鹵族元素:周期系ⅦA族元素-中文百科頻道

命名

由于鹵素可以和很多金屬形成鹽類，因此英文鹵素（halogen）來源于希臘語halos（鹽）和gennan（形成）兩個詞。在中文裡，鹵的原意是鹽堿地的意思。

物質簡介

氟單質：常溫下為淡黃色的氣體，極毒，與水反應立即生成氫氟酸和氧氣并發生燃燒，同時能使容器破裂，量多時有爆炸的危險。氟、氟化氫和氫氟酸對玻璃有較強的腐蝕性。氟是氧化性最強的元素，隻能呈-1價。氟氣和氫氣在冷暗處就可發生爆炸！單質氟與鹽溶液的反應，都是先與水反應，生成的氫氟酸再與鹽反應，通入堿中可能導緻爆炸。水溶液氫氟酸是一種弱酸。但卻是腐蝕性最強的氫鹵酸，如果皮膚粘到，将一直腐蝕到骨髓。

氯單質：氯氣常溫下為黃綠色氣體，可溶于水，1體積水能溶解2體積氯氣。劇毒，與水部分發生反應，生成HCl與次氯酸，次氯酸不穩定，分解放出氧氣，并生成次氯酸，氧化性很強，可用于漂白。氯氣溶于水為氯水，不穩定，受光照會分解成HCl與次氯酸。HCl是一種強酸。氯有多種可變化合價。氯氣對肺部有強烈刺激。氯氣也表現出很強的氧化性，可與很多物質反應！

溴單質：溴水在常溫下為深紅棕色液體，可溶于水，100g水能溶解約3g溴。揮發性極強，有毒，蒸氣強烈刺激眼睛、粘膜等。水溶液稱為溴水。溴單質需要加水封存，防止蒸氣逸出危害人體。有氧化性，有多種可變化合價，常溫下與水微弱反應，生成氫溴酸和次溴酸。加熱可使反應加快。氫溴酸是一種強酸，酸性強于氫氯酸。溴一般用于有機合成等方面。

碘單質在常溫下為深灰色固體，易溶于汽油、乙醇等溶劑，微溶于水，加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度。100g水在常溫下可溶解約0.02g碘。低毒，氧化性弱，有多種可變化合價。有升華性，加熱即升華，蒸汽呈紫紅色，但無空氣時為深藍色。有時需要加水封存。氫碘酸為無放射性的最強氫鹵酸，也是無放射性的最強無氧酸。但腐蝕性是所有無放射氫鹵酸中最弱的，僅對皮膚有刺激性。有還原性。碘是所有鹵族元素中最安全的，因為氟、氯、溴的毒性、腐蝕性均比碘強，而砹雖毒性比碘弱，但有放射性。

砹極不穩定，砹210是半衰期最長的同位素，其半衰期也隻有8.3小時，地殼中砹含量隻有10億億億分之一，主要是鐳、锕、钍自動分裂的産物，砹本身也是放射性元素。砹又少又不穩定又難于聚集，其“廬山真面目”誰都沒見過，但科學家卻合成砹的同位素20種。砹的金屬性質比碘還明顯一些，可以與銀化合形成極難還原的AgAt。砹與氫化合産生的氫砹酸（HAt)是最強的氫鹵酸，但腐蝕性是所有氫鹵酸中最弱的。

但是，碘對人體并不安全，尤其是碘蒸氣，會刺激粘膜。即使要補碘，也要用無毒的碘酸鹽。所以所有的鹵族元素對人體都不安全。

性質

1、原子結構特征

最外層電子數相同，均為7個電子，由于電子層數不同，原子半徑不，從F――I原子半徑依次增大，因此原子核對最外層的電子的吸引能力依次減弱，從外界獲得電子的能力依次減弱，單質的氧化性減弱。

2、鹵素元素單質的物理性質的比較

物理性質的遞變規律：從F2→I2，顔色由淺到深，狀态由氣到液到固，熔沸點和密度都逐漸增大，水溶性逐漸減小。

3、鹵素單質化學性質比較

相似性：均能與H2發生反應生成相應鹵化氫，鹵化氫均能溶于水，形成無氧酸。

暗光點燃或光照

H2＋F2===2HFH2+Cl2===2HCl

加熱持續加熱

H2+Br2===2HBrH2+I2====2HI

均能與水反應生成相應的氫鹵酸和次鹵酸（氟除外）

2F2＋2H2O＝＝4HF＋O2

X2+H2O====HX+HXO(X表示ClBrI)

