به عناصر گروه 17 از جدول تناوبی که گروه هفتم اصلی نیز نامیده می شود، هالوژن گفته می شود. این گروه از جدول تناوبی شامل فلوئور، کلر، برم، ید و استاتین است. نام گذاری این عناصر توسط شیمیدان سوئدی به نام بارون جانز انجام شده است. هالوژن ها به صورت مولکول های دو اتمی وجود دارند. به عنوان مثال فلوئور به صورت F2 و کلر به صورت Cl2 وجود دارد.
ویژگی های فیزیکی هالوژن ها
هالوژن ها که به صورت مولکول های دو اتمی وجود دارند، با حرکت از بالا به پایین جدول تناوبی، بر طول پیون این مولکول ها اضافه می شود. در این روند، با افزایش عدد اتمی، نقاط ذوب و جوش نیز زیاد می شوند. دلیل این امر، افزایش نیروی جاذبه بین مولکولی از نوع لاندون بین مولکول ها با بزرگتر شدن اندازه آن هاست. رنگ فلوئور در این گروه از عناصر، زرد و رنگ کلر، زرد مایل به سبز است که هر دوی این عناصر، به حالت گازی هستند. برم در بین هالوژن ها مایع بوده و به رنگ قرمز تیره است، ید جامدی به رنگ بنفش و استاتین جامد فلزی تیره و براق است.
میزان الکترونگاتیوی و قدرت اکسندگی در این عناصر، از بالا به پایین جدول، کاهش پیدا می کند. هالوژن ها چون مولکول هایی غیرقطبی هستند نمی توانند به خوبی در آب حل شوند و فقط فلوئور است که حلالیت بهتری دارد. اما هالوژن ها در حلال های غیرقطبی به خوبی حل می شوند.
ویژگی های شیمیایی هالوژن ها
چون در آرایش الکترونی هالوژن ها یک الکترون در لایه ظرفیت لازم است تا به آرایش پایدار گاز نجیب برسد، به همین دلیل دارای واکنش پذیری بالایی هستند. در واکنش ها، این عناصر به شکل آنیون های هالید تبدیل می شوند. شدت این واکنش ها نیز از فلوئور تا ید کم می شود.
تشکیل هیدروژن هالیدها
از جمله موادی که هالوژن ها با آن واکنش می دهد، هیدروژن است که نتیجه این واکنش، تشکیل هیدروژن هالید است. شدت واکنش پذیری فلوئور با هیدروژن به صورت انفجاری و سریع است. اما کلر در صورتی با هیدروژن به شکل انفجاری واکنش می دهد که در مقابل نور و گرما قرار گیرد. واکنش برم با هیدروژن در مجاورت با گرما انجام می شود و ید و استاتین نیز واکنش پذیری کمی با این ماده داشته و خیلی جزئی با آن وارد واکنش می شوند.
تشکیل اکسی اسیدهای هالوژن ها
هیپوهالواسید، هالو اسید، هالیک اسید و پرهالیک اسید، اکسی اسیدهای هالوژن ها هستند. قدرت اسیدی اکسی اسیدهای هالوژن ها با افزایش تعداد اتم های اکسیژن بیشتر می شود. از اسیدهای قوی، اسید پربرمیک، اسید پرکلریک و اسید هالیک است. قدرت اکسندگی اکسی اسیدهای هالوژن ها در محیط های اسیدی بیشتر از محیط های بازی است.
واکنش هالوژن ها با نافلزات
فلوئور در بین هالوژن ها به دلیل واکنش پذیری بسار بالا با همه ی نافلزات وارد واکنش می شود. حتی این هالوژن با گاز نجیب زنون نیز تشکیل ترکیب XeF4 را می دهد. فلوئور فقط با نیتروژن، هلیم، نئون و آرگون نمی تواند واکنش دهد. هالوژن های دیگری چون کلر و برم نمی تواند به طور مستقیم با کربن، نیتروژن و گازهای نجیبواکنش دهد.
