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(EC 1907/2006, Annex XVII, Item 27)
(EC 1907/2006, Annex XVII, Item 22)
| 卤素 |
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香港公司 电话: (852) 3590 6238 传真: (852) 2120 8776 电子邮件: enquiry.hk@professional-laboratory.com
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卤素
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卤素是元素周期表上的第ⅦA族元素（IUPAC新规定：17族），包括氟（F）、氯（Cl）、溴（Br）、碘（I）和砹（At）。
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卤素的命名
由于卤素可以和很多金属形成盐类，因此英文卤素（halogen）来源于希腊语halos（盐）和gennan（形成）两个词。在中文里，卤的原意是盐碱地的意思。
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。这主要是由于卤素分子比烷链更加电极化，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。
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。
卤素的无机化学反应
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的增大而增加。常温下，氟、氯是气体、溴是液体，碘是固体。
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（pKa=3.20）一般看成是弱酸。氢氯酸（即盐酸）、氢溴酸、氢碘酸都是典型的强酸，酸性从HCl到HI依次增强，它们的pKa均为负数。
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。常用 X 表示。如 R-X 是含卤素原子的烃类。
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）和连接能量（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。
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。
有机卤化物的制成
- 可通过加成反应，在一个未饱和烃链加入卤素，此为最简单的方式，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：HO-OH
产率90%以上。
- 从苯制作卤化物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。
CH3-CH2-CH2-CH2-OH + Br-
<----> CH3-CH2-CH2-CH2-Br + H2O
催化剂：H+
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