ฮาโลเจน: คุณสมบัติโครงสร้างและการใช้งาน - เคมี - 2026

ฮาโลเจนไม่ได้เป็นธาตุโลหะที่อยู่ในกลุ่ม VIIA หรือ 17 ของตารางธาตุ พวกมันมีอิเล็กโทรเนกาติวิตีและความชอบพอทางอิเล็กทรอนิกส์สูงซึ่งส่งผลต่อลักษณะไอออนิกของพันธะกับโลหะอย่างมาก คำว่า 'ฮาโลเจน' มีต้นกำเนิดจากภาษากรีกและหมายถึง 'ตัวสร้างเกลือ'

แต่ฮาโลเจนเหล่านี้คืออะไร? ฟลูออรีน (F) คลอรีน (Cl) โบรมีน (Br) ไอโอดีน (I) และแอสทาทีนกัมมันตภาพรังสีและธาตุชั่วคราว (At) พวกเขาจะมีปฏิกิริยาที่พวกเขาตอบสนองกับแต่ละอื่น ๆ ในรูปแบบโมเลกุล: F ₂ , Cl ₂ , BR ₂ผม₂และที่2 โมเลกุลเหล่านี้มีลักษณะที่มีคุณสมบัติทางโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน (โมเลกุลเชิงเส้น) แม้ว่าจะมีสถานะทางกายภาพที่แตกต่างกัน

ที่มา: โดย W. Oelen ผ่าน Wikimedia Commons

ฮาโลเจนสามตัวแสดงอยู่ในภาพด้านบน จากซ้ายไปขวา: คลอรีนโบรมีนและไอโอดีน ไม่สามารถเก็บฟลูออรีนหรือแอสทาทีนไว้ในภาชนะแก้วได้เนื่องจากสารชนิดนี้ไม่ต้านทานการกัดกร่อน สังเกตว่าคุณสมบัติทางประสาทสัมผัสของฮาโลเจนเปลี่ยนไปอย่างไรเมื่อย้ายกลุ่มของพวกมันไปยังธาตุไอโอดีน

ฟลูออรีนเป็นก๊าซที่มีสีเหลือง คลอรีนด้วย แต่มีสีเหลืองอมเขียว โบรมีนเป็นของเหลวสีแดงเข้ม ไอโอดีนซึ่งเป็นของแข็งสีดำที่มีสีม่วงเข้ม และแอสทาทีนซึ่งเป็นโลหะแข็งสีเข้มและมันวาว

ฮาโลเจนสามารถทำปฏิกิริยากับองค์ประกอบเกือบทั้งหมดของตารางธาตุแม้จะมีก๊าซมีตระกูล (เช่นซีนอนและคริปทอน) เมื่อทำเช่นนั้นพวกเขาสามารถออกซิไดซ์อะตอมไปสู่สถานะออกซิเดชั่นที่เป็นบวกได้มากที่สุดทำให้พวกมันกลายเป็นตัวออกซิไดซ์ที่ทรงพลัง

นอกจากนี้ยังให้คุณสมบัติเฉพาะของโมเลกุลเมื่อพวกมันจับหรือแทนที่อะตอมบางส่วน สารประกอบประเภทนี้เรียกว่าเฮไลด์ ในความเป็นจริงเฮไลด์เป็นแหล่งธรรมชาติหลักของฮาโลเจนและหลายชนิดละลายในทะเลหรือเป็นส่วนหนึ่งของแร่ธาตุ เช่นกรณีของฟลูออไรต์ (CaF ₂ )

ทั้งฮาโลเจนและเฮไลด์มีการใช้งานที่หลากหลาย จากอุตสาหกรรมหรือเทคโนโลยีเพื่อเน้นรสชาติของอาหารบางชนิดเช่นเกลือสินเธาว์ (โซเดียมคลอไรด์)

คุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมี

น้ำหนักอะตอม

ฟลูออรีน (F) 18.99 กรัม / โมล; คลอรีน (Cl) 35.45 g / mol; โบรมีน (Br) 79.90 g / mol; ไอโอดีน (I) 126.9 g / mol และ Astate (At) 210 g / mol,

สภาพร่างกาย

เฟสก๊าซ; ก๊าซ Cl; ของเหลว br; ฉันแข็งและแข็ง

สี

F, น้ำตาลเหลืองซีด; Cl เขียวซีด; Br, น้ำตาลแดง; I, violet และ At, สีดำเมทัลลิก * * (สันนิษฐาน)

จุดหลอมเหลว

ฉ -219.6 ° C; คลิ -101.5 ° C; Br -7.3 ° C; I 113.7º C และที่302º C

จุดเดือด

ฉ -118.12 ° C; คลอ -34.04 ° C; Br 58.8 ° C; I 184.3º C และ? ที่337º C

ความหนาแน่นที่25º C

F - 0.0017 ก. / ซม. ³ ; Cl- 0.0032 ก. / ซม. ³ ; Br - 3.102 ก. / ซม. ³ ; I- 4.93 g / cm ³และ At- 6.2-6.5 g / cm ³

ความสามารถในการละลายน้ำ

Cl- 0.091 mmol / ซม. ³ ; Br- 0.21 mmol / cm ³และ I- 0.0013 mmol / cm ³ .

