Nhóm halogen là gì? Vị trí, đặc điểm, tính chất, cấu hình electron
Kiến thức cơ bản

Nhóm halogen là gì? Vị trí, đặc điểm, tính chất, cấu hình electron

Đào Vân
Đào Vân

08/06/20223 phút đọc

Mục lục bài viết

Nhóm halogen bao gồm những nguyên tố nào và chúng nằm ở vị trí nào trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học? Tính chất hóa học của các nguyên tố halogen là gì? Cùng Monkey tìm hiểu chi tiết trong bài tổng hợp dưới đây của Monkey.

Nhóm halogen là gì? Vị trí của nhóm halogen trong bảng tuần hoàn

Nhóm halogen còn thường được gọi là các nguyên tố halogen (tiếng latinh được hiểu là sinh ra muối). Nhóm halogen bao gồm các nguyên tố flo (F), Br (brom), clo (Cl), iot (I) và attain (At). Atatin không gặp trong tự nhiên, nó được điều chế nhân tạo trong các lò phản ứng hạt nhân nên được xem xét chủ yếu trong các nhóm nguyên tố phóng xạ. Nhóm nguyên tố halogen bao gồm các nguyên tố phi kim phản ứng tạo thành các hợp chất có tính axit mạnh với hiđro từ đó các muối đơn giản có thể được tạo ra (Theo Wikipedia).  

Nhóm halogen có màu xanh neon. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Những nguyên tố halogen thuộc nhóm VIIA. Chúng đứng ở cuối các chu kì, ngay trước các nguyên tố khí hiếm.

Cấu tạo phân tử của nhóm halogen

Lớp electron ngoài cùng nguyên tử các nguyên tố halogen đều có 7 electron, được chia thành 2 phân lớp: Phân lớp s có 2 electron, phân lớp p có 5 electron. Do có 7 electron ngoài cùng, chỉ còn thiếu 1 electron là đạt được cấu hình của khí hiếm, do vậy ở trạng thái tự do hai nguyên tử halogen góp chung một đôi electron để tạo ra phân tử có liên kết cộng hóa trị không cực (X -X hoặc X2, X là ký hiệu chỉ các nguyên tố halogen).

Liên kết của các phân tử X2 không bền, chúng thường bị tách ra thành 2 nguyên tử X. Trong phản ứng hóa học, các nguyên tử này rất hoạt động vì chúng dễ thu thêm 1 electron. Bởi vậy mà tính chất hóa học cơ bản của nhóm halogen là tính oxi hóa mạnh.

Tính chất vật lý của nhóm halogen

Tìm hiểu tính chất vật lý của nhóm halogen, chúng ta sẽ đề cập đến trạng thái, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi cũng như tính tan trong nước của chúng.

Sự biến đổi màu sắc và trạng thái các nguyên tố nhóm halogen. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

  • Trạng thái và màu sắc: Thực tế trong nhóm halogen, tính chất vật lý biến đổi có quy luật. Đi từ flo đến iot ta thấy trạng thái tập hợp từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn, có màu sắc đậm dần.
  • Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi của nhóm halogen tăng dần từ flo đến iot.
  • Tính tan trong nước: Flo không tan trong nước. Các nguyên tố thuộc nhóm halogen còn lại tan rất ít trong nước, chủ yếu tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.

Đặc điểm chung của các nguyên tố nhóm halogen được tổng hợp trong bảng dưới đây:

Đặc điểm nhóm halogen. (Ảnh: Chụp màn hình SGK Hóa học 10)

Tính chất hóa học của nhóm halogen

Vì lớp electron ngoài cùng có cấu tạo tương tự nhau nên các đơn chất halogen tương đối giống nhau về tính chất hóa học cũng như thành phần, tính chất các hợp chất do chúng tạo thành.

Tìm hiểu tính chất hóa học của nhóm halogen. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Halogen là những phi kim điển hình, đi từ flo đến iot, tính oxi hóa sẽ giảm dần.

Các đơn chất halogen oxi hóa được hầu hết các kim loại tạo thành muối halogenua, oxi hóa khí hidro tạo ra những hợp chất khí không màu hidro halogenua. Những chất khí này có thể tan trong nước và tạo thành dung dịch axit halogenhidric.  

