할로젠: 목록, 성질, 쓰임 (17족)

할로젠은 이 사이트의 17족에 있는 다섯 원소, 즉 플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘, 아스타틴입니다. 이들은 반응성이 매우 큰 비금속이며, 이름은 '소금을 만드는 것'을 뜻하는 그리스어에서 왔습니다. 테네신(117)도 17족에 놓이지만 그 성질이 알려져 있지 않아서, 이 사이트에서는 초중원소로 분류합니다.

일곱 개의 바깥 전자

모든 할로젠은 플루오린([He] 2s² 2p⁵)과 염소([Ne] 3s² 3p⁵)처럼 ns² np⁵ 배치로 바깥 전자가 일곱 개입니다. 전자 하나를 얻으면 다음 비활성 기체의 안정한 배치가 되므로, F⁻, Cl⁻, Br⁻, I⁻처럼 −1 전하의 할라이드 이온을 쉽게 만듭니다. 또한 할로젠 원자 두 개가 전자 한 쌍을 공유할 수도 있어서, 이 원소들은 F₂, Cl₂, Br₂, I₂의 이원자 분자로 존재합니다.

물리적 성질과 경향

17족은 상온에서 기체, 액체, 고체가 모두 있는 유일한 족입니다. 플루오린은 연한 노란색 기체, 염소는 황록색 기체, 브로민은 짙은 적갈색 액체, 아이오딘은 가열하면 보랏빛 증기가 되는 반짝이는 회흑색 고체입니다.

족을 내려갈수록 분자가 커지고 분자 사이의 힘이 강해져서 녹는점과 끓는점이 오르고 색이 짙어집니다. 전기 음성도와 반응성은 감소합니다. 플루오린은 모든 원소 중에서 전기 음성도가 가장 크고 가장 반응성이 크지만, 아이오딘은 훨씬 순합니다.

대표적인 반응

할로젠은 대부분의 금속과 직접 반응하여 할라이드라 불리는 이온성 염을 만듭니다. 2Na + Cl₂ → 2NaCl. 반응성이 더 큰 할로젠은 염에서 반응성이 더 작은 할로젠을 밀어내므로, 염소는 브로민화 칼륨 용액을 주황색으로 바꿉니다. Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂.

수소와는 할로젠화 수소를 만들고(H₂ + Cl₂ → 2HCl), 이는 물에 녹아 산이 됩니다. 플루오린화 수소산만 약한 산입니다. 물속에서 염소는 세균을 죽이는 차아염소산을 만듭니다. Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HOCl.

할로젠의 쓰임

염소는 식수와 수영장을 소독하고, 가정용 표백제(차아염소산 나트륨)의 바탕이며, PVC 플라스틱을 만드는 데 쓰입니다. 치약 속의 플루오린화물은 충치 예방을 돕고, 플루오린은 눌어붙지 않는 코팅 PTFE의 성분입니다. 브로민 화합물은 난연제로 쓰이며, 아이오딘은 소독제이고 아이오딘 결핍을 예방하려고 식탁용 소금에 첨가됩니다.

아스타틴과 테네신

아스타틴의 모든 동위 원소는 방사성이며, 가장 오래 사는 것의 반감기도 약 8시간이어서 지구상에서 가장 희귀한 원소 중 하나입니다. 눈으로 볼 수 있을 만큼의 시료는 만들어진 적이 없고, 성질도 대부분 추정값이며, 일부 계산에서는 덩어리 상태의 아스타틴이 금속일 것으로 예측합니다. 2010년에 처음 만들어진 테네신은 아스타틴 아래에 놓이지만, 지금까지 존재했던 원자는 몇 개뿐이며 전형적인 할로젠과는 덜 비슷하게 행동할 것으로 예상됩니다.

할로젠(17족)

주기율표에서의 위치

이 족의 원소