Periodiek systeem/Halogenen

De halogenen (IUPAC groepsnummer 17, vroeger bekend als VIIa) uit het periodiek systeem hebben als kenmerk dat hun buitenste s- en p-schil samen zeven elektronen bevatten. Omdat ze slechts één elektron hoeven op te nemen om de edelgasconfiguratie te bereiken, hebben ze oxidatiegetal -1, en zijn het sterke oxidatoren. Vooral de lichtste in deze groep (fluor) is uiterst reactief.

Galerij

Sjabloon:PeriodiekSysteem kolom	Fluor	Chloor	Broom
	Vloeibare Fluor	Chloor	Broom, gas en vloeistof
	Jood	Astaat	Tennessine
			?
	Kristallen Jood	Emilio Segrè, ontdekker van Astaat	Tennessine, te onbekend

Omdat waterstof na het opnemen van één elektron een volledig gevulde buitenste schil krijgt, en dan een hydride zoals in natriumhydride vormt, wordt dit element soms ook als halogeen beschouwd. Maar vanwege de andere niet-halogenide eigenschappen is het officieel geen halogeen.

De naam halogeen komt van het Griekse "Άλας", "halas", wat "zout" betekent. En inderdaad vormen de halogenen gemakkelijk (vaak goed in water oplosbare) zouten met veel metalen. Het bekendste voorbeeld hiervan is ongetwijfeld natriumchloride, triviaal ook wel keukenzout genoemd. In een reactie van een halogeen met waterstof ontstaat HX, (X = F, Cl, Br, I) wat een zuur is. Naar beneden gaand in de kolom is het gevormde zuur sterker.

Eigenschappen

Naar beneden gaand in de kolom neemt de elektronegativiteit en daarmee de sterkte van de oxidator af. De zwaardere elementen kunnen dan ook zelf geoxideerd worden en in hogere oxidatietoestanden voorkomen. Bijvoorbeeld:

$2\mathrm{B}\mathrm{r}{\phantom{A}}_2+5\mathrm{F}{\phantom{A}}_2⟶2\mathrm{B}\mathrm{r}\mathrm{F}{\phantom{A}}_5$

Broom heeft hier een oxidatie getal +5. In perhalogenaten zoals kaliumperjodaat $\mathrm{K}\mathrm{I}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ of perchloorzuur, $\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ kan het oxidatiegetal zelfs +7 belopen.

De oxides van de halogenen (zwaarder dan fluor) zijn alle zuurvormend. Een perchloraat kan bijvoorbeeld gezien worden als een zout van perchloorzuur $\mathrm{K}\mathrm{C}\mathrm{l}\mathrm{O}{\phantom{A}}_4$ dat gebaseerd is op het 7+ heptaoxide $\mathrm{C}\mathrm{l}{\phantom{A}}_2\mathrm{O}{\phantom{A}}_7$ (Een vloeistof die kookt bij Sjabloon:Nowrap en bevriest bij Sjabloon:Nowrap

fluor

Fluor vertoont in meerdere opzichten verschillen met de rest van de stabiele halogenen. Zo zijn de zilverzouten van chloor, broom en jood slecht oplosbaar, maar zilver(I)fluoride juist wel, tot 1,8 kg/liter water. Voor de lithiumzouten ligt het juist andersom: van de andere halogenen is dit zout goed oplosbaar, lithiumfluoride heeft slechts een oplosbaarheid van 2,7 gram/Liter.

Toepassingen

De vier stabiele halogenen vinden alle belangrijke technische en economische toepassing; een voorbeeld is de halogeenlamp (zie ook de individuele elementen). De zwaarste halogeen (astaat) komt alleen als radioactief isotoop voor met een halfwaardetijd van ongeveer acht uur en is daarom niet geschikt voor zulke toepassingen.

Halonen of HCFK's zijn koolwaterstoffen die gehalogeneerd zijn. Dat wil zeggen dat een of meer van de waterstofatomen vervangen is door een van de halogenen. Halonen zijn bijzonder stabiele stoffen. Zij zijn bestand tegen zeer hoge temperaturen, zodat ze veel gebruikt werden in brandblusapparaten. Chloorfluorkoolstofverbindingen of CFK's zijn koolwaterstoffen waarvan (alle) waterstofatomen zijn vervangen door chloor en/of fluor. CFK's werden in de jaren na 1950 ontwikkeld en gebruikt als koelmiddel en als drijfgas voor spuitbussen. Beide typen stoffen werden uitgefaseerd omdat ze de ozonlaag bleken aan te tasten.