واکنش هالوژن ها با فلزات
هالوژن ها می توانند با فلزات وارد واکنش شوند و در این میان، فلوئور از همه واکنش پذیرتر است. هالیدهای یونی در نتیجه ترکیب هالوژن ها با فلزات بلوک s تشکیل می شوند. هالیدهایی که در نتیجه ترکیب هالوژن ها با فلزات بلوک p تشکیل می شود دارای عدد اکسایش 3+ و یا بالاتر هستند. هالیدهای مولکولی نیز در نتیجه واکنش هالوژن ها با نافلزات دیگر تولید می شود.
تهیه هالوژن ها
به غیر از فلوئور، بقیه هالوژن ها از اکسید کردن هالیدها به دست می آیند. اکسنده هایی که در این واکنش ها استفاده می شود، پرمنگنات پتاسیم و دی اکسید منگنز است. فلوئور به دلیل خاصیت اکسندگی بسیار قوی نمی تواند با اکسنده ای قوی تر از خود تهیه شود. به همین دلیل روش تهیه این هالوژن، الکترولیز است که در محلول الکترولیتی متشکل از پتاسیم فلوئورید در هیدروژن فلوئورید مایع انجام می شود.
کاربرد هالوژن ها
از هالوژن ها در موارد مختلفی استفاده می شود. به عنوان مثال از فلوئور در ترکیب خمیر دندان ها، داروهای بی هوش کننده، ساخت تفلون و قلم زنی شیشه استفاده می شود. از کلر در تولید حشره کش ها، داروهای ضد انعقاد کننده خون، تولید تجهیزات آتش نشانی، حلال ها و همچنین تولید گاز خردل به کار گرفته می شود. کاربرد ید وبرم نیز در ساخت لامپ های هالوژنی است. برمید نقره در فیلم عکاسی به کار برده می شود.
در علم شیمی مهمترین و پرکاربردترین ابزار، جدول تناوبی یا همان جدول مندلیف است. همه عناصر موجود در طبیعت و یا عناصری که در آزمایشگاه ها سنتز می شوند، در این جدول قرار داده شده اند. هر کدام از عناصر در این جدول در خانه های مربوط به خود، با عدد اتمی و عدد جرمی مشخص خود نوشته شده اند. ترتیب قرار گرفتن عناصر در جدول تناوبی بر حسب افزایش عدد اتمی است. این جدول از 18 گروه یا ستون و هفت دوره یا تناوب تشکیل شده است. عناصر موجود در یک گروه، دارای خواص مشابهی هستند.
تاریخچه جدول تناوبی
اولین بار تئوری چهار عنصری توسط ارسطو فیلسوف یونانی ارائه شد که مقدمه ای برای شروع عناصر و دسته بندی آن ها بود. این ایده 3000 سال قبل از میلاد مسیح بیان شد. لاوازیه کسی بود که برای اولین بار عناصر را در چهار گروه گازها، فلزات، غیرفلزات و عناصر زمین دسته بندی کرد. در سال 1829 یوهان دوبرینر، لیتیم، سدیم و پتاسیم را سه عنصری پیدا کرد که خواص یکسانی از خود نشان می دادند. عنصر وسطی در این سه عنصر، میانگینی از خواص دو عنصر دیگر را نشان می داد.
دسته بندی عناصر در هفت دسته توسط نیولندز بریتانیایی انجام شد که با رابطه بین عناصر و جرم اتمی آن ها دسته بندی شد. چون گازهای نجیب شناخته نشده بودند، به جای هشت گروه، فهت دسته توسط این دانشمند معرفی شد. جولیوس میر کسی بود که جدول های مختلفی برای عناصر ارائه داد. یکی از آن ها بر اساس توانایی واکنش با عناصر دیگر بود، یا جدولی بر اساس ویژگی های واکنش پذیری و همچنین جدولی بر پایه جرم اتمی عناصر طرح ریزی کرد.
