化学中的卤族指的是什么?它们各有什么用途?

化学中的卤族指的是什么?它们各有什么用途?

卤素　　卤素
　　Halogen（卤素）是第ⅦA族非金属元素,包括了氟（Fluorine-）、氯（Chlorine）、溴（Bromine）、碘（Iodine）和砹（Astatine）五种元素,合称卤素.其中砹（Astatine）为放射性元素,人们通常所指的卤素是氟、氯、溴、碘四种元素.卤素化合物经常作为一种阻燃剂：PBB , PBDE , TBBP-A , PCB ,六溴十二烷,三溴苯酚,短链氯化石蜡等,应用于电子零组件与材料、产品外壳、塑胶等.此种阻燃剂无法回收使用,而且在燃烧与加热过程中会释放有害物质,威胁到人类身体的健康、环境和下一代子孙. Jeston捷通公司可出具准确有效的测试报告,为您实现产品无卤化提供协助.卤素检测全国服务热线0574-27867928
　　卤素分子拥有国际统一的命名和命名方式,比如根据国际通用的IUPAC原则：
　　CH3
　　|
　　CH2
　　|
　　CH3-C-Cl
　　|
　　CH3-CH2-CH-(CH2)6-CH3
　　可命名为：（Chloro-1,methyl-1,propyl)-2,decane
　　卤素的物理、化学特性
　　通常来说,液体卤素分子的沸点均要高于它们所对应的烃链(alcane).这主要是由于卤素分子比烃链更加电极化,而分子的电极化增加了分子之间的连接力（正电极与负电极的相互吸引）,这使我们需要对液体提供更多的能量才能使其蒸发.
　　卤素的物理特性和化学特性明显区分与于它对应的烃链的主要原因,在于卤素原子（如F,Cl,Br,I)与碳原子的连接,即C-X的连接,明显不同于烃链C-H连接.
　　* 由于卤素原子通常具有较大的负电性,所以C-X连接比C-H连接更加电极化,但仍然是共价键.
　　* 由于卤素原子相较于碳原子,通常体积和质量较大,所以C-X连接的偶极子矩（Dipole Moment)和键能量（Bonding Energy)远大于C-H,这些导致了C-X的连接力（Bonding strength)远小于C-H连接.
　　* 卤素原子脆弱的p轨道（Orbital）与碳原子稳定的sp3轨道相连接,这也大大降低了C-X连接的稳定性.
　　位于元素周期表右方的卤族元素是典型的非金属.卤素的电子构型均为ns2np5,它们获取一个电子以达到稳定结构的趋势极强烈.所以化学性质很活泼,自然状态下不能以单质存在,一般化合价为-1价,即卤离子（X-）的形式.
　　卤素单质都有氧化性,氧化性从氟到碘依次降低.碘单质氧化性比较弱,三价铁离子可以把碘离子氧化为碘.
　　卤素单质在碱中容易歧化,方程式为：
　　3X2 + 6OH- = 5X- + XO3- + 3H2O
　　但在酸性条件下,其逆反应很容易进行：
　　5X- + XO3- + 6H+ = 3X2 + 3H2O
　　这一反应是制取溴和碘单质流程中的最后一步.
　　卤素的氢化物叫卤化氢,为共价化合物；而其溶液叫氢卤酸,因为它们在水中都以离子形式存在,且都是酸.氢氟酸一般看成是弱酸,pKa=3.20.氢氯酸（即盐酸）、氢溴酸、氢碘酸都是化学中典型的强酸,它们的pKa均为负数,酸性从HCl到HI依次增强.
　　卤素可以显示多种价态,正价态一般都体现在它们的含氧酸根中：
　　+1: HXO（次卤酸）
　　+3: HXO2（亚卤酸）
　　+5: HXO3（卤酸）
　　+7: HXO4（高卤酸）
　　卤素的含氧酸均有氧化性,同一种元素中,次卤酸的氧化性最强.
　　卤素的氧化物都是酸酐.像二氧化氯（ClO2）这样的偶氧化态氧化物是混酐.
　　只由两种不同的卤素形成的化合物叫做互卤化物,其中显电正性的一种元素呈现正氧化态,氧化态为奇数.这是由于卤素的价电子数是奇数,周围以奇数个其它卤原子与之成键比较稳定(如IF7).互卤化物都能水解.
　　卤素的有机化学反应
　　在有机化学中,卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在.
　　氯的存在范围最广,按照氟、溴、碘的顺序减少,砹是人工合成的元素.卤素单质都是双原子分子,都有很强的挥发性,熔点和沸点随原子序数的增大而增加.常温下,氟、氯是气体、溴是液体,碘是固体.
