الهالوجينات: الخصائص والتركيبات والاستخدامات - كيمياء - 2026

و الهالوجينات ليست العناصر المعدنية التابعة لمجموعة السابع-أ أو 17 من الجدول الدوري. لديهم كهرومغناطيسية وارتباطات إلكترونية عالية ، مما يؤثر بشكل كبير على الطابع الأيوني لروابطهم مع المعادن. كلمة "هالوجين" من أصل يوناني وتعني "صانعي الملح".

لكن ما هي هذه الهالوجينات؟ الفلور (F) والكلور (Cl) والبروم (Br) واليود (I) والعنصر المشع وعابر الزوال أستاتين (At). إنها تفاعلية لدرجة أنها تتفاعل مع بعضها البعض لتشكيل جزيئات ثنائية الذرة: F ₂ ، Cl ₂ ، Br ₂ ، I _{2 ،} و At ₂. تتميز هذه الجزيئات بامتلاكها خصائص هيكلية متشابهة (جزيئات خطية) ، على الرغم من اختلاف الحالات الفيزيائية.

المصدر: بقلم دبليو أولين ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

يتم عرض ثلاثة هالوجينات في الصورة أعلاه. من اليسار إلى اليمين: الكلور والبروم واليود. لا يمكن تخزين الفلور ولا الأستاتين في عبوات زجاجية ، لأن الأخير لا يقاوم التآكل. لاحظ كيف تتغير الخصائص الحسية للهالوجينات عندما ينتقل المرء إلى مجموعته إلى عنصر اليود.

الفلور غاز ذو ألوان صفراء. الكلور أيضًا ، لكن أصفر مخضر ؛ البروم سائل ضارب إلى الحمرة الداكنة. اليود ، مادة صلبة سوداء ذات نغمات بنفسجية ؛ والأستاتين ، مادة صلبة معدنية لامعة داكنة.

الهالوجينات قادرة على التفاعل مع جميع عناصر الجدول الدوري تقريبًا ، حتى مع بعض الغازات النبيلة (مثل الزينون والكريبتون). عندما يفعلون ذلك ، يمكنهم أكسدة الذرات إلى حالات الأكسدة الأكثر إيجابية ، وتحويلها إلى عوامل مؤكسدة قوية.

كما أنها تضفي خصائص معينة على الجزيئات عندما ترتبط ببعض ذراتها أو تستبدلها. هذه الأنواع من المركبات تسمى هاليدات. في الواقع ، الهاليدات هي المصدر الطبيعي الرئيسي للهالوجينات ، والعديد منها يذوب في البحر أو جزء من معدن ؛ هذه هي حالة الفلوريت (CaF ₂).

لكل من الهالوجينات والهاليدات نطاق واسع من الاستخدامات ؛ من الصناعية أو التكنولوجية ، إلى مجرد إبراز نكهة بعض الأطعمة مثل الملح الصخري (كلوريد الصوديوم).

الخصائص الفيزيائية والكيميائية

الأوزان الذرية

الفلور (F) 18.99 جم / مول ؛ الكلور (Cl) 35.45 جم / مول ؛ البروم (Br) 79.90 جم / مول ؛ اليود (I) 126.9 جم / مول وأستات (At) 210 جم / مول ،

الحالة الفيزيائية

المرحلة الغازية غاز Cl سائل ر أنا صلبة وصلبة.

اللون

F ، شاحب أصفر بني ؛ Cl ، أخضر شاحب ؛ Br ، بني محمر ؛ I ، البنفسجي و At ، أسود معدني * * (مفترض)

نقط الذوبان

فهرنهايت -219.6 درجة مئوية ؛ Cl -101.5 درجة مئوية ؛ Br -7.3 درجة مئوية ؛ أنا 113.7 درجة مئوية وعند 302 درجة مئوية.

نقطة الغليان

F -118.12 درجة مئوية ؛ Cl -34.04 درجة مئوية ؛ 58.8 درجة مئوية ؛ أنا 184.3 درجة مئوية و؟ عند 337 درجة مئوية.

الكثافة عند 25 درجة مئوية

F- 0.0017 جم / سم ³ ؛ Cl- 0.0032 جم / سم ³ ؛ Br- 3.102 جم / سم ³ ؛ I- 4.93 جم / سم ³ و- 6.2-6.5 جم / سم ³

الذوبان في الماء

Cl- 0.091 مليمول / سم ³ ؛ Br- 0.21 ملي مول / سم ³ وأنا - 0.0013 ملي مول / سم ³.

طاقة التأين

F- 1،681 كيلو جول / مول ؛ Cl- 1251 كيلوجول / مول ؛ Br- 1،140 كيلو جول / مول ؛ I- 1.008 كيلوجول / مول وعند - 890 كيلوجول / مول.

