Halogènes

Propriétés des halogènes

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

• Ils sont de mauvais conducteurs de chaleur et d'électricité.
• Ils forment des oxydes acides.
• Lorsqu'ils sont solides, ils sont ternes et cassants. Ils se subliment aussi facilement.
• Ils ont des points de fusion et d'ébullition bas.
• Ils ont 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 tous couramment des anions avec une charge de -1, ce qui signifie qu'ils ont gagné un électron.
• Ils forment également des molécules diatomiques.

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

Les ions fabriqués à partir d'atomes d'halogène sont appelés halogénures. Les composés ioniques fabriqués à partir d'ions halogènes sont appelés sels d'halogénure. Par exemple, le sel de chlorure de sodium est constitué d'ions sodium positifs et d'ions chlorure négatifs.

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

Tendances des propriétés

La réactivité et l'électronégativité diminuent en descendant dans le groupe, tandis que le rayon atomique et les points de fusion et d'ébullition augmentent. Le pouvoir oxydant diminue en descendant dans le groupe, tandis que le pouvoir réducteur augmente.

Éléments halogènes

Au début de cet article, nous avons dit que le groupe des halogènes contient six éléments. Mais cela dépend de la personne à qui tu demandes. Les quatre premiers membres sont connus sous le nom d'halogènes stables. Il s'agit du fluor, du chlore, du brome et de l'iode. Le cinquième membre est l'astate, un élément extrêmement radioactif. Le sixième est l'élément artificiel ténnessine, et tu découvriras plus tard pourquoi certaines personnes ne l'incluent pas dans le groupe. Examinons maintenant les éléments individuellement, en commençant par le fluor.

Le fluor

Le fluor est le plus petit et le plus léger des éléments du groupe. Il a le numéro atomique 9 et se présente sous la forme d'un gaz jaune pâle à température ambiante.

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 si 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, car l'atome de fluor est si petit. 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 récipients 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 maintenant 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™.

Fig-4 Fluor liquide dans un bain cryogénique, wikimedia commons[1].

Le chlore

Le chlore est le plus petit des halogènes. Il a un numéro atomique de 17 et est un gaz vert à température ambiante. Son nom vient du mot grec chloros, qui signifie "vert".

Le chlore a 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 a des points de fusion et d'ébullition plus élevés que le fluor. Cependant, il a 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 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 très toxique et a été utilisé pour la première fois comme arme pendant la Première Guerre mondiale.

Fig .5- Une ampoule de chlore gazeux, W.Oelen, Wikimedia commons [2]

Le brome

L'élément suivant est le brome. Le brome est un liquide rouge foncé à température ambiante et a un numéro atomique de 35.

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 organobromes, que nous utilisons couramment comme retardateurs de flammes. Plus de la moitié du brome produit chaque année dans le monde est utilisé de cette manière. Comme le chlore, le brome peut être utilisé comme désinfectant. Cependant, le chlore est préféré en raison du coût plus élevé du brome.

Fig. 6- Une ampoule de brome liquide, Jurii, CC BY 3.0, wikimedia commons [3]

Iode

L'iode est le plus lourd des halogènes stables, avec un numéro atomique de 53. C'est un solide gris-noir à température ambiante qui fond pour donner un liquide violet. Son nom vient du grec iodes, qui signifie "violet".

Les tendances décrites plus tôt dans l'article se poursuivent lorsque tu descends dans le tableau périodique jusqu'à l'iode. Par exemple, l'iode a 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. Cependant, c'est un meilleur agent réducteur.

Fig. 7 - Un échantillon d'iode solide. commons.wikimedia.org, Public domain

Astatine

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

L'astate a un numéro atomique de 85. C'est l'élément naturel le plus rare de la croûte terrestre, que l'on trouve surtout dans les restes d'autres éléments qui se désintègrent. Il est assez radioactif - son isotope le plus stable a une demi-vie d'un peu plus de huit heures !

On n'a jamais réussi à isoler un échantillon d'astate pure, car elle se vaporiserait immédiatement sous l'effet de la chaleur de sa propre radioactivité. Pour cette raison, les scientifiques ont dû deviner la plupart de ses propriétés. Ils prédisent qu'il suit les tendances observées dans 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 présente également des propriétés uniques. Il se situe à la frontière entre les métaux et les non-métaux, ce qui a donné lieu à des débats sur ses caractéristiques.

Par exemple, les halogènes deviennent progressivement plus sombres 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. Mais d'autres considèrent qu'il s'agit plutôt d'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. 8 - Configuration électronique de l'astate

Tennessine

La ténnessine est le dernier membre des halogènes, mais certains ne la considèrent pas du tout comme un membre à part entière. La ténnessine a un numéro atomique de 117 et est un élément artificiel, ce qui signifie qu'elle n'est créée qu'en faisant entrer en collision deux noyaux plus petits. Cela forme un noyau plus lourd qui ne dure que quelques millisecondes. Une fois de plus, cela le rend un peu plus difficile à comprendre !

Les chimistes prévoient que la ténnessine a un point d'ébullition plus élevé que le reste des 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 au lieu d'un véritable non-métal. Pour cette raison, on exclut souvent la ténnessine du groupe 7.

Fig. 9 - Configuration électronique de la tennessine

Réactions du groupe 7

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. N'oublie pas que la réactivité diminue au fur et à mesure que tu descends dans le groupe.

Les halogènes peuvent :

• Déplace les autres halogènes. Un halogène plus réactif déplacera 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.
• Réagit avec l'hydrogène. Cela forme un halogénure d'hydrogène.
• Réagit avec les métaux. Cela forme un sel d'halogénure métallique.
• Réagit avec l'hydroxyde de sodium. C'est un exemple de réaction de disproportionnement. 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 :

${\mathrm{Cl}}_2+2{\mathrm{I}}^{-}\to 2{\mathrm{Cl}}^{-}+{\mathrm{I}}_2$

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

• Réagir avec l'acide sulfurique pour former une gamme 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 le verras ci-dessous.
• Dans le cas des halogénures d'hydrogène, ils se dissolvent dans la 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.

Tester la présence d'halogénures

Pour tester la présence d'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 toutes 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 toutes tes observations.

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

Fig. 10 - Un tableau montrant les résultats du test de dépistage 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 tu ajoutes différentes concentrations d'ammoniaque. Cela nous permet de les différencier.

Utilisations des halogènes

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

• Le fluor est un ion essentiel pour la santé des animaux et contribue à renforcer les dents et les os. Il est parfois ajouté à l'eau potable et tu le trouveras 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, ${\mathrm{UF}}_6$.
• La plupart du chlore est utilisé 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.