Tính chất vật lí và hóa học các đơn chất nhóm VIIA SVIP

1. VỊ TRÍ CỦA NHÓM HALOGEN TRONG BẢNG TUẦN HOÀN

Các nguyên tố nhóm VIIA (nhóm halogen):

2. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN CỦA CÁC HALOGEN

Trong tự nhiên, các nguyên tố halogen thường tồn tại dưới dạng hợp chất (muối halide).

- Ion F^- thường được tìm thấy trong các khoáng chất như fluorite (CaF₂), fluorapatite [Ca₅(PO₄)₃F] và cryolite (Na₃AlF₆).

- Ion Cl^- có nhiều trong nước biển và các khoáng vật như halite (NaCl, muối mỏ) và sylvite (KCl).

- Ion Br^- có trong khoáng vật bromargyrite (AgBr), đồng thời hiện diện trong nước biển và các mỏ muối.

- Ion I^- có trong khoáng vật iodargyrite (AgI), nước biển và mỏ muối.

3. CẤU HÌNH ELECTRON LỚP NGOÀI CÙNG CỦA NGUYÊN TỬ CÁC NGUYÊN TỐ HALOGEN. ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO PHÂN TỬ HALOGEN

Đơn chất halogen (X₂) được tạo thành từ hai nguyên tử halogen liên kết với nhau bằng liên kết cộng hoá trị không cực.

- Cấu hình electron lớp ngoài cùng của nguyên tử các nguyên tố halogen đều có dạng ns²np⁵.

- Do có 7 electron lớp ngoài cùng nên hai nguyên tử halogen dễ dàng liên kết với nhau bằng liên kết cộng hóa trị, tạo thành phân tử X₂.

4. TÍNH CHẤT VẬT LÍ CỦA CÁC HALOGEN

- Từ F₂ đến I₂, nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi tăng do tương tác van der Waals và khối lượng phân tử tăng.

- Màu sắc đậm dần từ F₂ đến I₂.

5. TÍNH CHẤT HOÁ HỌC CỦA CÁC HALOGEN

- Các nguyên tố halogen có 7 electron hóa trị nên có xu hướng nhận thêm 1 electron hoặc góp chung electron hóa trị với nguyên tử khác.

- Các nguyên tố nhóm halogen có tính oxi hoá mạnh và giảm dần từ fluorine đến iodine.

➤ Tác dụng với kim loại

- Fluorine phản ứng với mọi kim loại tạo muối fluoride.

\(2Ag+F_2\to2AgF\)

- Chlorine phản ứng với hầu hết các kim loại, trừ Au và Pt.

\(2Fe+3Cl_2\to2FeCl_3\)

- Bromine tác dụng được với nhiều kim loại, nhưng phản ứng chậm hơn so với fluorine và chlorine.

\(2Na+Br_2\to2NaBr\)

- Iodine chỉ phản ứng yếu với kim loại và thường cần xúc tác.

\(2Al+3I_2\overset{H_2O}{\rarr}2AlI_3\)

➤ Tác dụng với hydrogen

- Fluorine phản ứng mạnh với hydrogen, có thể nổ ngay cả trong bóng tối ở nhiệt độ thấp (-252 ^oC).

\(H_2+F_2\to2HF\)

- Chlorine phản ứng với hydrogen khi có ánh sáng hoặc đun nóng.

\(H_2+Cl_2\overset{as}{\rarr}2HCl\)

- Bromine chỉ phản ứng với hydrogen khi đun nóng ở 200 - 400 ^oC.

\(H_2+Br_2\overset{t^{o}}{\rarr}2HBr\)

- Iodine chỉ phản ứng với hydrogen ở 350 - 500 ^oC khi có xúc tác Pt. Phản ứng xảy ra thuận nghịch.

\(H_2+I_2\overset{t^{o},Pt}{\rightleftharpoons}2HI\)

➤ Tác dụng với dung dịch kiềm

- Halogen phản ứng với dung dịch kiềm tạo ra các chất khác nhau, tùy nhiệt độ phản ứng.

Ví dụ:

\(Cl_2+2NaOH\to NaCl+NaClO+H_2O\)

\(3Cl_2+6NaOH\overset{>70^{o}C}{\rarr}5NaCl+NaClO_3+3H_2O\)

- Nước Javel (NaCl + NaClO) là chất oxi hóa mạnh, dùng để tẩy trắng và sát trùng.

- Phản ứng Cl₂ với kiềm được ứng dụng trong sản xuất các chất tẩy rửa và hóa chất tẩy trắng như Ca(ClO)₂, CaOCl₂.

➤ Tác dụng với dung dịch muối halide

⚡ THÍ NGHIỆM

- Ống nghiệm 1: Thêm 1 mL nước Cl₂ vào ống nghiệm có chứa 2 mL dung dịch NaBr và lắc đều.

- Ống nghiệm 2: Thêm 1 mL nước Br₂ vào ống nghiệm có chứa 2 mL dung dịch NaI.

Thêm vài giọt hồ tinh bột vào ống nghiệm.

➤ Tính tẩy màu của khí chlorine ẩm

⚡ THÍ NGHIỆM

- Cho KMnO₄ vào nhánh dài và dung dịch HCl đặc vào nhánh ngắn của ống nghiệm. Sau đó lắp dụng cụ thí nghiệm như hình sau:

- Nghiêng ống nghiệm cho HCl phản ứng với KMnO₄ để điều chế khí chlorine.

\(2KMnO_4+16HCl\to2KCl+2MnCl_2+5Cl_2\uparrow+8H_2O\)

6. ỨNG DỤNG CỦA CÁC HALOGEN

Các halogen và các hợp chất của chúng được ứng dụng rộng rãi trong đời sống và sản xuất.

Fluorine

- Sản xuất chất dẻo như teflon dùng để phủ trên chảo chống dính và dụng cụ thí nghiệm.

- Hợp chất của cryolite dùng trong sản xuất nhôm.

- Sodium fluoride được sử dụng làm thuốc trừ sâu, chống gián.

- Một số muối fluoride còn được bổ sung vào kem đánh răng để bảo vệ và làm cứng men răng.

Chlorine

- Sản xuất chất tẩy trắng và khử trùng nước.

- Sản xuất nhiều loại dung môi như CCl₄, CHCl₃, C₂H₂Cl₂.

Bromine

- Sản xuất thuốc an thần, thuốc trừ sâu, thuốc nhuộm, mực in.

- Muối AgBr nhạy với ánh sáng nên được dùng để tráng phim ảnh, phụ gia chống ăn mòn cho xăng,...

Iodine

- Nguyên tố vi lượng quan trọng đối với con người.

- Hỗn hợp ethanol - iodine được dùng làm chất sát trùng.

- Các hợp chất của iodine được ứng dụng làm chất xúc tác, dược phẩm và thuốc nhuộm.