Những phản ứng quan trọng minh họa tính chất của nhóm halogen

Để giúp bạn đọc hiểu rõ hơn về các tính chất hóa học của nhóm halogen, chúng ta sẽ đi vào chi tiết từng phản ứng minh họa cho mỗi tính chất đó, cụ thể:

Tác dụng với kim loại

Các nguyên tố thuộc nhóm halogen phản ứng hầu hết với các kim loại, ngoại trừ Au và Pt tạo ra muối halogenua và thường xảy ra ở nhiệt độ cao. Muối thu được thường đạt hóa trị cao nhất của kim loại. Riêng phản ứng của nguyên tố halogen I2 với sắt (Fe) sẽ tạo ra sản phẩm là FeI2 (Sắt hóa trị II).

2M + nX2 → 2MXn

Tác dụng với nước

Flo tác dụng mạnh với nước, brom và clo có phản ứng thuận nghịch với nước nhưng I ốt thì không có bất kỳ phản ứng nào với nước. Ta có các phương trình phản ứng như sau:

2H2O + 2F2 → 4HF + O2

H2O + Cl2 ↔ HCl + HClO

H2O + Br2 ↔ HBrO + HBr

Tác dụng với dung dịch kiềm

Một số nguyên tố nhóm halogen có khả năng tác dụng với dung dịch kiềm loãng nguội và dng dịch kiềm đặc nóng. Các phương trình phản ứng tiêu biểu như sau:

  • Với dung dịch kiềm loãng nguội:

X2 + 2NaOH → NaX + NaXO + H2O

Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O

2Cl2 + 2Ca(OH)2 dung dịch → CaCl2 + Ca(ClO)2 + 2H2O

Cl2 + Ca(OH)2 bột → CaOCl2 + H2O

  • Riêng flo có phản ứng như sau:

2F2 + 2NaOH → 2NaF + H2O + OF2

  • Với dung dịch kiềm đặc nóng:

3X2 + 6KOH → 5KX + KXO3 + 3H2O

3Cl2 + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O (1000C)

Tác dụng với muối halogenua

Các nguyên tố halogen (ngoại trừ flo – F2) có thể tác dụng với muối halogenua tạo thành muối mới và halogen mới.

X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2 

(X’ là halogen có tính oxi hóa yếu hơn tính oxi hóa của halogen X)

Br2 + 2NaI → 2NaBr + I2

Tác dụng với hidro

Halogen phản ứng với hidro tạo thành hidro halogenua.

Ví dụ: H2 + X2 → 2HX

Điều kiện xảy ra phản ứng với từng nguyên tố halogen như sau:

  • Với flo (F2): Phản ứng được ngay cả trong bóng tối.

  • Với iot (I2): Phản ứng có thuận nghịch và phải được đun nóng.

  • Với brom (Br2): Phản ứng xảy ra với điều kiện đun nóng ở nhiệt độ cao.

  • Với clo (Cl2): Phản ứng xảy ra khi được chiếu sáng.

Xem thêm: Polime: Chi tiết khái niệm, cấu tạo, tính chất và ứng dụng

Các phương trình điều chế một số nguyên tố trong nhóm halogen

Mỗi nguyên tử trong nhóm nguyên tố halogen có cách điều chế khác nhau. Một số phương trình điều chế tiêu biểu từng nguyên tố là:

Điều chế Flo

Phương pháp duy nhất để sản xuất flo trong công nghiệp là điện phân hỗn hợp KF và HF (hỗn hợp ở thể lỏng), cực dương bằng graphit (than chì) và cực âm bằng thép đặc biệt hoặc đồng. ở cực âm có khí H2 và cực dương có khí F2 thoát ra.

2HF (điện phân nóng chảy+KF) ­→ H2 + F2

Điều chế Clo

Để điều chế clo trong phòng thí nghiệm, người ta sẽ cho axit clohidric đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh (có thể là MnO2 rắn hoặc KMnO4 rắn). Trường hợp điều chế clo từ MnO2 cần xúc tác là nhiệt độ còn với KMnO4 có thể đun nóng hoặc không. Khí clo thu được dễ lần với khí hidro clorua và hơi nước do vậy để điều chế khí clo nguyên chất, chúng ta sẽ tiếp tục dẫn nó qua bình rửa khí có chứa dung dịch NaCl để giữ lại HCl và chứa axit sunfuric đặc để giữ hơi nước.  