พลังงานไอออไนเซชัน

F- 1,681 กิโลจูล / โมล; Cl- 1,251 กิโลจูล / โมล; Br - 1,140 กิโลจูล / โมล; I- 1.008 kJ / mol และ At- 890 kJ / mol

อิเล็ก

ฉ - 4.0; คล - 3.0; บ - 2.8; I- 2.5 และ At- 2.2

ฮาโลเจนมีอิเล็กตรอน 7 ตัวในเปลือกวาเลนซ์ดังนั้นจึงมีความกระตือรือร้นอย่างมากที่จะได้รับอิเล็กตรอน นอกจากนี้ฮาโลเจนยังมีค่าอิเล็กโทรเนกาติวิตีสูงเนื่องจากมีรัศมีอะตอมที่เล็กและแรงดึงดูดอันยิ่งใหญ่ที่นิวเคลียสกระทำต่อเวเลนซ์อิเล็กตรอน

การเกิดปฏิกิริยา

ฮาโลเจนมีปฏิกิริยาสูงซึ่งจะอธิบายความเป็นพิษได้ นอกจากนี้ยังเป็นตัวออกซิไดซ์

ลำดับที่ลดลงของปฏิกิริยาคือ: F> Cl> Br> I> At

สภาพในธรรมชาติ

เนื่องจากการเกิดปฏิกิริยาที่ดีทำให้อะตอมของฮาโลเจนไม่มีอิสระในธรรมชาติ แต่จะพบว่าพวกมันก่อตัวเป็นมวลรวมหรือเป็นโมเลกุลไดอะตอมที่เชื่อมโยงกันด้วยพันธะโควาเลนต์

โครงสร้างโมเลกุล

ฮาโลเจนไม่มีอยู่ในธรรมชาติเป็นอะตอมของธาตุ แต่เป็นโมเลกุลของไดอะตอม อย่างไรก็ตามพวกเขาทุกคนมีเหมือนกันคือมีโครงสร้างโมเลกุลเชิงเส้นและความแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือความยาวของพันธะและปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล

โมเลกุลเชิงเส้น XX (X ₂ ) มีลักษณะไม่เสถียรเนื่องจากอะตอมทั้งสองดึงดูดอิเล็กตรอนคู่นั้นเข้าหาพวกมันอย่างมาก ทำไม? เนื่องจากอิเล็กตรอนวงนอกสัมผัสกับประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสูงมาก Zef ยิ่ง Zef สูงเท่าใดระยะห่างของลิงค์ XX ก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

เมื่อกลุ่มหนึ่งเคลื่อนตัวลง Zef จะอ่อนแอลงและความเสถียรของโมเลกุลเหล่านี้จะเพิ่มขึ้น ดังนั้นเพื่อลดการเกิดปฏิกิริยาคือ: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > ฉัน2 อย่างไรก็ตามการเปรียบเทียบแอสทาทีนกับฟลูออรีนไม่สอดคล้องกันเนื่องจากไม่ทราบไอโซโทปที่เสถียรเพียงพอเนื่องจากกัมมันตภาพรังสี

ปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุล

ในทางกลับกันโมเลกุลของมันไม่มีโมเมนต์ไดโพลซึ่งเป็นอะโพลาร์ ข้อเท็จจริงนี้รับผิดชอบต่อปฏิสัมพันธ์ระหว่างโมเลกุลที่อ่อนแอซึ่งมีแรงแฝงเพียงอย่างเดียวคือแรงกระจัดกระจายหรือลอนดอนซึ่งเป็นสัดส่วนกับมวลอะตอมและพื้นที่โมเลกุล

ด้วยวิธีนี้โมเลกุลขนาดเล็กของ F ₂จึงไม่มีมวลหรืออิเล็กตรอนเพียงพอที่จะรวมตัวกันเป็นของแข็ง ซึ่งแตกต่างจาก I ₂คือโมเลกุลของไอโอดีนซึ่งยังคงเป็นของแข็งที่ให้ไอระเหยสีม่วงออกมา

