Halogen và những ứng dụng thiết thực trong đời sống

Halogen và những ứng dụng quan trọng vào đời sống
1. Halogen là gì và cấu tạo phân tử của nhóm Halogen
1.1. Halogen là gì?
Halogen (các nguyên tố nhóm Halogen) là những nguyên tố hóa học thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học. Nhóm VIIA này bao gồm các nguyên tố: Flo (F), Clo (Cl), Brôm (Br), Iốt (I), Astatin (At – nguyên tố phóng xạ hiếm gặp), Tennessine (Ts - nguyên tố mới được phát hiện). Hai nguyên tố At và Ts là những nguyên tố đang được xem xét để xếp là ngoài nhóm này nên ta sẽ tập chung tìm hiểu về F, Cl, Br, I.

Halogen là những nguyên tố thuộc nhóm VIIA trong bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học
1.2. Cấu tạo phân tử và và cấu hình electron nguyên tử của nhóm halogen
- Các nguyên tố nhóm halogen đều có cấu hình electron là ns2np5 (7 electron ở lớp ngoài cùng, trong đó phân lớp s có 2 electron và phân lớp p có 5 electron).
- Ở trạng thái tự do, 2 nguyên tử thuộc nhóm halogen thường góp chung một đôi electron để tạo ra phân tử có liên kết cộng hóa trị không phân cực vì chỉ thiếu 1 electron ở lớp ngoài cùng là những nguyên tố này sẽ đạt được cấu hình electron bền như khí hiếm.
- Liên kết phân tử (X2) không được bền nên chúng dễ bị tách thành hai nguyên tử X. Tính chất hóa học cơ bản của nhóm các nguyên tố halogen là tính oxi hóa mạnh vì những nguyên tử này dễ nhận thêm 1 electron trong các phản ứng hóa học.

Các nguyên tố nhóm halogen đều có cấu hình electron là ns2np5
2. Các tính chất của nhóm nguyên tố Halogen?
2.1. Tính chất vật lý
- Trạng thái và màu sắc: Chuyển từ thể khí sang thể lỏng và thể rắn, cùng với đó màu sắc sẽ đậm dần lên. F ở dạng khí, màu lục nhạt. Cl ở dạng khí, màu vàng lục. Br ở dạng lỏng, màu đỏ nâu. I ở trạng thái rắn, màu đen tím, dễ thăng hoa.
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ sôi: Tăng dần từ F đến I
- Độ tan: F không tan trong nước, các chất Cl, Br, I tan tương đối ít, chỉ tan nhiều trong một vài dung môi hữu cơ.
- Trạng thái tồn tại trong tự nhiên: Tồn tại ở dạng hợp chất. F chủ yếu ở trong khoáng vật Florit, criolit; Cl tồn tại ở dạng muối clorua; Br chủ yếu trong muối bromua của kali, natri và magie, I có trong mô một số loại rong biển và tuyến giáp con người.
2.2. Tính chất hóa học của các nguyên tố nhóm halogen.
- Các nguyên tố thuộc nhóm halogen là những phi kim điển hình, vì đã có 7 electron ở lớp e ngoài cùng nên dễ nhận thêm 1 electron để thể hiện tính oxi hóa mạnh.
- Tính oxi hóa của nhóm này sẽ giảm dần từ Flo đến Iốt
- F luôn luôn có mức oxi hóa -1; Cl, Br, I ngoài mức oxi hóa -1 còn có cả mức +1, +3, +5, +7 trong các hợp chất.
3. Một số phản ứng thể hiện tính chất của nhóm các nguyên tố halogen
3.1. Halogen tác dụng với kim loại
- Trừ Au và Pt thì các nguyên tố halogen phản ứng hầu hết với các kim loại (riêng với F2 phản ứng với mọi kim loại) để tạo muối halogenua (thường xảy ra ở điều kiện nhiệt độ cao):
2M + nX2 → 2MXn
- Phản ứng với hyđro để tạo nên hydro halogenua:
H2 + X2 → 2HX
Mỗi halogen lại có điều kiện khác nhau để tạo thành phản ứng:

