Trong tự nhiên, các halogen tồn tại ở dạng hợp chất vì các halogen có tính oxi hóa mạnh nên phản ứng với các chất trong tự nhiên tạo ra hợp chất.

Một số hợp chất phổ biến của halogen trong tự nhiên như calcium fluoride, sodium chloride, …

a) Nguyên tử halogen có 7 electron lớp ngoài cùng nên có xu hướng nhận 1 electron từ nguyên tử kim loại, hoặc góp chung 1 electron với nguyên tử phi kim, để hình thành liên kết, khi này các nguyên tử halogen đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nó nhất.

Tổng quát: X + e ⟶ X^-

b) Đi từ F – I, bán kính nguyên tử tăng dần vì lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng giảm.

Đi từ F – I, độ âm điện giảm dần vì số lớp electron tăng, lực hút giữa hạt nhân với các electron lớp ngoài cùng giảm.

⇒ Dự đoán: Tính oxi hóa giảm dần từ F > Cl > Br > I.

c) Nguyên tử fluorine có độ âm điện lớn nhất nên nguyên tử fluorine chỉ có xu hướng hút electron về mình. Mà lớp ngoài cùng có 7 electron nên nguyên tử fluorine sẽ nhận 1 electron về mình để đạt cấu hình electron bền vững của khí hiếm gần nó nhất (Ne).

⇒ Trong các hợp chất, fluorine chỉ có số oxi hóa là -1.

a) Phân tử halogen: Mỗi nguyên tử halogen có 7 electron hoá trị, hai nguyên tử halogen liên kết với nhau bằng cách mỗi nguyên tử halogen góp 1 electron, tạo thành một cặp electron dùng chung. Khi đó, trong phân tử X₂ (X: halogen), mỗi nguyên tử đều có 8 electron ở lớp ngoài cùng, thoả mãn quy tắc octet:

b) Liên kết trong phân tử halogen là liên kết cộng hoá trị không phân cực.

c) Bán kính tăng dần từ F < Cl < Br < I và độ âm điện giảm dần từ F > Cl > Br > I.

⇒ Dự đoán: độ dài liên kết X – X (X: halogen) tăng dần từ F₂ đến I₂.

- Số oxi hóa của chlorine trong Cl₂ là 0.

- Số oxi hóa của chlorine trong HCl là -1.

- Số oxi hóa của chlorine trong HClO là +1.

- Số oxi hóa của chlorine trong HClO₂ là +3.

- Số oxi hóa của chlorine trong HClO₃ là +5.

- Số oxi hóa của chlorine trong HClO₄ là +7.

Các mức oxi hóa của chlorine là: -1, 0, +1, +3, +5, +7.

Số oxi hóa của chlorine trong Cl₂ là 0, đây là mức oxi hóa trung gian nên Cl₂ vừa có tính oxi hóa vừa có tính khử.

Một vài hợp chất của halogen thường được dùng trong thực tế là sodium chloride (NaCl), calcium flouride (CaF₂), sodium hypochlorite (HClO), potassium chlorate (KClO₃), sodium iodide (NaI), …

Sự hình thành liên kết trong phân tử NaCl

Nguyên tử Na nhường 1 electron để tạo thành ion Na⁺ còn nguyên tử Cl nhận electron để trở thành ion Cl^-. Các ion Na⁺ và Cl^- sẽ hút nhau tạo thành liên kết ion.

Sự hình thành liên kết trong phân tử HCl

Nguyên tử hydrogen liên kết với nguyên tử chlorine bằng cách mỗi nguyên tử góp 1 electron tạo thành 1 cặp electron dùng chung trong phân tử HCl. Khi đó nguyên tử hydrogen có 2 electron (cấu hình electron bền vững của nguyên tử khí hiếm He) và nguyên tử chlorine có 8 electron lớp ngoài cùng, thoả mãn quy tắc octet.

Nhiệt độ nóng chảy, nhiệt độ sôi tăng từ F₂ đến I₂ do:

- Tương tác van der Waals giữa các phân tử tăng.

- Khối lượng phân tử tăng.

⇒ Na đóng vai trò là chất khử, còn Cl₂ đóng vai trò là chất oxi hóa.

⇒ Fe đóng vai trò là chất khử, còn Cl₂ đóng vai trò là chất oxi hóa.

1. Năng lượng liên kết giữa X – X thấp hơn so với năng lượng liên kết giữa H – X nên các đơn chất halogen có xu hướng phản ứng với hydrogen để tạo ra H – X bền hơn.