　　卤素最常见的有机化学反应为亲核性取代反应(nucleophilic substitution).
　　通常的化学式如：
　　Nu:- + R-X ----> R-Nu + X-
　　"Nu:-"在这里代表亲核负离子,离子的亲核性越强,则产率和化学反应的速度越可观.
　　"X"在这里代表卤素原子,如F,Cl,Br,I,若X-所对应的酸(即HX)为强酸,那么产率和反应的速度将非常可观,如果若X-所对应的酸为弱酸,则产率和反应的速度均会下降.
　　在有机化学中,卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在.卤素的有机化学反应
　　卤素的制成
　　* 从一个未饱和烃链制作卤素为最简单的方式,通过加成反应,如：
　　CH3-CH2-CH=CH2 + HBr ----> CH3-CH2-CH(Br)-CH3
　　不需要催化剂的情况下,产率90%以上.
　　* 如果希望将Br加在烃链第一个碳原子上,可以使用Karasch的方式：
　　CH3-CH2-CH=CH2 + HBr ----> CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O
　　催化剂：H2O2
　　产率90%以上.
　　* 从苯制作卤素泽必须要通过催化剂,如：
　　C6H6 + Br2 ----〉 C6H5-Br
　　催化剂：FeBr3或者AlCl3
　　产率相当可观.
　　* 从酒精制作卤素,必须通过好的亲核体,强酸作为催化剂以提高产率和速度：
　　CH3-CH2-CH2-CH2-OH + HBr <----> CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O
　　注意此反应为平衡反应,故产率和速度有限.
　　ⅦA 族元素包括氟（ F ）、氯 (Cl) 、溴（ Br ）、碘（ I ）、砹（ At ）,合称卤素.其中砹（ At ）为放射性元素,在产品中几乎不存在,前四种元素在产品中特别是在聚合物材料中以有机化合物形式存在.目前应用于产品中的卤素化合物主要为阻燃剂： PBB , PBDE , TBBP-A , PCB ,六溴十二烷,三溴苯酚,短链氯化石蜡；用于做冷冻剂、隔热材料的臭氧破坏物质： CFCs 、 HCFCs 、 HFCs 等.
　　危害：在塑料等聚合物产品中添加卤素（氟,氯,溴,碘）用以提高燃点,其优点是：燃点比普通聚合物材料高,燃点大约在 300℃ .燃烧时,会散发出卤化气体（氟,氯,溴,碘）,迅速吸收氧气,从而使火熄灭.但其缺点是释放出的氯气浓度高时,引起的能见度下降会导致无法识别逃生路径,同时氯气具有很强的毒性,影响人的呼吸系统,此外,含卤聚合物燃烧释放出的卤素气在与水蒸汽结合时,会生成腐蚀性有害气体（卤化氢）,对一些设备及建筑物造成腐蚀.
　　PBB , PBDE , TBBPA 等溴化阻燃剂是目前使用较多的阻燃剂,主要应用在电子电器行业,包括：电路板、电脑、燃料电池、电视机和打印机等等.
　　这些含卤阻燃剂材料在燃烧时产生二恶英,且在环境中能存在多年,甚至终身累积于生物体,无法排出.
　　因此,不少国际大公司在积极推动完全废止含卤素材料,如禁止在产品中使用卤素阻燃剂等.
　　目前对于无卤化的要求,不同的产品有不同的限量标准：
　　如无卤化电线电缆其中卤素指标为：所有卤素的值 ≦50PPM
　　(根据法规 PREN 14582) ;燃烧后产生卤化氢气体的含量＜100PPM
　　(根据法规 EN 5067-2-1) ;燃烧后产生的卤化氢气体溶于水后的 PH 值 ≧4.3( 弱酸性 )
　　(根据法规 EN-5 0267-2-2);产品在密闭容器中燃烧后透过一束光线其透光率 ≧60%
　　(根据法规 EN-50268-2) .
