鹵素基礎(chǔ)知識
鹵素基礎(chǔ)知識
鹵素是第ⅦA族非金屬元素，包括了氟、氯、溴、碘和砹五種元素，合稱鹵素。那么你對鹵素了解多少呢?以下是由學(xué)習(xí)啦小編整理關(guān)于鹵素知識的內(nèi)容，希望大家喜歡!
鹵素的物理、化學(xué)特性
通常來說，液體鹵素分子的沸點均要高于它們所對應(yīng)的烴鏈(alcane)。這主要是由于鹵素分子比烴鏈更加電極化，而分子的電極化增加了分子之間的連接力(正電極與負(fù)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(fā)。
鹵素的物理特性和化學(xué)特性明顯區(qū)分與于它對應(yīng)的烴鏈的主要原因，在于鹵素原子(如F,Cl,Br,I)與碳原子的連接，即C-X的連接，明顯不同于烴鏈C-H連接。
* 由于鹵素原子通常具有較大的負(fù)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。
* 由于鹵素原子相較于碳原子，通常體積和質(zhì)量較大，所以C-X連接的偶極子矩(Dipole Moment)和鍵能量(Bonding Energy)遠(yuǎn)大于C-H，這些導(dǎo)致了C-X的連接力(Bonding strength)遠(yuǎn)小于C-H連接。
* 鹵素原子脆弱的p軌道(Orbital)與碳原子穩(wěn)定的sp3軌道相連接，這也大大降低了C-X連接的穩(wěn)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(gòu)型均為ns2np5，它們獲取一個電子以達(dá)到穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的趨勢極強(qiáng)烈。所以化學(xué)性質(zhì)很活潑，自然狀態(tài)下不能以單質(zhì)存在，一般化合價為-1價，即鹵離子(X-)的形式。
鹵素單質(zhì)都有氧化性，氧化性從氟到碘依次降低。碘單質(zhì)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(zhì)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(yīng)很容易進(jìn)行：
5X- + XO3- + 6H+ = 3X2 + 3H2O
這一反應(yīng)是制取溴和碘單質(zhì)流程中的最后一步。
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(xué)中典型的強(qiáng)酸，它們的pKa均為負(fù)數(shù)，酸性從HCl到HI依次增強(qiáng)。
鹵素可以顯示多種價態(tài)，正價態(tài)一般都體現(xiàn)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(qiáng)。
鹵素的氧化物都是酸酐。像二氧化氯(ClO2)這樣的偶氧化態(tài)氧化物是混酐。
只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(xiàn)正氧化態(tài)，氧化態(tài)為奇數(shù)。這是由于鹵素的價電子數(shù)是奇數(shù)，周圍以奇數(shù)個其它鹵原子與之成鍵比較穩(wěn)定(如IF7)?；u化物都能水解。
鹵素的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)
在有機(jī)化學(xué)中，鹵族元素經(jīng)常作為決定有機(jī)化合物化學(xué)性質(zhì)的官能團(tuán)存在。
氯的存在范圍最廣，按照氟、溴、碘的順序減少，砹是人工合成的元素。鹵素單質(zhì)都是雙原子分子，都有很強(qiáng)的揮發(fā)性，熔點和沸點隨原子序數(shù)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(jī)化學(xué)反應(yīng)為親核性取代反應(yīng)(nucleophilic substitution)。
通常的化學(xué)式如：
Nu:- + R-X ----> R-Nu + X-
"Nu:-"在這里代表親核負(fù)離子，離子的親核性越強(qiáng)，則產(chǎn)率和化學(xué)反應(yīng)的速度越可觀。
"X"在這里代表鹵素原子，如F,Cl,Br,I,若X-所對應(yīng)的酸(即HX)為強(qiáng)酸，那么產(chǎn)率和反應(yīng)的速度將非?？捎^，如果若X-所對應(yīng)的酸為弱酸，則產(chǎn)率和反應(yīng)的速度均會下降。
在有機(jī)化學(xué)中，鹵族元素經(jīng)常作為決定有機(jī)化合物化學(xué)性質(zhì)的官能團(tuán)存在。
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