Halogène

Halogène : Tableau périodique

Les halogènes se composent du fluor, du chlore, du brome, de l'iode, de l'astate et de le tennesse.

Fig.1- Groupe 7 ou groupe 17 ? Il est parfois plus facile de les appeler "les halogènes

Propriétés des halogènes

Les halogènes sont tous des non-métaux. Ils montrent de nombreuses propriétés typiques des non-métaux.

• Ils sont de mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité ;
• Ils forment des oxydes acides ;
• À l'état solide, ils sont ternes et cassants. Ils se subliment facilement ;
• Ils présentent des points de fusion et d'ébullition bas ;
• Ils présentent des valeurs d'électronégativité élevées. En fait, le fluor est l'élément le plus électronégatif du tableau périodique ;
• Ils forment des anions, qui sont des ions avec des charges négatives. Les quatre premiers halogènes forment généralement des anions avec une charge de \( -1 \) , ce qui signifie qu'ils ont gagné un électron ;
• Ils forment également des molécules diatomiques.

Fig.2- Molécule de chlore diatomique, composée de deux atomes de chlore.

Fig.3- Un atome de chlore, à gauche, et un ion chlorure, à droite.

Tendances des propriétés

La réactivité et l'électronégativité diminuent à mesure que l'on descend dans le groupe, tandis que le rayon atomique et les points de fusion et d'ébullition augmentent. La capacité d'oxydation diminue à mesure que l'on descend dans le groupe, tandis que la capacité de réduction augmente.

Halogènes : Élément chimique

Au début de ce résumé de cours, nous avons dit que le groupe des halogènes contenait six éléments. Mais cela dépend de la personne à qui l'on s'adresse. Les quatre premiers éléments sont connus sous le nom d'halogènes stables. Il s'agit du fluor, du chlore, du brome et de l'iode. Le cinquième élément est l'astate, un élément extrêmement radioactif. Le sixième est l'élément artificiel tennesse, et tu comprends plus tard pourquoi certains ne l'incluent pas dans le groupe. Examinons maintenant les éléments individuellement, en commençant par le fluor.

Fluor

Le fluor est l'élément le plus électronégatif du tableau périodique. Cela en fait également l'un des éléments les plus réactifs. Cela s'explique par le fait qu'il s'agit d'un très petit atome. Les halogènes ont tendance à réagir en gagnant un électron pour former un ion négatif. Tout électron entrant est fortement attiré par le noyau du fluor en raison de la petite taille de l'atome de fluor. Cela signifie que le fluor réagit facilement. En fait, le fluor forme des composés avec presque tous les autres éléments. Il peut même réagir avec le verre ! Nous le stockons dans des conteneurs spéciaux utilisant des métaux tels que le cuivre, car ils forment une couche protectrice de fluor sur leur surface.

Le nom du fluor vient du verbe latin fluo-, qui signifie "couler", ce qui reflète ses origines. À l'origine, le fluor était utilisé pour abaisser le point de fusion des métaux. Dans les années \( 1900 \) , il a été utilisé dans les réfrigérateurs sous la forme de CFC, ou chlorofluorocarbones, qui sont désormais interdits en raison de leur effet nocif sur la couche d'ozone. De nos jours, le fluor est ajouté au dentifrice et entre dans la composition du Teflon™.

Chlore

Le chlore présente une électronégativité assez élevée, derrière l'oxygène et son proche cousin le fluor. Il est également extrêmement réactif et ne se trouve jamais à l'état naturel.

Comme nous l'avons mentionné précédemment, les points de fusion et d'ébullition augmentent à mesure que l'on descend dans le groupe du tableau périodique. Cela signifie que le chlore présente des points de fusion et d'ébullition plus élevés que le fluor. Cependant, il présente une électronégativité, une réactivité et une énergie de première ionisation plus faibles.

Nous utilisons le chlore à des fins très diverses, de la fabrication des matières plastiques à la désinfection des piscines. Cependant, il ne s'agit pas seulement d'un élément pratique et utile. Il est essentiel à la vie de toutes les espèces connues. Mais l'excès d'une bonne chose peut être néfaste, et c'est exactement le cas du chlore. Le chlore gazeux est hautement toxique et a été utilisé pour la première fois comme arme pendant la Première Guerre mondiale.

Brome

Comme le fluor et le chlore, le brome n'est pas présent librement dans la nature, mais forme d'autres composés. Ceux-ci comprennent les organobromés, qui sont couramment utilisés comme retardateurs de flammes. Plus de la moitié du brome produit chaque année dans le monde est utilisée de cette manière. Comme le chlore, le brome peut être utilisé comme désinfectant. Toutefois, le chlore est préféré en raison du coût plus élevé du brome.

Iode

Les tendances décrites plus haut dans l'objet se poursuivent lorsque l'on descend dans le tableau périodique jusqu'à l'iode. Par exemple, l'iode présente un point d'ébullition plus élevé que le fluor, le chlore et le brome, mais une électronégativité, une réactivité et une énergie de première ionisation plus faibles. Il est cependant un meilleur agent réducteur.

Astate

Nous en arrivons maintenant à l'astate. C'est là que les choses commencent à devenir un peu plus intéressantes.

