Halogene

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Gruppe	17
Hauptgruppe	7
Periode
2	9 F
3	17 Cl
4	35 Br
5	53 I
6	85 At
7	117 Ts

DieHalogene[halogeːnə] („Salzbildner “, vonaltgriechischἅλςháls„Salz“undγεννᾶνgennãn„erzeugen “) bilden die7. Hauptgruppeoder nach neuer Gruppierung des Periodensystems dieGruppe 17imPeriodensystem der Elemente,die aus folgenden sechsElementenbesteht:Fluor,Chlor,Brom,Iod,dem äußerst seltenenradioaktiven Astatund dem 2010 erstmals künstlich erzeugten, sehr instabilenTenness^[1].DieGruppeder Halogene steht am rechten Rand des Periodensystems zwischen denChalkogenen(6. Hauptgruppe) undEdelgasen(8. Hauptgruppe). Die Namensgebung dieser Gruppe geht aufJöns Jakob Berzeliuszurück, der die Bezeichnungcorpora halogeniavorschlug.^[2]

DieseNichtmetallesind im elementaren Zustand sehr reaktionsfreudig (Fluorkann unterFeuererscheinungreagieren), farbig und reagieren mit Metallen zuSalzen(Namensherkunft) und mitWasserstoffunterNormalbedingungzu Halogenwasserstoffen (gasförmige,einprotonigeSäuren).

Fluor,Chlor,BromundIodspielen wichtige Rollen inChemie,BiologieundMedizin.Astatdient inorganischen Verbindungenin derNuklearmedizinzurBestrahlungvonbösartigen Tumoren.^[3]

Vorkommen

Halogene kommen in der Natur vor allem als einfach negativ geladeneAnioneninSalzenvor. Das zugehörigeKationist meist einAlkali-oderErdalkalimetall,insbesondere dieNatriumsalzeder Halogene sind häufig anzutreffen. Aus diesen können dann die Halogene mittelsElektrolysegewonnen werden. Ein nicht unbeträchtlicher Teil derHalogenideist imMeerwassergelöst.

Wichtige Halogenid-Verbindungen:

Natriumfluorid,NaF
Calciumfluorid,CaF₂(Flussspat)
Natriumhexafluoridoaluminat (ein Komplexsalz), Na₃[AlF₆] (Kryolith)
Natriumchlorid,NaCl (Kochsalz)
Kaliumchlorid,KCl
Natriumbromid,NaBr
Kaliumbromid,KBr
Natriumiodid,NaI

Im Gegensatz zu den anderen Halogenen kommt Iod auch in der Natur alsIodatvor. Astat, das seltenste natürlich vorkommende Element, ist Zwischenprodukt derUran- undThoriumzerfallsreihen.Die Gesamtmenge in der Erdkruste beträgt lediglich 25 g.

Gewinnung der Reinelemente

Fluorgas F₂lässt sich nur durch elektrochemische Vorgänge gewinnen, da es kein Element und keine Verbindung gibt, die ein größeres Redox-Potential als Fluor hat und dieses oxidieren könnte (Oxidation, weil Elektronenabgabe von 2 F⁻zu F₂,andere Halogene analog).

Alle anderen Halogene lassen sich neben der elektrochemischenDarstellung(z. B.Chloralkalielektrolyse) auch mit Oxidationsmittel wie MnO₂(Braunstein), KMnO₄(Kaliumpermanganat) herstellen.

Eine weitere Möglichkeit zur Gewinnung von Brom oder Iod ist das Einleiten von Chlorgas als Oxidationsmittel in konzentrierte Bromid- bzw. Iodidlösungen:

\mathrm {Cl_{2}+2\ Br^{-}\longrightarrow 2\ Cl^{-}+Br_{2}}

\mathrm {Cl_{2}+2\ I^{-}\longrightarrow 2\ Cl^{-}+I_{2}}

Hier sei zur Gewinnung von Chlor auch dasDeacon-Verfahrenerwähnt (Redoxreaktionvon Salzsäuregas mit Luft als Oxidationsmittel zu Wasser und Chlorgas):

\mathrm {4\ HCl+O_{2}\ {\xrightarrow {450\,^{\circ }C,\ Kat}}\ 2\ Cl_{2}+2\ H_{2}O}

Eigenschaften

Physikalische Eigenschaften

Die vierstabilenHalogene: Ihre Farbigkeit nimmt vonFluorbisIodzu

Halogen	Molekül	d(X–X) / pm (Gasphase)	d(X–X) / pm (Feststoff)
Fluor	F₂	143	149
Chlor	Cl₂	199	198
Brom	Br₂	228	227
Iod	I₂	266	272

Elementare Halogene sind farbige, leicht flüchtige bis gasförmige Substanzen, die in Wasser löslich sind (Fluor reagiert). Ihre Farbintensität, Siedepunkte und Dichte nehmen mit der Ordnungszahl zu. Sie liegen in Form von zweiatomigen Molekülen der Form X₂vor (z. B. F₂und Cl₂) und sind daher Nichtleiter (Isolatoren).

