Halogēni ir ķīmisko elementu periodiskās tabulas elementu grupa, kas sastāv no sešiem ķīmiskajiem elementiem, kuriem ir līdzīgas ķīmiskās īpašības: fluora (F), hlora (Cl), broma (Br), joda (I), astata (At) un tenesīna (Ts). Fluors, hlors, broms un jods pastāv kā divatomu savienojumi. Astata un tenesīna eksistencei kā divatomu savienojumiem nav atrasti pierādījumi, tomēr tiek uzskatīts, ka arī tie varētu pastāvēt šādā formā. Mūsdienu IUPAC nomenklatūrā šī grupa ir pazīstama kā 17. grupa. Vārds “halogēns” radies no grieķu valodas vārdiem ἅλς, hals un izskaņas -γενής, genēs, kas apvienojot nozīmē ‘sāls veidotājs’ vai ‘sāli veidojošs’.
halogēni
pēc IUPAC (International Union of Pure and Applied Chemistry) nomenklatūras 17. grupas ķīmiskie elementi
Saistītie šķirkļi
Satura rādītājs
Īsa vēsture
Fluora minerāls fluorspars bija zināms jau 1529. gadā. Agrīnie ķīmiķi saprata, ka fluora savienojumi satur neatklātu elementu, taču nespēja to izolēt. 1860. gadā angļu ķīmiķis Džordžs Gors (George Gore) vadīja elektrības strāvu cauri fluorūdeņražskābei un, iespējams, ieguva fluoru, taču viņš tobrīd nevarēja pierādīt savus rezultātus. 1886. gadā Parīzes ķīmiķis Anrī Muasāns (Ferdinand Frédéric Henri Moissan) veica elektrolīzi kālija bifluorīdam, kas bija izšķīdināts bezūdens fluorūdeņradī, un veiksmīgi izolēja fluoru.
Sālsskābe bija pazīstama jau alķīmiķiem un agrīnajiem ķīmiķiem. Tomēr elementārais hlors tika iegūts tikai 1774. gadā, kad Karls Vilhelms Šēle (Carl Wilhelm Scheele) karsēja sālsskābi ar mangāna dioksīdu. 1807. gadā Hamfrijs Deivijs (Humphry Davy) pētīja hloru un atklāja, ka tas ir īsts elements.
Bromu 1820. gadā atklāja Antuāns Žeroms Balārs (Antoine Jérôme Balard). A. Ž. Balārs atklāja bromu, izlaizdams hlora gāzi cauri piesātinātam sāls šķīdumam, kas saturēja magnija bromīdu. Veicot destilāciju ar mangāna dioksīdu un sērskābi, viņš novēroja sarkanus tvaikus, kas kondensējās kā tumši sarkans šķidrums. Sākotnēji jaunajam elementam viņš ierosināja nosaukumu muride, taču Francijas Zinātņu akadēmija (L’Académie des sciences) atklātā elementa nosaukumu nomainīja uz bromu.
Jodu atklāja Bernārs Kurtuā (Bernand Courtois), kurš salpetra ražošanas procesā izmantoja jūras aļģu pelnus. B. Kurtuā parasti vārīja jūras aļģu pelnus ar ūdeni, lai iegūtu kālija hlorīdu, tomēr 1811. gadā B. Kurtuā maisījumam pievienoja sērskābi un atklāja, ka pēc tās pievienošanas veidojas purpursarkani izgarojumi, kas kondensējas melnos kristālos. Novērojumi veicināja aizdomas, ka šos kristālus veido jauns elements, tāpēc B. Kurtuā nosūtīja iegūtos paraugus citiem ķīmiķiem tālākai pētīšanai. Žozefs Luijs Gē-Lisaks (Joseph Loius Gay-Lussac) pierādīja, ka jods ir jauns elements.
1931. gadā Freds Elisons (Fred Alisson) apgalvoja, ka atklājis 85. elementu ar magnētiski optisko iekārtu, un nosauca elementu par alabamīnu, taču kļūdījās. 1937. gadā Radžendralals De (Rajendralal De) apgalvoja, ka ir atklājis 85. elementu minerālos, un nosauca šo elementu par dakin, taču arī viņš kļūdījās. Nākamie zinātnieki, kuri uzskatīja, ka ir atklājuši 85. elementu, bija Horija Hulubei (Horia Hulubei) un Iveta Košuā (Yvette Cauchois). 1939. gadā, izmantodami rentgenstaru spektroskopiju, viņi centās pierādīt jaunā elementa iegūšanu, tomēr tā bija neveiksmīga. Ar līdzīgu paziņojumu tajā pašā gadā nāca klajā Valters Minders (Walter Minder), kurš atklāja jodam līdzīgu elementu, kas rodas polonija bēta sabrukšanas rezultātā, tomēr viņa eksperimenti nebija atkārtojami. Elementu, kam periodiskajā tabulā ir 85. numurs un ko tagad sauc par astatu, 1940. gadā pirmo reizi veiksmīgi sintezēja Deils Raimonds Korsons (Dale Raymond Corson), Kenets Ross Makkenzijs (Kenneth Ross MacKenzie) un Emīlio Džino Segrē (Emilio Gino Segrè), kuri bombardēja bismutu ar alfa daļiņām.
2010. gadā kodolfiziķa Jurija Oganesjana (Юрий Цолакович Оганесян) vadītā komanda, kurā piedalījās zinātnieki no vairākām laboratorijām, veiksmīgi bombardēja berklija-249 atomus ar kalcija-48 atomiem, lai izveidotu tenesīnu-294. No 2022. gada tas ir jaunākais atklātais elements.