Điều chế clo trong phòng thí nghiệm. (Ảnh: chụp màn hình SGK Hóa học 10))

MnO2 + 4HCl → MnCl­2 + Cl2 + 2H2O

2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 6H2O

Trong công nghiệp, người ta điều chế khí clo bằng cách điện phân nóng chảy muối natri clorua hoặc điện phân dung dịch muối có màng ngăn

2NaCl → 2Na + Cl2

2NaCl + 2H2O → H2 + 2NaOH + Cl2

Điều chế Brom

Trong công nghiệp, brom được sản xuất từ nước biển. Sau khi tách Nacl ra khỏi nước biển, dung dịch còn lại có hòa tan NaBr. Tiếp tục dùng khí clo oxi hóa NaBr để sản xuất Br2.

2NaBr + Cl2 → 2NaCl + Br2

Điều chế iot

Trong công nghiệp, iot sẽ được điều chế từ rong biển.

Cho tác dụng dung dịch với chất oxi hoá để oxi hoá I- thành I2

2NaI + Cl2 -> 2NaCl + I2

Ứng dụng của nhóm halogen trong đời sống

Nhóm halogen có nhiều nguyên tố khác nhau và mỗi nguyên tố lại có những ứng dụng nhất ddinhgj trong đời sống. Dưới đây là ứng dụng của một số nguyên tố halogen Monkey tổng hợp để bạn tham khảo:

Ứng dụng clo trong tẩy trắng quần áo. (Ảnh: Sưu tầm Internet)

Nguyên tố

Ứng dụng

Clo

Clo được sử dụng để diệt trùng nước sinh hoạt.

Một lượng lớn clo được dùng để sản xuất các chất hữu cơ. Những dung môi cacbon như tetraclorua, dicloetan được sử dụng rộng rãi để chiết chất béo, khử dầu mỡ trên kim loại. Một số chất hữu cơ còn được dùng để làm thuốc diệt côn trùng. Từ các sản phẩm hữu cơ chứa clo người ta sản xuất được nhiều loại chất dẻo như cao su tổng hợp, nhựa PVC, sợi tổng hợp…

Clo cũng được sử dụng trong sản xuất thuốc tẩy trắng, sát trùng như nước Giaven, clorua vôi, các hóa chất vô cơ…

Flo

Điều chế một số dẫn xuất hidrocacbon chứa flo. Đó là những sản phẩm trung gian để sản xuất ra chất dẻo để bảo vệ.

Flo dùng trong công nghiệp hạt nhân.

Dùng NaF loãng được dùng làm thuốc chống sâu răng.

Brom

Được sử dụng để sản xuất một số dẫn xuất hidrocacbon trong công nghiệp dược phẩm.

Một lượng lớn brom cũng được dùng để sản xuất bạc bromua để tráng phim.

Hợp chất brom được sử dụng nhiều trong công nghiệp dầu mỏ, hóa chất nông nghiệp, phẩm nhuộm…

Iot

Iot phần lớn được dùng để sản xuất dược phẩm.

Dung dịch 5% iot được sử dụng làm thuốc sát trùng vết thương.

Muối iot có thể giúp phòng bệnh bướu cổ.

Bài tập về nhóm halogen SGK Hóa học 10 kèm lời giải

Dựa vào những kiến thức lý thuyết về nhóm halogen ở trên, bạn có thể tự tin làm các bài tập trong SGK để củng cố kiến thức.

làm bài tập về nhóm halogen. (Ảnh: Shutterstock.com)

Bài tập 1 (SGK Hóa học 10, trang 96)

Kim loại nào sau đây tác dụng với dung dịch HCl loãng và tác dụng với khí Cl2 cho cùng loại muối clorua kim loại?

A. Fe

B. Zn

C. Cu

D. Ag

Gợi ý đáp án:

  • Kim loại Zn tác dụng với dung dịch HCl loãng và với khí clo cho cùng loại muối clorua kim loại.

Zn + 2HCl → ZnCl2 + H2.

Zn + Cl2 → ZnCl2.

  • Kim loại sắt tác dụng với dung dịch HCl loãng và khí clo cho 2 loại muối clorua khác nhau là FeCl2 và FeCl3.

Fe + 2HCl → FeCl2 + H2

2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3

Ag, Cu không tác dụng với dung dịch HCl.

Bài tập 2 (SGK Hóa học 10, trang 96)

Đặc điểm nào dưới đây không phải là đặc điểm chung của các nguyên tố halogen (F, Cl, Br, I)?