Die Farbintensität im gasförmigenAggregatzustandsteigt mit zunehmender Ordnungszahl.
Dichte,Schmelz-undSiedepunktnehmen aufgrund der Zunahme der Molmasse von oben nach unten zu. BeiStandardbedingungensind Fluor und Chlor Gase, Brom ist eine Flüssigkeit und Iod fest.

Element	Fluor	Chlor	Brom	Iod
Schmelzpunkt(1013 hPa)^[4]	53,53 K (−219,62 °C)	171,6 K (−101,5 °C)	265,8 K (−7,3 °C)	386,85 K (113,70 °C)
Siedepunkt(1013 hPa)^[4]	85,15 K (−188 °C)	238,5 K (−34,6 °C)	331,7 K (58,5 °C)	457,2 K (184 °C)
Kritischer Punkt^[4]	144,41 K (−128,74 °C) 5,1724 MPa	416,9 K (143,8 °C) 7,991 MPa	588 K (315 °C) 10,34 MPa	819 K (546 °C) 11,7 MPa
Tripelpunkt^[4]	53,48 K (−219,67 °C) 90 kPa		265,90 K (−7,25 °C) 5,8 kPa	386,65 K (113,5 °C) 12,1 kPa
Dichte(0 °C, 1013 hPa)^[4]	1,6965 kg/m³	3,215 kg/m³	3,12 g/cm³	4,94 g/cm³
Atommasse	18,998 u	35,45 u	79,904 u	126,904 u
Elektronegativität	4,0	3,16	2,96	2,66
Struktur
Kristallsystem	kubisch	orthorhombisch	orthorhombisch	orthorhombisch

Chemische Eigenschaften

Halogene sind sehr reaktionsfreudigeNichtmetalle,da ihnen nur noch ein einzigesValenzelektronzur Vollbesetzung derValenzschalefehlt. Da die Halogen-Halogen-Bindung nicht sehrstabilist, reagieren auch Halogenmoleküle heftig. DieReaktivitätnimmt, wie dieElektronegativität,vonFluorzuIodab. Gleichzeitig steigt die 1.Ionisierungsenergienach oben hin an. Die Eigenschaften vonAstatsind jedoch größtenteils unerforscht, wahrscheinlich ist es aber aus chemischer Sicht dem Iod sehr ähnlich.

Halogene reagieren mitMetallenunter Bildung vonSalzen,was ihnen ihren Namen einbrachte.

Beispiel: Bildung vonKochsalz(NaCl):

\mathrm {2\ Na+Cl_{2}\longrightarrow 2\ NaCl}

Halogene reagierenexothermmitWasserstoffunter Bildung vonHalogenwasserstoffen,die, inWassergelöst, mehr oder weniger starkeSäurensind. Die Heftigkeit derReaktionnimmt vonFluorzuIodab.

Beispiel:Chlorknallgasreaktion:

\mathrm {H_{2}+Cl_{2}\longrightarrow 2\ HCl}

DieWasserlöslichkeitder Halogene nimmt vonFluorzuIodab, wobei Fluor mitWasserunter Bildung vonFluorwasserstoffundSauerstoffreagiert.

\mathrm {2\ F_{2}+2\ H_{2}O\longrightarrow 4\ HF+O_{2}}

Chlorreagiert mit Wasser zuChlorwasserstoffundHypochloriger Säure.

\mathrm {Cl_{2}+H_{2}O\longrightarrow HCl+HClO}

Ebenso reagiertBrommit Wasser zuBromwasserstoffundHypobromiger Säure.

\mathrm {Br_{2}+H_{2}O\longrightarrow HBr+HBrO}

Iod ist kaumlöslichin Wasser und reagiert nicht.

Die Halogene sind von Iod zu Fluor zunehmendgiftig.

Verwendung

In derorganischen Chemiewerden sie zurSynthesevon Halogenverbindungen verwendet. DasVerfahrenwird allgemein alsHalogenierungbezeichnet.

Durch Zugabe von Halogenen in Glühlampen wird durch denWolfram-Halogen-Kreisprozessderen Lebensdauer und Lichtausbeute erhöht. Man spricht dann auch vonHalogenlampen.

Verbindungen

Halogenide

Ionische Halogenverbindungen wie z. B. dieFluoride,Chloride,BromideundIodidesindsalzartigeStoffe. Dementsprechend haben sie hoheSchmelzpunkte,sind spröde und elektrische Nichtleiter außer inSchmelzeundLösung.Die meistenHalogenidesind wasserlöslich (wie z. B. Kochsalz,Natriumchlorid.Wasserunlöslich sind Blei-, Quecksilber- und Silberhalogenide (sieheSalzsäuregruppe) sowie Kupfer(I)-halogenide. Viele Halogenide kommen in der Natur in Form vonMineralienvor.

