🗂️ بطاقة المجموعة
| رقم المجموعة | 17 (VIIA) |
| اسم المجموعة | الهالوجينات |
| الفئة | الفئة p |
| التوزيع الإلكتروني العام | ns² np⁵ |
| حالة الأكسدة الشائعة | -1 (والكلور والبروم واليود تظهر حالات موجبة متعددة) |
| عدد العناصر | 6 (خمسة طبيعية + تينيسين صناعي مشع) |
ما هي الهالوجينات؟
الهالوجينات هي عناصر المجموعة السابعة عشرة (17) في الجدول الدوري. تضم المجموعة خمسة عناصر توجد طبيعيًا بكميات متفاوتة، وهي: الفلور (F)، والكلور (Cl)، والبروم (Br)، واليود (I)، والأستاتين (At)، بالإضافة إلى عنصر التينيسين (Ts) الصناعي شديد الثقل والمشع، الذي لا تُعرف خواصه الكيميائية بنفس الدقة بعد. تتميز جميعها بوجود سبعة إلكترونات في غلاف التكافؤ (ns² np⁵)، فهي تحتاج إلى إلكترون واحد فقط لتحقيق الاستقرار الثماني.
موقعها في الجدول الدوري
تشغل الهالوجينات العمود الثاني من يمين الجدول الدوري، مباشرة يسار الغازات النبيلة. تنتمي إلى عناصر الفئة p. تبدأ المجموعة من الأعلى بالفلور (F) وتنتهي بالتينيسين (Ts).
عناصر المجموعة السابعة عشرة
الجدول التالي يوضح أسماء الهالوجينات ورموزها وبياناتها الأساسية.
| العنصر | الرمز | العدد الذري | التوزيع الإلكتروني الخارجي |
|---|---|---|---|
| الفلور | F | 9 | [He] 2s² 2p⁵ |
| الكلور | Cl | 17 | [Ne] 3s² 3p⁵ |
| البروم | Br | 35 | [Ar] 3d¹⁰ 4s² 4p⁵ |
| اليود | I | 53 | [Kr] 4d¹⁰ 5s² 5p⁵ |
| الأستاتين | At | 85 | [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s² 6p⁵ |
| التينيسين | Ts | 117 | [Rn] 5f¹⁴ 6d¹⁰ 7s² 7p⁵ |
لماذا سُميت بالهالوجينات؟
كلمة "هالوجين" مشتقة من اليونانية، وتعني "مُكوّن الملح". أُطلق عليها هذا الاسم لأنها تتفاعل مباشرة مع الفلزات لتكوين أملاح شائعة، مثل كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) وبروميد البوتاسيوم.
التركيب الإلكتروني وحالات الأكسدة
تمتلك جميع الهالوجينات التركيب الإلكتروني العام ns² np⁵، أي سبعة إلكترونات في غلاف التكافؤ. تنقصها إلكترون واحد فقط لاكتمال الثمانية، لذلك فهي عوامل مؤكسدة قوية تميل إلى اكتساب إلكترون واحد بسهولة لتكوين أيونات سالبة أحادية التكافؤ (-1).
مع ذلك، لا تقتصر حالات الأكسدة على -1. فالفلور يكون دائمًا -1 تقريبًا، لكن الكلور والبروم واليود يمكن أن تظهر حالات أكسدة موجبة متعددة، منها +1 و+3 و+5 و+7، خاصة في مركبات الأكسجين.
الخواص الفيزيائية للهالوجينات
تتغير الخواص الفيزيائية للهالوجينات تدريجياً عند الانتقال من أعلى المجموعة إلى الأسفل. نجد العناصر في الأعلى غازات، والبروم سائلاً، واليود صلباً. والجدول التالي يوضح ذلك:
| الخاصية | الفلور | الكلور | البروم | اليود |
|---|---|---|---|---|
| نقطة الانصهار (°C) | -219 | -101 | -7.2 | 113.7 |
| نقطة الغليان (°C) | -188 | -34 | 58.8 | 184.3 |
| الطور | غاز | غاز | سائل | صلب |
| اللون | أصفر باهت جدًا | أصفر مخضر | بني أحمر | أسود |
| الكثافة (غ/سم³) عند 0 °م و 1 ض.ج | 0.0017 | 0.0032 | 3.1028 | 4.933 |
| الكهروسالبية | 3.98 | 3.16 | 3.04 | 2.66 |
اتجاهات الخواص الدورية في المجموعة 17
يوضح الجدول التالي كيف تتغير خواص الهالوجينات عند الانتقال من الأعلى إلى الأسفل.
| الخاصية | الاتجاه عند النزول في المجموعة |
|---|---|
| نصف القطر الذري | يزداد ⬆️ |
| الكهروسالبية | تقل ⬇️ |
| طاقة التأين | تقل ⬇️ |
| النشاط الكيميائي (المؤكسد) | يقل ⬇️ |
| درجة الانصهار والغليان | تزداد ⬆️ |
| الكثافة | تزداد ⬆️ |
لماذا يقل النشاط الكيميائي نزولًا في المجموعة؟
عند الانتقال من الفلور إلى اليود، تزداد مستويات الطاقة الرئيسية ويزداد نصف القطر الذري، فيزداد الحجب الإلكتروني من الإلكترونات الداخلية. ينتج عن ذلك ضعف جذب النواة للإلكترونات الخارجية، فتصبح الذرة أقل رغبةً في اكتساب إلكترون إضافي، وبالتالي ينخفض النشاط الكيميائي.
