Halogen

ChemicalEdit

The halogens show trends in chemical bond energy moving from top to bottom of the periodic table column with fluorine deviating slightly. It follows a trend in having the highest bond energy in compounds with other atoms, but it has very weak bonds within the diatomic F2 molecule. This means that further down group 17 in the periodic table, the reactivity of elements decreases because of the increasing size of the atoms.

Halogens are highly reactive, and as such can be harmful or lethal to biological organisms in sufficient quantities. This high reactivity is due to the high electronegativity of the atoms due to their high effective nuclear charge. Because the halogens have seven valence electrons in their outermost energy level, they can gain an electron by reacting with atoms of other elements to satisfy the octet rule. Fluorine is the most reactive of all elements; it is the only element more electronegative than oxygen, it attacks otherwise-inert materials such as glass, and it forms compounds with the usually inert noble gases. It is a corrosive and highly toxic gas. La reactividad del flúor es tal que, si se utiliza o se almacena en cristalería de laboratorio, puede reaccionar con el vidrio en presencia de pequeñas cantidades de agua para formar tetrafluoruro de silicio (SiF4). Así, el flúor debe manipularse con sustancias como el teflón (que es a su vez un compuesto organofluorado), vidrio extremadamente seco o metales como el cobre o el acero, que forman una capa protectora de flúor en su superficie.

La alta reactividad del flúor permite algunos de los enlaces más fuertes posibles, especialmente con el carbono. Por ejemplo, el teflón es flúor unido al carbono y es extremadamente resistente a los ataques térmicos y químicos y tiene un alto punto de fusión.

MoléculasEditar

Moléculas halógenas diatómicasEditar

Los halógenos forman moléculas diatómicas homonucleares (no se ha comprobado para el astato).Debido a las fuerzas intermoleculares relativamente débiles, el cloro y el flúor forman parte del grupo conocido como «gases elementales».

halogen	molecule	structure	model	d(X−X) / pm (gas phase)	d(X−X) / pm (solid phase)
fluorine	F2
chlorine	Cl2
bromine	Br2
iodine	I2

The elements become less reactive and have higher melting points as the atomic number increases. The higher melting points are caused by stronger London dispersion forces resulting from more electrons.

CompoundsEdit

Hydrogen halidesEdit

All of the halogens have been observed to react with hydrogen to form hydrogen halides. Para el flúor, el cloro y el bromo, esta reacción tiene la forma de:

H2 + X2 → 2HX

Sin embargo, el yoduro de hidrógeno y el astatiuro de hidrógeno pueden volver a dividirse en sus elementos constitutivos.

Las reacciones hidrógeno-halógeno se vuelven gradualmente menos reactivas hacia los halógenos más pesados. Una reacción flúor-hidrógeno es explosiva incluso cuando es oscura y fría. Una reacción cloro-hidrógeno también es explosiva, pero sólo en presencia de luz y calor. Una reacción de bromo-hidrógeno es aún menos explosiva; sólo lo es cuando se expone a las llamas. El yodo y el astato sólo reaccionan parcialmente con el hidrógeno, formando equilibrios.

Todos los halógenos forman compuestos binarios con el hidrógeno conocidos como haluros de hidrógeno: fluoruro de hidrógeno (HF), cloruro de hidrógeno (HCl), bromuro de hidrógeno (HBr), yoduro de hidrógeno (HI) y astato de hidrógeno (HAt). Todos estos compuestos forman ácidos cuando se mezclan con el agua. El fluoruro de hidrógeno es el único haluro de hidrógeno que forma enlaces de hidrógeno. El ácido clorhídrico, el ácido bromhídrico, el ácido yódico y el ácido hidroestático son ácidos fuertes, pero el ácido fluorhídrico es un ácido débil.