4、遞變性

與氫反應的條件不同，生成的氣體氫化物的穩定性不同，HF＞HCl＞HBr＞HI,

無氧酸的酸性不同，HI＞HBr＞HCl＞HF.。

與水反應的程度不同，從F2→I2逐漸減弱。注意：萃取和分液的概念

1、在溴水中加入四氯碳振蕩靜置有何現象？（分層，下層橙紅色上層無色）

2、在碘水中加入煤油振蕩靜置有何現象？（分層，上層紫紅色，下層無色）

鹵離子的鑒别：加入HNO3酸化的硝酸銀溶液，

Cl-：得白色沉澱Ag++Cl-===AgCl↓

Br-：得淡黃色沉澱Ag++Br-===AgBr↓

I-：得黃色沉澱Ag++I-===AgI↓

性質機理

鹵素的物理、化學特性通常來說，液體鹵素分子的沸點均要高于它們所對應的烴鍊(alcane)。這主要是由于鹵素分子比烴鍊更加電極化，而分子的電極化增加了分子之間的連接力（正電極與負電極的相互吸引），這使我們需要對液體提供更多的能量才能使其蒸發。

鹵素的物理特性和化學特性明顯區分與于它對應的烴鍊的主要原因，在于鹵素原子（如F,Cl,Br,I)與碳原子的連接，即C-X的連接，明顯不同于烴鍊C-H連接。

1：由于鹵素原子通常具有較大的負電性，所以C-X連接比C-H連接更加電極化，但仍然是共價鍵。

2：由于鹵素原子相較于碳原子，通常體積和質量較大，所以C-X連接的偶極子矩（DipoleMoment)和鍵能量（BondingEnergy)遠大于C-H，這些導緻了C-X的連接力（Bondingstrength)遠小于C-H連接。鹵素原子脆弱的p軌道（Orbital）與碳原子穩定的sp3軌道相連接，這也大大降低了C-X連接的穩定性。

位于元素周期表右方的鹵族元素是典型的非金屬。鹵素的電子構型均為ns2np5，它們獲取一個電子以達到穩定結構的趨勢極強烈。所以化學性質很活潑，自然狀态下不能以單質存在，一般化合價為-1價，即鹵離子（X-）的形式。

鹵化物

鹵素單質都有氧化性，氧化性從氟到碘依次降低。碘單質氧化性比較弱，三價鐵離子可以把碘離子氧化為碘。

鹵素單質在堿中容易歧化，方程式為：

3X2+6OH-=5X-+XO3-+3H2O

但在酸性條件下，其逆反應很容易進行：

5X-+XO3-+6H+=3X2+3H2O

這一反應是制取溴和碘單質流程中的最後一步。

鹵素的氫化物叫鹵化氫，為共價化合物；而其溶液叫氫鹵酸，因為它們在水中都以離子形式存在，且都是酸。氫氟酸一般看成是弱酸，pKa=3.20。氫氯酸（即鹽酸）、氫溴酸、氫碘酸都是化學中典型的強酸，它們的pKa均為負數，酸性從HCl到HI依次增強。

鹵素可以顯示多種價态，正價态一般都體現在它們的含氧酸根中：

+1:HXO（次鹵酸）

+3:HXO2（亞鹵酸）

+5:HXO3（鹵酸）

+7:HXO4（高鹵酸）

鹵素的含氧酸均有氧化性，同一種元素中，次鹵酸的氧化性最強。鹵素的氧化物都是酸酐。像二氧化氯（ClO2）這樣的偶氧化态氧化物是混酐。隻由兩種不同的鹵素形成的化合物叫做互鹵化物，其中顯電正性的一種元素呈現正氧化态，氧化态為奇數。這是由于鹵素的價電子數是奇數，周圍以奇數個其它鹵原子與之成鍵比較穩定(如IF7)。互鹵化物都能水解。

鹵素的有機化學反應

在有機化學中，鹵族元素經常作為決定有機化合物化學性質的官能團存在。氯的存在範圍最廣，按照氟、溴、碘的順序減少，砹是人工合成的元素。鹵素單質都是雙原子分子，都有很強的揮發性，熔點和沸點随原子序數的增大而增加。常溫下，氟、氯是氣體、溴是液體，碘是固體。鹵素最常見的有機化學反應為親核性取代反應(nucleophilicsubstitution)。

