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. フッ素の反応性は、実験用ガラス器具で使用または保管すると、少量の水の存在下でガラスと反応し、四フッ化ケイ素（SiF4）を形成することができるようなものである。

フッ素の高い反応性は、特に炭素に対して、可能な限り最も強い結合を可能にします。 例えば、テフロンは炭素とフッ素結合しており、熱や化学的攻撃に対して非常に耐性があり、高い融点を持っています。

分子の編集

二原子ハロゲン分子の編集

ハロゲンは同核二原子分子（アスタチンでは証明できない）を形成し、比較的弱い分子間力により、塩素およびフッ素は「元素ガス」として知られるグループの一部を構成します。

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. フッ素、塩素、臭素の場合、この反応は

H2 + X2 → 2HX

ただし、ヨウ化水素とアスタチド水素は分解して構成元素に戻ることができます。

水素ハロゲン反応は、重いハロゲンほど徐々に反応性が低くなります。 フッ素-水素反応は暗くて冷たいところでも爆発する。 塩素-水素反応も爆発的であるが、光と熱のあるときだけである。 臭素-水素反応はさらに爆発性が低く、炎にさらされたときだけ爆発する。

すべてのハロゲンは、フッ化水素 (HF)、塩化水素 (HCl)、臭化水素 (HBr)、ヨウ化水素 (HI) およびアスタチン化水素 (HAt) という、水素と二元化合物を形成します。 これらの化合物はすべて、水と混ざると酸を形成する。 フッ化水素は、水素結合を形成する唯一のハロゲン化水素である。 塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、亜硫酸はすべて強酸ですが、フッ化水素酸は弱酸です。

すべてのハロゲン化水素は刺激物です。 フッ化水素と塩化水素は強酸性である。 フッ化水素は工業薬品として使われ、毒性が強く、肺水腫を起こしたり、細胞を傷つけたりします。 また、塩化水素も危険な化学物質である。 塩化水素が50ppm以上含まれるガスを吸うと、人間は死に至ることもあります。 臭化水素は、塩化水素よりもさらに毒性が強く、刺激性があります。 臭化水素が30ppm以上含まれるガスを吸うと、人体に致命的な影響を与える可能性があります。

ハロゲン化物の編集

すべてのハロゲンはナトリウムと反応して、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、アスタチドナトリウムを生成することが知られています。 加熱されたナトリウムのハロゲンとの反応は、明るいオレンジ色の炎を発生させます。 ナトリウムと塩素の反応は以下の通りです：

2Na + Cl2 → 2NaCl

鉄はフッ素、塩素、臭素と反応して鉄（III）ハロゲン化物を生成します。

2Fe + 3X2 → 2FeX3

ただし、鉄がヨウ素と反応すると、ヨウ化鉄(II)しかできない。

Fe+I2→FeI2

鉄ウールは低温でもフッ素と急速に反応して、白い化合物のフッ化鉄(III)を形成できる。 加熱した鉄に塩素が接触すると、両者は反応して黒色の塩化鉄(III)を形成する。 しかし、反応条件が湿潤であれば、この反応はかえって赤褐色の生成物を生じます。 また、鉄は臭素と反応して臭化鉄(III)を生成することがある。 この化合物は乾燥した条件下では赤褐色である。 鉄と臭素の反応は、フッ素や塩素との反応より反応性が低い。 高温の鉄はヨウ素とも反応するが、ヨウ化鉄(II)を生成する。 この化合物は灰色かもしれないが、この反応は常に過剰なヨウ素で汚染されているので、確かなことは分からない。 鉄とヨウ素の反応は軽いハロゲンとの反応より弱い。

ハロゲン間化合物の編集

インターハロゲン化合物はXYnの形で、XとYはハロゲンで、nは1、3、5、または7です。 インターハロゲン化合物は、最大で2つの異なるハロゲンを含んでいます。 ClF3のような大きなインターハロゲンは、純粋なハロゲンとClFのような小さなインターハロゲンとの反応によって生成することができる。 IF7 を除くすべてのハロゲン化水素は、さまざまな条件で純粋なハロゲンを直接結合して生成できます。