Todos los haluros de hidrógeno son irritantes. El fluoruro de hidrógeno y el cloruro de hidrógeno son muy ácidos. El fluoruro de hidrógeno se utiliza como producto químico industrial, y es altamente tóxico, causando edema pulmonar y dañando las células. El cloruro de hidrógeno también es un producto químico peligroso. Respirar un gas con más de cincuenta partes por millón de cloruro de hidrógeno puede causar la muerte en los seres humanos. El bromuro de hidrógeno es aún más tóxico e irritante que el cloruro de hidrógeno. Respirar un gas con más de treinta partes por millón de bromuro de hidrógeno puede ser mortal para los seres humanos. El yoduro de hidrógeno, al igual que otros haluros de hidrógeno, es tóxico.

Haluros metálicosEditar

Se sabe que todos los halógenos reaccionan con el sodio para formar fluoruro de sodio, cloruro de sodio, bromuro de sodio, yoduro de sodio y astatida de sodio. La reacción del sodio con los halógenos calentado produce llamas de color naranja brillante. La reacción del sodio con el cloro tiene la forma de:

2Na + Cl2 → 2NaCl

El hierro reacciona con el flúor, el cloro y el bromo para formar haluros de hierro (III). Estas reacciones tienen la forma de:

2Fe + 3X2 → 2FeX3

Sin embargo, cuando el hierro reacciona con el yodo, sólo forma yoduro de hierro(II).

Fe+I2→FeI2

La lana de hierro puede reaccionar rápidamente con el flúor para formar el compuesto blanco fluoruro de hierro(III) incluso a temperaturas frías. Cuando el cloro entra en contacto con el hierro calentado, reaccionan para formar el cloruro de hierro (III) negro. Sin embargo, si las condiciones de reacción son húmedas, esta reacción dará lugar a un producto de color marrón rojizo. El hierro también puede reaccionar con el bromo para formar bromuro de hierro (III). Este compuesto es de color marrón rojizo en condiciones secas. La reacción del hierro con el bromo es menos reactiva que su reacción con el flúor o el cloro. El hierro caliente también puede reaccionar con el yodo, pero forma yoduro de hierro (II). Este compuesto puede ser gris, pero la reacción siempre está contaminada por un exceso de yodo, por lo que no se sabe con seguridad. La reacción del hierro con el yodo es menos vigorosa que su reacción con los halógenos más ligeros.

Compuestos interhalógenosEditar

Los compuestos interhalógenos tienen la forma de XYn donde X e Y son halógenos y n es uno, tres, cinco o siete. Los compuestos interhalógenos contienen como máximo dos halógenos diferentes. Los interhalógenos grandes, como el ClF3, pueden producirse por reacción de un halógeno puro con un interhalógeno más pequeño, como el ClF. Todos los interhalógenos, excepto el IF7, pueden producirse combinando directamente halógenos puros en diversas condiciones.

Los interhalógenos son típicamente más reactivos que todas las moléculas halógenas diatómicas, excepto el F2, porque los enlaces interhalógenos son más débiles. Sin embargo, las propiedades químicas de los interhalógenos siguen siendo aproximadamente las mismas que las de los halógenos diatómicos. Muchos interhalógenos están formados por uno o más átomos de flúor unidos a un halógeno más pesado. El cloro puede enlazarse con hasta 3 átomos de flúor, el bromo con hasta cinco átomos de flúor y el yodo con hasta siete átomos de flúor. La mayoría de los compuestos interhalógenos son gases covalentes. Sin embargo, algunos interhalógenos son líquidos, como el BrF3, y muchos interhalógenos que contienen yodo son sólidos.

Compuestos organohalogenadosEditar

Muchos compuestos orgánicos sintéticos, como los polímeros de plástico, y unos pocos naturales, contienen átomos de halógeno; se conocen como compuestos halogenados o haluros orgánicos. El cloro es, con mucho, el más abundante de los halógenos en el agua de mar, y el único que el ser humano necesita en cantidades relativamente grandes (en forma de iones de cloruro). Por ejemplo, los iones de cloruro desempeñan un papel clave en la función cerebral al mediar la acción del transmisor inhibidor GABA y también son utilizados por el cuerpo para producir ácido estomacal. El yodo es necesario en cantidades mínimas para la producción de hormonas tiroideas, como la tiroxina. Los organohalógenos también se sintetizan mediante la reacción de abstracción nucleofílica.