โบรมีนเป็นตัวอย่างขั้นกลางระหว่างสองขั้ว: โมเลกุล Br ₂มีปฏิสัมพันธ์กันมากพอที่จะปรากฏในสถานะของเหลว

แอสทาทีนอาจเนื่องมาจากลักษณะโลหะที่เพิ่มขึ้นจึงไม่ปรากฏเป็น At ₂แต่เนื่องจากอะตอมสร้างพันธะโลหะ

เกี่ยวกับสีของมัน (เหลือง - เขียว - เหลือง - แดง - ม่วง - ดำ) คำอธิบายที่เหมาะสมที่สุดจะขึ้นอยู่กับทฤษฎีการโคจรของโมเลกุล (TOM) ระยะห่างที่กระปรี้กระเปร่าระหว่างออร์บิทัลโมเลกุลสุดท้ายกับวงโคจรถัดไปที่มีพลังงานสูงสุด (ต่อต้านพันธะ) จะเอาชนะได้โดยการดูดซับโฟตอนที่มีความยาวคลื่นเพิ่มขึ้น

ไลด์

ฮาโลเจนทำปฏิกิริยาเพื่อสร้างเฮไลด์ไม่ว่าจะเป็นอนินทรีย์หรืออินทรีย์ ไฮโดรเจนเฮไลด์ที่รู้จักกันดี ได้แก่ ไฮโดรเจนฟลูออไรด์ (HF) ไฮโดรเจนคลอไรด์ (HCl) ไฮโดรเจนโบรไมด์ (HBr) และไฮโดรเจนไอโอไดด์ (HI)

ทั้งหมดที่ละลายในน้ำทำให้เกิดสารละลายกรด เป็นกรดมากจน HF สามารถย่อยสลายภาชนะแก้วได้ นอกจากนี้ยังถือว่าเป็นวัสดุเริ่มต้นสำหรับการสังเคราะห์กรดแก่

นอกจากนี้ยังมีสิ่งที่เรียกว่าโลหะเฮไลด์ซึ่งมีสูตรทางเคมีที่ขึ้นอยู่กับความจุของโลหะ ตัวอย่างเช่นโลหะอัลคาไลเฮไลด์มีสูตร MX และในหมู่พวกเขา ได้แก่ : NaCl โซเดียมคลอไรด์ KBr โพแทสเซียมโบรไมด์ CsF, ซีเซียมฟลูออไรด์; และ LiI ลิเธียมไอโอไดด์

เฮไลด์ของโลหะอัลคาไลน์เอิร์ ธ โลหะทรานซิชันหรือโลหะของบล็อก p มีสูตร MX _nโดยที่ n คือประจุบวกของโลหะ ดังนั้นตัวอย่างบางส่วน ได้แก่ : FeCl ₃ , เฟอร์ริกไตรคลอไรด์; MgBr ₂ , แมกนีเซียมโบรไมด์; AlF ₃ , อลูมิเนียมไตรฟลูออไรด์; และ CuI ₂ไอโอไดด์คิวพริก

อย่างไรก็ตามฮาโลเจนยังสามารถสร้างพันธะกับอะตอมของคาร์บอนได้ ดังนั้นพวกเขาจึงสามารถก้าวเข้าสู่โลกที่ซับซ้อนของเคมีอินทรีย์และชีวเคมีได้ สารประกอบเหล่านี้เรียกว่าเฮไลด์อินทรีย์และมีสูตรทางเคมีทั่วไป RX, X เป็นฮาโลเจนใด ๆ

การประยุกต์ใช้งาน

คลอรีน

ในอุตสาหกรรม

- โบรมีนและคลอรีนถูกใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอเพื่อฟอกขาวและบำบัดขนสัตว์จึงหลีกเลี่ยงการหดตัวเมื่อเปียก

- ใช้เป็นสารฆ่าเชื้อไดเทอริทัสและสำหรับการทำให้น้ำดื่มและสระว่ายน้ำบริสุทธิ์ นอกจากนี้สารประกอบที่ได้จากคลอรีนยังใช้ในร้านซักผ้าและในอุตสาหกรรมกระดาษ

- พบการใช้ในการผลิตแบตเตอรี่ชนิดพิเศษและคลอรีนไฮโดรคาร์บอน นอกจากนี้ยังใช้ในการแปรรูปเนื้อสัตว์ผักปลาและผลไม้ นอกจากนี้คลอรีนยังทำหน้าที่เป็นสารฆ่าเชื้อแบคทีเรีย

- ใช้สำหรับทำความสะอาดและแยกหนังออกและฟอกเซลลูโลส ไนโตรเจนไตรคลอไรด์เดิมเคยใช้เป็นสารฟอกขาวและครีมนวดผม