ハロゲン間結合が弱いため、ハロゲン化水素は通常、F2 を除くすべての二原子ハロゲン分子よりも反応性が高くなります。 しかし、インターハロゲンの化学的性質は、依然として2原子ハロゲンのそれとほぼ同じです。 多くのハロゲン化水素は、1個以上のフッ素原子がより重いハロゲンに結合している。 塩素は3個までのフッ素原子と、臭素は5個までのフッ素原子と、ヨウ素は7個までのフッ素原子と結合することができる。 ほとんどのハロゲン間化合物は共有結合性気体である。 しかし、いくつかのハロゲン化水素は BrF3 のような液体であり、多くのヨウ素含有ハロゲン化水素は固体です。

有機ハロゲン化合物の編集

プラスチック ポリマーなどの多くの合成有機化合物、および少数の天然化合物はハロゲン原子を含み、これらはハロゲン化化合物または有機ハライドとして知られています。 海水中のハロゲンのうち、塩素が圧倒的に多く、人間が比較的大量に（塩化物イオンとして）必要とするのは塩素だけです。 例えば、塩化物イオンは抑制性伝達物質GABAの働きを仲介して脳機能に重要な役割を果たし、また体内では胃酸の生成に利用されている。 ヨウ素は、チロキシンなどの甲状腺ホルモンの生成に微量に必要です。

ポリハロゲン化合物の編集

ポリハロゲン化合物は、工業的に作られた複数のハロゲンで置換された化合物です。 その多くは人体への毒性や生物濃縮性が高く、応用範囲も非常に広い。 PCB、PBDE、パーフルオロ化合物（PFC）、その他多数の化合物が含まれます。

ReactionsEdit

Reactions with waterEdit

フッ素は水と激しく反応し、酸素 (O2) とフッ化水素 (HF) を生成する:

2 F2(g) + 2 H2O(l) → O2(g) + 4 HF(aq)

塩素の最大溶解度は常温（21℃）では水 kg あたりおよそ 7.1g Cl2である。 溶解した塩素は塩酸（HCl）と次亜塩素酸になり、消毒剤や漂白剤として使用されます：

Cl2(g) + H2O(l) → HCl(aq) + HClO(aq)

臭素の溶解度は3。41 g/水ですが、ゆっくりと反応して臭化水素（HBr）と次亜臭素酸（HBrO）を生成します：

Br2(g) + H2O(l) → HBr(aq) + HBrO(aq)

ところがヨウ素は水にほとんど溶けず（20℃では 0.03 g/100g水）、水とは反応しないので、水と反応することはありません。 ただし、ヨウ化カリウム（KI）の添加など、ヨウ化物イオンの存在下では、三ヨウ化物イオンが形成されるため、ヨウ素は水溶液となります

物理・原子編

下の表は、ハロゲンの主な物理・原子特性をまとめたものです。 クエスチョンマークが付いたデータは不確かであるか、観測よりも周期的な傾向に基づいて部分的に推定されたものです。

IsotopesEdit

フッ素は安定で自然に発生する同位体は1つ、フッ素-19である。 しかし、自然界にはプロトアクチニウム231のクラスター崩壊によって生じる放射性同位体であるフッ素23が微量に存在する。 フッ素の同位体は全部で18種類発見されており、その原子量は14から31まである。 塩素は、塩素-35と塩素-37という2つの安定した天然同位体がある。 しかし、自然界にはアルゴン-36の核破砕によって生じる塩素-36という同位体が微量に存在する。

塩素の同位体は全部で24種類発見されており、原子量は28～51です。

臭素には、臭素-79と臭素-81という安定した天然由来の同位体が存在します。 臭素の同位体は全部で33種類発見されており、その原子量は66から98まであります。 ヨウ素の安定した天然同位体はヨウ素127の1つである。 しかし、自然界には放射性同位体であるヨウ素129が微量に存在し、これは核破砕や鉱石中のウランの放射性崩壊によって発生するものである。 その他にも、ウランの崩壊により、いくつかの放射性ヨウ素が自然に生成されている。

アスタチンの安定同位体は存在しません。

アスタチンの安定同位体は存在しませんが、ウラン、ネプツニウム、プルトニウムの放射性崩壊によって生成される4つの天然放射性同位体が存在します。 これらの同位体は、アスタチン-215、アスタチン-217、アスタチン-218、およびアスタチン-219です。

テネシンは、テネシン-293とテネシン-294という2つの合成放射性同位元素だけが知られています。