Halogen là gì? Tính chất, cấu tạo và ứng dụng của Halogen

1. Halogen là gì?

Khái niệm halogen là gì?

Halogen, hay còn gọi là nhóm halogen hoặc các nguyên tố halogen, là một nhóm quan trọng trong bảng tuần hoàn hóa học, chúng thuộc nhóm VIIA. 

Nhóm này bao gồm một loạt các nguyên tố hóa học như: Flo (F), Clo (Cl), Brôm (Br), Iốt (I), Astatin (At - một nguyên tố phóng xạ, hiếm gặp tự nhiên trong lớp vỏ trái đất), và Tennessine (Ts - một nguyên tố mới được phát hiện). Cùng tìm hiểu thêm về những đặc điểm độc đáo của nhóm halogen này.

2. Cấu tạo phân tử của nhóm halogen cụ thể là gì?

Cấu tạo phân tử của nhóm halogen

Lớp electron ngoài cùng của các nguyên tố halogen đều bao gồm 7 electron, và được chia thành hai phân lớp: phân lớp s (2 electron) và phân lớp p (5 electron). 

Với 7 electron ở lớp ngoài cùng, chúng chỉ còn thiếu 1 electron để đạt được cấu hình electron ổn định giống như các khí hiếm. 

Vì vậy, trong trạng thái tự do, hai nguyên tử halogen cùng đóng góp một cặp electron để tạo thành phân tử với liên kết cộng hoá trị không phân cực.

Tuy nhiên, liên kết trong phân tử (X{2}) không ổn định lắm, và chúng dễ bị phân tách thành hai nguyên tử X riêng lẻ. Trong các phản ứng hóa học, những nguyên tử này có xu hướng thu thêm một electron nữa, do đó tính chất hoá học quan trọng của các halogen là khả năng tác động về mặt oxi hóa mạnh.

3.  Các tính chất lý hóa nổi bật của halogen là gì?

Các tính chất lý hóa nổi bật của halogen 

Phần tiếp theo mời bạn đọc tìm hiểu về các tính chất vật lý và hóa học nổi bật của nhóm halogen ngay dưới đây.

Tính chất vật lý

Trong nhóm halogen, tính chất vật lý biểu hiện theo một sự biến đổi đáng kể, bao gồm trạng thái của chất, màu sắc và nhiệt độ sôi. Cụ thể như:

• Về trạng thái và màu sắc: 

Nó sẽ chuyển từ trạng thái khí sang lỏng và rắn, đi kèm với sự thay đổi màu sắc. 

Ví dụ, Flo tồn tại ở trạng thái khí và có màu xanh lục nhạt, Clo ở trạng thái khí với màu vàng lục, Brom ở dạng lỏng và có màu đỏ nâu, Iốt tồn tại ở trạng thái rắn và có màu đen tím, và chúng dễ thăng hoa.

• Nhiệt độ nóng chảy cùng với nhiệt độ sôi tăng dần từ Flo đến Iốt.

Trong nhóm halogen, Flo là nguyên tố duy nhất không tan trong nước, trong khi các nguyên tố còn lại tan tương đối ít và chủ yếu tan trong một số dung môi hữu cơ.

• Trong tự nhiên thường tồn tại ở dạng hợp chất: 

Clo chủ yếu tồn tại dưới dạng muối clorua, Flo thường được tìm thấy trong các khoáng vật như fluorit và criolit, Brom chủ yếu có trong muối bromua của kali, natri và magie, Iốt có mặt trong một số loại rong biển và tuyến giáp con người.

Tính chất hóa học của nhóm Halogen

Bởi vì lớp electron ngoài cùng của các nguyên tố trong nhóm halogen đã có 7 electron, nhóm halogen được coi là những phi kim điển hình, và chúng có khả năng mạnh mẽ để nhận thêm 1 electron, thể hiện tính oxi hóa mạnh.

Tính oxi hóa của nhóm halogen giảm dần khi chuyển từ Flo (F₂) đến Iốt (I₂). Trong các hợp chất, Flo (F) thường chỉ có mức oxi hóa -1. Trong khi đó, các nguyên tố halogen khác không chỉ có mức oxi hóa -1 mà còn có thể thể hiện các mức oxi hóa khác nhau như +1, +3, +5, và +7."

4. Các ứng dụng quả halogen là gì?

Các tính chất lý hóa nổi bật của halogen 

Sau khi đã hiểu rõ về khái niệm cũng như cấu tạo và ứng dụng của halogen. Phần dưới đây mời bạn đọc tìm hiểu tiếp về các ứng dụng quan trọng của nhóm halogen, cụ thể như sau:

• Ứng dụng halogen trong công nghệ điện tử và vật liệu

Chất không halogen thường được sử dụng làm chất chống cháy và được tích hợp vào các thành phần điện tử, vật liệu, vỏ sản phẩm và các chất dẻo.