- ก๊าซฟอสฟอรัส (COCl ₂ ) ใช้ในกระบวนการสังเคราะห์ทางอุตสาหกรรมจำนวนมากเช่นเดียวกับการผลิตก๊าซทางทหาร ฟอสฟีนเป็นพิษมากและเป็นสาเหตุของการเสียชีวิตจำนวนมากในสงครามโลกครั้งที่หนึ่งซึ่งมีการใช้ก๊าซ

- ก๊าซนี้ยังพบได้ในยาฆ่าแมลงและสารรมควัน

-NaCl เป็นเกลือที่มีอยู่มากซึ่งใช้ในการปรุงรสอาหารและในการอนุรักษ์ปศุสัตว์และสัตว์ปีก นอกจากนี้ยังใช้ในของเหลวที่ให้น้ำในร่างกายทั้งทางปากและทางหลอดเลือดดำ

ในทางการแพทย์

- อะตอมของฮาโลเจนที่จับตัวกับยาทำให้เป็น lipophilic มากขึ้น สิ่งนี้ช่วยให้ยาสามารถข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ได้ง่ายขึ้นละลายในไขมันที่ประกอบขึ้น

- คลอรีนแพร่กระจายเข้าสู่เซลล์ประสาทของระบบประสาทส่วนกลางผ่านช่องไอออนที่เชื่อมโยงกับตัวรับของสารสื่อประสาท GABA จึงทำให้เกิดผลในการกดประสาท นี่คือกลไกการออกฤทธิ์ของยาลดความอ้วนหลายตัว

-HCl มีอยู่ในกระเพาะอาหารซึ่งจะเข้าไปแทรกแซงโดยการสร้างสภาพแวดล้อมที่ลดลงซึ่งเอื้อต่อการแปรรูปอาหาร นอกจากนี้ HCl ยังกระตุ้นการทำงานของเปปซินซึ่งเป็นเอนไซม์ที่เริ่มการย่อยโปรตีนซึ่งเป็นขั้นตอนก่อนการดูดซึมวัสดุโปรตีนในลำไส้

คนอื่น ๆ

- กรดไฮโดรคลอริก (HCl) ใช้ในการทำความสะอาดห้องน้ำในห้องปฏิบัติการการสอนและการวิจัยและในหลายอุตสาหกรรม

-PVC (โพลีไวนิลคลอไรด์) เป็นโพลีเมอร์ไวนิลคลอไรด์ที่ใช้ในเสื้อผ้ากระเบื้องปูพื้นสายไฟฟ้าท่ออ่อนท่อโครงสร้างพองและกระเบื้องมุงหลังคา นอกจากนี้ยังใช้คลอรีนเป็นตัวกลางในการผลิตวัสดุพลาสติกอื่น ๆ

- คลอรีนใช้ในการสกัดโบรมีน

- เมธิลคลอไรด์ทำหน้าที่ระงับความรู้สึก นอกจากนี้ยังใช้ในการผลิตโพลีเมอร์ซิลิโคนบางชนิดและในการสกัดไขมันน้ำมันและเรซิน

- คลอโรฟอร์ม (CHCl ₃ ) เป็นตัวทำละลายที่ใช้ในห้องปฏิบัติการหลายแห่งโดยเฉพาะอย่างยิ่งในห้องปฏิบัติการเคมีอินทรีย์และชีวเคมีตั้งแต่การสอนจนถึงการวิจัย

- และสุดท้ายเกี่ยวกับคลอรีนไตรคลอโรเอทิลีนใช้ในการล้างไขมันชิ้นส่วนโลหะ

โบรมีน

- โบรมีนใช้ในกระบวนการขุดทองและในการขุดเจาะบ่อน้ำมันและก๊าซ ใช้เป็นสารหน่วงไฟในอุตสาหกรรมพลาสติกและก๊าซ โบรมีนจะแยกไฟออกจากออกซิเจนทำให้ไฟดับ

- เป็นตัวกลางในการผลิตของเหลวไฮดรอลิกสารทำความเย็นและลดความชื้นและการเตรียมการสำหรับการจัดทรงผม โพแทสเซียมโบรไมด์ใช้ในการผลิตแผ่นและกระดาษถ่ายภาพ

- โพแทสเซียมโบรไมด์ยังใช้เป็นยากันชัก แต่เนื่องจากความเป็นไปได้ที่เกลืออาจทำให้ระบบประสาททำงานผิดปกติจึงลดลง นอกจากนี้การใช้งานทั่วไปอีกอย่างหนึ่งคือชิปสำหรับการวัดตัวอย่างของแข็งจากอินฟราเรดสเปกโทรสโกปี

