| 词条 | 卤族元素 |
| 释义 | § 物质简介 卤族元素的单质氟单质：常温下为淡黄色的气体，极毒，与水反应立即生成氢氟酸和氧气并发生燃烧，同时能使容器破裂，量多时有爆炸的危险。氟、氟化氢和氢氟酸对玻璃有较强的腐蚀性。氟是氧化性最强的元素，只能呈-1价。氟气和氢气在冷暗处就可发生爆炸！单质氟与盐溶液的反应，都是先与水反应，生成的氢氟酸再与盐反应，通入碱中可能导致爆炸。水溶液氢氟酸是一种弱酸。但却是腐蚀性最强的氢卤酸，如果皮肤粘到，将一直腐蚀到骨髓。 氯单质：氯气常温下为黄绿色气体，可溶于水，1体积水能溶解2体积氯气。剧毒，与水部分发生反应，生成HCl与次氯酸，次氯酸不稳定，分解放出氧气，并生成次氯酸，氧化性很强，可用于漂白。氯气溶于水为氯水，不稳定，受光照会分解成HCl与次氯酸。HCl是一种强酸。氯有多种可变化合价。氯气对肺部有强烈刺激。氯气也表现出很强的氧化性，可与很多物质反应！ 溴单质：溴水在常温下为深红棕色液体，可溶于水，100g水能溶解约3g溴。挥发性极强，有毒，蒸气强烈刺激眼睛、粘膜等。水溶液称为溴水。溴单质需要加水封存，防止蒸气逸出危害人体。有氧化性，有多种可变化合价，常温下与水微弱反应，生成氢溴酸和次溴酸。加热可使反应加快。氢溴酸是一种强酸，酸性强于氢氯酸。溴一般用于有机合成等方面。 氟单质碘单质在常温下为深灰色固体，易溶于汽油、乙醇等溶剂，微溶于水，加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度。100g水在常温下可溶解约0.02g碘。低毒，氧化性弱，有多种可变化合价。有升华性，加热即升华，蒸汽呈紫红色，但无空气时为深蓝色。有时需要加水封存。氢碘酸为无放射性的最强氢卤酸，也是无放射性的最强无氧酸。但腐蚀性是所有无放射氢卤酸中最弱的，仅对皮肤有刺激性。有还原性。碘是所有卤族元素中最安全的，因为氟、氯、溴的毒性、腐蚀性均比碘强，而砹虽毒性比碘弱，但有放射性。 砹极不稳定，砹210是半衰期最长的同位素，其半衰期也只有8.3小时，地壳中砹含量只有10亿亿亿分之一，主要是镭、锕、钍自动分裂的产物，砹本身也是放射性元素。砹又少又不稳定又难于聚集，其“庐山真面目”谁都没见过，但科学家却合成砹的同位素20种。砹的金属性质比碘还明显一些，可以与银化合形成极难还原的AgAt。砹与氢化合产生的氢砹酸（HAt)是最强的氢卤酸，但腐蚀性是所有氢卤酸中最弱的。 但是，碘对人体并不安全，尤其是碘蒸气，会刺激粘膜。即使要补碘，也要用无毒的碘酸盐。所以所有的卤族元素对人体都不安全。 § 性质 1、原子结构特征 卤族元素最外层电子数相同，均为7个电子，由于电子层数不同，原子半径不，从F――I原子半径依次增大，因此原子核对最外层的电子的吸引能力依次减弱，从外界获得电子的能力依次减弱，单质的氧化性减弱。 2、卤素元素单质的物理性质的比较 物理性质的递变规律：从F2→I2，颜色由浅到深，状态由气到液到固，熔沸点和密度都逐渐增大，水溶性逐渐减小。 3、卤素单质化学性质比较 相似性：均能与H2发生反应生成相应卤化氢，卤化氢均能溶于水，形成无氧酸。 卤族元素暗光点燃或光照 H2＋F2===2HFH2+Cl2===2HCl 加热持续加热 H2+Br2===2HBrH2+I2====2HI 均能与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸（氟除外） 2F2＋2H2O＝＝4HF＋O2 X2+H2O====HX+HXO(X表示ClBrI) 4、递变性 与氢反应的条件不同，生成的气体氢化物的稳定性不同，HF＞HCl＞HBr＞HI, 无氧酸的酸性不同，HI＞HBr＞HCl＞HF.。 与水反应的程度不同，从F2→I2逐渐减弱。注意：萃取和分液的概念 1、在溴水中加入四氯碳振荡静置有何现象？