لماذا تزداد درجات الانصهار والغليان نزولًا؟
مع زيادة عدد الإلكترونات وحجم الجزيء (X₂) نزولًا في المجموعة، تزداد قابلية الاستقطاب، فتتعاظم قوى تشتت لندن بين الجزيئات. وهذا يرفع درجات الانصهار والغليان تدريجيًا من الفلور إلى اليود.
لماذا يُعد الفلور الأكثر نشاطًا؟
يعود ذلك إلى صغر نصف قطره الذري، وقلة الحجب الإلكتروني، وقوة جذب نواته للإلكترونات، مما يجعله يكتسب إلكترونًا بسهولة قصوى. ورغم أن طاقة رابطة F–F لها خصوصية، يبقى الفلور عمومًا أقوى عامل مؤكسد بين الهالوجينات.
الخواص الكيميائية وأهم التفاعلات
الهالوجينات من أشد اللافلزات نشاطًا، وهي تتفاعل مع كثير من الفلزات والهيدروجين والمركبات العضوية وحتى مع بعضها البعض. تتناقص النشاطية الكيميائية نزولًا في المجموعة: F₂ > Cl₂ > Br₂ > I₂ > At₂.
أ. التفاعل مع الفلزات
تتفاعل الهالوجينات مع الفلزات لتكوين هاليدات الفلزات. المعادلة العامة مع الفلزات القلوية: \[\ce{2M + X2 -> 2MX}\]
- تفاعل الصوديوم مع الكلور: \[\ce{2Na + Cl2 -> 2NaCl}\]
- تفاعل البوتاسيوم مع البروم: \[\ce{2K + Br2 -> 2KBr}\]
ب. التفاعل مع الهيدروجين
تتحد الهالوجينات مع الهيدروجين لتكوين هاليدات الهيدروجين (HX)، وهي مركبات جزيئية، وتكوّن محاليل حمضية عند ذوبانها في الماء. وتختلف قوة هذه الأحماض؛ فـHF حمض ضعيف، بينما HCl وHBr وHI أحماض قوية في الماء. تزداد شدة التفاعل كلما صعدنا في المجموعة.
- \[\ce{H2 + F2 -> 2HF}\] (انفجاري حتى في الظلام)
- \[\ce{H2 + Cl2 -> 2HCl}\] (يتطلب ضوءًا)
- \[\ce{H2 + I2 -> 2HI}\] (يتطلب تسخينًا وبطيء)
ج. التفاعل مع الماء
يتفاعل الفلور بشدة مع الماء منتجًا الأكسجين وفلوريد الهيدروجين:
\[\ce{2F2 + 2H2O -> O2 + 4HF}\]
أما الكلور والبروم فيتفاعلان مع الماء تفاعل عدم تناسب، ويكون التفاعل في حالة اتزان كما يلي:
\[\ce{Cl2 + H2O <=> HCl + HClO}\] \[\ce{Br2 + H2O <=> HBr + HBrO}\]
اليود قليل الذوبان في الماء، وذوبانه وتفاعله مع الماء ضعيفان جدًا مقارنة بالفلور والكلور والبروم.
د. تفاعل الإزاحة بين الهالوجينات
يستطيع الهالوجين الأكثر نشاطًا (الموجود أعلى المجموعة) أن يزيح الهالوجين الأقل نشاطًا من محاليل أملاحه. مثال:
\[\ce{Cl2 + 2KBr -> 2KCl + Br2}\]
في هذا التفاعل، يحل الكلور محل البروم لأنه أكثر نشاطًا.
هـ. التفاعل مع المركبات العضوية
تتفاعل الهالوجينات مع الألكانات في وجود الأشعة فوق البنفسجية لتحل محل ذرات الهيدروجين (تفاعل استبدال الجذور الحرة). كما تتفاعل مع الألكينات بإضافة مباشرة إلى الرابطة المزدوجة لتكوين هاليدات ثنائية. للمزيد يمكنك الرجوع إلى مقال الخواص والتفاعلات الكيميائية للألكانات.
الوجود في الطبيعة
بسبب نشاطها الكيميائي العالي، لا توجد الهالوجينات حرة في الطبيعة، بل توجد دائمًا على شكل أملاح لهاليدات:
- الفلور: في معادن مثل الفلوريت (CaF₂) والكرايوليت (Na₃AlF₆).