Halonen of HCFK's zijn koolwaterstoffen die gehalogeneerd zijn, wat wil zeggen dat er een van de halogenen aan is toegevoegd op de plaats van een waterstofatoom. Halonen zijn bijzonder stabiele stoffen. Zij zijn bestand tegen zeer hoge temperaturen, zodat ze veel gebruikt werden in brandblusapparaten. Chloorfluorkoolstofverbindingen of CFK's zijn koolwaterstoffen waarvan (alle) waterstofatomen zijn vervangen door chloor en/of fluor. CFK's werden in de jaren na 1950 ontwikkeld en gebruikt als koelmiddel en als drijfgas voor spuitbussen. Beide typen stoffen werden uitgefaseerd omdat ze de ozonlaag bleken aan te tasten.

Productie

Fluor is het krachtigste oxidans. De stof fluor kan dan ook niet geproduceerd worden door oxidatie van een fluoride. Fluor wordt industrieel geproduceerd door de elektrolyse van een bij 80°C smeltend mengsel van Waterstoffluoride, $\mathrm{H}\mathrm{F}$, en kaliumfluoride, $\mathrm{K}\mathrm{F}$. In dit mengsel wordt $\mathrm{H}\mathrm{F}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{-}$ gevormd. Men gebruikt een koolstofanode en een ijzeren kathode:

Anodereactie:	$\mathrm{H}\mathrm{F}{\phantom{A}}_2{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+2\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}$
Kathodereactie:	$2\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}+2\mathrm{e}{\phantom{A}}^{-}⟶\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$
Totaalreactie:	$2\mathrm{F}{\phantom{A}}^{-}+\mathrm{H}{\phantom{A}}^{+}⟶\mathrm{F}{\phantom{A}}_2+\mathrm{H}{\phantom{A}}_2$

Een mengsel van waterstof- en fluorgas is bij 80 °C erg explosief. Zelfs bij -200°C reageren fluor en waterstof nog heftig met elkaar. Om deze reden wordt de elektrolyse zo uitgevoerd dat de producten ervan zich niet kunnen vermengen.

Chloor kan uit uit een chloride geoxideerd worden door elementair fluor, of een ander sterk oxidans, maar deze manier is zeer duur. Net als fluor wordt chloor geproduceerd door elektrolyse.

Gegevens

Gegevens van elementen in de stikstofgroep

Naam	Smbl	Nr	M	Smpnt	Kkpnt	EN	Rth	Rcov
Fluor Sjabloon:!! F Sjabloon:!! 9 Sjabloon:!! 18,998404 Sjabloon:!! -220 Sjabloon:!! -188 Sjabloon:!! 3,98 Sjabloon:!! 56 Sjabloon:!! 50
Chloor Sjabloon:!! Cl Sjabloon:!! 17 Sjabloon:!! 35,453 Sjabloon:!! -101 Sjabloon:!! -34 Sjabloon:!! 3,16 Sjabloon:!! 79 Sjabloon:!! 100
Broom Sjabloon:!! Br Sjabloon:!! 35 Sjabloon:!! 79,904 Sjabloon:!! -10 Sjabloon:!! 59 Sjabloon:!! 2,96 Sjabloon:!! 94 Sjabloon:!! 115
Jood Sjabloon:!! I Sjabloon:!! 53 Sjabloon:!! 126,9045 Sjabloon:!! 113,6 Sjabloon:!! 185,3 Sjabloon:!! 2,66 Sjabloon:!! 115 Sjabloon:!! 140
Astaat Sjabloon:!! At Sjabloon:!! 85 Sjabloon:!! 209,9871 Sjabloon:!! 302 Sjabloon:!! 337 Sjabloon:!! 2,2 Sjabloon:!! 127 Sjabloon:!! -
Tennessine Sjabloon:!! Tst Sjabloon:!! 117 Sjabloon:!! [291] Sjabloon:!! - Sjabloon:!! - Sjabloon:!! - Sjabloon:!! - Sjabloon:!! -

Smbl	: Symbool
Nr	: Atoomnummer
Smbl	: Symbool
M	: Molaire massa (g/mol). Massa tussen [..]: niet natuurlijk voorkomend radioactief element, de massa van het meest stabiele isotoop is vermeld.
Smpntl	: Smeltpunt (°C)
Kkpnt	: Kookpunt (°C)
EN	: Elektronegativiteit (Pauling)
Rth	: Op theoretische basis berekende atoomstraal (pm)
Rcov	: Op basis van metingen aan covalent gebonden atomen berekende atoomstralen. (pm)

Sjabloon:Paginalink Sjabloon:Sub