До головної підгрупи VII групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва входять:
Фтор F Хлор Cl Бром Br
Йод J та Астат At. Загальна назва цієї групи елементів – галогени, що в перекладі означає “солеродні”.
Атоми галогенів мають на останньому енергетичному рівні сім електронів: ns2np5. Розподіл електронів останнього енергетичного рівня за орбіталями такий:
s | p | d
^v | ^v | ^v | ^
3
В атомі Хлору можливі три збуджені стани:
І | ^v | ^v | ^ | ^ | ^

ІІ | v^ | ^ | ^ | ^ | ^ | ^

ІІІ | ^ | ^ | ^ | ^ | ^ | ^ | ^

У збуджених станах атом Хлору може утворювати 3,5 або 7 спільних електронних пар з іншими атомами. Таке число зв’язків характерне для сполук Хлору з киснем.
Збуджені стани можливі і для атомів Брому, Йоду, Астату. Для атома Фтору досягнення збудженого стану неможливе: електрони зовнішнього шару атома F перебувають на другому енергетичному рівні, на якому не має вільних орбіталей:
9F | s | р
^v | ^v | ^v | ^
Всі галогени відносяться до р-елемнтів. З підвищенням порядкового номера у ряді F – At збільшуються радіуси атомів, зменшується електронегативність, слабшають неметалічні властивості й окислювальна здатність елементів. Найбільш виражені неметалічні властивості у Фтору (ст. о.-1), найменш – у Йоду.
У вільному стані галогени утворюють прості речовини, що складаються з двохатомних молекул: F2, Cl2, Br2, J2 зв’язки між атомами – ковалентні неполярні . Кристалічна решітка галогенів молекулярного типу.
Поширення в природі.
З галогенів у земній корі найпоширеніші хлор і фтор. Масові части у земній корі становлять, %:
Cl – 0,045; F – 0,027; Br – 1,6х10-4, J – 3x10-5.
Астат трапляється у дуже незначних кількостях у продуктах розпаду природних радіоактивних речовин.
Галогени у природі поширені виключно у зв’язаному стані – в основному у вигляді солей:
CaF2 – плавиковий шпат;
Na3 [AlF6] – кріоліт;
Ca5 (PO4)3F – фторапатит;
NaCl – кам’яна сіль;
KCl – сильвін; КСl·MgCl2·6H2O – карналіт.
Основними природними джерелами Br i J є морська вода, бурова вода, вода озер. Йод міститься у водоростях. Трапляється у вигляді солей –
KJO3 i KJO4 , які є супутніми покладів NaNО3 (селітри в Чілі і Болівії).
Фізичні властивості.
Фтор – газ світло-зеленого кольору і дуже отруйний (с = 1,11 г/см3). Фтор не може бути розчинений у воді через те, що він взаємодіє з нею.
Хлор – газ жовто-зеленого кольору з різким, неприємним запахом. Хлор тяжчий за повітря, розчинний у воді (в 1 V води 2 V хлору), утворює хлорну воду Cl2аg. (с = 1,568 г/см3).
Бром – рідина червоно-бурого забарвлення з неприємним запахом, у воді розчиняється погано, утворюючи бромну воду Br2 аg. Розчиняється в органічних розчинниках – бензолі, хлороформі. Якщо до бромної води додати бензолу і добре збовтати, то після розшарування рідин можна помітити, як бензол з Br2 забарвлюється в яскраво-оранжевий колір. Це пояснюється тим, що бром краще розчиняється у бензолі, ніж у воді. Бром тяжчий від води (с = 3,12 г/см3).
Йод – кристалічна речовина, темно-сірого кольору, у парах – фіолетового. При нагріванні він з твердого стану зразу переходить в рідкий стан (сублімація). Йод погано розчиняється у воді (світло-жовта йодна вода), але добре розчиняється у спирту. Це використовують для приготування 5–10% розчину йоду в спирту (йодна настойка). Йод дуже добре розчиняється в розчині власних солей, наприклад в розчині калію йодиу. Цей розчин називається розчином Люголя, застосовується в медичній практиці.
Якщо до J2 аg. додати трохи бензолу і добре збовтати, то на поверхні утворюється кільце малинового кольору. Цим користуються для вилучення брому і йоду з водних розчинів.
Фізіологічна дія галогенів.
Всі галогени дуже отруйні. Вдихання їхньої пари викликає подразнення органів дихання, а у великих кількостях вони викликають задуху.
Особливо отруйним є фтор: при вдиханні невеликих кількостях він викликає набряк легень, у великих – руйнування легеневої тканини і смерть.
Хлор є менш отруйний, ніж фтор. Хронічне отруєння хлором викликає зміну кольору обличчя, легеневі і бронхіальні захворювання. Як протиотруту застосовують пари спирту з ефіром, а також водяні пари з нашатирним спиртом.
Рідкий бром при попаданні на шкіру викликає сильні опіки. При попаданні на шкіру бром необхідно змити органічним розчином (бензолом, CCl4), протираючи ватою, змоченою цим розчином.
Йод найменш отруйний з усіх галогенів. При попаданні на шкіру кристалічний йод залишає жовті плями. Всі роботи з галогенами слід проводити під витяжкою.
Поряд з тим галогени є життєво важливими елементами для організму людини. Хлор у вигляді NaCl людина вживає з їжею, він входить до складу хлорофілу. Нестача сполук фтору у питтєвій воді викликає руйнування зубів. Йод бере участь в регулюванні обміну речовин. Нестача йоду викликає захворювання щитовидної залози (зоб).
Добування галогенів.
Фтор добувають, пропускаючи електричний струм крізь розплавленні фториди (внаслідок його великої електронегативності), наприклад CaF2, KHF2. Електроліз проводять в нікелевій посудині, яка є катодом, а анодом є вугілля.
Хлор добувають в промисловості електролізом водних розчинів NaCl i KCl.
2NaCl+2H2O електроліз 2NaOH+Cl2^+H2^
У лабораторних умовах хлор можна добути, діючи концентрованою хлоридною кислотою на MnO2 або KМnO4.
4HCl+MnO2>MnCl2+Cl2^+8H2O
Бром і йод можна добути аналогічно хлору окисленням HBr i HJ різними окислювачами.
У промисловості бром і йод одержують із бромідів, діючи на їхні розчини хлором.
2KBr+Cl2>2KCl+Br2
2KJ+CL2>2KCl+J2
бром добувають в основному з підземних бурових вод, а також з “ропи” (насиченого розчину) деяких солених озер. Основним джерелом добування йоду є підземні бурові води.