17족

할로겐은 17족 원소들입니다. 이들은 이원자 분자($\text{Cl}_2$, $\text{Br}_2$, $\text{I}_2$)로 존재합니다. 족을 따라 아래로 내려가면:

휘발성(물질이 기체로 변하기 쉬운 정도)은 족을 따라 아래로 갈수록 감소합니다: 클로린은 기체이지만 요오드는 고체입니다. 이는 분자가 커지고 전자 수가 많아지며, 분자 사이의 순간 쌍극자 및 유도 쌍극자 힘(반데르발스 힘)이 강해지기 때문입니다. 강한 힘은 끊기 어려우므로 끓는점은 상승하고 휘발성은 떨어집니다.

$\text{X}\text{–}\text{X}$ 분자의 결합 에너지(결합 강도)는 일반적으로 $\text{Cl}_2$에서 $\text{I}_2$로 내려감에 따라 감소하는데, 이는 공유 전자가 더 큰 원자에서 핵으로부터 더 멀리 있기 때문입니다.

할로겐의 산화제로서의 역할

각 할로겐은 한 개의 전자를 얻어 $1-$ 이온을 형성하므로 산화제로서 작용합니다. 이 산화력은 족을 따라 아래로 갈수록 감소하는데, 큰 원자는 추가된 전자를 더 약하게 끌어당기기 때문입니다. 반응성이 높은 할로겐은 그 염에서 반응성이 낮은 할로겐을 밀어낼 수 있습니다:

수소와의 반응

각 할로겐은 수소와 반응하여 수소 할로이드를 만듭니다:

반응은 족을 따라 아래로 갈수록 덜 격렬해집니다: 클로린은 빛에서 폭발적으로 반응하고, 브로민은 열이 필요하며, 요오드는 느리게 반응하며 부분적으로만 반응합니다.

수소 할로이드의 열 안정성

수소 할로이드의 열 안정성은 족을 따라 아래로 갈수록 감소합니다. 할로겐 원자가 커질수록 H–X 결합은 약해지므로, HI는 온화히 가열해도 분해되지만 HCl은 매우 안정적입니다.

할로이드 이온의 환원제로서의 역할

할로이드 이온(예: $\text{Cl}^-$)은 전자를放出하여 환원제로서 작용할 수 있습니다. 이 환원력은 족을 따라 아래로 갈수록 증가하는데, 큰 이온은 최외각 전자를 더 느슨하게 붙잡고 있기 때문입니다.

수용성 은 이온과의 반응

수용성 질산은을 먼저 넣고, 이후 수용성 암모니아를 넣어, 은 할로이드 침전물의 색상을 통해 할로이드를 식별하십시오:

농축 황산과의 반응

모든 할로이드는 우선 수소 할로이드를 생성합니다. 그 후 하위 할로이드들은 더 강력한 환원제이기 때문에 산에 의해 산화됩니다:

• 염화이는 $\text{HCl}$만 생성함 (비산화환원 반응).
• 브로민은 또한 일부 갈색 $\text{Br}_2$과 $\text{SO}_2$을 생성함.
• 요오드는 $\text{I}_2$와 냄새나는 기체 $\text{H}_2\text{S}$ 및 $\text{SO}_2$를 생성함. 왜냐하면 $\text{I}^-$가 가장 강력한 환원제이기 때문임.

수산화나트륨과의 반응

찬, 희석된 수산화나트륨과 염소가 반응하여 염화이온과 염산(Ⅰ)을 생성합니다:

뜨거움, 농축된 수산화나트륨과 반응할 때 염화이온과 염산(Ⅴ)을 생성합니다:

두 경우 모두 염소의 산화수가 $0$에서both 상승하고 하강하므로(oxidation number goes both up and down), 두 반응은 모두 비균형 disproportionation 반응입니다.

정수 처리에서의 염소

정수를 위해 소량의 염소를 물에 정수(purification) 목적으로 첨가합니다. 물과 다음과 같이 반응합니다:

활성 종인 $\text{HOCl}$과 $\text{ClO}^-$는 세균을 살균하여 마시기 안전한 물을 만듭니다.

풀이worked example. 고체 $\text{NaCl}$, $\text{NaBr}$ 및 $\text{NaI}$을 각각 농축된 $\text{H}_2\text{SO}_4$과 함께 가열합니다. 생성물을 예측하십시오. 환원력 reducing power은 그룹 아래로 갈수록 증가하므로 각 할로라이드가 황산에 의해 환원되는 정도가 다릅니다. $\text{Cl}^{-}$은 환원력이 너무 약해 아예 환원되지 않으므로, 산-염기 반응으로 증기状的인 $\text{HCl}$만 얻습니다. $\text{Br}^{-}$은 약간 환원시킵니다: $\text{HBr}$에 보라색 $\text{Br}_2$과 $\text{SO}_2$이 추가됩니다. $\text{I}^{-}$은 가장 강력한 환원제입니다: $\text{HI}$에 $\text{I}_2$이 생성되며, 황을 최종적으로 $\text{H}_2\text{S}$까지 완전히 환원시켜 썩은 달걀 냄새를 냅니다. 모든 할로라이드는 먼저 수소 할로아이드를 생성하며, 추가적인 생성물은 할로라이드가 황을 공격할 만큼 강력한 환원제 reducing agent일 때만 나타납니다.

• 할로겐은 그룹 아래로 갈수록 반응성이 감소합니다 (전자 획득이 어려워짐); 산화력이 감소합니다.
• 치환 displacement: 더 반응성이 강한 할로겐이 덜 반응성인 할로라이드를 치환합니다 — 색상 변화를 명시하십시오.
• 할로라이드 이온을 $\text{AgNO}_3$으로 테스트하십시오: 흰색 ($\text{Cl}^-$), 크림색 ($\text{Br}^-$), 노란색 ($\text{I}^-$), 이후 희석/농축 암모니아로 확인하십시오.
• 물과 찬 $\text{NaOH}$과의 염소 반응은 비균형 disproportionation입니다 — 산화수 변화를 보여주십시오.