卤族元素
碘、氯、溴目录
简介
元素单质
卤素单质化学性质比较
元素性质
原子结构特征
递变性

　　卤族元素 halogen element
[编辑本段]简介
　　卤族元素指周期系ⅦA族元素.包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br)、碘(I)、砹(At).简称卤素.它们在自然界都以典型的盐类存在 ,是成盐元素,halogen的含义即是“成盐”.卤族元素的单质都是双原子分子,它们的物理性质的改变都是很有规律的,随着分子量的增大,卤素分子间的色散力逐渐增强,颜色变深,它们的熔点、沸点、密度、原子体积也依次递增.卤素的化学性质都很相似,它们的最外电子层上都有7个电子,有取得一个电子形成稳定的八隅体结构的卤离子的倾向,因此卤素都有氧化性,原子半径越小,氧化性越强,因此氟是单质中氧化性最强者.卤素的氧化态为＋1、＋3、＋5、＋7,与典型的金属形成离子化合物,其他卤化物则为共价化合物.卤素与氢结合成卤化氢,溶于水生成氢卤酸.卤素之间形成的化合物称为互卤化物,如ClF3、ICl.卤素还能形成多种价态的含氧酸,如HClO、HClO2、HClO3、HClO4.卤素单质都很稳定,除了I2以外,卤素分子在高温时都很难分解.卤素及其化合物的用途非常广泛.例如,我们每天都要食用的食盐,主要就是由氯元素与钠元素组成的氯化物.
　　卤素的毒性从氟开始依次降低.
　　氧化性：F2> Cl2> Br2> I2
　　还原性相反,由气到液到固
　　用四氯化碳提取
　　最外层7个电子
　　易得一个电子 氧化剂
[编辑本段]元素单质
　　
氟氟　　
　　氟单质-氟气常温下为淡黄色的气体,极毒,与水反应立即生成氢氟酸和氧气并发生燃烧,同时能使容器破裂,量多时有爆炸的危险.氟、氟化氢和氢氟酸对玻璃有较强的腐蚀性.氟是氧化性最强的元素,只能呈-1价.单质氟与盐溶液的反应,都是先与水反应,生成的氢氟酸在与盐的反应,通入碱中可能导致爆炸.水溶液氢氟酸是一种弱酸.但却是腐蚀性最强的氢卤酸,如果皮肤粘到,将一直腐蚀到骨髓.氟可与所有元素发生反应（除氦、氖、氩）.
　　
氯　　
氯氯单质-氯气常温下为黄绿色气体,可溶于水,1体积水能溶解2体积氯气.剧毒,与水部分发生反应,生成HCl与次氯酸,次氯酸不稳定,分解放出氧气,并生成盐酸,次氯酸氧化性很强,可用于漂白.氯的水溶液称为氯水,不稳定,受光照会分解成HCl与次氯酸.液态氯气称为液氯.HCl是一种强酸.氯有多种可变化合价.氯气对肺部有强烈刺激.氯可与大多数元素反应.
　　
溴
　　
溴　　溴单质-溴水在常温下为深红棕色液体,可溶于水,100克水能溶解约3克溴.挥发性极强,有毒,蒸气强烈刺激眼睛、粘膜等.水溶液称为溴水.溴单质需要加水封存,防止蒸气逸出危害人体.有氧化性,有多种可变化合价,常温下与水微弱反应,生成氢溴酸和次溴酸.加热可使反应加快.氢溴酸是一种强酸,酸性强于氢氯酸.溴一般用于有机合成等方面.
　　
碘　　
　　
碘碘单质在常温下为深灰色固体,易溶于汽油、乙醇等溶剂,微溶于水,加碘化物可增加碘的溶解度并加快溶解速度.100g水在常温下可溶解约0.02g碘.低毒,氧化性弱,有多种可变化合价.有升华性,加热即升华,蒸汽呈紫红色,但无空气时为深蓝色.有时需要加水封存.氢碘酸为无放射性的最强氢卤酸,也是无放射性的最强无氧酸.但腐蚀性是所有无放射氢卤酸中最弱的,仅对皮肤有刺激性.有还原性. 碘是所有卤族元素中最安全的,因为氟、氯、溴的毒性、腐蚀性均比碘强,而砹虽毒性比碘弱,但有放射性.但是,碘对人体并不安全,尤其是碘蒸气,会刺激粘膜.即使要补碘,也要用无毒的碘酸盐.所以所有的卤族元素对人体都不安全.
　　
砹的半衰期:8.3小时
　　
砹　　砹极不稳定,砹210是半衰期最长的同位素,其半衰期也只有8.3小时,地壳中砹含量只有10亿亿亿分之一,主要是镭、锕、钍自动分裂的产物,砹本身也是放射性元素.砹又少又不稳定又难于聚集,其 “庐山真面目”谁都没见过,但科学家却合成砹的同位素20种.砹的金属性质比碘还明显一些,可以与银化合形成极难还原的AgAt.砹与氢化合产生的氢砹酸（HAt)是最强的氢卤酸,但腐蚀性是所有氢卤酸中最弱的.