- สารประกอบโบรมีนมีอยู่ในยาที่ใช้ในการรักษาโรคปอดบวม นอกจากนี้สารประกอบโบรมีนยังรวมอยู่ในยาที่ใช้ในการทดลองเพื่อรักษาโรคอัลไซเมอร์

- โบรมีนใช้เพื่อลดมลพิษของสารปรอทในโรงไฟฟ้าที่ใช้ถ่านหินเป็นเชื้อเพลิง นอกจากนี้ยังใช้ในอุตสาหกรรมสิ่งทอเพื่อสร้างสีย้อมสีต่างๆ

- เมทิลโบรมีนถูกใช้เป็นสารกำจัดศัตรูพืชสำหรับการรมควันดินและบ้าน แต่ผลกระทบที่เป็นอันตรายต่อโอโซนมีข้อ จำกัด ในการใช้

- หลอดฮาโลเจนเป็นหลอดไส้และการเติมโบรมีนและไอโอดีนในปริมาณเล็กน้อยจะช่วยลดขนาดของหลอดไฟ

ไอโอดีน

- ไอโอดีนมีส่วนเกี่ยวข้องกับการทำงานของต่อมไทรอยด์ซึ่งเป็นฮอร์โมนควบคุมการเผาผลาญของร่างกาย ต่อมไทรอยด์จะหลั่งฮอร์โมน T3 และ T4 ซึ่งทำหน้าที่ในอวัยวะเป้าหมาย ตัวอย่างเช่นการทำงานของฮอร์โมนในกล้ามเนื้อหัวใจทำให้ความดันโลหิตและอัตราการเต้นของหัวใจเพิ่มขึ้น

- นอกจากนี้ไอโอดีนยังใช้เพื่อระบุการมีอยู่ของแป้ง ซิลเวอร์ไอโอไดด์เป็นน้ำยาที่ใช้ในการพัฒนาภาพถ่าย

ฟลูออรีน

- มีการเติมสารประกอบฟลูออไรด์บางชนิดลงในยาสีฟันเพื่อป้องกันฟันผุ อนุพันธ์ของฟลูออไรด์มีอยู่ในยาชาต่างๆ ในอุตสาหกรรมยามีการรวมฟลูออไรด์ไว้ในยาเพื่อศึกษาการปรับปรุงที่เป็นไปได้ในผลกระทบต่อร่างกาย

- กรดไฮโดรฟลูออริกใช้ในการกัดแก้ว นอกจากนี้ในการผลิตฮาลอน (ก๊าซดับเพลิงเช่นฟรีออน) สารประกอบฟลูออรีนถูกใช้ในการอิเล็กโทรลิซิสของอลูมิเนียมเพื่อให้ได้มาซึ่งการทำให้บริสุทธิ์

- สารเคลือบป้องกันแสงสะท้อนประกอบด้วยสารประกอบฟลูออรีน ใช้ในการผลิตจอพลาสมาจอแบนและระบบเครื่องกลไฟฟ้าขนาดเล็ก ฟลูออรีนยังมีอยู่ในดินเหนียวที่ใช้ในเซรามิกส์บางชนิด

Astatus

คิดว่าแอสทาทีนอาจช่วยไอโอดีนในการควบคุมการทำงานของต่อมไทรอยด์ นอกจากนี้ยังมีการใช้ไอโซโทปกัมมันตภาพรังสี ( ²¹⁰ At) ในการศึกษามะเร็งในหนู

อ้างอิง

1. สารานุกรมสุขภาพและความปลอดภัยในการทำงาน. ฮาโลเจนและสารประกอบ . เอามาจาก:
2. employment.gob.es
3. เคมี LibreTexts กลุ่มที่ 17: คุณสมบัติทั่วไปของฮาโลเจน นำมาจาก: chem.libretexts.org
4. วิกิพีเดีย (2018) ธาตุโลหะ นำมาจาก: en.wikipedia.org
5. จิมคลาร์ก (พฤษภาคม 2558). สมบัติเชิงอะตอมและกายภาพขององค์ประกอบกลุ่ม 7 (The Halogens) นำมาจาก: chemguide.co.uk
6. Whitten, KW, Davis, RE, Peck, ML และ Stanley, GG Chemistry (2003), 8th ed. การเรียนรู้ Cengage
7. องค์ประกอบ ฮาโลเจน นำมาจาก: elements.org.es
8. บราวน์ลอเรล (24 เมษายน 2560). ลักษณะของฮาโลเจน Sciencing ดึงมาจาก: sciencing.com