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族← 17 →
周期
29
F
317
Cl
435
Br
553
I
685
At
7117
Ts
第17族元素(だい17ぞくげんそ、仏: halogeneアロジェーヌ、英: halogen ハロジェン)は周期表において第17族に属する元素の総称。フッ素・塩素・臭素・ヨウ素・アスタチン・テネシンがこれに分類される。ただしアスタチンは半減期の長いものでも数時間であるため、その化学的性質はヨウ素よりやや陽性が高いことがわかっている程度である。またテネシンは2009年にはじめて合成されており、証明されていることがさらに少ない。
フッ素、塩素、臭素、ヨウ素は性質がよく似ており、アルカリ金属あるいはアルカリ土類金属と典型的な塩を形成するので、これら元素からなる元素族を古代ギリシア語の「塩」?λ? hals と、「作る」γενν?ω genna? を合わせ「塩を作るもの」という意味の「halogen ハロゲン」と、18世紀フランスで命名された。これらの任意の元素を表すために化学式中ではしばしば X と表記される。任意のハロゲン単体を X2 と表す。
性質ハロゲン元素単体 X2 のサンプル
周期表の一番右側にある貴ガスの左隣の列に位置する。価電子は最外殻のs軌道およびp軌道にある電子である(s軌道は2電子が占有し、p軌道は5個の電子が占有しており一価の陰イオンになる)。
フッ素
9F塩素
17Cl臭素
35Brヨウ素
53Iアスタチン
85At
電子配置 [ He ] 2 s 2 2 p 5 {\displaystyle {\ce {[He]{}2s^2{}2p^5}}} [ Ne ] 3 s 2 3 p 5 {\displaystyle {\ce {[Ne]{}3s^2{}3p^5}}} [ Ar ] 3 d 10 4 s 2 4 p 5 {\displaystyle {\ce {[Ar]{}3d^{10}{}4s^2{}4p^5}}} [ Kr ] 4 d 10 5 s 2 5 p 5 {\displaystyle {\ce {[Kr]{}4d^{10}{}5s^2{}5p^5}}} [ Xe ] 4 f 14 5 d 10 6 s 2 6 p 5 {\displaystyle {\ce {[Xe]{}4f^{14}{}5d^{10}{}6s^2{}6p^5}}}
第1イオン化エネルギー
(kJ・mol-1)1,6811,2511,1401,008930
電子付加エンタルピー
(kJ・mol-1)?328?349?325?295?270
電子親和力
(kJ・mol-1)340365342303298
電気陰性度
(Allred-Rochow)4.12.832.742.21-
イオン半径
(X-, pm)133181195216(?230)
共有結合半径
(r(X2)/2, pm)7299114133(?140)
van der Waals
半径 (pm)147175185198-
融点 (X2, K)40172.16265.90386.75(575)
沸点 (X2, K)85239.10332458(610)
解離エネルギー
(X2, kJ・mol-1)155243193151(?116)
水和エネルギー
(X-, kJ・mol-1)485350320280(?277)
還元電位† E0 (V)2.891.401.100.62(?0.3)
( ) 内は推定値
↑ X 2 ( aq ) + 2 e − ⟶ 2 X − ( aq ) {\displaystyle {\ce {(^) X2 (aq) + 2 e^- -> 2 X^- (aq)}}}
第17族元素は、原子番号が若いものは非常に反応性に富む。特にフッ素は第一イオン化エネルギーが大きい上、F?F 間の結合距離が短く、それぞれの原子の非共有電子対同士が反発することによって結合エネルギーが小さくなっているために著しく反応性が高く、酸化剤としては最も強い部類のものである。
塩素は水圏に大量に存在する(クラーク数)が、地殻中の存在比ではフッ素>塩素>臭素>ヨウ素である。放射性物質であるアスタチンは、既知の最も長い半減期を持つ質量数210の同位体でも8.3時間しかないため、自然環境中にはほとんど存在せず、質量数218の同位体などがウラン238Uの壊変生成物として定常的に極低濃度、存在するが確認は困難である。一般的に分子量の大きなものほどファンデルワールス力が増大し、常温、常圧でフッ素は薄黄色の気体、塩素は淡黄緑色の気体、臭素は赤褐色の液体、ヨウ素は黒紫色の固体、アスタチンは固体で、ヨウ素、アスタチンの固体は金属光沢を持つ。 ハロゲン化水素の特性一覧表 フッ化水素 第17族元素の水素化物はハロゲン化水素と呼ばれる。水素とは1対1で結合する化合物しか知られておらず、ハロゲン化水素一般を表す略号として HX と書き表されることが多い。 フッ化水素酸以外のハロゲン化水素は水中では完全電離するものの、その分子自体はそれほど強い極性物質ではない。そして塩化水素、臭化水素、ヨウ化水素の水溶液は完全電離して強酸性を示し、酸の強度は HCl < HBr < HI の順である。 それに対して、液化フッ化水素は水に相当する誘電率と相対的に高い沸点を持ち、水素結合を形成する極性物質である点で特徴的である。また、希薄溶液であってもフッ化水素は水中で完全電離しない。これはイオン半径の小さなものほど水素イオンとの間の静電気力が強くなり、結合が強くなるためである。 フッ素以外のハロゲン元素については酸化数として I, III, (IV,) V, VII のいずれかをとり、種々の酸化物とオキソ酸を形成する。しかし、フッ素は酸化数として -I しか取りえず、他のハロゲン元素とは化学的性質が異なる面を持つ。
水素化物
HF塩化水素
HCl臭化水素
HBrヨウ化水素
HIアスタチン化水素
HAt
融点 (℃)?83.5?114.2?88.6?51.0
沸点 (℃)19.5?85.1?67.1?35.1
誘電率(液相)83.6
(0 ℃)9.3
(?95 ℃)7.0
(?85 ℃)3.4
(-50 ℃)
H?X 結合解離エネルギー
(kJ・mol?1)567431366298
H?X 結合距離
(pm)92127141161172
水溶液フッ化水素酸
弱酸
(pKa = 3.14)塩酸
強酸臭化水素酸
強酸ヨウ化水素酸
強酸
酸化物・オキソ酸