كهرسلبية

F- 4.0 ؛ Cl- 3.0 ؛ BR- 2.8 ؛ I- 2.5 و- 2.2.

تحتوي الهالوجينات على 7 إلكترونات في غلاف التكافؤ ، ومن هنا كانت شغفها الكبير للحصول على إلكترون. بالإضافة إلى ذلك ، تتمتع الهالوجينات بقدرة كهرسلبية عالية بسبب نصف قطرها الذري الصغير والجاذبية الكبيرة التي تمارسها النواة على إلكترونات التكافؤ.

التفاعلية

الهالوجينات شديدة التفاعل ، مما يفسر سميتها. بالإضافة إلى ذلك ، فهي عوامل مؤكسدة.

الترتيب التنازلي للتفاعلية هو: F> Cl> Br> I> At.

دولة في الطبيعة

بسبب تفاعلها الكبير ، فإن ذرات الهالوجين ليست حرة في الطبيعة ؛ بدلا من ذلك ، تم العثور عليها تشكل مجاميع أو جزيئات ثنائية الذرة مرتبطة بروابط تساهمية.

الهياكل الجزيئية

لا توجد الهالوجينات في الطبيعة كذرات عنصرية ، ولكن كجزيئات ثنائية الذرة. ومع ذلك ، فإنهم جميعًا يشتركون في أن لديهم بنية جزيئية خطية ، والفرق الوحيد يكمن في طول روابطهم وتفاعلاتهم بين الجزيئات.

تتميز الجزيئات الخطية XX (X ₂) بأنها غير مستقرة ، لأن كلتا الذرتين تجذبان بقوة زوج الإلكترونات نحوهما. لماذا ا؟ لأن إلكتروناتها الخارجية تتعرض لشحنة نووية فعالة عالية جدًا ، Zef. كلما زاد Zef ، كانت مسافة الرابط XX أصغر.

عندما يتحرك المرء أسفل المجموعة ، يصبح Zef أضعف ويزداد استقرار هذه الجزيئات. وبالتالي ، فإن الترتيب التنازلي للتفاعل هو: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂. ومع ذلك ، من غير المناسب مقارنة الأستاتين بالفلور ، حيث إن النظائر المستقرة بدرجة كافية غير معروفة بسبب نشاطها الإشعاعي.

التفاعلات بين الجزيئات

من ناحية أخرى ، تفتقر جزيئاتها إلى عزم ثنائي القطب ، كونها قطبية. هذه الحقيقة مسؤولة عن تفاعلاتها الضعيفة بين الجزيئات ، والتي تكون قوتها الكامنة الوحيدة هي الانتثار أو قوة لندن ، والتي تتناسب مع الكتلة الذرية والمنطقة الجزيئية.

بهذه الطريقة ، لا يحتوي الجزيء الصغير لـ F ₂ على كتلة أو إلكترونات كافية لتشكيل مادة صلبة. على عكس I ₂ ، جزيء اليود ، والذي يظل مع ذلك مادة صلبة تنتج أبخرة أرجوانية.

يمثل البروم مثالًا وسيطًا بين الطرفين: تتفاعل جزيئات Br _{2 بدرجة} كافية لتظهر في حالة سائلة.

من المحتمل أن الأستاتين ، بسبب طابعه المعدني المتزايد ، لا يظهر عند ₂ ولكن كذرات تشكل روابط معدنية.

فيما يتعلق بألوانها (أصفر - أخضر - أصفر - أحمر - بنفسجي - أسود) ، فإن التفسير الأنسب يعتمد على النظرية المدارية الجزيئية (TOM). يتم التغلب على المسافة النشطة بين آخر مدار جزيئي كامل ، والمدار التالي بأعلى طاقة (رابطة مضادة) ، عن طريق امتصاص فوتون بأطوال موجية متزايدة.

هاليدات

تتفاعل الهالوجينات لتكوين هاليدات ، إما غير عضوية أو عضوية. أشهرها هاليدات الهيدروجين: فلوريد الهيدروجين (HF) وكلوريد الهيدروجين (HCl) وبروميد الهيدروجين (HBr) ويوديد الهيدروجين (HI).

كل منهم مذاب في الماء يولد المحاليل الحمضية. حمضية جدًا لدرجة أن HF يمكن أن يتحلل من أي حاوية زجاجية. علاوة على ذلك ، فهي تعتبر مواد أولية لتركيب أحماض قوية للغاية.