جدول تناوبی مندلیف
سرانجام دمیتری مندلیف کسی بود که جدولی بر پایه و شکل امروزی و بر اساس وج.د شباهت در عناصر ارائه داد. ارائه جدول تناوبی در سال 1869 توسط مندلیف بود. مندلیف این جدول را با نوشتن مشخصات عناصر روی کارت هایی و قرار دادن آن ها به شکل های مختلف در کنار هم پایه ریزی کرد که سرانجام، اساس، افزایش جرم اتمی شد. گروه هایی که مشابه هم بودند ابتدا به شکل سطر و سپس در ستون هایی توسط مندلیف قرار داده شد.
قرار گرفتن عناصر در ستون های جدول تناوبی آن زمان مندلیف بر اساس تشابه در خواص شیمیایی و قرار گرفتن عناصر در ردیف ها بر اساس افزایش جرم اتمی بود.
نکات شگفت زده درباره جدول مندلیف
مندلیف از کارهای شگفت انگیزی که در جدول خود کرد، برای عناصری که هنوز شناخته نشده بودند، جای خالی قرار داد. حتی او مشخصات این عناصر را نیز با توجه به عناصر هم گروه خود پیش بینی کرد. بعدها سه عنصر از 5 عنصر شناسایی شدند. گالیم که به نام اکا- آلومینیوم توسط مندلیف نام گذاری شده بود، کشف شد. اسکاندیوم و ژرمانیوم نیز عناصر بعدی بودند که کشف شدند. همچنین کشف گازهای نجیب توسط رمزی، تاییدی دیگر بر جدول مندلیف بود که شاهکار او را تایید می کرد.
صورت امروزی جدول مندلیف
با شناخته شدن عناصر مختلف، جدول تناوبی کامل تر شد. اما اساس و پایه طرح ریزی جدول تناوبی همان است که مندلیف ارائه داد. جدول امروزی دارای 18 گروه است که گروه های 3 تا 12 به عنوان عناصر واسطه خوانده می شوند. همچنین این جدول از هفت دوره یا تناوب تشکیل شده است. کشف انرژی رادیواکتیویته توسط بکرل و تحقیقات مختلفی که توسط دانشمندان مطرحی چون ماری و پیرکوری، تامسون و رادرفورد انجام شد، ذرات بسیار مهمی را کشف کرد. الکترون، پروتون و نوترون این ذرات مهم هستند که کشف آن ها، قدم های بسیار بزرگی را در تکمیل جدول تناوبی منجر شد.
در جدول تناوبی به عناصر گروه اول، فلزات قلیایی گفته می شود که توانایی زیادی در اکسیداسیون دارند. میل به واکنش پذیری این عناصر به دلیل داشتن یک الکترون در لایه ظرفیت، بسیار بالاست.
عناصر گروه دوم به نام فلزات قلیایی خاکی هستند که دو الکترون در لایه ظرفیت خود داشته میل واکنش پذیری کمتری از فلزات قلیایی دارند.
گروه سوم اصلی یا گروه 13 به نام گروه بور بوده و شامل بور، آلومینیوم، گالیم، ایندیم و تالیم است. اعداد اکسایش این عناصر، 1+ و 3+ هستند.
گروه 14 یا خانواده کربن هستند که عنصر کربن این گروه در مرکز این جدول و بین فلزات و نافلزات قرار دارد.
از بین گروه های جدول تناوبی هالوژن ها و گازهای نجیب بسیار مهم بوده و رفتارهای خاصی از خود نشان می دهند. گروه های 3 تا 12 نیر به نام فلزات واسطه هستند که در خود فلزات واسطه داخلی یعنی لانتانیدها و اکتنیدها را نیز در بر می گیرند که به صورت دو ردیف در پایین جدول قرار گرفتند.