（分层，下层橙红色上层无色） 2、在碘水中加入煤油振荡静置有何现象？（分层，上层紫红色，下层无色） 卤离子的鉴别：加入HNO3酸化的硝酸银溶液， Cl-：得白色沉淀Ag++Cl-===AgCl↓ Br-：得淡黄色沉淀Ag++Br-===AgBr↓ I-：得黄色沉淀Ag++I-===AgI↓ § 性质机理 卤族元素卤素的物理、化学特性通常来说，液体卤素分子的沸点均要高于它们所对应的烃链(alcane)。这主要是由于卤素分子比烃链更加电极化，而分子的电极化增加了分子之间的连接力（正电极与负电极的相互吸引），这使我们需要对液体提供更多的能量才能使其蒸发。 卤素的物理特性和化学特性明显区分与于它对应的烃链的主要原因，在于卤素原子（如F,Cl,Br,I)与碳原子的连接，即C-X的连接，明显不同于烃链C-H连接。 1：由于卤素原子通常具有较大的负电性，所以C-X连接比C-H连接更加电极化，但仍然是共价键。 2：由于卤素原子相较于碳原子，通常体积和质量较大，所以C-X连接的偶极子矩（DipoleMoment)和键能量（BondingEnergy)远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bondingstrength)远小于C-H连接。卤素原子脆弱的p轨道（Orbital）与碳原子稳定的sp3轨道相连接，这也大大降低了C-X连接的稳定性。 位于元素周期表右方的卤族元素是典型的非金属。卤素的电子构型均为ns2np5，它们获取一个电子以达到稳定结构的趋势极强烈。所以化学性质很活泼，自然状态下不能以单质存在，一般化合价为-1价，即卤离子（X-）的形式。 § 卤化物 卤族元素萃取卤素单质都有氧化性，氧化性从氟到碘依次降低。碘单质氧化性比较弱，三价铁离子可以把碘离子氧化为碘。 卤素单质在碱中容易歧化，方程式为： 3X2+6OH-=5X-+XO3-+3H2O 但在酸性条件下，其逆反应很容易进行： 5X-+XO3-+6H+=3X2+3H2O 这一反应是制取溴和碘单质流程中的最后一步。 卤素的氢化物叫卤化氢，为共价化合物；而其溶液叫氢卤酸，因为它们在水中都以离子形式存在，且都是酸。氢氟酸一般看成是弱酸，pKa=3.20。氢氯酸（即盐酸）、氢溴酸、氢碘酸都是化学中典型的强酸，它们的pKa均为负数，酸性从HCl到HI依次增强。 卤素可以显示多种价态，正价态一般都体现在它们的含氧酸根中： +1:HXO（次卤酸） +3:HXO2（亚卤酸） +5:HXO3（卤酸） +7:HXO4（高卤酸） 卤素的含氧酸均有氧化性，同一种元素中，次卤酸的氧化性最强。卤素的氧化物都是酸酐。像二氧化氯（ClO2）这样的偶氧化态氧化物是混酐。只由两种不同的卤素形成的化合物叫做互卤化物，其中显电正性的一种元素呈现正氧化态，氧化态为奇数。这是由于卤素的价电子数是奇数，周围以奇数个其它卤原子与之成键比较稳定(如IF7)。互卤化物都能水解。 卤素的有机化学反应 卤族元素与有机物的反应在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。氯的存在范围最广，按照氟、溴、碘的顺序减少，砹是人工合成的元素。卤素单质都是双原子分子，都有很强的挥发性，熔点和沸点随原子序数的增大而增加。常温下，氟、氯是气体、溴是液体，碘是固体。卤素最常见的有机化学反应为亲核性取代反应(nucleophilicsubstitution)。 通常的化学式如： Nu:-+R-X----R-Nu+X- "Nu:-"在这里代表亲核负离子，离子的亲核性越强，则产率和化学反应的速度越可观。 "X"在这里代表卤素原子，如F，Cl，Br，I，若X-所对应的酸(即HX)为强酸，那么产率和反应的速度将非常可观，如果若X-所对应的酸为弱酸，则产率和反应的速度均会下降。