• F2: có thể xảy ra cả trong bóng tối và ánh sáng
• Cl2: chỉ hoạt động khi được chiếu sáng
• Br2: phải được đun nóng ở nhiệt độ cao
• I2: cần được đun nóng và phản ứng mang tính thuận nghịch

3.2. Tác dụng với nước
- F2 tác dụng mạnh với nước giải phóng oxi:
2H2O + 2F2 → 4HF + O2
- Br2 và Cl2 phản ứng thuận nghịch với nước:
H2O + Cl2 ↔ HCl + HClO
- Riêng I2 không có phản ứng với nước.
3.3. Phản ứng với dung dịch kiềm
- Đối với dung dịch kiềm loãng nguội:
X2 + 2NaOH → NaX + NaXO + H2O
(Vd: Cl2 + 2NaOH → NaCl + NaClO + H2O)
Riêng F2 : 2F2 + 2NaOH → 2NaF + H2O + OF2
- Đối với dung dịch kiềm đặc:
3X2 + 6KOH → 5KX + KXO3 + 3H2O
(Vd: 3Cl + 6KOH → 5KCl + KClO3 + 3H2O ở điều kiện 100 độ C)
3.4. Tác dụng với dung dịch muối halogenua
Tác dụng với các dung dịch muối halogenua của nhóm halogen có tính oxi hóa yếu hơn. Riêng F2 không có phản ứng.
X2 + 2NaX’ → 2NaX + X’2
4. Những ứng dụng của nhóm nguyên tố Halogen vào đời sống
- Ứng dụng vào sản xuất đèn halogen: Khí halogen đóng vai trò quan trọng trong việc những chiếc bóng đèn halogen ra đời. Sự kết hợp của khí halogen (iốt, brôm) cùng sợi dây tóc vonfram tạo ra 1 phản ứng hóa học, bổ sung vonfram cho dây tóc, nhờ đó mà tăng tuổi thọ và kéo dài độ trong suốt của vỏ bóng đèn. So với đèn chứa khí thông thường có cùng công suất, bóng đèn halogen có thể hoạt động ở nhiệt độ cao hơn, hiệu suất chiếu sáng cũng vượt trội hơn.
- Ứng dụng của halogen trong ngành điện tử và vật liệu: Các chất và hợp chất của Halogen miễn phí thường được sử dụng để làm chất chống cháy và được đưa vào trong các thành phần của linh kiện điện tử, vật liệu, chất dẻo hay vỏ của sản phẩm. Tuy nhiên, loại chất chống cháy chứa halogen thường không tái chế được, quá trình đốt sẽ giải phóng các chất có hại cho sức khỏe và môi trường.
- Ứng dụng trong y học và: Các nguyên tố nhóm halogen có vai trò rất quan trọng trong y học. Các chế phẩm từ nhóm halogen được đưa vào phục vụ đắc lực cho y tế:
Thuốc bôi iốt được dùng trong việc sát trùng vết thương.
Iốt–123 được sử dụng để tạo ảnh và theo dõi hoạt động của tuyến giáp.
Iốt–131 góp phần quan trọng trong điều trị ung thư tuyến giáp, bệnh Grave.
Flo là một thành phần trong nhiều hợp chất dược phẩm hiện nay như: thuốc chống nhiễm trùng. thuốc chống suy nhược, thuốc chống viêm khớp…
Clo và Brom thường được dùng để khử trùng bề mặt nước.
Các nguyên tố halogen là thành phần quan trọng của thuốc, vì chúng hỗ trợ thuốc xâm nhập vào các mô.

Thuốc bôi iốt được dùng trong việc sát trùng vết thương
Nhóm Halogen không chỉ là nhóm nguyên tố quan trọng trong bảng tuần hoàn mà còn là những yếu tố không thể thiếu trong đời sống hiện đại. Từ việc khử trùng nước, chăm sóc sức khỏe đến chiếu sáng và công nghệ, halogen đã và đang đóng góp vào việc cải thiện chất lượng cuộc sống của con người.