主族元素

 

VIIA族: 鹵族元素 (VII 主族元素 )
這族含有五個元素, 氟(F)、氯(Cl)、溴(Br)、碘(I)和砹(At)全部為典型非金屬元素, 砹沒有穩定同位素, 迄今為止, 人類未能獲得可見量的元素砹, 氟呈淡黃色, 人類己知化學性質最為活潑的元素, 除了氦(He)、氖(Ne)及氬(Ar)之外, 它能質一切元素化合成氟化物; 與水作用產化氟化氧(OF3)及臭氧(O3), 與絕大數其他物質作用, 氟及其化合物有劇毒氯呈黃綠色 氣體, 液化氯為金黃色油狀液體, 氯元素較氟穩定, 能質大多數元素化合, 但不能和惰性氣體、氮、氧等非金屬元素作用, 氯能溶於水且緩慢反應, 產生初生態氧, 故有漂白作用; 溴為紅褐色重質液體, 極易揮發, 具強刺激性嗅, 稍溶於水, 能腐蝕各種金屬; 碘為紫黑色晶體, 加熱時蒸氣呈紫色, 常溫下有昇華現象(在高壓的加熱容器中呈現的液態才易觀察), 它雖然能與多種元素作用, 但明顯較溴穩定因為這些元素以典型的鹽類形式存在於自然界, 被認為是鹽的製造者, 故稱之為鹵族元素(鹵素)
它們的自由分子為雙原子結構, 氟和氯是氣體, 溴是唯一的液體非金屬元素, 碘為固體,隨著原子序數的增加, 其化學活潑性遞次衰減 , 元素的顏色亦隨之增強

         

請按此參閱 氟(Fluorine)元素的專題

    
(左圖)上: 灼熱的銅在純氯中燃燒,產生深黃色煙霧, 最終生成灰白色不溶於水的氯化亞銅(CuCl, 下)
(右圖)上: 硫在氯中加熱生成氯化硫後, 吸收空氣中水分而分解為氯化氫及硫化氫; 下: A-二氯化硫(SCl2); B-二氯化二硫(S2Cl2)

 
: (a)儲存於水中, 液態溴的內聚力較大, 故此形成扁卵形液滴, 且部分溶在水中; (b)室溫下溴極易揮發, 其極具刺激性的蒸汽含有劇毒


碘(I2)晶體受熱時昇華, 其蒸氣呈紫色

VIIA族元素的保存: 這族所有元素對人體有不同程度的危害: 它們具有強烈的刺激性及腐蝕性, 主要對呼吸系統影響, 氯、溴發出極為濃烈的氣味, 嗅入少量即會引起鼻黏膜疼痛難奈, 皮膚上誤與液溴接觸會引致嚴重的灼傷(筆者幸好未有此項經驗), 碘的毒性較少, 但仍有潛在危險性 
鹵素會腐蝕橡膠質, 漂白其所含色素, 對於氯以言, 盛皿口以高溫熔封或儲於整體皆為玻璃製容器, 其磨砂封口塗以濃硫酸作為密封劑(注意: 操作濃硫酸時必需格外小心!)。溴和碘可以儲於密閉玻璃容器, 配以耐腐蝕性蓋子, 且放置於陰涼處。一般元素收集者不被建議儲備過量的鹵素標本, 此舉會對其本人以至其家人及鄰居構成不必要的危機!

氟是活性最強的元素, 貯藏它的先缺條件是隔絕空氣及水分, 一般用於展示元素的物質, 例如玻璃甚至石英都不能直接用於貯氟, (氟化氫腐蝕玻璃是眾所周知的事實!), 本室館藏的標本為氟充入內塗透明碳氟化合物內壁的高純單晶石英管中, 這相信是最權宜之法矣!(有關更詳盡的描述, 請參看本室專題 - 死亡元素:氟

元素: 

氟    F 氯    Cl    Br 碘   I

拉丁文學名:

