鹵素單質

鹵素單質都是雙原子分子，固態時為分子晶體，因此熔點、沸點都比較低。從氟到碘，隨着原子半徑的不斷增大，鹵素分子之間的色散力逐漸增大。因而鹵素單質的熔點、 沸點、氣化焓和密度等物理性質依次增大。

常温常壓下，氟是淺黃色氣體，氯是黃綠色氣體，溴是紅棕色液體，碘是紫黑色帶有金屬光澤的固體。在温度為293 K ，壓力超過668.7 kPa時 ，氣態氯可轉變為液態氯。固態碘因具有高的蒸氣壓，加熱時產生昇華現象。

鹵素在水中的溶解度不大。其中氟與水劇烈反應生成HF，並使水分解放出氧氣。因此 ，氟不能存在於水中，而氯、溴 、碘在水中的溶解度（g/100 g H₂0 ，293 K）分別為0.732， 3.58，0.029。鹵素單質在有機溶劑中的溶解度比在水中的溶解度大得多。根據這一差別 ，可以用四氯化碳等有機溶劑將鹵素單質從水溶液中萃取出來。溴溶於有機溶劑，呈現一定的顏色，且隨着濃度的增大，顏色逐漸加深。碘溶液的顏色隨溶劑的不同而有所差異。碘難溶於水，但易溶於碘化物溶液（如 KI溶液）中。 碘化物溶液的濃度愈大，能溶解的碘愈多，溶液顏色愈深。

鹵素的單質均有刺激性氣味，強烈刺激眼、鼻、氣管的黏膜，吸入較多鹵素單質的蒸汽會引起嚴重中毒（其毒性從氟到碘依次減弱），甚至會造成死亡。少量的氯氣具有殺菌作用，可用於自來水消毒，但液溴可灼傷皮膚，不能直接接觸。 ^[1] 

由於鹵素原子都有取得一個電子而形成鹵素陰離子的強烈趨勢，所以鹵素化學活潑 性髙、氧化能力強。除碘外 ，它們均為強氧化劑。由標準電極電勢可看出，氟是鹵素單質中最強的氧化劑。隨着X原子半徑的增大，鹵素的氧化能力依次減弱。 鹵素的化學性質主要有以下幾個方面。 ^[1] 

氟能與所有金屬直接反應生成離子型化合物；氯能與多數金屬直接反應生成相應化合物；溴和碘只能與較活潑的金屬直接反應生成相應化合物，與其他金屬的反應需在加熱情況下進行。乾燥時，氟可使銅、鎳和鎂鈍化，生成金屬氟化物保護膜， 可阻止金屬進一步被氧化，因此氟可以儲存在銅、鎳 、鎂或它們的合金製成的容器中。氯在乾燥的情況下不與鐵作用，因此氯可以儲存於鐵製的容器中。 ^[1] 

氟幾乎能與所有非金屬單質直接反應生成相應的共價化合物，而且反應非常激烈，常伴隨着燃燒和爆炸；氯、溴能與多數非金屬直接反應生成相應的共價化合物，但反應比氟平穩得多；碘只能與少數非金屬直接反應生成共價化合物。鹵素與氫氣反應時，氟在冷暗處即可產生爆炸；氯與氫氣在常温下反應緩慢，但在強光照射或高温下，反應瞬間完成並可發生爆炸；溴與氫氣的反應需加熱至 648 K 或在紫外線照射下才能進行，且反應一般不完全；碘與氫氣的反應則要求更高的温度或在催化劑的存在下才能進行，且同時存在HI的分解。 ^[1] 

鹵素與水可發生兩類化學反應。第一類反應是鹵素對水的氧化作用， 即鹵素單質從水中置換出氧氣的反應，第二類反應是鹵素的水解反應。在中性條件下，氟，氯，溴都能與水反應，但反應的速率和程度不同，碘不能與水反應。氯須在光照下緩慢與水反應放出氧氣，溴與水作用放出氧氣的反應非常緩慢，而當溴化氫濃度高時，溴化氫會與氧氣作用而析出溴；碘非但不能置換水中的氧，而氧卻可將碘化氫氧化，析出碘。氯、溴、碘與水主要發生第二類反應，此類歧化反應是可逆的。從氯到碘反應進行程度越來越小。從鹵素單質的水解反應式可知，反應的產物為鹵化物和次滷酸鹽。加酸能抑制鹵素的水解；加鹼則能促進水解。 ^[1] 

鹵素在自然界中大多以化合物的形式存在，因此鹵素的製備一般採用陰離子氧化法。可根據滷離子的還原性和產物鹵素單質活潑性的差異，決定不同鹵素的製備方法。

氟的製備一般用中温電解氧化法。1886年 ，法國化學家H.Moissan通過低温電解液態HF實驗，第一次製得了單質氟；因此榮獲1906年Nobel化學獎。現代工業使用了裝有石墨電極的鎳制或銅製電解池，用KHF₂作電解質，由於熔融的KHF₂在電解過程中被轉化為固體KF，因而必須不斷加入HF，以維持電解質為熔融狀態。 直到1986年用 化學法制備氟的反應才由化學家K.Chiriste研究成功。氟的主要用途：用來製備各種致冷劑；用於合成高化學穩定性的材料Teflon（聚四氟乙烯）；氟化烴可作血液的臨時代用品，用以挽救病人的生命；生產殺蟲劑和高效滅火劑；氟與金屬鋰可製成高能量電池；氟化物玻璃可製作光電纖維；合成火箭燃料的氧化劑； 在核燃料工業上用於分離鈾，因鈾的化合物中只有UF6具有揮發性，先將鈾氧化成UF6，然後用氣體擴散法將兩種鈾的同位素分離。 ^[2] 

工業制氯 ，主要採用電解飽和食鹽水溶液的方法。石墨作陽極，鐵網作陰極，中間用石棉隔膜分開。電解反應為和棉布的漂白以及飲用水消毒。由於氯可與水中所含的有機烴形成致癌的氯代烴，近年來逐步改用臭氧或二氧化氯作飲用水的消毒劑。 ^[2] 

溴的製備，可將氯通入濃縮的新鮮溴化鈉溶液中，將溴離子氧化成單質溴。工業上從海水中提取溴，是把氯氣通入曬鹽後留下的苦鹵（pH為3. 5左右）中置換 出溴。因滷水中溴離子濃度太低，故要用空氣把生成的溴吹出，再用碳酸鈉溶液吸收，發生歧化反應，即得較濃的NaBr和 NaBr0₃溶液。最後，用硫酸將溶液酸化，即得液溴。溴主要用於製造染料、照相感光劑、藥劑、農藥和汽油抗爆劑等。 ^[2] 

碘主要從富含碘離子的海藻中提取，將氯通入用水浸取海藻所得的溶液，則 碘離子可被氧化為碘單質。再用離子交換樹脂加以濃縮。用此法制取碘應防止通入過量的氯氣，因為過量的氯氣可將碘進一步氧化為碘酸。碘亦可用碘酸鈉製得，智利硝石提取NaN0₃後剩下的母液中含有一定量的Nal0₃，向其母液中加入NaHS0₃可得到碘。碘是製造各種無機及有機碘化物的重要原料，也是人體和動植物中不可缺少的元素之一。碘用在醫藥上作碘酒、碘仿等消毒劑以及鎮痛劑、脱臭劑等。在工業上用作生產染料 、煙霧滅火劑、感光乳劑等。在食鹽中加碘，能預防甲狀腺腫大。碘化銀用於人工降雨和人工防雹。 ^[2]