通常的化學式如：

Nu:-+R-X----R-Nu+X-

"Nu:-"在這裡代表親核負離子，離子的親核性越強，則産率和化學反應的速度越可觀。

"X"在這裡代表鹵素原子，如F，Cl，Br，I，若X-所對應的酸(即HX)為強酸，那麼産率和反應的速度将非常可觀，如果若X-所對應的酸為弱酸，則産率和反應的速度均會下降。在有機化學中，鹵族元素經常作為決定有機化合物化學性質的官能團存在。

從一個未飽和烴鍊制作鹵素為最簡單的方式，通過加成反應，如：

CH3-CH2-CH=CH2+HBr-----CH3-CH2-CH(Br)-CH3

不需要催化劑的情況下，産率90%以上。如果希望将Br加在烴鍊第一個碳原子上，可以使用Karasch的方式：

CH3-CH2-CH=CH2+HBr---->CH3-CH2-CH2-CH2-Br+H2O

催化劑：H2O2

産率90%以上。

從苯制作鹵素澤必須要通過催化劑，如：

C6H6+Br2----〉C6H5-Br

催化劑：FeBr3或者AlCl3

産率相當可觀。從酒精制作鹵素，必須通過好的親核體，強酸作為催化劑以提高産率和速度：

CH3-CH2-CH2-CH2-OH+HBr;----CH3-CH2-CH2-CH2-Br+H2O，注意此反應為平衡反應，故産率和速度有限。

ⅦA族元素包括氟（F）、氯(Cl)、溴（Br）、碘（I）、砹（At），合稱鹵素。其中砹（At）為放射性元素，在産品中幾乎不存在，前四種元素在産品中特别是在聚合物材料中以有機化合物形式存在。目前應用于産品中的鹵素化合物主要為阻燃劑：PBB，PBDE，TBBP-A，PCB，六溴十二烷，三溴苯酚，短鍊氯化石蠟；用于做冷凍劑、隔熱材料的臭氧破壞物質：CFCs、HCFCs、HFCs等。

物質危害

在塑料等聚合物産品中添加鹵素（氟，氯，溴，碘）用以提高燃點，其優點是：燃點比普通聚合物材料高，燃點大約在300℃。燃燒時，會散發出鹵化氣體（氟，氯，溴，碘），迅速吸收氧氣，從而使火熄滅。但其缺點是釋放出的氯氣濃度高時，引起的能見度下降會導緻無法識别逃生路徑，同時氯氣具有很強的毒性，影響人的呼吸系統，此外，含鹵聚合物燃燒釋放出的鹵素氣在與水蒸汽結合時，會生成腐蝕性有害氣體（鹵化氫），對一些設備及建築物造成腐蝕。

PBB，PBDE，TBBPA等溴化阻燃劑是目前使用較多的阻燃劑，主要應用在電子電器行業，包括：電路闆、電腦、燃料電池、電視機和打印機等等。這些含鹵阻燃劑材料在燃燒時産生二惡英，且在環境中能存在多年，甚至終身累積于生物體，無法排出。因此，不少國際大公司在積極推動完全廢止含鹵素材料，如禁止在産品中使用鹵素阻燃劑等。目前對于無鹵化的要求，不同的産品有不同的限量标準：

如無鹵化電線電纜其中鹵素指标為：所有鹵素的值≦50PPM

(根據法規PREN14582)燃燒後産生鹵化氫氣體的含量＜100PPM

(根據法規EN5067-2-1)燃燒後産生的鹵化氫氣體溶于水後的PH值≧4.3(弱酸性)

(根據法規EN-50267-2-2)産品在密閉容器中燃燒後透過一束光線其透光率≧60%

作用

鹵素電熱管是一種密封式的發光發熱管，内充鹵族元素，能有效保證電熱絲壽命。完全符合GB/T241993電工電子産品基本環境試驗規程，和GB4706.1-19921家用和類似電器的安全通用要求性能：

1、電氣性能穩定，電熱功率穩定，升溫快，電熱轉換率高達70%

2、熱效率高、加熱不氧化、使用壽命可達3000小時以上，安全可靠

3、工作時發出的光以可見光和近紅外光為主，84%以上集中在0.75μm～3.5μm區域。可廣泛地應用在工業、農業、民用領域的空氣加熱。比如小家電方面的電暖器、取暖器、電烤箱、電烤爐、雅樂爐、光波爐等。

鹵素元素

氟（F）

英文名稱Fluorine

原子序數：9[1]