Lưu ý: Các chất chống cháy không halogen không thể tái chế và có thể gây ra sự phát thải các chất có hại trong quá trình đốt cháy hoặc xử lý nhiệt, có thể gây hại cho sức khỏe con người và môi trường.

• Ứng dụng của halogen trong lĩnh vực y học

Ứng dụng của iot bao gồm sử dụng thuốc bôi iốt (5% iot trong nước/ethanol) để khử trùng vết thương hoặc bề mặt chứa nước uống. Iốt-123 được sử dụng trong lĩnh vực y học để tạo ra hình ảnh và xét nghiệm hoạt động của tuyến giáp. Iot-131 được sử dụng để điều trị ung thư tuyến giáp và bệnh Graves, cũng như trong chụp ảnh tuyến giáp.

Về Flo, hiện nay các hợp chất dược phẩm chứa flo được sử dụng rộng rãi trên thị trường. Ví dụ: Các loại thuốc chống suy nhược như Prozac và Paxil, thuốc chống viêm khớp và chống viêm nói chung như Celebrex, cũng như các loại thuốc chống nhiễm trùng như Cipro...

• Sản xuất đèn halogen

Sản xuất đèn halogen

Đèn halogen là một loại bóng đèn chứa sợi wolfram được bọc kín trong một bóng đèn nhỏ có chứa một hợp chất khí trơ và một lượng nhỏ các chất halogen như brom hoặc iodine. Sự tương tác giữa khí halogen và sợi wolfram tạo ra một chu trình hóa học halogen, giúp bổ sung wolfram vào sợi đốt, kéo dài tuổi thọ của đèn và duy trì tính trong suốt của vỏ đèn. Đèn halogen hoạt động ở nhiệt độ cao hơn so với các đèn thông thường, mang lại ánh sáng có hiệu suất chiếu sáng và nhiệt độ màu cao.

5.  Tìm hiểu thêm một số hợp chất của halogen

Mời bạn đọc cùng đi sâu tìm hiểu thêm các hợp chất phổ biến nhất của halogen hiện nay.

Hidrohalogenua

Các hidrohalogenua là các hợp chất gồm hidrogen và halogen, có một số đặc điểm quan trọng như sau:

• Đều tồn tại dưới dạng khí, ngoại trừ HF (hydrofluoric acid) là chất lỏng.

• Tan nhiều trong nước và tạo ra dung dịch axit mạnh.

• Tính axit tăng dần theo thứ tự: HI (hydroiodic acid) > HBr (hydrobromic acid) > HCl (hydrochloric acid) > HF (hydrofluoric acid).

• HCl, HBr và HI có tính axit mạnh, có khả năng làm quỳ tím hóa đỏ và tác động với các kim loại ở trước H trong bảng tuần hoàn, oxit của kim loại, bazơ và muối. Ví dụ: Fe + HCl → FeCl₂ + H₂.

• Các hidrohalogenua có tính khử và có thể tác động với các chất có tính oxi hóa mạnh. Riêng HF còn có thêm tính ăn mòn thủy tinh.

Tìm hiểu thêm một số hợp chất của halogen

Muối halogenua

Các muối halogenua là các hợp chất muối được tạo ra từ axit halogen hidric. Hầu hết các muối clorua tan, ngoại trừ PbCl₂, AgCl, Hg₂Cl₂, CuCl, trong khi muối bromua và iodua có tính tan tương tự.

Axit hipocloro (HClO)

Axit hipocloro là một axit rất yếu. Nó có thể được tạo ra trong phản ứng sau: 

CO₂ + H₂O + KClO → KHCO₃ + HClO. 

Tuy nhiên, axit này kém bền và chỉ tồn tại trong dung dịch nước.

Axit cloric (HClO₃) và cả muối kali clorat

Axit cloric là một axit khá mạnh, nó có tính oxi hóa mạnh và tan rất nhiều trong nước. Nó có thể được điều chế thông qua phản ứng nhiệt phân HClO như sau: 

3HClO → HClO₃ + 2HCl. 

Muối kali clorat thường được sử dụng trong sản xuất thuốc nổ và diêm tiêu, ví dụ cụ thể : 

6P + 5KClO₃ → 3P₂O₅ + 5KCl.

Axit perchloric (HClO4)

Axit perchloric là một axit rất mạnh và tan nhiều trong nước. Nó có thể được điều chế từ KClO₄ thông qua phản ứng như sau:

KClO₄ + H2SO₄ → HClO₄ + KHSO_4.

Trên đây là một số thông tin về khái niệm Halogen là gì? Cũng như các ứng dụng nổi bật, cấu tạo và các hợp chất tiêu biểu của halogen. Hy vọng rằng với những chia sẻ từ hóa chất Đông Á sẽ giúp bạn hiểu rõ hơn về halogen và có thể áp dụng các kiến thức vào cuộc sống và nhu cầu thực tiễn của mình. Nếu có bất kỳ thắc mắc, hay cần góp ý gì về bài viết, bạn hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi qua trang web này ngay nhé.