鹵素(第 17 族)

鹵素是本站第 17 族的五種元素:氟、氯、溴、碘和砈。它們是反應性很強的非金屬,名稱來自希臘語中「成鹽者」的意思。鿬(117)也位於第 17 族,但它的性質尚不清楚,因此本站把它列為超重元素。

在週期表中的位置

這個元素族中的元素

七個最外層電子

每種鹵素都有七個最外層電子,電子組態為 ns² np⁵,例如氟([He] 2s² 2p⁵)和氯([Ne] 3s² 3p⁵)。獲得一個電子後,就得到下一種稀有氣體的穩定排布,所以它們很容易形成帶 −1 電荷的鹵離子:F⁻、Cl⁻、Br⁻ 和 I⁻。兩個鹵素原子也可以共用一對電子,所以這些元素以雙原子分子的形式存在:F₂、Cl₂、Br₂ 和 I₂。

物理性質與趨勢

第 17 族是唯一在室溫下同時有氣體、液體和固體的族。氟是淡黃色氣體,氯是黃綠色氣體,溴是深紅棕色液體,碘則是閃亮的灰黑色固體,加熱時會變成紫色蒸氣。

沿著族往下,分子變得更大,分子間的作用力更強,所以熔點和沸點上升,顏色變深。電負度和反應性下降:氟是所有元素中電負度最大、反應性最強的,而碘則溫和得多。

典型反應

鹵素直接與大多數金屬反應,形成稱為鹵化物的離子鹽:2Na + Cl₂ → 2NaCl。較活潑的鹵素會從其鹽類中置換出較不活潑的鹵素,所以氯會使溴化鉀溶液變成橙色:Cl₂ + 2KBr → 2KCl + Br₂。

與氫反應時,它們形成鹵化氫(H₂ + Cl₂ → 2HCl),溶於水得到酸;氫氟酸是其中唯一的弱酸。在水中,氯會形成次氯酸,它能殺死細菌:Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HOCl。

鹵素的用途

氯用於飲用水和游泳池的消毒,是家用漂白水(次氯酸鈉)的基礎,也用於製造 PVC 塑膠。牙膏中的氟化物有助於預防蛀牙,氟也是不沾塗層 PTFE 的組成部分。溴化合物用作阻燃劑,碘是一種消毒劑,也被添加到食鹽中以預防碘缺乏。

砈與鿬

砈的所有同位素都具有放射性,其中壽命最長的半衰期約為 8 小時,因此它是地球上最稀有的元素之一。人類從未製得肉眼可見的樣品,其性質大多是推估而來,部分計算甚至認為塊狀的砈會是金屬。鿬於 2010 年首次製得,位在砈的下方,但至今只存在過少數幾個原子,預期它的表現不太像典型的鹵素。

這個元素族中的元素

鹵素
9 氟 F 18.998 [He] 2s2 2p5 −1 氣態
17 氯 Cl 35.45 [Ne] 3s2 3p5 −1 氣態
35 溴 Br 79.904 [Ar] 3d10 4s2 4p5 −1 液態
53 碘 I 126.9 [Kr] 4d10 5s2 5p5 −1 固態
85 砈 At 210 [Xe] 4f14 5d10 6s2 6p5 −1 固態

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