卤素的物理、化学特性

卤素的物理、化学特性
通常来说，液体卤素分子的沸点均要于它们所对应的烃链（alcane）。这主要是由于卤素分子比烃链更加电极化，而分子的电极化增加了分子之间的连接力（正电极与负电极的相互吸引），这使我们需要对液体提供更多的能量才能使其蒸发。
卤素的物理特性和化学特性明显区分与于它对应的烃链的主要原因，在于卤素原子（如F,Cl,Br,I）与碳原子的连接，即C-X的连接，明显不同于烃链C-H连接。
* 由于卤素原子通常具有较大的负电性，所以C-X连接比C-H连接更加电极化，但仍然是共价键。
* 由于卤素原子相较于碳原子，通常体积和质量较大，所以C-X连接的偶极子矩（Dipole Moment）和键能量（Bonding Energy）远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bonding strength）远小于C-H连接。
* 卤素原子脆弱的p轨道（Orbital）与碳原子稳定的sp3轨道相连接，这也大大降低了C-X连接的稳定性。
位于元素周期表右方的卤族元素是典型的非金属。卤素的电子构型均为ns2np5，它们获取一个电子以达到稳定结构的趋势*烈。所以化学性质很活泼，自然状态下不能以单质存在，一般化合价为-1价，即卤离子（X-）的形式。
卤素单质都有氧化性，氧化性从氟到碘依次降低。碘单质氧化性比较弱，三价铁离子可以把碘离子氧化为碘。
卤素单质在碱中容易歧化，方程式为：
3X2 + 6OH- = 5X- + XO3- + 3H2O
但在酸性条件下，其逆反应很容易进行：
5X- + XO3- + 6H+ = 3X2 + 3H2O
这一反应是制取溴和碘单质流程中的后一步。
卤素的氢化物叫卤化氢，为共价化合物；而其溶液叫氢卤酸，因为它们在水中都以离子形式存在，且都是酸。氢氟酸一般看成是弱酸，pKa=3.20。氢氯酸（即盐酸）、氢溴酸、氢碘酸都是化学中典型的强酸，它们的pKa均为负数，酸性从HCl到HI依次增强。
卤素可以显示多种价态，正价态一般都体现在它们的含氧酸根中：
+1: HXO（次卤酸）
+3: HXO2（亚卤酸）
+5: HXO3（卤酸）
+7: HXO4（卤酸）
卤素的含氧酸均有氧化性，同一种元素中，次卤酸的氧化性强。
卤素的氧化物都是酸酐。像二氧化氯（ClO2）这样的偶氧化态氧化物是混酐。
只由两种不同的卤素形成的化合物叫做互卤化物，其中显电正性的一种元素呈现正氧化态，氧化态为奇数。这是由于卤素的价电子数是奇数，周围以奇数个其它卤原子与之成键比较稳定（如IF7）。互卤化物都能水解。
卤素的有机化学反应
在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。
氯的存在范围广，按照氟、溴、碘的顺序减少，砹是人工合成的元素。卤素单质都是双原子分子，都有很强的挥发性，熔点和沸点随原子序数的增大而增加。常温下，氟、氯是气体、溴是液体，碘是固体。
卤素常见的有机化学反应为亲核性取代反应（nucleophilic substitution）。
通常的化学式如：
Nu:- + R-X ----> R-Nu + X-
"Nu:-"在这里代表亲核负离子，离子的亲核性越强，则产率和化学反应的速度越可观。
"X"在这里代表卤素原子，如F,Cl,Br,I,若X-所对应的酸（即HX）为强酸，那么产率和反应的速度将非常可观，如果若X-所对应的酸为弱酸，则产率和反应的速度均会下降。
在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。卤素的有机化学反应