HALOGÈNES: PROPRIÉTÉS, STRUCTURES ET UTILISATIONS - CHIMIE - 2025

Les halogènes ne sont pas des éléments métalliques appartenant au groupe VIIA ou 17 du tableau périodique. Ils ont des électronégativités et des affinités électroniques élevées, qui affectent grandement le caractère ionique de leurs liaisons avec les métaux. Le mot «halogènes» est d'origine grecque et signifie «formateurs de sel».

Mais quels sont ces halogènes? Le fluor (F), le chlore (Cl), le brome (Br), l'iode (I) et l'élément radioactif et éphémère astatine (At). Ils sont si réactifs qu'ils réagissent entre eux pour former des molécules diatomiques: F ₂, Cl ₂, Br ₂, I ₂ et At ₂. Ces molécules se caractérisent par des propriétés structurelles similaires (molécules linéaires), bien qu'avec des états physiques différents.

Source: par W. Oelen, via Wikimedia Commons

Trois halogènes sont présentés dans l'image ci-dessus. De gauche à droite: chlore, brome et iode. Ni le fluor ni l'astatine ne peuvent être stockés dans des récipients en verre, car ces derniers ne résistent pas à sa corrosivité. Notez comment les propriétés organoleptiques des halogènes changent au fur et à mesure que l'on descend de leur groupe vers l'élément iode.

Le fluor est un gaz aux reflets jaunâtres; chlore aussi, mais jaune verdâtre; le brome est un liquide rougeâtre foncé; iode, un solide noir avec des reflets violets; et l'astate, un solide métallique sombre et brillant.

Les halogènes sont capables de réagir avec presque tous les éléments du tableau périodique, même avec certains gaz rares (comme le xénon et le krypton). Quand ils le font, ils peuvent oxyder les atomes à leurs états d'oxydation les plus positifs, les transformant en puissants agents oxydants.

Ils confèrent également des propriétés spécifiques aux molécules lorsqu'ils lient ou remplacent certains de leurs atomes. Ces types de composés sont appelés halogénures. En fait, les halogénures sont la principale source naturelle d'halogènes, et beaucoup d'entre eux sont dissous dans la mer ou font partie d'un minéral; c'est le cas de la fluorite (CaF ₂).

Les halogènes et les halogénures ont un large éventail d'utilisations; industriel ou technologique, à la simple mise en valeur de la saveur de certains aliments comme le sel gemme (chlorure de sodium).

Proprietes physiques et chimiques

Poids atomiques

Fluor (F) 18,99 g / mol; Chlore (Cl) 35,45 g / mol; Brome (Br) 79,90 g / mol; Iode (I) 126,9 g / mol et Astate (At) 210 g / mol,

État physique

Phase gazeuse; Gaz Cl; Liquid br; Je solide et Au solide.

Couleur

F, jaune-brun pâle; Cl, vert pâle; Br, brun rougeâtre; I, violet et At, noir métallique * * (supposé)

Point de fusion

F -219,6 ° C; Cl -101,5 ° C; Br -7,3 ° C; I 113,7 ° C et à 302 ° C

Points d'ébullition

F-118,12 ° C; Cl -34,04 ° C; Br 58,8 ° C; I 184,3 ° C et? À 337 ° C

Densité à 25 ° C

F- 0,0017 g / cm ³; Cl-0,0032 g / cm ³; Br- 3,102 g / cm ³; I- 4,93 g / cm ³ et At- 6,2-6,5 g / cm ³

Solubilité dans l'eau

Cl-0,091 mmol / cm ³; Br- 0,21 mmol / cm ³ et I- 0,0013 mmol / cm ³.

Énergie d'ionisation

F - 1 681 kJ / mol; Cl-1 251 kJ / mol; Br-1 140 kJ / mol; I- 1,008 kJ / mol et At- 890 kJ / mol.

Electronégativité

F-4,0; Cl-3,0; Br-2,8; I- 2.5 et At- 2.2.

Les halogènes ont 7 électrons dans leur coquille de valence, d'où leur grand désir de gagner un électron. En outre, les halogènes ont une électronégativité élevée en raison de leurs petits rayons atomiques et de la grande attraction que le noyau exerce sur les électrons de valence.

Réactivité

Les halogènes sont très réactifs, ce qui expliquerait alors leur toxicité. De plus, ce sont des agents oxydants.

L'ordre décroissant de réactivité est: F> Cl> Br> I> At.

État dans la nature

En raison de leur grande réactivité, les atomes d'halogène ne sont pas de nature libre; au contraire, ils forment des agrégats ou des molécules diatomiques liées par des liaisons covalentes.

Structures moléculaires

Les halogènes n'existent pas dans la nature en tant qu'atomes élémentaires, mais en tant que molécules diatomiques. Cependant, ils ont tous en commun d'avoir une structure moléculaire linéaire, et la seule différence réside dans la longueur de leurs liaisons et leurs interactions intermoléculaires.

