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. A reatividade do flúor é tal que, se usado ou armazenado em vidro de laboratório, pode reagir com o vidro na presença de pequenas quantidades de água para formar tetrafluoreto de silício (SiF4). Assim, o flúor deve ser manipulado com substâncias como o teflon (que é um composto organofluorino), vidro extremamente seco, ou metais como cobre ou aço, que formam uma camada protetora de flúor em sua superfície.

A alta reatividade do flúor permite algumas das mais fortes ligações possíveis, especialmente ao carbono. Por exemplo, o teflon é ligado ao flúor com carbono e é extremamente resistente a ataques térmicos e químicos e tem um alto ponto de fusão.

MoléculasEdit

Moléculas halógenas diatômicasEdit

Os halógenos formam moléculas diatômicas homonucleares (não comprovadas para astatina). Devido a forças intermoleculares relativamente fracas, cloro e flúor fazem parte do grupo conhecido como “gases elementais”.

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 flúor, cloro e bromo, esta reação está na forma de:

H2 + X2 → 2HX

No entanto, o iodeto de hidrogênio e o astatide de hidrogênio podem se dividir novamente em seus elementos constituintes.

As reações hidrogênio-halogênio-halogênio se tornam gradualmente menos reativas em direção aos halógenos mais pesados. Uma reação de flúor-hidrogênio é explosiva mesmo quando está escuro e frio. Uma reação cloro-hidrogênio também é explosiva, mas somente na presença de luz e calor. Uma reação de bromo-hidrogênio é ainda menos explosiva; ela só é explosiva quando exposta às chamas. Iodo e astatina reagem apenas parcialmente com hidrogênio, formando equilíbrios.

Todos os halogênios formam compostos binários com hidrogênio conhecidos como halogênios: fluoreto de hidrogênio (HF), cloreto de hidrogênio (HCl), brometo de hidrogênio (HBr), iodeto de hidrogênio (HI) e astatide de hidrogênio (HAt). Todos estes compostos formam ácidos quando misturados com água. O fluoreto de hidrogênio é o único halogeneto de hidrogênio que forma ligações de hidrogênio. Ácido clorídrico, ácido hidrobrómico, ácido hidroiodíco e ácido hidroestático são todos ácidos fortes, mas o ácido fluorídrico é um ácido fraco.

Todos os halogenetos de hidrogénio são irritantes. O fluoreto de hidrogênio e o cloreto de hidrogênio são altamente ácidos. O fluoreto de hidrogênio é usado como um químico industrial, e é altamente tóxico, causando edema pulmonar e danificando as células. O cloreto de hidrogênio também é uma substância química perigosa. Respirar em gás com mais de cinquenta partes por milhão de cloreto de hidrogênio pode causar a morte em humanos. O brometo de hidrogênio é ainda mais tóxico e irritante do que o cloreto de hidrogênio. Respirar em gás com mais de trinta partes por milhão de brometo de hidrogênio pode ser letal para os seres humanos. O iodeto de hidrogênio, como outros halogenetos de hidrogênio, é tóxico.

Halidetos metálicosEditar

Todos os halogênios são conhecidos por reagir com o sódio para formar fluoreto de sódio, cloreto de sódio, brometo de sódio, iodeto de sódio, e astatideo de sódio. A reação do sódio aquecido com halogênios produz chamas de laranjeira brilhante. A reação do sódio com cloro está na forma de:

2Na + Cl2 → 2NaCl

Iron reage com flúor, cloro e bromo para formar halogenetos de ferro(III). Estas reações estão na forma de:

2Fe + 3X2 → 2FeX3

No entanto, quando o ferro reage com iodo, ele forma apenas iodeto de ferro(II).

Fe+I2→FeI2

A lã de ferro pode reagir rapidamente com flúor para formar o composto branco flúor de ferro(III) mesmo em temperaturas frias. Quando o cloro entra em contato com um ferro aquecido, ele reage para formar o cloreto de ferro preto (III). No entanto, se as condições de reação forem úmidas, esta reação resultará em um produto marrom-avermelhado. O ferro também pode reagir com bromo para formar o brometo de ferro (III). Este composto é castanho-avermelhado em condições secas. A reação do ferro com bromo é menos reativa do que a reação com flúor ou cloro. Um ferro quente também pode reagir com iodo, mas forma iodeto de ferro(II). Este composto pode ser cinza, mas a reação é sempre contaminada com excesso de iodo, por isso não se sabe ao certo. A reação do ferro com iodo é menos vigorosa que a reação com os halógenos mais leves.

Compostos interalógenosEdit

Os compostos inter-halogéneos estão na forma de XYn onde X e Y são halogéneos e n é um, três, cinco, ou sete. Os compostos inter-halogéneos contêm, no máximo, dois halogéneos diferentes. Grandes inter-halogéneos, como o ClF3, podem ser produzidos por uma reacção de um halogéneo puro com um inter-halogéneo menor, como o ClF. Todos os inter-halogéneos excepto IF7 podem ser produzidos pela combinação directa de halogéneos puros em várias condições.