[编辑本段]卤素单质化学性质比较
　　相似性：均能与H2发生反应生成相应卤化氢,卤化氢均能溶于水,形成无氧酸.
　　暗 光 点燃或光照
　　H2＋F2===2HF H2+Cl2===2HCl
　　加热 持续加热
　　H2+Br2===2HBr H2+I2====2HI
　　均能与水反应生成相应的氢卤酸和次卤酸（氟除外）
　　2F2＋2H2O＝＝4HF＋O2
　　X2+H2O====HX+HXO (X表示Cl Br I)
[编辑本段]元素性质
　　
[编辑本段]原子结构特征
　　最外层电子数相同,均为7个电子,由于电子层数不同,原子半径不,从F――I原子半径依次增大,因此原子核对最外层的电子的吸引能力依次减弱,从外界获得电子的能力依次减弱,单质的氧化性减弱.
[编辑本段]递变性
　　与氢反应的条件不同,生成的气体氢化物的稳定性不同, HF＞HCl＞HBr＞HI,
　　无氧酸的酸性不同,HI＞HBr＞HCl＞HF..
　　与水反应的程度不同,从F2 → I2逐渐减弱.注意：萃取和分液的概念
　　1、 在溴水中加入四氯碳振荡静置有何现象?（分层,下层橙红色上层无色）
　　2、 在碘水中加入煤油振荡静置有何现象?（分层,上层紫红色,下层无色）
　　卤离子的鉴别：加入HNO3酸化的硝酸银溶液,
　　Cl-：得白色沉淀 Ag+ + Cl- ===AgCl↓
　　Br-：得淡黄色沉淀 Ag+ + Br- ===AgBr↓
　　I-： 得黄色沉淀 Ag+ + I- ===Ag I↓
　　卤素的物理、化学特性
　　通常来说,液体卤素分子的沸点均要高于它们所对应的烃链(alcane).这主要是由于卤素分子比烃链更加电极化,而分子的电极化增加了分子之间的连接力（正电极与负电极的相互吸引）,这使我们需要对液体提供更多的能量才能使其蒸发.
　　卤素的物理特性和化学特性明显区分与于它对应的烃链的主要原因,在于卤素原子（如F,Cl,Br,I)与碳原子的连接,即C-X的连接,明显不同于烃链C-H连接.
　　* 由于卤素原子通常具有较大的负电性,所以C-X连接比C-H连接更加电极化,但仍然是共价键.
　　* 由于卤素原子相较于碳原子,通常体积和质量较大,所以C-X连接的偶极子矩（Dipole Moment)和键能量（Bonding Energy)远大于C-H,这些导致了C-X的连接力（Bonding strength)远小于C-H连接.
　　* 卤素原子脆弱的p轨道（Orbital）与碳原子稳定的sp3轨道相连接,这也大大降低了C-X连接的稳定性.
　　位于元素周期表右方的卤族元素是典型的非金属.卤素的电子构型均为ns2np5,它们获取一个电子以达到稳定结构的趋势极强烈.所以化学性质很活泼,自然状态下不能以单质存在,一般化合价为-1价,即卤离子（X-）的形式.
　　卤素单质都有氧化性,氧化性从氟到碘依次降低.碘单质氧化性比较弱,三价铁离子可以把碘离子氧化为碘.
　　卤素单质在碱中容易歧化,方程式为：
　　3X2 + 6OH- = 5X- + XO3- + 3H2O
　　但在酸性条件下,其逆反应很容易进行：
　　5X- + XO3- + 6H+ = 3X2 + 3H2O
　　这一反应是制取溴和碘单质流程中的最后一步.
　　卤素的氢化物叫卤化氢,为共价化合物；而其溶液叫氢卤酸,因为它们在水中都以离子形式存在,且都是酸.氢氟酸一般看成是弱酸,pKa=3.20.氢氯酸（即盐酸）、氢溴酸、氢碘酸都是化学中典型的强酸,它们的pKa均为负数,酸性从HCl到HI依次增强.
　　卤素可以显示多种价态,正价态一般都体现在它们的含氧酸根中：
　　+1: HXO（次卤酸）
　　+3: HXO2（亚卤酸）
　　+5: HXO3（卤酸）
　　+7: HXO4（高卤酸）
　　卤素的含氧酸均有氧化性,同一种元素中,次卤酸的氧化性最强.
　　卤素的氧化物都是酸酐.像二氧化氯（ClO2）这样的偶氧化态氧化物是混酐.