هناك أيضًا ما يسمى بالهاليدات المعدنية ، والتي لها صيغ كيميائية تعتمد على تكافؤ المعدن. على سبيل المثال ، هاليدات الفلزات القلوية لها الصيغة MX ، ومن بينها: NaCl ، كلوريد الصوديوم ؛ KBr ، بروميد البوتاسيوم ؛ CsF ، فلوريد السيزيوم ؛ و LiI يوديد الليثيوم.

هاليدات المعادن القلوية الترابية، الفلزات الانتقالية أو المعادن من كتلة ص لديها صيغة MX _ن ، حيث ن هي شحنة موجبة من المعدن. وبالتالي ، فإن بعض الأمثلة عليها هي: FeCl ₃ ، ثلاثي كلوريد الحديديك ؛ MgBr ₂ ، بروميد المغنيسيوم ؛ AlF ₃ ، ثلاثي فلوريد الألومنيوم ؛ و CuI ₂ يوديد نحاسي.

ومع ذلك ، يمكن للهالوجينات أيضًا تكوين روابط مع ذرات الكربون ؛ لذلك ، يمكنهم التطفل على العالم المعقد للكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية. تسمى هذه المركبات هاليدات عضوية ، ولها الصيغة الكيميائية العامة RX ، X هي أي من الهالوجينات.

التطبيقات

الكلور

في الصناعة

- يستخدم البرومين والكلور في صناعة النسيج لتبييض ومعالجة الصوف وبالتالي تجنب انكماشه عند البلل.

- يستخدم كمطهر لمواد الحبارى ولتنقية مياه الشرب وحمامات السباحة. بالإضافة إلى ذلك ، تستخدم المركبات المشتقة من الكلور في المغاسل وصناعة الورق.

- يستخدم في صناعة البطاريات الخاصة والهيدروكربونات المكلورة. كما أنها تستخدم في معالجة اللحوم والخضروات والأسماك والفواكه. أيضًا ، يعمل الكلور كعامل مبيد للجراثيم.

- يستخدم لتنظيف الجلد وتنقيته وتبييض السليلوز. تم استخدام ثلاثي كلوريد النيتروجين سابقًا كمبيض دقيق ومكيف.

- يستخدم غاز الفوسفين (COCl ₂) في العديد من عمليات التخليق الصناعية ، وكذلك في تصنيع الغازات العسكرية. يعتبر الفوسفين شديد السمية ومسؤول عن العديد من الوفيات في الحرب العالمية الأولى ، حيث تم استخدام الغاز.

- يوجد هذا الغاز أيضًا في المبيدات الحشرية والمبخرات.

-NaCl هو ملح وفير للغاية يستخدم لتتبيل الطعام وفي الحفاظ على الماشية والدواجن. بالإضافة إلى ذلك ، يتم استخدامه في سوائل معالجة الجفاف في الجسم ، سواء عن طريق الفم أو في الوريد.

في الطب

- ذرات الهالوجين التي ترتبط بالأدوية تجعلها أكثر قابلية للدهون. هذا يسمح للأدوية بعبور أغشية الخلايا بسهولة أكبر ، والذوبان في الدهون التي تتكون منها.

- ينتشر الكلور في الخلايا العصبية للجهاز العصبي المركزي من خلال القنوات الأيونية المرتبطة بمستقبلات الناقل العصبي GABA ، مما ينتج عنه تأثير مهدئ. هذه هي آلية عمل العديد من مزيلات القلق.

- يوجد حمض الهيدروكلوريك في المعدة ، حيث يتدخل عن طريق خلق بيئة مختزلة تفضل معالجة الطعام. علاوة على ذلك ، ينشط حمض الهيدروكلوريك البيبسين ، وهو إنزيم يبدأ التحلل المائي للبروتينات ، وهي مرحلة تسبق امتصاص الأمعاء لمادة البروتين.

الآخرين

- يستخدم حمض الهيدروكلوريك (HCl) في تنظيف الحمامات وفي المعامل التعليمية والبحثية وفي العديد من الصناعات.

-PVC (البولي فينيل كلورايد) هو بوليمر كلوريد الفينيل يستخدم في الملابس وبلاط الأرضيات والكابلات الكهربائية والأنابيب المرنة والأنابيب والهياكل القابلة للنفخ وبلاط الأسقف. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الكلور كوسيط في تصنيع المواد البلاستيكية الأخرى.

- يستخدم الكلور في استخلاص البروم.

- كلوريد الميثيل يقوم بوظيفة التخدير. كما أنها تستخدم في تصنيع بعض بوليمرات السيليكون وفي استخلاص الدهون والزيوت والراتنجات.