2. Dựa vào bảng 12.2, năng lượng liên kết H – X giảm dần từ H – F đến H – I nên xu hướng phản ứng giảm dần từ F₂ đến I₂.

Đổi 80 000m³ = 80 000 000 L = 8.10⁷ L

5 mg Cl₂  được dùng để khử trùng 1 L nước sinh hoạt.

x mg Cl₂ được dùng để khử trùng 8.10⁷ L nước sinh hoạt.

⇒ x =  $\frac{{8.10}^7.5}{1}={4.10}^8$mg = 400 kg

1. Sau khi cho mẩu giấy màu ẩm vào bình tam giác thì mẩu giấy mất màu do một phần khí Cl₂ tác dụng với nước sinh ra HClO có tính oxi hóa mạnh, có khả năng diệt khuẩn và tẩy màu.

Cl₂ + H₂O ⇄ HCl + HClO

2. Trong phản ứng của chlorine với nước thì chlorine vừa đóng vai trò là chất oxi hóa vừa đóng vai trò là chất khử.

Ta nói chlorine tự oxi hoá - tự khử trong phản ứng này vì trong phân tử chlorine có một nguyên tử Cl đóng vai trò là chất oxi hóa, một nguyên tử Cl đóng vai trò là chất khử.

Phản ứng: Cl₂ + NaOH NaCl + NaClO₃ + H₂O${\stackrel{0}{Cl}}_2+NaOH\to Na\stackrel{-1}{Cl}+Na\stackrel{+5}{Cl}{O}_3+H_{2}O$

⇒ Cl₂ vừa đóng vai trò là chất khử vừa đóng vai trò là chất oxi hóa.$\left.\begin{array}{l}\stackrel{}{1\times }\\ \stackrel{}{5\times }\end{array}\right|\left|\begin{array}{l}\stackrel{0}{Cl}\to \stackrel{+5}{Cl}+5e\\ \stackrel{0}{Cl}+e\to \stackrel{-1}{Cl}\end{array}\right.$

⇒ Phương trình: 3Cl₂ + 6NaOH$\stackrel{t^o}{\to }$ 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

1. Ống nghiệm (1): dung dịch chuyển sang màu vàng.

Ống nghiệm (2): dung dịch có màu vàng và có chất rắn màu đen tím.

Ống nghiệm (3): dung dịch màu vàng nhạt dần và có chất rắn màu đen tím.

2. Tính oxi hóa của Clo mạnh hơn Brom nên Clo có thể đẩy ion Br^– ra khỏi dung dịch muối.

Tính oxi hóa của Brom mạnh hơn Iot nên Brom có thể đẩy ion I^– ra khỏi dung dịch muối.

⇒ Tính oxi hóa của Cl₂ > Br₂ > I₂.

3. Để chứng tỏ có sự tạo thành I₂ khi cho nước chlorine (hoặc nước bromine) tác dụng với dung dịch sodium iodide ta có thể dùng thuốc thử là hồ tinh bột vì I₂ tạo màu xanh đặc trưng với hồ tinh bột.

Phương trình minh họa tính oxi hóa giảm dần trong dãy Cl₂, Br₂, I₂ là:

Cl₂ + 2NaBr → 2NaCl + Br₂

Br₂ + 2NaI → 2NaBr + I₂

Nếu không sử dụng màng ngăn xốp để ngăn cách hai điện cực thì khí Cl₂ ở cực dương sẽ phản ứng được với NaOH bên cực âm.

2NaOH + Cl₂ ⟶ NaCl + NaClO + H₂O

Thí nghiệm so sánh tính oxi hóa của đơn chất halogen

Chuẩn bị: 3 ống nghiệm, dung dịch NaBr, dung dịch NaI, nước Cl₂, nước Br₂ loãng.

Tiến hành:

- Lấy khoảng 2 mL dung dịch NaBr vào ống nghiệm (1), 2 mL dung dịch NaI vào mỗi ống nghiệm (2) và (3).

- Thêm vào ống nghiệm (1) và (2) vài giọt nước Cl₂, thêm vào ống (3) vài giọt nước Br₂, lắc đều các ống nghiệm.

- Thêm 1 giọt hồ tinh bột vào ống nghiệm (3).

Lưu ý: Cẩn thận không để nước Cl₂, nước Br₂ giây ra tay, quần áo.

⇒ Kết luận: Tính oxi hóa giảm dần từ Cl₂, Br₂, I₂.

Cách sử dụng nước Javel an toàn:

- Dùng găng tay cao su khi sử dụng.

- Tránh để nước Javel tiếp xúc trực tiếp với da đặc biệt là mắt.

- Để ở xa tầm tay trẻ em.