Halogeen

Van links naar rechts: chloor, broom en jodium bij kamertemperatuur. Chloor is een gas, broom is een vloeistof en jodium is een vaste stof. Fluor kon vanwege de hoge reactiviteit niet worden gefotografeerd, en astatine en tennessine vanwege hun radioactiviteit.

De halogenen zijn een groep van het Periodiek Systeem van de scheikunde, bestaande uit vijf of zes chemische elementen die op elkaar lijken: fluor (F), chloor (Cl), broom (Br), jodium (I) en astatine(At). Het kunstmatig gemaakte element 117, tennessine (Ts), is mogelijk ook een halogeen. Volgens de IUPAC (Internationale Unie van Pure en Toegepaste Chemie) staat deze groep ook bekend als groep 17 (17e kolom).

De naam "halogeen" betekent "zoutmakend". Wanneer halogenen reageren met metalen, maken ze een variatie aan zouten, waaronder calciumfluoride, natriumchloride (gewoon keukenzout), zilverbromide en kaliumjodide.

De groep van halogenen is de enige groep uit het periodiek systeem die elementen bevat in drie van de belangrijkste toestanden van materie bij kamertemperatuur en standaard druk: vaste stof, vloeistof en gas. Alle halogenen vormen zuren wanneer ze aan waterstof zijn gebonden. De meeste halogenen worden meestal gehaald uit mineralen of zouten. De middelste halogenen - chloor, broom en jodium - worden vaak gebruikt als ontsmettingsmiddelen (schoonhouden van wonden). Organobromiden zijn de belangrijkste klasse van vlamvertragers (blusdekens bijvoorbeeld), terwijl zuivere halogenen gevaarlijk zijn en dodelijk giftig kunnen zijn!

Geschiedenis

Bij de hierboven genoemde elementen kun je lezen hoe ze ooit ontdekt zijn. In 1811 stelde de Duitse chemicus Johann Schweigger voor dat de naam "halogeen" - wat "zoutmakend" betekent, vanuit het Grieks αλς [als] "zout" en γενειν [geneïne] "verwekken". In 1826, stelde de Zweedse chemicus Baron Jöns Jacob Berzelius voor de term "halogeen" voor de elementen fluor, chloor en jood, met een productie van zeezout-achtige substantie wanneer zij een verbinding met een alkalimetaal aangingen.

De namen van de elementen hebben in principe de uitgang -ine (in het Engels). De naam van fluor (fluorine in het Engels) komt van het Latijnse woord fluere , wat "vloeien" betekent, omdat het is afgeleid van het mineraal fluoriet, dat werd gebruikt als een vloeimiddel in metaalbewerking. De naam chloor komt van het Griekse woord chloros , wat "groenachtig geel" betekent. Broom's naam komt van het Griekse woord bromos , wat "stank" betekent. De naam van jodium komt van het Griekse woord iodes , wat "violet" betekent. De naam Astatine komt van het Griekse woord astatos , wat "instabiel" betekent.

Kenmerken en eigenschappen

Atoommodel van Fluor, met 7 elektronen (hier blauw) in de buitenste schil. De protonen (+, rood) en neutronen (paars) zitten in de kern.

Naarmate de atomen van de halogenen groter worden, neemt de reactiviteit (het reageren met andere elementen) af. Ze zijn meestal schadelijk en zelfs dodelijk voor biologische organismen. Deze hoge reactiviteit is te danken aan de hoge elektronegativiteit van de atomen vanwege hun hoge effectieve nucleaire lading. Omdat de halogenen zeven valentie-elektronen hebben in hun buitenste elektronenschil, kunnen ze een elektron krijgen door te reageren met atomen van andere elementen om aan de octetregel te voldoen (8 elektronen geeft meer stabiliteit). Fluor is het meest reactieve van alle elementen; het is het enige element dat meer elektronegatief is dan zuurstof, het tast zelfs weinig reactieve materialen zoals glas aan en het vormt verbindingen met de gewoonlijk weinig reactieve edelgassen. Het is een corrosieve (bijtend, roestend) en zeer giftig gas. De reactiviteit van fluor is zodanig dat het, indien gebruikt of bewaard in laboratoriumglaswerk, het kan reageren met glas in aanwezigheid van kleine hoeveelheden water om siliciumtetrafluoride (SiF₄) te vormen. Fluor moet dus worden behandeld met stoffen zoals teflon (dat zelf een organofluorverbinding is), extreem droog glas of metalen zoals koper of staal, die een beschermende fluoridelaag op hun oppervlak vormen.

De hoge reactiviteit van fluor maakt enkele van de sterkst mogelijke bindingen mogelijk, vooral met koolstof. Teflon is bijvoorbeeld fluorgebonden met koolstof en is extreem goed bestand tegen thermische (hitte) en chemische aantasting en heeft een hoog smeltpunt.

Gebruik

Ontsmetten

Zowel chloor als broom worden gebruikt als ontsmettingsmiddelen voor drinkwater, zwembaden, verse wonden, spa's (kuuroorden), borden (in restaurants) en oppervlakken (badkamer en keuken). Ze doden bacteriën en andere mogelijk schadelijke micro-organismen via een proces dat steriel maken wordt genoemd. Hun reactiviteit wordt ook gebruikt bij het bleken (wit maken). Natriumhypochloriet, dat wordt gemaakt uit chloor, is het actieve deel van de meeste bleekmiddelen voor textiel, en bleekmiddelen op basis van chloor worden gebruikt bij de productie van sommige papierproducten.

Verlichten

Halogeenlampen zijn een soort gloeilamp die een wolfraam-gloeidraad gebruikt in lampen waaraan kleine hoeveelheden halogeen zijn toegevoegd, zoals jodium of broom. Dit maakt de productie van lampen die veel kleiner zijn dan niet-halogeen gloeilampen op hetzelfde wattage (en dus zuiniger). Het gas in de lamp vermindert het dunner worden van de gloeidraad en het zwart worden van de binnenkant van de lamp, wat een lamp geeft met een veel langere levensduur. Halogeenlampen gloeien bij een hogere temperatuur (2800 tot 3400 kelvin) met een wittere kleur dan andere gloeilampen. Dit vereist echter dat lampen worden vervaardigd uit gesmolten kwarts in plaats van kwartsglas om breuk te verminderen.