　　只由两种不同的卤素形成的化合物叫做互卤化物,其中显电正性的一种元素呈现正氧化态,氧化态为奇数.这是由于卤素的价电子数是奇数,周围以奇数个其它卤原子与之成键比较稳定(如IF7).互卤化物都能水解.
　　卤素的有机化学反应
　　在有机化学中,卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在.
　　氯的存在范围最广,按照氟、溴、碘的顺序减少,砹是人工合成的元素.卤素单质都是双原子分子,都有很强的挥发性,熔点和沸点随原子序数的增大而增加.常温下,氟、氯是气体、溴是液体,碘是固体.
　　卤素最常见的有机化学反应为亲核性取代反应(nucleophilic substitution).
　　通常的化学式如：
　　Nu:- + R-X ----> R-Nu + X-
　　"Nu:-"在这里代表亲核负离子,离子的亲核性越强,则产率和化学反应的速度越可观.
　　"X"在这里代表卤素原子,如F,Cl,Br,I,若X-所对应的酸(即HX)为强酸,那么产率和反应的速度将非常可观,如果若X-所对应的酸为弱酸,则产率和反应的速度均会下降.
　　在有机化学中,卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能存在.卤素的有机化学反应
　　卤素的制成
　　* 从一个未饱和烃链制作卤素为最简单的方式,通过加成反应,如：
　　CH3-CH2-CH=CH2 + HBr ----> CH3-CH2-CH(Br)-CH3
　　不需要催化剂的情况下,产率90%以上.
　　* 如果希望将Br加在烃链第一个碳原子上,可以使用Karasch的方式：
　　CH3-CH2-CH=CH2 + HBr ----> CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O
　　催化剂：H2O2
　　产率90%以上.
　　* 从苯制作卤素泽必须要通过催化剂,如：
　　C6H6 + Br2 ----〉 C6H5-Br
　　催化剂：FeBr3或者AlCl3
　　产率相当可观.
　　* 从酒精制作卤素,必须通过好的亲核体,强酸作为催化剂以提高产率和速度：
　　CH3-CH2-CH2-CH2-OH + HBr <----> CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O
　　注意此反应为平衡反应,故产率和速度有限.
　　ⅦA 族元素包括氟（ F ）、氯 (Cl) 、溴（ Br ）、碘（ I ）、砹（ At ）,合称卤素.其中砹（ At ）为放射性元素,在产品中几乎不存在,前四种元素在产品中特别是在聚合物材料中以有机化合物形式存在.目前应用于产品中的卤素化合物主要为阻燃剂： PBB , PBDE , TBBP-A , PCB ,六溴十二烷,三溴苯酚,短链氯化石蜡；用于做冷冻剂、隔热材料的臭氧破坏物质： CFCs 、 HCFCs 、 HFCs 等.
　　危害：在塑料等聚合物产品中添加卤素（氟,氯,溴,碘）用以提高燃点,其优点是：燃点比普通聚合物材料高,燃点大约在 300℃ .燃烧时,会散发出卤化气体（氟,氯,溴,碘）,迅速吸收氧气,从而使火熄灭.但其缺点是释放出的氯气浓度高时,引起的能见度下降会导致无法识别逃生路径,同时氯气具有很强的毒性,影响人的呼吸系统,此外,含卤聚合物燃烧释放出的卤素气在与水蒸汽结合时,会生成腐蚀性有害气体（卤化氢）,对一些设备及建筑物造成腐蚀.
　　PBB , PBDE , TBBPA 等溴化阻燃剂是目前使用较多的阻燃剂,主要应用在电子电器行业,包括：电路板、电脑、燃料电池、电视机和打印机等等.
　　这些含卤阻燃剂材料在燃烧时产生二恶英,且在环境中能存在多年,甚至终身累积于生物体,无法排出.
　　因此,不少国际大公司在积极推动完全废止含卤素材料,如禁止在产品中使用卤素阻燃剂等.
　　目前对于无卤化的要求,不同的产品有不同的限量标准：
　　如无卤化电线电缆其中卤素指标为：所有卤素的值 ≦50PPM
　　(根据法规 PREN 14582) ;燃烧后产生卤化氢气体的含量＜100PPM
　　(根据法规 EN 5067-2-1) ;燃烧后产生的卤化氢气体溶于水后的 PH 值大于等于4.3( 弱酸性 )
　　(根据法规 EN-5 0267-2-2);产品在密闭容器中燃烧后透过一束光线其透光率 ≧60%
　　(根据法规 EN-50268-2) .