鹵素（Halogen）

鹵素（Halogen）
國立台灣師範大學化學研究所碩士生施雅芳/國立台灣師範大學化學系葉名倉教授責任編輯

鹵素是元素週期表第ⅦA族元素，包含氟（Fluorine，F）、氯（Chlorine，Cl）、溴（Bromine，Br）、碘（Iodine，I）和砈（Astatine，At），以及未發現元素117 ，暫時命名為ununseptium。 常溫常壓下氟為淡黃色氣體，氯為黃綠色氣體，溴為暗紅色液體，碘為紫黑色固體，砈則為放射性元素，自然界存在量稀少故我們不加以討論。揮發性強，熔點和沸點隨原序增加而增大。

由於鹵素可以和部分金屬形成鹽類，因此英文鹵素（halogen）來源於希臘語halas（鹽）和gen（形成）兩個詞。

鹵素的電子組態為ns²np⁵的雙原子分子，故以得到一個電子達到ns²np⁶頓性組態。由於鹵素的活性高，所以鹵素只以化合物或離子的狀態存在。鹵素皆具氧化性，氧化性從氟到碘依次降低。碘氧化性比較弱，三價鐵離子可將碘離子氧化為碘。

鹵素原子（F、Cl、Br、I、At）可和氫原子（H）形成共價化合物即為鹵化氫（HX）；因為它們在水中都以離子形式存在，且都是酸故稱氫鹵酸。氫氟酸（HF）（pKa = 3.20）為弱酸。氫氯酸（HCl）、氫溴酸（HBr）、氫碘酸（HI）都是強酸，酸性從HCl到HI依序增強。由於砈衰變會極度不穩定，故不加以討論。

鹵化銀（AgF、AgCl、AgBr、AgI）除了AgF可溶以外其它皆難溶於水，所以我們可以利用硝酸銀（AgNO₃）來檢測水中是否含有氯、溴、碘離子。

在水中的溶解度
氟與水反應，會產生氧氣（O₂）和氟化氫（HF）。
2 F_2(g) + 2 H₂O_(l) → O_2(g) + 4 HF_(aq)

常溫下（21 ^oC）每公斤水可溶0.7克氯，氯與水反應會產生鹽酸（HCl）及次氯酸（HClO）。
Cl₂ + H₂O_(l) → HCl_(aq) + HClO_(aq)

每100克水可溶解3.41克的溴，但因反應緩慢，故會生成氫溴酸及次溴酸。
Br₂ + H₂O_(l) → HBr_(aq) + HBrO_(aq)

碘在水中的溶解度（0.03 克/100克水）低於氟氯及溴，但易溶於碘化鉀溶液、四氯化碳、二硫化碳和苯中。

氟原子半徑小，原子核與最外層電子距離近、吸引力強，所以最容易獲得電子。反之，碘原子半徑大，原子核與最外層電子距離遠、吸引力弱，所以不容易獲得電子。 活性：氟 > 氯 > 溴 > 碘

氟及一些氟化合物皆具有毒及強腐蝕性。氫氟酸可以腐蝕玻璃、皮膚、骨頭，一旦接觸氫氟酸，應該立即用大量水沖洗。而FSO₃、SbF₅等化合物酸性遠強於硫酸及一般強酸，特定比例的混合物甚至可以分解石蠟。氯氣通常用來當消毒劑，例如: 自來水、游泳池。但由於氯氣的水溶性較差，且毒性較大，故常使用二氧化氯（ClO₂）代替氯氣作為水的消毒劑。溴蒸氣具有腐蝕性，並且有毒。溴與其化合物可被用來作為阻燃劑、淨水劑、殺蟲劑、染料等等。溴和碘與銀的化合物可用來當底片的感光劑。碘是人體必需的元素，是用來製造甲狀腺激素（thyroxine）以調控細胞代謝、神經性肌肉組織發展與成長。碘缺乏症（iodine deficiency disorder）是造成腦損害性疾病最常見的原因。