Compuestos polihalogenadosEditar

Los compuestos polihalogenados son compuestos creados industrialmente sustituidos con múltiples halógenos. Muchos de ellos son muy tóxicos y se bioacumulan en los seres humanos, y tienen un rango de aplicación muy amplio. Incluyen los PCB, los PBDE y los compuestos perfluorados (PFC), así como otros numerosos compuestos.

ReaccionesEditar

Reacciones con el aguaEditar

El flúor reacciona vigorosamente con el agua para producir oxígeno (O2) y fluoruro de hidrógeno (HF):

2 F2(g) + 2 H2O(l) → O2(g) + 4 HF(aq)

El cloro tiene una solubilidad máxima de aproximadamente 7,1 g de Cl2 por kg de agua a temperatura ambiente (21 °C). El cloro disuelto reacciona para formar ácido clorhídrico (HCl) y ácido hipocloroso, una solución que puede utilizarse como desinfectante o blanqueador:

Cl2(g) + H2O(l) → HCl(aq) + HClO(aq)

El bromo tiene una solubilidad de 3.41 g por 100 g de agua, pero reacciona lentamente para formar bromuro de hidrógeno (HBr) y ácido hipobromoso (HBrO):

Br2(g) + H2O(l) → HBr(aq) + HBrO(aq)

El yodo, sin embargo, es mínimamente soluble en agua (0,03 g/100 g de agua a 20 °C) y no reacciona con ella. Sin embargo, el yodo formará una solución acuosa en presencia del ion yoduro, como por ejemplo mediante la adición de yoduro de potasio (KI), porque se forma el ion triyoduro.

Propiedades físicas y atómicasEditar

La siguiente tabla es un resumen de las principales propiedades físicas y atómicas de los halógenos. Los datos marcados con signos de interrogación son inciertos o son estimaciones basadas parcialmente en tendencias periódicas más que en observaciones.

IsótoposEditar

El flúor tiene un isótopo estable y natural, el flúor-19. Sin embargo, existen trazas en la naturaleza del isótopo radiactivo flúor-23, que se produce a través de la desintegración en racimo del protactinio-231. Se han descubierto un total de dieciocho isótopos del flúor, con masas atómicas que van de 14 a 31. El cloro tiene dos isótopos estables y naturales, el cloro-35 y el cloro-37. Sin embargo, existen trazas en la naturaleza del isótopo cloro-36, que se produce por espalación del argón-36. Se han descubierto un total de 24 isótopos del cloro, con masas atómicas que van de 28 a 51.

Hay dos isótopos estables y naturales del bromo, el bromo-79 y el bromo-81. Se han descubierto un total de 33 isótopos de bromo, con masas atómicas que van de 66 a 98. Existe un isótopo estable y natural del yodo, el yodo-127. Sin embargo, existen trazas en la naturaleza del isótopo radiactivo yodo-129, que se produce por espalación y por la desintegración radiactiva del uranio en los minerales. También se han creado otros isótopos radiactivos del yodo de forma natural a través de la desintegración del uranio. Se han descubierto un total de 38 isótopos de yodo, con masas atómicas que van de 108 a 145.

No hay isótopos estables de astato. Sin embargo, hay cuatro isótopos radiactivos de astato que se producen de forma natural a través de la desintegración radiactiva del uranio, el neptunio y el plutonio. Estos isótopos son la astatina-215, la astatina-217, la astatina-218 y la astatina-219. Se han descubierto un total de 31 isótopos de astatina, con masas atómicas que van de 191 a 227.

La tennessina sólo tiene dos radioisótopos sintéticos conocidos, la tennessina-293 y la tennessina-294.