相對原子質量原子：18.9984

半徑/Å:0.57

原子體積/cm3/mol:17.1

共價半徑/Å:0.72

電子構型:1s2s2p5

單質：氟氣，淡黃綠色

水溶液（溶解度為20℃的數據）：與水劇烈反應(即氫氟酸2F2+2H2O==4HF+O2

銀鹽：AgF，白色，可溶于水

其他：K+/Na+單一鹵素的均為白色，液體透明無色

氟氣常溫下為淡黃綠色的氣體，有劇毒。與水反應立即生成氫氟酸和氧氣并發生燃燒，同時能使容器破裂，量多時有爆炸的危險。氟、氟化氫（氫氟酸）對玻璃都有較強的腐蝕性。氟是氧化性最強的元素（而且不具有d軌道），隻能呈—1價。單質氟與鹽溶液的反應，都是先與水反應，生成的氫氟酸再與鹽的反應；通入堿中可能導緻爆炸。水溶液氫氟酸是一種弱酸。但卻是穩定性最強的氫鹵酸，因為氟原子含有較大的電子親和能。如果皮膚不慎粘到，将一直腐蝕到骨髓。化學性質活潑，能與幾乎所有元素發生反應（除氦、氖等惰性氣體）。

氯（Cl）

英文名稱：Chlorine

原子序數：17[1]

相對原子質量：35.4527

原子半徑/Å:0.97

原子體積/cm3/mol:22.7

共價半徑/Å:0.99

電子構型:1s2s2p63s2p5

離子半徑/Å:1.81

單質：氯氣：黃綠色

水溶液（溶解度為20℃的數據）：氯水：黃綠色，溶解度0.09mol/L

CCl4溶液：黃綠色

苯溶液：黃綠色

銀鹽：AgCl：白色，難溶于水

其他：CuCl2固體（無結晶水）：棕黃色；CuCl2溶液：藍色；FeCl3溶液：黃色FeCl2溶液：淺綠色[2]

氯氣常溫下為黃綠色氣體，可溶于水，1體積水能溶解2體積氯氣。有毒，與水部分發生反應，生成鹽酸（HCl）與次氯酸（HClO)，次氯酸（HClO)不穩定，分解放出氧氣，并生成鹽酸，次氯酸氧化性很強，可用于漂白。氯的水溶液稱為氯水，不穩定，受光照會分解成HCl與氧氣。液态氯氣稱為液氯。HCl溶液是一種強酸。氯有多種可變化合價。氯氣對肺部有強烈刺激。氯可與大多數元素反應。氯氣具有強氧化性,氯氣與變價金屬反應時，生成最高金屬氯化物。

通常所說的元素随其價态升高氧化性增強，氯的含氧酸氧化性大小為HClO4

溴（Br）

英文名稱：Bromine

原子序數：35

相對原子質量：79.904

原子半徑/Å:1.12

原子體積/cm3/mol:23.5

共價半徑/Å:1.14

電子構型:1s2s2p63s3p63d104s2p5

離子半徑/Å:1.96

相關顔色：

單質：液溴：深紅棕色

水溶液（溶解度為20℃的數據）：溴水：橙色，溶解度0.21mol/L（由于濃度不同在題中可能會出現如下顔色：黃色，棕紅（紅棕）色）

CCl4溶液：橙紅色苯溶液：橙紅色

酒精溶液：橙紅色

銀鹽：AgBr：淡黃色，難溶于水

其他：BaBr2溶液：無色；CuBr2固體：黑色結晶或結晶性粉末；MgBr2溶液：無色

液溴，在常溫下為深紅棕色液體，可溶于水，100克水能溶解約3克溴。揮發性極強，有毒，蒸氣強烈刺激眼睛、粘膜等。水溶液稱為溴水。溴單質需要存儲容器的封口帶有水封，防止蒸氣逸出危害人體。有氧化性，有多種可變化合價，常溫下與水微弱反應，生成氫溴酸和次溴酸。加熱可使反應加快。氫溴酸是一種強酸，酸性強于氫氯酸。溴一般用于有機合成等方面。還可用于一些物質的萃取（如碘）

碘（I）

英文名稱：Iodine

原子序數：53[1]