On n'a jamais réussi à isoler un échantillon d'astate pure, car elle se vaporiserait immédiatement sous l'effet de sa propre radioactivité. C'est pourquoi les scientifiques se présentent comme des devinettes sur la plupart des propriétés de l'astate. Ils prévoient qu'il suit les tendances montrées par le reste du groupe et lui attribuent donc une électronégativité et une réactivité inférieures à celles de l'iode, mais des points de fusion et d'ébullition plus élevés. Cependant, l'astate montre également des propriétés uniques. Il se situe à la frontière entre les métaux et les non-métaux, ce qui a présenté un débat sur ses caractéristiques.

Par exemple, les halogènes deviennent de plus en plus sombres au fur et à mesure que l'on descend dans le groupe - le fluor est un gaz pâle tandis que l’iode est un solide gris. Certains chimistes prédisent donc que l'astate est un gris noir foncé. D'autres le considèrent plutôt comme un métal et prédisent qu'il est brillant, lustré et qu'il s'agit d'un semi-conducteur. Dans les composés, l'astate se comporte parfois un peu comme l'iode et parfois un peu comme l'argent. Pour toutes ces raisons, elle est souvent mise de côté lorsqu'on parle des halogènes.

Fig.4- Configuration électronique de l'astate

Tennesse

Il en résulte un noyau plus lourd qui ne dure que quelques millisecondes. Une fois de plus, c'est un élément un peu difficile à comprendre !

Les chimistes prévoient que le tennesse présente un point d'ébullition plus élevé que les autres halogènes, suivant la tendance observée dans le reste du groupe, mais qu'elle ne forme pas d'anions négatifs. La plupart des gens le considèrent comme une sorte de métal post-transition plutôt que comme un véritable non-métal. C'est pourquoi on exclut souvent le tennesse du groupe \( 7 \) .

Fig.5- Configuration électronique du tennesse

Halogène : Réaction chimique

Les halogènes participent à de multiples types de réactions, en particulier le fluor, qui est l'un des éléments les plus réactifs du tableau périodique. Rappelons que la réactivité diminue au fur et à mesure que l'on descend dans le groupe.

Les halogènes peuvent :

• Déplacer d'autres halogènes. Un halogène plus réactif déplace un halogène moins réactif d'une solution aqueuse, ce qui signifie que l'halogène plus réactif forme des ions et que l'halogène moins réactif est produit sous sa forme élémentaire. Par exemple, le chlore déplace les ions iodure pour former des ions chlorure et un solide gris, l'iode.
• Réagir avec l'hydrogène. Il se forme un halogénure d'hydrogène.
• Réagir avec les métaux. Il se forme un sel d'halogénure métallique.
• Réagir avec l'hydroxyde de sodium. Il s'agit d'un exemple de réaction de disproportionnément. Par exemple, la réaction du chlore avec l'hydroxyde de sodium produit du chlorure de sodium, du chlorate de sodium et de l'eau.
• Réagir avec des alcanes, du benzène et d'autres molécules organiques. Par exemple, la réaction du chlore gazeux avec l'éthane dans une réaction de substitution de radicaux libres produit du chloroéthane.

Voici l'équation de la réaction de déplacement entre le chlore et les ions iodure :

$$ Cl_2 + 2I^- \rightarrow 2Cl^- + I_2 $$

Les ions halogènes peuvent également réagir avec d'autres substances. Ils peuvent

• Réagir avec l'acide sulfurique pour former une série de produits.
• Réagir avec une solution de nitrate d'argent pour former des sels d'argent insolubles. C'est l'une des façons de tester les halogénures, comme tu pourras l'observer ci-dessous.
• Dans le cas des halogénures d'hydrogène, ils se dissolvent en solution pour former des acides. Le chlorure, le bromure et l'iodure d'hydrogène forment des acides forts, tandis que le fluorure d'hydrogène forme un acide faible.

Halogénures : Test

Pour tester les halogénures, nous pouvons effectuer une simple réaction en éprouvette.

1. Dissous un composé d'halogénure dans une solution.
2. Ajoute quelques gouttes d'acide nitrique. Celui-ci réagit avec les impuretés qui pourraient donner un résultat faussement positif.
3. Ajoute quelques gouttes de solution de nitrate d'argent et note tes observations.
4. Pour tester davantage ton composé, ajoute une solution d'ammoniaque. Là encore, note tes observations.

Avec un peu de chance, tu devrais obtenir les résultats suivants :

Fig.6- Un tableau montrant les résultats du test des halogénures

Le test fonctionne parce que l'ajout de nitrate d'argent à une solution aqueuse d'ions halogénures forme un halogénure d'argent. Le chlorure, le bromure et l'iodure d'argent sont insolubles dans l'eau et partiellement solubles si l'on ajoute différentes concentrations d'ammoniaque. Cela nous permet de les différencier.

Utilisations des halogènes

Les halogènes présentent une myriade d'utilisations différentes dans la vie quotidienne. Nous en avons déjà évoqué quelques-unes ci-dessus, mais voici d'autres exemples :

• Le fluor est un ion essentiel pour la santé animale et contribue à renforcer les dents et les os. Il est parfois ajouté à l'eau potable et on le trouve couramment dans le dentifrice. La plus grande utilisation industrielle du fluor se trouve dans l'industrie de l'énergie nucléaire, où il est utilisé pour fluorer le tétrafluorure d'uranium,
• La majeure partie du chlore est utilisée pour fabriquer d'autres composés. Par exemple, le 1,2-dichloroéthane est utilisé pour fabriquer le plastique PVC. Mais le chlore joue également un rôle important dans la désinfection et l'assainissement.
• Le brome est utilisé comme retardateur de flamme et dans certains plastiques.
• Les composés d'iode sont utilisés comme catalyseurs, colorants et compléments alimentaires.