卤素(第17族)
卤素是本站第17族的五种元素:氟、氯、溴、碘和砹。它们是高度活泼的非金属,其名称来自希腊语中的“成盐者”。鿬(117)也被放在第17族,但它的性质未知,因此本站把它列为超重元素。
七个最外层电子
每种卤素都有七个最外层电子,排布为ns² np⁵,如氟([He] 2s² 2p⁵)和氯([Ne] 3s² 3p⁵)。得到一个电子后,它们就达到下一个稀有气体的稳定排布,因此很容易形成带−1电荷的卤离子:F⁻、Cl⁻、Br⁻和I⁻。两个卤素原子也可以共用一对电子,所以这些单质以双原子分子的形式存在:F₂、Cl₂、Br₂和I₂。
物理性质与递变趋势
第17族是唯一在室温下既有气体、又有液体和固体的一族。氟是淡黄色气体,氯是黄绿色气体,溴是深红棕色液体,碘是有光泽的灰黑色固体,加热时变成紫色蒸气。
沿族向下,分子变大,分子间的作用力增强,所以熔点和沸点升高,颜色变深。电负性和反应活性降低:氟是所有元素中电负性最强、最活泼的,而碘则温和得多。
典型反应
卤素能与大多数金属直接反应,生成称为卤化物的离子型盐:2Na + Cl₂ → 2NaCl。较活泼的卤素能从盐中置换出较不活泼的卤素,所以氯能使溴化钾溶液变成橙色:Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂。
它们与氢形成卤化氢(H₂ + Cl₂ → 2HCl),溶于水得到酸;氢氟酸是唯一的弱酸。氯在水中生成能杀灭细菌的次氯酸:Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HOCl。
卤素的用途
氯用于饮用水和游泳池的消毒,是家用漂白剂(次氯酸钠)的基础,也用于制造PVC塑料。牙膏中的氟化物有助于预防龋齿,氟还是不粘涂层PTFE的组成部分。溴化合物用作阻燃剂,碘是一种消毒剂,并被添加到食盐中以预防碘缺乏。
砹和鿬
砹的所有同位素都具有放射性,寿命最长的半衰期约为 8 小时,因此它是地球上最稀有的元素之一。人们从未制得肉眼可见的砹样品,它的性质大多是推测出来的,有些计算认为块状的砹可能是金属。鿬于 2010 年首次制得,位于砹的下方,但迄今只存在过寥寥几个原子,预计它的表现不太像典型的卤素。
本族中的元素
| 9 | 氟 | F | 18.998 | [He] 2s2 2p5 | −1 | 气态 |
| 17 | 氯 | Cl | 35.45 | [Ne] 3s2 3p5 | −1 | 气态 |
| 35 | 溴 | Br | 79.904 | [Ar] 3d10 4s2 4p5 | −1 | 液态 |
| 53 | 碘 | I | 126.9 | [Kr] 4d10 5s2 5p5 | −1 | 固态 |
| 85 | 砹 | At | 210 | [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5 | −1 | 固态 |