相對原子質量126.90447

原子半徑/Å:1.32

原子體積/cm3/mol:25.74

離子半徑/Å:2.2

共價半徑/Å:1.33

相關顔色：

單質：碘單質：紫黑色；碘蒸氣；紫色

水溶液（溶解度為20℃的數據）：碘水：棕黃色，溶解度0.0013mol/L（由于濃度不同，在題中可能會出現如下顔色：棕黃色，紫（紅）色，褐色）

CCl4溶液：紫色

苯溶液：紫色

酒精溶溶液液：褐色

銀鹽：AgI：黃色，難溶于水

碘在常溫下為紫黑色固體，具有毒性，易溶于汽油、乙醇、苯等溶劑，微溶于水，加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度。100g水在常溫下可溶解約0.02g碘。低毒，氧化性弱，有多種可變化合價。有升華性，加熱即升華，蒸汽呈紫紅色，但無空氣時為深藍色。有時需要加水封存。氫碘酸為無放射性的最強氫鹵酸，也是無放射性的最強無氧酸。但腐蝕性是所有無放射氫鹵酸中最弱的，因為碘原子的半徑較大，電子親和能與電負性較小，易于損失氫離子。有還原性。

碘是所有鹵族元素中最安全的，因為氟、氯、溴的毒性、腐蝕性均比碘強，而砹雖毒性比碘弱，但有放射性。但是，碘對人體并不安全，尤其是碘蒸氣，會刺激粘膜。即使要補碘，也要用無毒的碘酸鹽（如碘酸鉀KIO₃）。所以所有的鹵族元素對人體都不安全。

砹（At）

英文名稱：Astatine

砹的半衰期:8.3小時

原子序數：85[1]

相對原子質量：209.9871

原子半徑/Å:0.57

原子體積/cm3/mol:17.1

共價半徑/Å:0.72

離子半徑/Å:1.33

砹（At）極不穩定。砹210是半衰期最長的同位素，其半衰期也隻有8.3小時。地殼中砹含量隻有10億億億分之一，主要是鐳、锕同位素、钍自動分裂的産物。砹是放射性元素。其量少、不穩定、難于聚集，其“廬山真面目”誰都沒見過（金屬性應該更強。顔色應比碘還要深，可能呈黑色固體）。但科學家卻合成砹的同位素20種。砹的金屬性質比碘還明顯一些，可以與銀化合形成極難還原的AgAt。砹與氫化合産生的氫砹酸（HAt）是最強的、最不穩定的氫鹵酸，但腐蝕性是所有氫鹵酸中最弱的。

Uus（117号元素）

2010年，總部位于俄羅斯首都莫斯科郊外的杜布納聯合核研究所成功合成了117号新元素——在實驗室人工創造的最新的超重元素。一篇描述了這個新發現論文已經被《物理評論快報》接受發表。新元素目前尚未被命名，放入元素周期表的116号元素和118号元素之間的位置，這兩者都已經被發現。

這種超重元素通常是具有非常強的放射性，并且幾乎立即會發生衰變。但是，許多研究人員認為甚至更重的元素也可能占據一個可以讓超重原子堅持了一段時間“穩定島”。新的工作進一步支撐了一觀點。對新元素的進行放射性衰變分析後，尤裡的研究小組在新的論文中寫道：“為預測超重元素‘穩定島’的存在提供了試驗驗證”。

由俄羅斯杜布納的聯合核研究所的尤裡領導的研究小組報告稱用含有97個質子和152個中子的锫249轟擊鈣Ca48——一種有20個質子和28個中子組成的Ca40的同位素。撞擊會生成兩種擁有117個質子的同位素，其中一種核素有176個中子，而另一種核素有177個中子。

2012年，俄羅斯科研小組再次成功合成117号元素，從而為117号元素正式加入元素周期表掃清了障礙。雖然2010年就首次成功合成了117号元素，然而國際理論與應用化學聯合會(IUPAC)要求杜布納聯合核研究所再次合成該元素，之後他們才能正式批準将它加入元素周期表。

杜布納聯合核研究所的一名高級負責人說，研究小組已經成功完成了驗證工作，并向IUPAC正式提交117号元素的登記申請；如果順利，117号元素将會在一年内被命名，并歸入元素周期表。據悉，杜布納聯合核研究所使用粒子回旋加速器，用由20個質子和28個中子組成的鈣48原子，轟擊含有97個質子和152個中子的锫249原子，生成了6個擁有117個質子的新原子，其中的5個原子有176個中子，另一個原子有177個中子。

已知的性質

名稱符号,序數Uus、Uus、117

系列鹵素

族，周期;元素分區:17族（鹵族）（第ⅦA族），7,p

顔色和外表:未知；可能是金屬态；

銀白色或灰色

原子量原子量單位

價電子排布可能為[氡]5f146d107s27p5

電子在每能級的排布2,8,18,32,32,18,7

原子序數：117

相對原子質量：

核内中子數：173