  1. Nguyên tử chỉ có khả năng thu thêm 1e.

  2. Tạo ra với hidro hợp chất có liên kết cộng hóa trị có cực.

  3. Có số oxi hóa – 1 trong mọi hợp chất.

  4. Lớp electron ngoài cùng của nguyên tử có 7 electron.

Gợi ý đáp án:

Đáp án là: C. Trong tất cả các hợp chất F chỉ có số oxi hóa -1 do F có độ âm điện lớn nhất. Các nguyên tố halogen khác ngoài số oxi hóa -1 còn có các số oxi hóa +1; +3; +5; +7

Bài tập 3 (SGK Hóa học 10, trang 96)

Đặc điểm nào dưới đây là đặc điểm chung của các đơn chất halogen (F2, Cl2, Br2, I2):

  1. Ở điều kiện thường là chất khí.

  2. Có tính oxi hóa mạnh.

  3. Vừa có tính oxi hóa, vừa có tính khử.

  4. Tác dụng mạnh với nước

Gợi ý đáp án:

Đáp án đúng là B. Nhóm halogen có tính oxi hóa mạnh.

Bài 4 (trang 96 SGK Hóa 10): 

So sánh những nguyên tố halogen về các mặt sau:

a) Cấu tạo nguyên tử và cấu tạo phân tử.

b) Tính chất vật lí.

c) Tính chất hóa học.

Gợi ý đáp án:

So sánh những nguyên tố halogen:

Đặc điểm so sánh

Giống nhau

Khác nhau

Cấu tạo nguyên tử và cấu tạo phân tử

Số lớp electron ngoài cùng có 7e. Ở trạng thái cơ bản, nguyên tử halogen đều có 1 electron độc thân.

Phân tử 2 nguyên tử, liên kết cộng hóa trị không cực.

Cấu hình electron lớp ngoài cùng ns2np5

Bán kính nguyên tử tăng dần từ flo đến iot.

Lớp ngoài cùng của nguyên tố flo là lớp thứ 2 nên không có phân lớp d. Nguyên tử clo, brom và iot có phân lớp d còn trống.

Ở trạng thái kích thích, nguyên tử clo, brom hoặc iot có thể có 3, 5 hoặc electron độc thân.

Độ âm điện giảm dần từ flo đến iot

Tính chất vật lý

Trong nhóm halogen, tính chất vật lí biến đổi có quy luật: Trạng thái tập hợp, màu sắc, nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi ...

Trạng thái và màu sắc: Đi từ flo đến iot, trạng thái tập hợp từ thể khí chuyển sang thể lỏng và thể rắn, có màu sắc đậm dần.

Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Tăng dần từ flo đến iot.

Tính tan trong nước: Flo không tan trong nước. Các nguyên tố thuộc nhóm halogen còn lại tan rất ít trong nước, chủ yếu tan nhiều trong một số dung môi hữu cơ.

 

Tính chất hóa học

Giống nhau về tính chất hóa học của đơn chất cũng như về thành phần và tính chất của các hợp chất.

Oxi hóa được hầu hết các kim loại tạo muối halogenua

Khả năng oxi hóa của các halogen giảm dần từ flo đến iot.

Phản ứng với kim loại, với hidro, với nước của các halogen cũng có khác nhau.

Mong rằng với những thông tin tổng hợp trên đây bạn đã hiểu hơn về nhóm halogen là gì cùng những tính chất và ứng dụng điển hình của chúng. Tiếp tục theo dõi chuyên mục Kiến thức cơ bản của Monkey để tìm kiếm thêm nhiều thông tin thú vị mỗi ngày. Chia sẻ nếu thấy bài tổng hợp trên đây của Monkey hữu ích bạn nhé!

Halogen - Ngày truy cập: 08/06/2022

https://en.wikipedia.org/wiki/Halogen

Halogen chemical element group - Ngày truy cập: 08/06/2022

https://www.britannica.com/science/halogen

Đào Vân
Đào Vân

Tôi là Đào Vân, biên tập viên có hơn 4 năm kinh nghiệm viết bài nhiều lĩnh vực như giáo dục, sức khỏe, công nghệ...

Bài viết liên quan

Bạn đang quan tâm đến các kiến thức nuôi dạy con đúng cách và hiệu quả?

Nhận tư vấn Monkey