Les molécules linéaires XX (X ₂) se caractérisent par leur instabilité, car les deux atomes attirent fortement la paire d'électrons vers eux. Parce que? Parce que ses électrons externes subissent une charge nucléaire efficace très élevée, Zef. Plus Zef est élevé, plus la distance du lien XX est petite.

Au fur et à mesure que l'on descend dans le groupe, Zef s'affaiblit et la stabilité de ces molécules augmente. Ainsi, l'ordre décroissant de réactivité est: F ₂ > Cl ₂ > Br ₂ > I ₂. Cependant, il est incongru de comparer l'astatine au fluor, car des isotopes suffisamment stables sont inconnus en raison de sa radioactivité.

Interactions intermoléculaires

En revanche, ses molécules manquent de moment dipolaire, étant apolaires. Ce fait est responsable de leurs faibles interactions intermoléculaires, dont la seule force latente est la force de diffusion ou de Londres, qui est proportionnelle à la masse atomique et à l'aire moléculaire.

De cette manière, la petite molécule de F ₂ n'a pas assez de masse ou d'électrons pour former un solide. Contrairement à I ₂, la molécule d'iode, qui reste néanmoins un solide dégageant des vapeurs violettes.

Le brome représente un exemple intermédiaire entre les deux extrêmes: les molécules de Br ₂ interagissent suffisamment pour apparaître à l'état liquide.

L'astate probablement, en raison de son caractère métallique croissant, n'apparaît pas comme At ₂ mais comme At atomes formant des liaisons métalliques.

Concernant ses couleurs (jaune-verdâtre-jaune-rouge-violet-noir), l'explication la plus appropriée est basée sur la théorie des orbitales moléculaires (TOM). La distance énergétique entre la dernière orbitale moléculaire complète et la suivante avec l'énergie la plus élevée (anti-liaison) est surmontée en absorbant un photon avec des longueurs d'onde croissantes.

Halogénures

Les halogènes réagissent pour former des halogénures, qu'ils soient inorganiques ou organiques. Les plus connus sont les halogénures d'hydrogène: fluorure d'hydrogène (HF), chlorure d'hydrogène (HCl), bromure d'hydrogène (HBr) et iodure d'hydrogène (HI).

Tous dissous dans l'eau génèrent des solutions acides; si acide que HF peut dégrader n'importe quel récipient en verre. De plus, ils sont considérés comme des matières premières pour la synthèse d'acides extrêmement forts.

Il existe également des halogénures métalliques dits, dont les formules chimiques dépendent de la valence du métal. Par exemple, les halogénures de métaux alcalins répondent à la formule MX, parmi lesquels: NaCl, chlorure de sodium; KBr, bromure de potassium; CsF, fluorure de césium; et LiI, iodure de lithium.

Les halogénures des métaux alcalino-terreux, des métaux de transition ou des métaux du bloc p répondent à la formule MX _n, où n est la charge positive du métal. Ainsi, quelques exemples d'entre eux sont: FeCl ₃, trichlorure ferrique; MgBr ₂, bromure de magnésium; AlF ₃, trifluorure d'aluminium; et CuI ₂, iodure cuivrique.

Cependant, les halogènes peuvent également former des liaisons avec des atomes de carbone; par conséquent, ils peuvent s'introduire dans le monde complexe de la chimie organique et de la biochimie. Ces composés sont appelés halogénures organiques et ont la formule chimique générale RX, X étant l'un des halogènes.

Applications

Chlore

Dans l'industrie

-Le brome et le chlore sont utilisés dans l'industrie textile pour blanchir et traiter la laine, évitant ainsi son rétrécissement lorsqu'elle est mouillée.

-Il est utilisé comme désinfectant du ditritus et pour la purification de l'eau potable et des piscines. De plus, des composés dérivés du chlore sont utilisés dans les blanchisseries et dans l'industrie papetière.

-Il trouve une utilisation dans la fabrication de batteries spéciales et d'hydrocarbures chlorés. Il est également utilisé dans la transformation de la viande, des légumes, du poisson et des fruits. En outre, le chlore fonctionne comme un agent bactéricide.

-Il est utilisé pour nettoyer et détanifier le cuir et pour blanchir la cellulose. Le trichlorure d'azote était autrefois utilisé comme agent de blanchiment et conditionneur de farine.

-Le gaz de phosphène (COCl ₂) est utilisé dans de nombreux procédés de synthèse industriels, ainsi que dans la fabrication de gaz militaires. Le phosphène est très toxique et est responsable de nombreux décès pendant la Première Guerre mondiale, où le gaz était utilisé.

-Ce gaz se trouve également dans les insecticides et les fumigants.

-NaCl est un sel très abondant qui est utilisé pour assaisonner les aliments et dans la conservation du bétail et de la volaille. De plus, il est utilisé dans les liquides de réhydratation corporelle, à la fois par voie orale et intraveineuse.

En médecine

-Les atomes d'halogène qui se lient aux médicaments les rendent plus lipophiles. Cela permet aux médicaments de traverser plus facilement les membranes cellulaires et de se dissoudre dans les lipides qui les composent.

