yếu hơn so với bromine, chlorine và fluorine.
5.2. Tác dụng với hydrogen
- Khi tác dụng với hydrogen, fluorine phản ứng nổ mạnh ngay cả trong bóng tối, nhiệt độ rất thấp (–252 °C); chlorine phản ứng trong điều kiện cần chiếu sáng hoặc đun nóng.
 |
| Phản ứng chlorine với hydrogen |
5.3. Tác dụng với dung dịch kiềm
- Halogen phản ứng với dung dịch kiềm, sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào nhiệt độ phản ứng. Ví dụ, chlorine phản ứng với dung dịch NaOH ở nhiệt độ thường và nhiệt độ trên 70 °C:
- Dung dịch hỗn hợp NaCl và NaClO được gọi là nước Javel, có tính oxi hoá mạnh nên được dùng làm chất tẩy màu và sát trùng.
 |
| Nước Javel là hợp chất của Chlorine |
- 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), ...
5.4. Tác dụng với dung dịch muối halide
- Chlorine khử được Br- , I- trong dd muối Cl2 + 2NaBr → 2NaCl + Br2
- Bromine oxi hóa được ion I- : Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2
 |
| Thí nghiệm thử tính tẩy màu của khí chlorine ẩm |
Phương trình hoá học của phản ứng điều chế khí Cl2:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
6. Ứng dụng của halogen
- Fluorine:
+ Được sử dụng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp, như teflon phủ trên bề mặt chảo chống dính dùng cho thiết bị nhà bếp, dụng cụ thí nghiệm, …
 |
| Ứng dụng của fluorine trong sản xuất kem đánh răng |
+ Một số hợp chất khác của fluorine như 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:
+ Là chất oxi hoá mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng nước.
+ Một lượng lớn chlorine được dùng để sản xuất các dung môi như carbon tetrachloride (CCl4), chloroform (CHCl3), 1,2-dichloroethylene (C2H2Cl2), …
- Bromine:
+ Được sử dụng để điều chế thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in.
+ Silver bromide (AgBr) là chất nhạy với ánh sáng, dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng, …
 |
Ứng dụng của bromine trong sản xuất phim cuộn |
- Iodine:
+ Là nguyên tố vi lượng cần thiết cho dinh dưỡng của con người, thiếu iodine có thể gây nên tác hại cho sức khoẻ như gây bệnh bướu cổ, thiểu năng trí tuệ.
+ Hỗn hợp ethanol và iodine là chất sát trùng phổ biến. Các hợp chất iodide được sử dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.
Hướng dẫn giải bài tập
Bài 1. Hoàn thành các phương trình minh hoạ tính chất hoá học của các nguyên tố halogen:
a) Cl2 + H2 → b) F2 + Cu → c) I2 + Na →
d) Cl2 + Fe → e) Br2 + Ca(OH)2 → f) Cl2 + KOH 100 °C→
g) Br2 + KI →
d) 3Cl2 + 2Fe → 2FeCl3 e) Br2 + Ca(OH)2 → CaBr2 + Ca(BrO)2 + 2H2O
f) 3Cl2 + 6KOH (100 °C)→ 5KCl + KClO3 + 3H2O
g) Br2 + 2KI → 2KBr
Giải:
- Halogen có cấu hình electron lớp ngoài cùng là ns2p5, có 7 electron ở lớp ngoài cùng, nên nguyên tử halogen có xu hướng nhận thêm 1 electron để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm nên chúng dễ dàng tạo liên kết với các nguyên tử nguyên tố khác (Tính chất hoá học đặc trưng của halogen là tính oxi hoá mạnh). Vì vậy, các nguyên tố halogen không tồn tại trong tự nhiên dưới trạng thái nguyên tử tự do.
Bài 3. Chloramine B (C6H5ClNNaO2S) là chất thường được sử dụng để sát khuẩn trên các bề mặt, vật dụng hoặc dùng để khử trùng, sát khuẩn, xử lí nước sinh hoạt. Ở nồng độ cao, chloramine B có tác dụng diệt nấm mốc, vi khuẩn, virus gây bệnh cho người. Chloramine B có dạng viên nén (mỗi viên có khối lượng 0,3 – 2,0 gam) và dạng bột. Chloramine B 25% (250 mg chlorine hoạt tính trong một viên nén như hình bên) được dùng phổ biến, vì tiện dụng khi pha chế và bảo quản.
 |
| Công thức thuốc khử trùng Chloramine B |
a) Nồng độ chloramine B khi hoà tan vào nước đạt 0,001% có tác dụng sát khuẩn dùng trong xử lí nước sinh hoạt. Cần dùng bao nhiêu viên nén chloramine B 25% (loại viên 1 gam) để xử lí bình chứa 200 lít nước?
b) Chloramine B nồng độ 2% dùng để phun xịt trên các bề mặt vật dụng nhằm sát khuẩn, virus gây bệnh. Để pha chế dung dịch này, sử dụng chloramine B 25% dạng bột, vậy cần bao nhiêu gam bột chloramine B 25% pha với 1 lít nước để được dung dịch sát khuẩn 2%?
Giải:
a) Một viên nén (loại 1 gam) chloramine B 25% chứa 250 mg chlorine hoạt tính
Gọi a là số viên nén chloramine B 25% cần dùng
m nước = V nước . d = 200000 (g) vì d nước gần bằng 1 g/mL.
C% = (0,25xa)/(0,25xa+200000) x 100 = 0.001 ⇨ a = 8 (viên)
Vậy số viên nén chloramine B 25% cần dùng để xử lí 200 lít nước sinh hoạt là 8 viên.
b) Gọi b là khối lượng (gam) bột chloramine B cần dùng
m nước = V nước . d = 200000 (g) vì d nước gần bằng 1 g/mL.
C% = (0,25xb)/(0,25xb+1000) x 100 = 2 ⇨ b = 81,63 (viên)
0 Nhận xét