結構生物化學/無機化學/非金屬/鹵素

鹵素

鹵素是

氟 (F)
氯 (Cl)
溴 (Br)
碘 (I)
砈 (At)

鹵素是元素週期表第 17 族的一部分。鹵素具有不同的物理性質；在室溫下，氟和氯是氣體，溴是液體，碘是固體。另一方面，它們的化學性質非常相似。任何鹵素都將以 1:1 的比例與任何鹼金屬反應形成鹼金屬鹵化物。這些鹽類化合物的一些例子是 NaCl、LiF 和 RbI。

反應性

鹵素極具電負性，這意味著它們非常活潑，因為它們只差一個電子就能填滿最外層的電子層。鹵素氟是最活潑的元素之一，必須小心處理。氟的儲存非常困難，因為它可能會與含水的玻璃發生反應，因此通常儲存在內襯氟化物化合物的容器中。氯和溴由於其高反應性可用作消毒劑。碘也可用作皮膚消毒劑。

此外，鹵素意味著“成鹽劑”，含有鹵素的化合物也稱為“鹽”。所有鹵素在外層都有七個電子，這使它們具有 -1 的氧化數。此外，在室溫下，鹵素以三種狀態存在：液態、固態和氣態。氣態包括氟和氯，液態包括溴，固態包括碘和砈。

氟

氟的原子序數為 9。它可以與自身形成單鍵。它的特徵是具有劇毒的黃褐色氣體，反應性很強。在室溫下，氟以氣態存在。

氟化物是氟的還原形式，攝入這種離子會對人體造成毒性影響。儘管有毒，但氟化物存在於許多日常產品中，包括牙膏、維生素補充劑、嬰兒配方奶粉，甚至公共飲用水。許多牙科產品含有氟化物以防止蛀牙，但過度攝入會導致致命。影響包括出生缺陷、骨關節炎、骨癌和子宮癌，以及骨骼氟中毒。氟化物中毒可以透過醫療實驗室測量血液樣本中的鉀和鈣含量來檢測。鈣含量過低，鉀含量過高可能是氟化物暴露過量跡象。

氟的應用

有許多化合物涉及元素氟，其中許多化合物對研究非常有用。其中一個例子是冰晶石。冰晶石是一種鈉-鋁-氟化物化合物，用於霍爾-埃魯特法，其中將冰晶石與熔融氧化鋁混合，然後進行電解。這會導致在電泳的陰極處收集鋁金屬。這是一種透過使用氟化物前體生產純鋁的工業方法。另一種重要的日常氟化物化合物是氟化鈉。這種化合物在某種意義上具有雙重用途，因為它以氟磷灰石的形式存在於牙齒的琺琅質中。透過對水進行氟化，使用這種水的人可以獲得氟的益處，為牙齒提供額外的強度。另一個主要用途是牙膏中的活性成分。在牙膏中，氟化鈉作為活性成分使水解離。這種解離導致氟原子分離，使其能夠被吸收進入牙齒的骨骼，增強其強度。更復雜的含氟化合物在工業環境和家庭環境中都有使用，包括聚四氟乙烯，通常被稱為特氟龍。此外，許多製冷劑都使用氟，以及滅火劑和氣溶膠噴霧劑中的推進劑。

氯

氯的原子序數為 17。它在自然界中含量豐富，因為它是一種常見的鹽，如氯化鈉 (NaCl) 的一部分。在元素形式中，它可以被視為一種淡綠色的氣體。氯在室溫下也處於氣態。

在生物系統中，氯約佔人體重量的 0.15%。氯主要用於生產鹽酸，鹽酸由胃中的壁細胞分泌，用於維持胃蛋白酶的酸性環境。它在維持體液的正常酸鹼平衡中起著至關重要的作用。它在腸道中被吸收，並透過尿液、汗液、嘔吐物和腹瀉排出體外。

氯缺乏會導致一種稱為代謝性鹼中毒的疾病，在這種疾病中，血液的 pH 值高於正常水平。症狀包括：通氣減少、尿液酸化和鉀過度排洩。

原子氯也可能與臭氧的消耗有關。氯氟烴 (CFC) 最初用於冰箱和空調，會逸出並上升到平流層，然後被來自太陽的紫外線分解形成原子 Cl。新形成的原子氯然後可以與臭氧 (O₃) 反應，從而消耗平流層中的臭氧濃度並形成氧氣 (O₂)。

溴

溴的原子序數為 35。在室溫下，它是紅褐色的液體。溴的蒸汽具有腐蝕性和毒性。溴是唯一在室溫下呈液態的鹵素。它具有類似顏色的蒸汽，具有令人不快且令人窒息的氣味。它是唯一在常溫常壓下呈液態的非金屬元素，它在標準溫度和壓力下很容易蒸發成紅色蒸汽，具有強烈的令人不愉快的氣味，類似於氯的氣味。溴的化學活性低於氯和氟，但高於碘；它的化合物與其他鹵素的化合物相似。溴可溶於有機溶劑和水中。

碘

碘的原子序數為 53。在室溫下，它是深紫色至灰色的固體，是活生物體中最重的元素。

碘是人體必需的礦物質。它主要用於甲狀腺，但也存在於乳腺、唾液腺和腎上腺中。沒有碘，甲狀腺激素就不能產生，這會導致一種稱為甲狀腺功能減退症的疾病。如果不進行治療，甲狀腺會腫脹並形成可見的甲狀腺腫。患有甲狀腺功能減退症的兒童可能會發育智力遲緩。在女性中，甲狀腺功能減退症會導致不孕、流產、乳腺癌和卵巢癌。甲狀腺問題多年來一直是許多人的常見問題，尤其是在中年女性中。相關研究表明，近年來，普通人群的碘含量顯著下降。大多數鹽都含有碘，隨著目前的健康問題，許多人已經減少了鹽的攝入量，因此碘的攝入量也減少了。

碘的應用

由於碘的氧化能力低於氟和氯，因此其應用不如上述兩種鹵素廣泛。大多數鹵素的應用都源於其氧化能力。儘管如此，碘在醫學領域仍有其應用。碘和碘化鉀的溶液被稱為“盧戈氏碘液”，存在於緊急安全工具包中，用於消毒傷口和殺滅水中可能存在的細菌，從而消毒水。碘在醫學領域的另一個應用是透過碘衍生物生成某些甲狀腺激素。甲狀腺激素，如甲狀腺素和三碘甲狀腺原氨酸，依賴於少量碘。碘缺乏通常會導致“甲狀腺腫”，即甲狀腺和喉部的腫脹。為了預防這種腫脹，建議多吃海鮮，因為海水自然含有較多的碘，海產品中含有較高的碘含量，食用後會被人體吸收。

砈

砈的原子序數為85。這種元素具有放射性，是在自然界中發現放射性的。它也是最重的鹵素，但每次發現的量都很小，因為它半衰期很短。據推測，它是一種黑色固體。在室溫下，砈以固體形式存在。可以在這裡找到砈的影像：砈

鹵化氫

鹵化氫包括HF、HCl、HBr、HI和HAt，它們都是強酸，因為它們可以完全解離成離子。

參考文獻

http://www.globalhealingcenter.com/natural-health/how-safe-is-fluoride/ http://www.springboard4health.com/notebook/min_chloride.html

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Oxtoby, David. (2008). 現代化學原理，第6版，ISBN0-534-49366-1。

"氯氟烴的生產和應用"。CIESIN主題指南。 http://www.ciesin.org/TG/OZ/prodcfcs.html