-Le chlore se diffuse dans les neurones du système nerveux central à travers des canaux ioniques liés aux récepteurs du neurotransmetteur GABA, produisant ainsi un effet sédatif. C'est le mécanisme d'action de plusieurs anxiolytiques.

-HCl est présent dans l'estomac, où il intervient en créant un environnement réducteur qui favorise la transformation des aliments. En outre, HCl active la pepsine, une enzyme qui initie l'hydrolyse des protéines, une étape avant l'absorption intestinale de la matière protéique.

Autres

-L'acide chlorhydrique (HCl) est utilisé dans le nettoyage des salles de bain, dans les laboratoires d'enseignement et de recherche et dans de nombreuses industries.

-Le PVC (polychlorure de vinyle) est un polymère de chlorure de vinyle utilisé dans les vêtements, les carreaux de sol, les câbles électriques, les tubes flexibles, les tuyaux, les structures gonflables et les tuiles de toit. De plus, le chlore est utilisé comme intermédiaire dans la fabrication d'autres matières plastiques.

-Le chlore est utilisé dans l'extraction du brome.

-Le chlorure de méthyle remplit une fonction anesthésique. Il est également utilisé dans la fabrication de certains polymères siliconés et dans l'extraction de graisses, huiles et résines.

-Le chloroforme (CHCl ₃) est un solvant utilisé dans de nombreux laboratoires, notamment dans les laboratoires de chimie organique et de biochimie, de l'enseignement à la recherche.

-Et enfin en ce qui concerne le chlore, le trichloréthylène est utilisé pour dégraisser les pièces métalliques.

Brome

-Le brome est utilisé dans le processus d'extraction de l'or et dans le forage de puits de pétrole et de gaz. Il est utilisé comme retardateur de flamme dans les industries des plastiques et du gaz. Le brome isole le feu de l'oxygène, ce qui le fait s'éteindre.

-Elle est un intermédiaire dans la fabrication de fluides hydrauliques, d'agents refroidissants et déshumidifiants et de préparations pour la mise en forme des cheveux. Le bromure de potassium est utilisé dans la fabrication de plaques et de papiers photographiques.

-Le bromure de potassium est également utilisé comme anticonvulsivant, mais en raison de la possibilité que le sel puisse provoquer des dysfonctionnements neurologiques, son utilisation a été réduite. En outre, une autre de ses utilisations courantes est comme puce pour les mesures d'échantillons solides par spectroscopie infrarouge.

-Les composés bromés sont présents dans les médicaments utilisés pour traiter la pneumonie. De plus, des composés de brome sont incorporés dans des médicaments utilisés dans des essais menés pour traiter la maladie d'Alzheimer.

-Le brome est utilisé pour réduire la pollution au mercure dans les centrales électriques qui utilisent le charbon comme combustible. Il est également utilisé dans l'industrie textile pour créer des colorants de différentes couleurs.

-Le brome de méthyle a été utilisé comme pesticide pour la fumigation des sols et des ménages, mais son effet néfaste sur l'ozone a limité son utilisation.

-Les lampes halogènes sont à incandescence et l'ajout de petites quantités de brome et d'iode permet une réduction de la taille des ampoules.

Iode

-L'iode est impliqué dans le fonctionnement de la glande thyroïde, une hormone régulatrice du métabolisme de l'organisme. La glande thyroïde sécrète les hormones T3 et T4, qui agissent sur ses organes cibles. Par exemple, l'action hormonale sur le muscle cardiaque provoque une augmentation de la pression artérielle et de la fréquence cardiaque.

-Également, l'iode est utilisé pour identifier la présence d'amidon. L'iodure d'argent est un réactif utilisé dans le développement de photographies.

Fluor

-Certains composés fluorés sont ajoutés aux dentifrices afin d'éviter les caries. Des dérivés du fluor sont présents dans divers anesthésiques. Dans l'industrie pharmaceutique, le fluor est incorporé dans les médicaments pour étudier les améliorations possibles de ses effets sur l'organisme.

-L'acide hydrofluorique est utilisé pour graver le verre. Également dans la production de halons (gaz d'extinction d'incendie, comme le fréon). Un composé fluoré est utilisé dans l'électrolyse de l'aluminium pour réaliser sa purification.

-Les revêtements antireflets contiennent un composé de fluor. Ceci est utilisé dans la fabrication d'écrans plasma, d'écrans plats et de systèmes microélectromécaniques. Le fluor est également présent dans l'argile utilisée dans certaines céramiques.

Astatus

On pense que l'astatine peut aider l'iode à réguler le fonctionnement de la glande thyroïde. En outre, son isotope radioactif (²¹⁰ At) a été utilisé dans des études sur le cancer chez la souris.

Références

1. Encyclopédie de la santé et de la sécurité au travail. Halogènes et leurs composés.. Pris à partir de:
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8. Brown, Laurel. (24 avril 2017). Caractéristiques halogènes. Découvrir. Récupéré de: scaimer.com