Atrašanās dabā
Lielās reaģētspējas dēļ brīvie halogēna elementi dabā nav sastopami. Visi halogēnanjoni, kas nav radioaktīvi, ir sastopami jūras ūdenī. Galvenie fluora avoti ir minerāli fluorīts un kriolīts. Fluorīts ir kalcija fluorīds, bet kriolīts – nātrija alumīnija fluorīds. Hlorīda joni visbiežāk sastopami akmenssālī, jo tas ir vārāmā sāls minerāls. Nātrija bromīds un kalcija bromīds ir visizplatītākie savienojumi, kur broms ir sastopams dabā. Lai gan jodu saturoši minerāli ir reti sastopami, visbiežāk jodu iegūst no lautarīta, kas sastāv no kalcija jodāta. Fluors ir visbagātākais no halogēniem Zemes garozā. Halogēnu procentuālais daudzums Zemes garozas magmatiskajos iežos ir: 0,06 fluors, 0,031 hlors, 0,00016 broms un 0,00003 jods. Astats un tenesīns dabā nav sastopami, jo veidojas tikai no īslaicīgiem radioaktīviem izotopiem.
Izotopi
Fluoram eksistē tikai viens stabils izotops – fluors-19 (19F). Hloram dabā ir sastopami divi stabili izotopi: hlors-35, kas veido 75,53 % no dabā sastopamā hlora, un hlors-37, kas veido atlikušos 24,47 %. Turklāt hloram ir zināmi vairāk nekā 20 radioaktīvi izotopi. Broms dabā ir sastopams divu izotopu formā – kā broms-79 un broms-81. Broms-79 veido 50,54 % no dabā sastopamā broma, bet broms-81 – 49,46 %. Visi astata izotopi ir radioaktīvi, tomēr visilgākais pussabrukšanas periods ir astatam-210 (8,1 stundas). Tenesīna visstabilākais izotops ir tenesīns-294; tā pussabrukšanas periods ir 84 milisekundes.
Fizikālās īpašības
Halogēnu grupa ir vienīgā periodiskās tabulas grupa, kas satur elementus trijos galvenajos vielas stāvokļos (gāzveida, šķidrā un cietā) standarta temperatūrā un spiedienā. Fluors standartapstākļos ir vāji gaiši dzeltenīga gāze ar blīvumu 1,696 g/l. Tam ir kodīga un asa smarža, un tā elektronegativitātes vērtība ir 3,98. Hlors ir dzeltenzaļa gāze ar asu, smacējošu smaržu. Hlora blīvums ir 3,214 g/l, un tā elektronegativitātes vērtība ir 3,16. Broms ir sarkanbrūns šķidrums, un tā tvaiki ir sarkanoranžā krāsā. Broma blīvums ir 3,12 g/cm3, un tā elektronegativitātes vērtība ir 2,96. Jods ir metāliska un melni spīdīga cietviela, tā šķīdumam ir melni violeta krāsa un tvaikiem – violeta krāsa. Joda blīvums ir 4,93 g/cm3, un tā elektronegativitātes vērtība ir 2,66. Astata un tenesīna fizikālās īpašības nav zināmas, tomēr zinātnieki ir izteikuši minējumus par to, kādas tās varētu būt.
Ķīmiskās īpašības
Kad halogēni reaģē ar metāliem, tie rada plašu sāļu klāstu, ko pieņemts saukt par halogenīdiem. Visi halogēni veido skābes, kad tie ir saistīti ar ūdeņradi. Kad fluors reaģē ar ūdeni, veidojas fluorūdeņradis, savukārt, kad hlors reaģē ar ūdeni, veidojas hlorūdeņradis un hlorapskābe. Līdzīgi kā hloram, arī bromam un jodam, reaģējot ar ūdeni, veidojas attiecīgie halogēnūdeņraži un halogēnapskābes. Lielāko daļu halogēnu brīvā veidā parasti iegūst no dabā sastopamiem minerāliem vai sāļiem. Augstākie halogēni spēj reaģēt ar zemākajiem halogēniem un veidot starphalogēnu savienojumus. Piemēram, kad jods reaģē ar fluoru dažādās attiecībās, ir iespējams iegūt joda monofluorīdu, joda trifluorīdu un joda pentafluorīdu. Līdzīgi ar fluoru reaģē arī hlors un broms. Jods spēj reaģēt arī ar hloru un veidot joda monohlorīdu, kas tālāk spēj reaģēt ar papildu hloru un veidot joda trihlorīdu.
Izmantošana
Fluoru izmanto vairāku materiālu un šķīdinātāju ieguvei. Viens no populārākajiem piemēriem ir teflons (poli(tetrafluoretilēns), PTFE), kas tiek izmantots pannu pārklājumu izgatavošanai. Halogēnu atomus (F, Cl, Br) plaši pielieto arī zāļu kandidātvielu izveidē. Šo halogēnu ievadīšana zāļvielā uzlabo zāļu spēju pārvietoties cauri lipīdu membrānai. Turklāt hloru, bromu un to savienojumus izmanto, lai dezinficētu dzeramo ūdeni, brūces un virsmas. Organohalogēnus jeb savienojumus, kuru organiskajā molekulā ir saistīts kāds halogēns, plaši izmanto organiskajā sintēzē. Astata izotopus ar ātru pussabrukšanas periodu pašlaik pēta kodolmedicīnā kā joda-131 analogu. Ja salīdzina astatu-211 ar jodu-131, kad astats sadalās, nerodas bēta starojums, tādējādi radioaktīvais preparāts mazāk ietekmē apkārtējos audus.