| 词条 | 卤族元素 |
| 释义 | 卤族元素指周期系ⅦA族元素。包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）、砹（At），简称卤素。它们在自然界都以典型的盐类存在 ，是成盐元素。卤族元素的单质都是双原子分子，它们的物理性质的改变都是很有规律的，随着分子量的增大，卤素分子间的色散力逐渐增强，颜色变深，它们的熔点、沸点、密度、原子体积也依次递增。卤素都有氧化性，氟单质的氧化性最强。卤族元素和金属元素构成大量无机盐，此外，在有机合成等领域也发挥着重要的作用。 卤素的命名由于卤素可以和很多金属形成盐类，因此英文卤素（halogen）来源于希腊语halos（盐）和gennan（形成）两个词。在中文里，卤的原意是盐碱地的意思。 卤族元素Halogen 卤素的化学性质都很相似，它们的最外电子层上都有7个电子，有取得一个电子形成稳定的八隅体结构的卤离子的倾向，因此卤素都有氧化性，原子半径越小，氧化性越强，因此氟是单质中氧化性最强者。除F外，卤素的氧化态为+1．+3．+5．+7，与典型的金属形成离子化合物，其他卤化物则为共价化合物。卤素与氢结合成卤化氢，溶于水生成氢卤酸。卤素之间形成的化合物称为互卤化物，如ClF₃．ICl。卤素还能形成多种价态的含氧酸，如HClO、HClO₂．HClO₃．HClO₄。卤素单质都很稳定，除了I2以外，卤素分子在高温时都很难分解。卤素及其化合物的用途非常广泛。例如，我们每天都要食用的食盐，主要就是由氯元素与钠元素组成的氯化物。 卤素单质的毒性，从F开始依次降低。 从F到At，其氢化物的酸性依次增强，但氢化物的稳定性呈递减趋势。 氧化性：F₂> Cl₂> Br₂> I₂> At₂（一些单质是否有氧化性要看具体化学反应） 其对应的卤离子还原性依次增强。 另外，卤素的化学性质都较活泼，因此卤素只以化合态存在于自然界中。 卤族元素颜色及状态的记忆歌谣：氟气淡黄绿色，氯气黄绿色。溴液深红棕色，碘是紫黑固体，砹是黑色固体。 单质氟（F）英文名称Fluorine 原子序数：9 相对原子质量原子：18.9984 半径/Å: 0.57 原子体积/cm3/mol: 17.1 共价半径/Å: 0.72 电子构型: 1s2 2s2p5 氟气常温下为淡黄绿色的气体，有剧毒。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（而且不具有d轨道），只能呈-1价。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的反应，通入碱中可能导致爆炸。水溶液氢氟酸是一种弱酸。但却是稳定性最强的氢卤酸，因为氟原子含有较大的电子亲和能。如果皮肤不慎粘到，将一直腐蚀到骨髓。化学性质活泼，能与几乎所有元素发生反应（除氦、氖）。 氯（Cl）英文名称：Chlorine 原子序数：17 相对原子质量：35.4527 原子半径/Å: 0.97 原子体积/cm3/mol: 22.7 共价半径/Å: 0.99 电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p5 离子半径/Å: 1.81 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。有毒，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，并生成盐酸，次氯酸氧化性很强，可用于漂白。氯的水溶液称为氯水，不稳定，受光照会分解成HCl与氧气。液态氯气称为液氯。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。氯可与大多数元素反应。氯气具有强氧化性 氯气与变价金属反应时，生成最高金属氯化物 。 溴（Br）英文名称：Bromine 原子序数：35 相对原子质量：79.904 原子半径/Å: 1.12 原子体积/cm3/mol: 23.5 共价半径/Å: 1.14 电子构型: 1s2 2s2p6 3s2p6d10 4s2p5 离子半径/Å: 1.96 液溴，在常温下为深红棕色液体，可溶于水，100克水能溶解约3克溴。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。溴单质需要存储容器的封口带有水封，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。 碘（I）英文名称：Iodine 原子序数：53 相对原子质量126.90447 原子半径/Å:1.32 原子体积/cm3/mol:25.74 电子构型:1s22s2p63s2p6d104s2p6d105s2p5 离子半径/Å:2.2 共价半径/Å:1.33 碘在常温下为紫黑色固体，具有毒性，易溶于汽油、乙醇苯等溶剂，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，因为碘原子的半径较大，电子亲和能与电负性较小，易于损失氢离子。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。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。 砹（AT）英文名称：Astatine 原子序数：85 相对原子质量：209.9871 原子半径/Å: 0.57 原子体积/cm3/mol: 17.1 共价半径/Å: 0.72 电子构型: 1s2 2s2p5 离子半径/Å:1.33 砹（At）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。砹是放射性元素。其量少、不稳定、难于聚集，其 “庐山真面目”谁都没见过（金属性应该更强。颜色应比碘还要深，可能呈黑色固体）。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、最不稳定的氢卤酸，但腐蚀性是所有氢卤酸中最弱的。 Uu是一种尚未被发现的化学元素，它的暂订化学符号是Uus，原子序数是117，属于卤素之一，为一种预料元素。 已知的性质 名称 符号, 序数 Uus、Uus、117 系列 卤素 族，周期 元素分区 17族（卤族）（第ⅦA族），7, p 颜色和外表 未知；可能是金属态； 银白色或灰色 原子量 [291] 原子量单位 价电子排布 可能为[氡]5f146d107s27p5 电子在每能级的排布 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 原子序数：117 相对原子质量：[291] 核内中子数：173 核内质子数：117 核外电子数：117 核电荷数：117 所属周期：7 颜色和状态：金属 名称， 符号， 序数 Uus、Uus、117 系列 卤素 族，周期， 元素分区 15(VIIA)族，7, p 颜色和外表 未知；可能是金属态； 原子量 291 原子量单位(g·mol?1) 价电子排布 5f146d107s27p5 电子在每能级的排布 2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 物质状态 可能是固态 化学性质相似性： 1.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。