Florum Chlorum Bromium Iodium
命名辭源(含意): fluere (流動) chloros (綠色) bromos (惡臭) iodes (紫色)
發現者(國家), 年代: H.Moisson (), 1886 Scheele (瑞典), 1774 Balard() et Lowig(), 1826 Courtois (), 1811
原子序數:  9 17 35 53
原子量: 18.998 35.453 79.904 126.9045
熔點(凱氏 K, 0K= -273 oC): 53.53 172.17 265.9 386.7
沸點(凱氏 K, 0K= -273 oC): 85.01 239.18 331.93 457.50
密度(克/厘米3):   1.696 (273K) 3.214 (273K)  3.1226 (293K) 4.930 (293K) 
主要光譜線波長(nm): 703.75 479.45 481.67 540.74
己知同位素數目(個):  6 11 19 24
同位素質量範圍: 17 - 22 32 - 40

74 - 90

117 - 139
地表中豐度(ppm): 544 126 2.5 0.46
海水中豐度(ppm): 1.3 19000 65 0.05
生物學上的角色:  痕量元素 (元素態極毒, 化合物亦具毒性 主要元素(元素態氯劇毒)   無(元素態溴劇毒) 痕量元素

館 藏 概 要

樣本狀態:(一般採用玻璃熔封) 高純氣體(>99.9%),低壓充入有氟碳化合物保護層的石英管內,標本不能採用玻璃熔封,而以鐵氟龍管塞嚴封 1. 純度~99%,經除氯化氫及水分工驟提純, 劇毒性氣體, 常壓熔封管
2.
液化氣體, 純度 >99%, 劑量<100mg, 高壓石英管, 內徑2mm, 外徑4mm, 壓強: ~6.9大氣壓 (7.1kg/cm3), 全管以高分子透明樹脂密封技術固封, 以保安全
99.5%, 強烈腐蝕性及劇毒液體, 以熔封法保存於玻璃管中(如圖), 壓強: ~1大氣壓為安全起見, 此元素管再以高分子透明樹脂密封技術固封 >99%, 重昇華提純樣本
首次收集的日期: 14/07/2003 1. 05/04/1986  2. VIII NSC21 20/05/1986 25/04/1986
館藏編號: NGE-86 1. NGE-12  2. NGE-12(A) NGE-19 NGE-14

 

化合物

鹵素的外層電子構型為 ns2np5, 其共有7個電子, 按八隅體理論, 它們僅俘獲1個電子便可達成穩定狀態, 因此, 它們最常見的氧化態為 -1, 除氟以外, 其他鹵素皆具有可使用的 d軌道, 因此它們的氧化態的變化亦增加, 而且能以+7存在, 鹵素的化合物一般呈白色, 水溶液為無色的

F-I      (F-)          :  氟化鈉 ( NaF )
Cl-I    (Cl-)       :  氯化鈉 ( NaCl )
ClV    (ClO3-)   : 
氯酸鉀 ( KClO3 )
ClVII (ClO4-)   : 
高氯酸 ( HClO4 )
Br-I   (Br -)       :  溴化鉀 ( KBr )
BrV   (BrO3-)   : 
溴酸鉀 ( KBrO3 )
I-I      (I -)          :  碘化鉀 ( KI )
IV      (IO3-)      : 
碘酸鉀 ( KIO3 )
IVII   (IO4-)      : 
高碘酸 ( HIO4 . 2H2O )

鹵素互化物

由不同種類的鹵素構成的二元或以上的化合物稱之為鹵素互化物(Interhalogen compounds), 通式為 XX'n (X' 為較輕的鹵素; n = 1, 3, 5, 7), 除了氟化鹵素系列的化合物, 目前僅知的鹵素互化物為 BrCl, ICl, ICl3 IBr,  其性狀和單一鹵素的性質相似, 一種在標準狀況下不穩定, 能與金屬及非金屬元素作用生物混合鹵化物 (: 2Na + ICl NaCl + NaI)

一氯化碘 ( ICl, 見上圖) 為紅棕色油狀液體或暗紅色晶體, 相對密度 3.24,  具有強烈的刺激性, 100 oC時沸騰而且分解為氯及碘, 在空氣中較不穩定, 能和其中濕氣作用而形成碘酸 (H3IO3) 和氯。外表和性質酷似溴, 能強烈腐蝕有機物質, 這種化合物可由氯氣和碘直接化合而得。


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