Halogenwasserstoffe

Fluorwasserstoffsiedet trotz der geringenMolmassedurch die Bildung von starkenWasserstoffbrückenbindungenerst bei 19,5 °C. Diewässrige LösungwirdFlusssäuregenannt.
Chlorwasserstoffsiedet bei −85 °C. Er löst sich inWasserund reagiert als sehr starkeSäure.Die wässrige Lösung wirdSalzsäuregenannt.
Bromwasserstoffsiedet bei −67 °C. Er löst sich in Wasser und reagiert als eine der stärksten Säuren. Die wässrige Lösung wirdBromwasserstoffsäuregenannt.
Iodwasserstoffsiedet bei −35 °C. Er löst sich in Wasser und reagiert als die stärkste bekannte sauerstofffreie Säure. Die wässrige Lösung wirdIodwasserstoffsäuregenannt.

Halogensauerstoffsäuren

Mit Ausnahme vonFluor,dessen einzigeSauerstoffsäuredieinstabile Hypofluorige Säureist, bilden die Halogene vier Arten von Sauerstoffsäuren, die wie folgt benannt werden:

HXO: Hypohalogenige Säure (Beispiel:Hypochlorige Säure)
HXO₂:Halogenige Säure (Beispiel:Chlorige Säure)
HXO₃:Halogensäure (Beispiel:Chlorsäure)
HXO₄:Perhalogensäure (Beispiel:Perchlorsäure)

Hypochlorige Säure
Chlorige Säure
Chlorsäure
Perchlorsäure

DieSäurestärkewächst mit steigender Zahl der Sauerstoffatome, ebenso dieoxidierendeWirkung. Die meisten Sauerstoffsäuren der Halogene sind sehrinstabilundzersetzensichexotherm.

Interhalogenverbindungen

	F	Cl	Br
Cl	ClF,ClF₃,ClF₅
Br	BrF,BrF₃,BrF₅	BrCl
I	IF,IF₃,IF₅,IF₇	ICl,(ICl₃)₂	IBr,IBr₃

Interhalogenverbindungen sindVerbindungender Halogene untereinander. Es gibt folgende Arten (Y ist daselektronegativere Element):

XY: alle möglichen Kombinationen existent
XY₃:X ist Iod oder Y ist Fluor
XY₅:Y ist immer Fluor
XY₇:nurIF₇bekannt

Interhalogenverbindungen sind beiStandardbedingungen instabiloder äußerstreaktiv.

Es existieren auch Interhalogenidionen wie beispielsweise BrF₆⁻und IF₆⁻.Auch Sauerstoffsäurehalogenide wie z. B.PerchlorylfluoridClO₃F oderIodoxipentafluoridIOF₅sind bekannt.

Siehe auch

Pseudohalogene

Literatur

M. Binnewies,M. Jäckel,H. Willner:Allgemeine und Anorganische Chemie.Spektrum Akademischer Verlag, 2004,ISBN 3-8274-0208-5.

Weblinks

Wiktionary: Halogen– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Wiktionary: Salzbildner– Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

Einzelnachweise

↑Spiegel Online: Ordnungszahl 117, Physiker erzeugen neues chemisches Element
↑Chemische Nomenclatur nach Berzelius.In:Pharmaceutisches Central-Blatt.Band1,1830,S.4.
↑M. J. Willhauck, B. R. Samani, I. Wolf, R. Senekowitsch-Schmidtke, H. J. Stark, G. J. Meyer, W. H. Knapp, B. Göke, J. C. Morris, C. Spitzweg:The potential of²¹¹Astatine for NIS-mediated radionuclide therapy in prostate cancer.In:Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging.35. Jahrgang,Nr.7,Juli 2008,S.1272–1281,doi:10.1007/s00259-008-0775-4,PMID 18404268.
↑^a^b^c^d^eP. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger:Noble Gases.In:Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.Wiley-VCH, Weinheim 2006 (doi:10.1002/14356007.a17_485).

[1] Spiegel Online: Ordnungszahl 117, Physiker erzeugen neues chemisches Element

[pharm-2] Chemische Nomenclatur nach Berzelius.In:Pharmaceutisches Central-Blatt.Band1,1830,S.4.

[3] M. J. Willhauck, B. R. Samani, I. Wolf, R. Senekowitsch-Schmidtke, H. J. Stark, G. J. Meyer, W. H. Knapp, B. Göke, J. C. Morris, C. Spitzweg:The potential of²¹¹Astatine for NIS-mediated radionuclide therapy in prostate cancer.In:Eur. J. Nucl. Med. Mol. Imaging.35. Jahrgang,Nr.7,Juli 2008,S.1272–1281,doi:10.1007/s00259-008-0775-4,PMID 18404268.

[ullmann-4] P. Häussinger, R. Glatthaar, W. Rhode, H. Kick, C. Benkmann, J. Weber, H.-J. Wunschel, V. Stenke, E. Leicht, H. Stenger:Noble Gases.In:Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry.Wiley-VCH, Weinheim 2006 (doi:10.1002/14356007.a17_485).

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[2]

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Halogene

Inhaltsverzeichnis

Vorkommen

Gewinnung der Reinelemente