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鹵素的物理、化學(xué)特性

更新時間:2013-03-19      點(diǎn)擊次數(shù):3956

鹵素的物理、化學(xué)特性
通常來說,液體鹵素分子的沸點(diǎn)均要于它們所對應(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*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(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)。互鹵化物都能水解。
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(diǎn)和沸點(diǎn)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)的速度將非常可觀,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。鹵素的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)

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