- الكلوروفورم (CHCl ₃) هو مذيب يستخدم في العديد من المختبرات ، وخاصة في مختبرات الكيمياء العضوية والكيمياء الحيوية ، من التدريس إلى البحث.

- وأخيرًا فيما يتعلق بالكلور ، يتم استخدام ثلاثي كلورو إيثيلين لإزالة الشحوم من الأجزاء المعدنية.

البروم

- يستخدم البرومين في عمليات تعدين الذهب وفي حفر آبار النفط والغاز. يتم استخدامه كمثبط للهب في صناعات البلاستيك والغاز. يعزل البروم النار عن الأكسجين مما يؤدي إلى خروجها.

- وسيط في صناعة السوائل الهيدروليكية وعوامل التبريد وإزالة الرطوبة ومستحضرات تشكيل الشعر. يستخدم بروميد البوتاسيوم في صناعة لوحات وأوراق التصوير.

- يستخدم بروميد البوتاسيوم أيضًا كمضاد للاختلاج ، ولكن نظرًا لاحتمالية تسبب الملح في حدوث خلل وظيفي في الجهاز العصبي ، فقد تم تقليل استخدامه. بالإضافة إلى ذلك ، من الاستخدامات الشائعة الأخرى استخدامه كشريحة لقياسات العينات الصلبة من التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء.

- توجد مركبات البرومين في الأدوية المستخدمة لعلاج الالتهاب الرئوي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم دمج مركبات البروم في الأدوية المستخدمة في التجارب التي أجريت لعلاج مرض الزهايمر.

- يستخدم البرومين للحد من التلوث بالزئبق في محطات توليد الطاقة التي تستخدم الفحم كوقود. كما أنها تستخدم في صناعة النسيج لإنتاج أصباغ لونية مختلفة.

- تم استخدام بروم الميثيل كمبيد للآفات في تبخير التربة والمنازل ، ولكن تأثيره الضار على الأوزون حد من استخدامه.

- مصابيح الهالوجين متوهجة وإضافة كميات صغيرة من البروم واليود يسمح بتقليل حجم المصابيح.

اليود

- يدخل اليود في عمل الغدة الدرقية ، وهو هرمون منظم لعملية التمثيل الغذائي في الجسم. تفرز الغدة الدرقية هرمونات T3 و T4 التي تعمل على أعضائها المستهدفة. على سبيل المثال ، يتسبب التأثير الهرموني على عضلة القلب في زيادة ضغط الدم ومعدل ضربات القلب.

- كذلك يستخدم اليود للتعرف على وجود النشا. يوديد الفضة كاشف يستخدم في تطوير الصور.

الفلور

- تضاف بعض مركبات الفلورايد إلى معاجين الأسنان لمنع التسوس. توجد مشتقات الفلورايد في أدوية التخدير المختلفة. في صناعة المستحضرات الصيدلانية ، يتم دمج الفلورايد في الأدوية لدراسة التحسينات الممكنة في آثاره على الجسم.

- يستخدم حمض الهيدروفلوريك لنقش الزجاج. أيضا في إنتاج الهالونات (غازات إطفاء الحرائق مثل الفريون). يستخدم مركب الفلور في التحليل الكهربائي للألمنيوم لتنقيته.

- تحتوي الطلاءات المضادة للانعكاس على مركب الفلور. يستخدم هذا في صناعة شاشات البلازما والشاشات المسطحة والأنظمة الكهروميكانيكية الدقيقة. يوجد الفلور أيضًا في الطين المستخدم في بعض السيراميك.

أستاتوس

يُعتقد أن الأستاتين قد يساعد اليود في تنظيم عمل الغدة الدرقية. أيضًا ، تم استخدام نظيره المشع (²¹⁰ At) في دراسات السرطان على الفئران.

المراجع

1. موسوعة الصحة والسلامة في العمل. الهالوجينات ومركباتها.. مأخوذ من:
2. labour.gob.es
3. الكيمياء LibreTexts. المجموعة 17: الخصائص العامة للهالوجينات. مأخوذة من: chem.libretexts.org
4. ويكيبيديا. (2018). الهالوجين. مأخوذة من: en.wikipedia.org
5. جيم كلارك. (مايو 2015). الخصائص الذرية والفيزيائية لعناصر المجموعة 7 (الهالوجينات). مأخوذة من: chemguide.co.uk
6. Whitten ، KW ، Davis ، RE ، Peck ، ML and Stanley ، GG Chemistry (2003) ، الطبعة الثامنة. سينجاج ليرنينج.
7. عناصر. الهالوجينات مأخوذة من: element.org.es
8. براون ، لوريل. (24 أبريل 2017). خصائص الهالوجين. علم. تم الاسترجاع من: sciencing.com