Os inter-halogéneos são tipicamente mais reactivos do que todas as moléculas de halogéneo diatómico excepto F2 porque as ligações inter-halogéneas são mais fracas. No entanto, as propriedades químicas dos inter-halogéneos ainda são aproximadamente as mesmas que as dos halógenos diatómicos. Muitos inter-halogéneos consistem em um ou mais átomos de ligação de flúor a um halogéneo mais pesado. O cloro pode ligar-se com até 3 átomos de flúor, o bromo pode ligar-se com até cinco átomos de flúor e o iodo pode ligar-se com até sete átomos de flúor. A maioria dos compostos inter-halogenados são gases covalentes. Contudo, alguns inter-halogéneos são líquidos, como o BrF3, e muitos inter-halogéneos contendo iodo são sólidos.

Compostos organo-halogéneosEditar

p>Muitos compostos orgânicos sintéticos, como polímeros plásticos, e alguns naturais, contêm átomos halogenados; estes são conhecidos como compostos halogenados ou halogenados orgânicos. O cloro é de longe o mais abundante dos halogéneos na água do mar, e o único necessário em quantidades relativamente grandes (como os iões cloreto) pelos seres humanos. Por exemplo, os íons cloreto desempenham um papel fundamental na função cerebral ao mediarem a ação do transmissor inibitório GABA e também são usados pelo organismo para produzir ácido estomacal. O iodo é necessário em quantidades vestigiais para a produção de hormônios da tireoide, como a tiroxina. Organohalogenos também são sintetizados através da reação de abstração nucleofílica.

Compostos poli-halogenadosEdit

Compostos poli-halogenados são compostos criados industrialmente, substituídos por múltiplos halogênios. Muitos deles são muito tóxicos e bioacumuláveis em humanos, e têm uma gama de aplicação muito ampla. Eles incluem PCBs, PBDEs, e compostos perfluorados (PFCs), bem como inúmeros outros compostos.

ReaçõesEditar

Reações com águaEditar

Fluorina reage vigorosamente com água para produzir oxigênio (O2) e fluoreto de hidrogênio (HF):

2 F2(g) + 2 H2O(l) → O2(g) + 4 HF(aq)

Cloro tem solubilidade máxima de ca. 7,1 g Cl2 por kg de água à temperatura ambiente (21 °C). O cloro dissolvido reage para formar ácido clorídrico (HCl) e ácido hipocloroso, uma solução que pode ser usada como desinfetante ou alvejante:

Cl2(g) + H2O(l) → HCl(aq) + HClO(aq)

Bromina tem solubilidade máxima de 3.41 g por 100 g de água, mas reage lentamente para formar brometo de hidrogénio (HBr) e ácido hipobrómico (HBrO):

Br2(g) + H2O(l) → HBr(aq) + HBrO(aq)

Iodo, no entanto, é minimamente solúvel em água (0,03 g/100 g de água a 20 °C) e não reage com ela. Entretanto, o iodo formará uma solução aquosa na presença do íon iodeto, como por adição de iodeto de potássio (KI), pois o íon triiodeto é formado.

Edito físico e atômico

A tabela abaixo é um resumo das principais propriedades físicas e atômicas dos halogênios. Os dados marcados com pontos de interrogação ou são incertos ou são estimativas parcialmente baseadas em tendências periódicas em vez de observações.

IsótoposEdit

Fluorine tem um isótopo estável e natural, o fluorina-19. Entretanto, há quantidades vestigiais na natureza do isótopo radioativo fluorina-23, que ocorre via decaimento de cluster de protactínio-231. Um total de dezoito isótopos de flúor foram descobertos, com massas atômicas variando de 14 a 31. O cloro tem dois isótopos estáveis e naturais, o cloro-35 e o cloro-37. No entanto, existem vestígios na natureza do isótopo cloro-36, que ocorre através da espalação do argon-36. Um total de 24 isótopos de cloro foram descobertos, com massas atômicas variando de 28 a 51,

Existem dois isótopos estáveis e naturais de bromo, bromo79 e bromo81. Um total de 33 isótopos de bromo foram descobertos, com massas atômicas variando de 66 a 98. Existe um isótopo estável e natural de iodo, o iodo127. No entanto, há quantidades vestigiais na natureza do isótopo radioativo iodo129, que ocorre através da espalação e do decaimento radioativo do urânio nos minérios. Vários outros isótopos radioativos de iodo também foram criados naturalmente através do decaimento do urânio. Um total de 38 isótopos de iodo foram descobertos, com massas atômicas variando de 108 a 145,

Não há isótopos estáveis de astatina. Entretanto, existem quatro isótopos radioativos naturais de astatina produzidos através do decaimento radioativo de urânio, neptúnio e plutônio. Estes isótopos são astata-215, astata-217, astata-218, e astata-219. Um total de 31 isótopos de astatina foram descobertos, com massas atômicas variando de 191 a 227.

Tennessine tem apenas dois radioisótopos sintéticos conhecidos, tennessine-293 e tennessine-294.