- الكلور: في الملح الصخري (NaCl) ومياه البحار والمحيطات، حيث يشكل حوالي 2% من وزنها.
- البروم واليود: بتركيزات منخفضة في مياه المحيطات والآبار المالحة.
طرق الاستخلاص
يُستخلص الكلور صناعيًا بشكل رئيسي عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم (المحلول الملحي)، حيث يتصاعد غاز الكلور عند المصعد. أما اليود فيُستخلص صناعيًا من مصادر غنية باليود، مثل بعض المحاليل الملحية ومياه الآبار النفطية، بعد أكسدة اليوديد إلى اليود الحر.
أهم الاستخدامات العملية
تُستخدم الهالوجينات ومركباتها في مجالات واسعة. الجدول التالي يلخص أبرزها:
| العنصر / المركب | الاستخدام |
|---|---|
| الفلوريدات | معاجين الأسنان والوقاية من تسوس الأسنان |
| الكلور | تعقيم المياه، إنتاج PVC، المبيضات والمنظفات |
| البروم ومركباته | مثبطات اللهب، تنقية المياه، بعض المستحضرات الدوائية |
| اليود ومركباته | المطهرات، إضافته إلى الملح للوقاية من نقص اليود، وتطبيقات دوائية وصناعية أخرى |
| مركبات هاليدات الفضة | التصوير الفوتوغرافي التقليدي |
| مركبات الفلور | مواد دوائية، تيفلون، مواد مقاومة كيميائيًا |
| الأستاتين | أبحاث علمية محدودة بسبب ندرته ونشاطه الإشعاعي |
مقارنة سريعة مع الغازات النبيلة (المجموعة 18)
تقع الهالوجينات بجوار الغازات النبيلة في الجدول الدوري، لكن خواصهما متناقضة تمامًا. فالهالوجينات تحتاج إلكترونًا واحدًا لاكتمال غلاف التكافؤ، لذا هي من أنشط اللافلزات، ويُعد الفلور أقوى عامل مؤكسد بينها. بينما الغازات النبيلة تمتلك غلاف تكافؤ مكتملًا، لذا هي الأقل نشاطًا على الإطلاق.
ملخص سريع
- تضم المجموعة 17 خمسة هالوجينات طبيعية: F, Cl, Br, I, At بالإضافة إلى تينيسين (Ts) الصناعي المشع.
- تمتلك سبعة إلكترونات تكافؤ (ns² np⁵)، وتحتاج إلكترونًا واحدًا للاستقرار.
- توجد على شكل جزيئات ثنائية الذرة (X₂) في الظروف العادية.
- تقل الكهروسالبية والنشاط الكيميائي نزولًا في المجموعة، بينما تزداد درجات الانصهار والغليان والكثافة.
- تتفاعل مع الفلزات مكونة أملاحًا، ومع الهيدروجين مكونة أحماضًا، وتحل محل بعضها البعض حسب النشاط.
- لا توجد حرة في الطبيعة، وتُستخلص أساسًا من الأملاح مثل كلوريد الصوديوم.
الأسئلة الشائعة (FAQ)
لماذا تسمى الهالوجينات بهذا الاسم؟
لأن كلمة "هالوجين" تعني "مُكوّن الملح"، وهي تتفاعل مع الفلزات لتكوين أملاح مثل كلوريد الصوديوم.
لماذا يقل النشاط الكيميائي للهالوجينات نزولاً في المجموعة؟
بسبب زيادة نصف القطر الذري وزيادة الحجب الإلكتروني، تقل قوة جذب النواة للإلكترونات، فيقل ميل الذرة لاكتساب إلكترون إضافي، وبالتالي ينخفض النشاط الكيميائي.
هل توجد الهالوجينات منفردة في الطبيعة؟
لا، بسبب نشاطها الكيميائي العالي، توجد فقط على شكل أملاح هاليدات (مثل كلوريد الصوديوم وفلوريت الكالسيوم) في المعادن ومياه المحيطات.
ما هي حالة الهالوجينات الفيزيائية في الظروف العادية؟
الفلور والكلور غازان، والبروم سائل، واليود والأستاتين صلبان. وهي المجموعة الوحيدة التي تضم العناصر في حالات المادة الثلاث.
ما الاستخدامات الشائعة للهالوجينات؟
تستخدم في تطهير المياه، صناعة البلاستيك (PVC)، معاجين الأسنان، المطهرات الطبية، ومثبطات اللهب.
- الفلور هو أكثر العناصر الكيميائية كهرسلبية على الإطلاق.
- البروم هو أحد عنصرين فقط يكونان سائلين في الظروف العادية، والآخر هو الزئبق.
- اليود يتسامى (يتحول من الحالة الصلبة إلى الغازية مباشرة) عند تسخينه.
- الأستاتين من أندر العناصر الطبيعية، ويوجد بكميات ضئيلة جدًا نتيجة اضمحلال العناصر المشعة الثقيلة.