在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。 从一个未饱和烃链制作卤素为最简单的方式，通过加成反应，如： CH3-CH2-CH=CH2+HBr-----CH3-CH2-CH(Br)-CH3 不需要催化剂的情况下，产率90%以上。如果希望将Br加在烃链第一个碳原子上，可以使用Karasch的方式： CH3-CH2-CH=CH2+HBr---->CH3-CH2-CH2-CH2-Br+H2O 催化剂：H2O2 产率90%以上。 从苯制作卤素泽必须要通过催化剂，如： C6H6+Br2----〉C6H5-Br 催化剂：FeBr3或者AlCl3 产率相当可观。从酒精制作卤素，必须通过好的亲核体，强酸作为催化剂以提高产率和速度： CH3-CH2-CH2-CH2-OH+HBr;----CH3-CH2-CH2-CH2-Br+H2O，注意此反应为平衡反应，故产率和速度有限。 ⅦA族元素包括氟（F）、氯(Cl)、溴（Br）、碘（I）、砹（At），合称卤素。其中砹（At）为放射性元素，在产品中几乎不存在，前四种元素在产品中特别是在聚合物材料中以有机化合物形式存在。目前应用于产品中的卤素化合物主要为阻燃剂：PBB，PBDE，TBBP-A，PCB，六溴十二烷，三溴苯酚，短链氯化石蜡；用于做冷冻剂、隔热材料的臭氧破坏物质：CFCs、HCFCs、HFCs等。 § 物质危害 在塑料等聚合物产品中添加卤素（氟，氯，溴，碘）用以提高燃点，其优点是：燃点比普通聚合物材料高，燃点大约在300℃。燃烧时，会散发出卤化气体（氟，氯，溴，碘），迅速吸收氧气，从而使火熄灭。但其缺点是释放出的氯气浓度高时，引起的能见度下降会导致无法识别逃生路径，同时氯气具有很强的毒性，影响人的呼吸系统，此外，含卤聚合物燃烧释放出的卤素气在与水蒸汽结合时，会生成腐蚀性有害气体（卤化氢），对一些设备及建筑物造成腐蚀。 PBB，PBDE，TBBPA等溴化阻燃剂是目前使用较多的阻燃剂，主要应用在电子电器行业，包括：电路板、电脑、燃料电池、电视机和打印机等等。这些含卤阻燃剂材料在燃烧时产生二恶英，且在环境中能存在多年，甚至终身累积于生物体，无法排出。因此，不少国际大公司在积极推动完全废止含卤素材料，如禁止在产品中使用卤素阻燃剂等。目前对于无卤化的要求，不同的产品有不同的限量标准： 如无卤化电线电缆其中卤素指标为：所有卤素的值≦50PPM (根据法规PREN14582)燃烧后产生卤化氢气体的含量＜100PPM (根据法规EN5067-2-1)燃烧后产生的卤化氢气体溶于水后的PH值≧4.3(弱酸性) (根据法规EN-50267-2-2)产品在密闭容器中燃烧后透过一束光线其透光率≧60% § 作用 卤族元素卤素电热管是一种密封式的发光发热管，内充卤族元素，能有效保证电热丝寿命。完全符合GB/T241993电工电子产品基本环境试验规程，和GB4706.1-19921家用和类似电器的安全通用要求性能： 1、电气性能稳定，电热功率稳定，升温快，电热转换率高达70% 2、热效率高、加热不氧化、使用寿命可达3000小时以上，安全可靠 3、工作时发出的光以可见光和近红外光为主，84%以上集中在0.75μm～3.5μm区域。可广泛地应用在工业、农业、民用领域的空气加热。比如小家电方面的电暖器、取暖器、电烤箱、电烤炉、雅乐炉、光波炉等。 § 相关词条 氮气三硝基甲苯臭氧 三羧酸循环离子反应温度 焰色反应阿伏伽德罗常数氯化氢 § 相关链接 1：http://arkian.cn.ec21.com/CG00179290/00179290.html 2：http://www.pkuschool.com/ask/q.asp?qid=193482 |
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