A-level 化學/AQA/模組 2/VII 族: 鹵素

物理性質

元素週期表第七族中包含的元素通常被稱為鹵素，或者當它們以陰離子（帶負電荷）形式存在時被稱為鹵化物離子，例如氟的鹵化物為 F^-。我們通常關注的是四種鹵素：氟 (F₂)、氯 (Cl₂)、溴 (Br₂) 和碘 (I₂)。

在室溫下，這四種元素以以下形式存在

氟：黃色氣體
氯：黃綠色氣體
溴：紅棕色液體
碘：深紫色固體 - 昇華成紫色蒸汽

鹵素是高反應性元素，以雙原子狀態（X₂）共價鍵存在。由於它們的高反應性，它們永遠不會以遊離狀態存在，而是總是與其他元素結合，形成化合物。

隨著你在元素週期表中向下移動，原子會變大，因為每種元素都比它上面的元素多了一個充滿的主電子層。

在氟以雙原子分子形式存在的情況下，F-F 鍵意外地很弱。這是因為這些原子是鹵素中最小的，因此在鍵合時，電子非常靠近，導致未鍵合電子之間發生排斥。

隨著我們向下移動元素週期表，外殼離原子核越來越遠。因此，由於電子之間的遮蔽效應，外層電子與原子核之間的吸引力較弱。

隨著原子的大小和相對原子質量的增加，鹵素的範德華力強度增加，因此鹵素的沸點在元素週期表中向下移動時升高。這種變化表現為元素在元素週期表中向下移動時物理狀態的變化，從氣態氟到固態碘。

這是原子在共價鍵中吸引電子或電子密度的能力。電負性取決於原子核與外殼中成鍵電子之間的吸引力，這反過來取決於原子核中質子數（核電荷）、原子核與成鍵電子之間的距離以及內層電子的遮蔽效應之間的平衡。

氫鹵化物（HX），其中 X 是鹵素，隨著原子在元素週期表中向下移動時變大，H-X 鍵距離原子核越來越遠。這使得共享電子離鹵素原子核更遠，並增加了更多內層電子的遮蔽效應，因此電負性在元素週期表中向下移動時降低。

鹵素將在溶液中與金屬鹵化物發生反應，從而使鹵化物被更具反應性的鹵素取代，這些反應被稱為置換反應，例如以下反應。

Cl₂ + 2NaBr → Br₂ + 2NaCl

離子形式

Cl₂ + ~~2Na⁺~~ + 2Br^- → Br₂ + ~~2Na⁺~~ + 2Cl^-

兩個鈉離子是旁觀離子。
在這個氧化還原反應中，氯作為氧化劑，透過從 Br^- 中去除電子，從而將 2Br^- 氧化為 Br₂。通常，鹵素會取代元素週期表中位於它下方的鹵素的離子。