F2 暗处 很稳定 H2（g）+F2（g）= 2HF（g） Cl2 光照或点燃 较稳定 H2（g）+Cl2（g）=（点燃或光照）2HCl（g） Br2 加热 稳定性差 H2（g）+Br2（g）= （加热）2HBr（g） I2 不断加热 不稳定 H2（g）+I2（g）=（不断加热）2HI（g）结论：随着核电荷数的增加，卤素单质与H2反应变化：F2、Cl2、Br2、I2 ①剧烈程度：逐渐减弱 ②生成HX的稳定性：逐渐减弱 2.均能与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸（氟除外） 2F2（g）+2H2O（l）=4HF（aq）+O2（g） X2（g）+H2O（l）=HX（aq）+HXO（aq） X=表示Cl Br I 3.与金属反应；如：3Cl2+2Fe=2FeCl3 4.与碱反应；如：Br2+2NaOH=NaBr+NaBrO+H2O B.差异性 1.与氢气化合的能力，由强到弱 2.氢化合物的稳定性逐渐减弱 3.卤素单质的活泼性逐渐减弱 稳定性：HF>HCL>HBr>HI 酸性：HF<HCL<HBr<HI 单质氧化性：F2>CL2>Br2>I2 阴离子还原性： Fˉ<Clˉ Fˉ只有还原性， 其余既有氧化性又有还原性。 单质物理性质卤素相关颜色 元素 单质 水溶液（溶解度为20℃的数据） CCl4 苯 酒精 银盐 其他 F 氟气：淡黄绿色 与水剧烈反应 \\\\ \\\\ \\\\ AgF；白色，可溶于水 K+/Na+单一卤素的均为白色，液体透明无色 Cl 氯气：黄绿色 氯水：黄绿色，溶解度0.09mol/L 黄绿色 黄绿色 Br 液溴：深红棕色 溴水：橙色，溶解度0.21mol/L（由于浓度不同在题中可能会出现如下颜色：黄色，棕红（红棕）色） 橙红色 橙红色 橙红色 AgBr：淡黄色，难溶于水 BaBr2溶液：无色 I 碘单质：紫黑色 元素性质原子结构特征最外层电子数相同，均为7个电子，由于电子层数不同，原子半径不同，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。 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 ·在溴水中加入四氯化碳振荡静置有何现象？（分层，下层橙红色上层无色） ·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， 氯离子：得白色沉淀 Ag+（aq）+ Cl-（aq）——→AgCl（s） 溴离子：得淡黄色沉淀 Ag+（aq）+ Br-（aq）——→AgBr（s） 碘离子：得黄色沉淀 Ag+（aq）+ I-（aq）——→AgI（s） 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。 * 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。 * 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（Dipole Moment）和键能（Bonding Energy）远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bonding strength）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： 3X?（g）+6OH-（aq）——→5X-（aq）+ XO3-（aq）+3H2O（l） 但在酸性条件下，其逆反应很容易进行： 5X-（aq）+XO3-（aq）+6H+（aq）——→3X?（g）+3H2O（l） 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取代反应（nucleophilic substitution）。 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。卤素的有机化学反应 卤素的制成 * 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)-CH? 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=CH?+ HBr ——→ CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O 催化剂：H2O? 产率90%以上。 * 从苯制作卤素则必须要通过催化剂，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。 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 PREN 14582) ;燃烧后产生卤化氢气体的含量<100PPM (根据法规 EN 5067-2-1) ;燃烧后产生的卤化氢气体溶于水后的 PH 值大于等于4.3( 弱酸性 ) (根据法规 EN-5 0267-2-2);产品在密闭容器中燃烧后透过一束光线其透光率 ≧60% (根据法规 EN-50268-2) 。 元素名称 氟 氯 溴 碘 状态 气体 气体 液体 固体 颜色 黄绿色 黄绿色 棕红色 紫黑色 酸性 逐渐减小 氢化物的酸性 逐渐增强 活性 逐渐减弱 卤素相关国际法规要求IEC 61249-2-21 印刷电路版材料和其他互联结构-2-21部分：包被和非包被增强基材，阻燃剂（垂直燃烧试验）铜包被的无卤素环氧编织E型玻璃纤维增强层压板（规定电路板的所有材料的卤素） ·氟限值≤900ppm ·溴限值≤900ppm ·溴+氟含量≤1500ppm 国际印刷电路协会标准 IPC4101B ·氟限值≤900ppm ·溴限值≤900ppm ·溴+氟含量≤1500ppm 日本印刷电路板协会（JPCA-ES-01-1999） ·氟限值≤900ppm ·溴限值≤900ppm 参见·氮族元素（Pnictogen） ·氧族元素（Chalcogen） ·稀有气体（Noble gas） ·碳族元素（Carbon group）
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