ما هي الهالوجينات وما استخداماتها
الفلورايد في معاجين الأسنان، الكلور في مياه بُرك السباحة، محلول اليود المستخدم لتعقيم الجروح …ما المشترك بين كل هذه الأشياء التي نصادفها في حياتنا اليومية؟ احتوائها على الهالوجينات … سنتعرف في هذا المقال على مجموعة الهالوجينات، خصائصها الكيميائية والفيزيائية، وأهم استعمالاتها.
الهالوجينات (Halogens)
مجموعةٌ من الفلزات اللامعدنية وهي الفلور (F)، والكلور (Cl)، والبروم (Br)، واليود (I)، والأستاتين (At)، والتينيسين (Ts)، تشغل المجموعة 17 (مجموعةVIIa) من الجدول الدوري.
تعود تسمية الهالوجينات بهذا الاسم إلى الإغريقية، وهي مكونةٌ من مقطعين (Hal) وتعني ملح، و(Gen) تعني المنتج أي “المُنتج للملح”، إذ تشترك هذه العناصر بخاصية قدرتها على تكوين أملاح الصوديوم ذات المزايا المتشابهة، ولعل أبرزها كلوريد الصوديوم (ملح الطعام).
لا تتواجد الهالوجينات بصورةٍ حرّةٍ في الطبيعة وإنما غالبًا على هيئة مركباتٍ؛ نظرًا لفاعليتها الكيميائية الكبيرة. يتفوق الفلور على بقية العناصر من حيث الوفرة في القشرة الأرضية بنسبة 0.06%، يليه الكلور 0.031%، فالبروم 0.00016%، ثم اليود 0.00003%، لا يوجد الأستاتين والتينيسين في الطبيعة، لأنهما يتكونان فقط من نظائرَ مشعةٍ قصيرة العمر.
.
الخصائص الفيزيائية للهالوجينات
- تُعد الهالوجينات المجموعة الوحيدة في الجدول الدوري التي تحتوي على عناصرَ تتواجد في الحالات الثلاث المختلفة للمادة (الصلبة، والسائلة، والغازية) في درجة حرارة الغرفة، يوجد الفلور والكلور بالحالة الغازية، البروم بالحالة السائلة، واليود والأستاتين بالحالة الصلبة.
- تختلف الهالوجينات في اللون، فيظهر الفلور باللون الأصفر الباهت، والكلور باللون الأخضر، البروم باللون الأحمر، واليود والأستاتين باللون الأسود .
- تتميز بأنها غير موصلةٍ للحرارة والكهرباء.
- تتميز بنقاط انصهارٍ وغليان منخفضة نسبيًّا مقارنةً مع غير العناصر اللامعدنية الأخرى.
الخصائص الكيميائية للهالوجينات
- تمتاز الهالوجينات بفاعليتها الكيميائية الشديدة (تقل الفعالية بالتدرج من أعلى مجموعة الهالوجين إلى أسفلها)، نظرًا لامتلاكها على اختلاف عناصرها، سبعة إلكتروناتٍ على مدارها السطحي، لذلك تسعى لاكتساب إلكترون حتى تشبع طبقتها السطحية بثمانية إلكترونات وتصل لمرحلة الاستقرار، وغالبًا ما تميل الهالوجينات إلى الاتحاد مع العناصر الأخرى وعلى الأخص الفلزات القلوية (عناصر المجموعة 1 من الجدول الدوري)، والتي تمتلك إلكترون وحيد على مدارها السطحي .
.
- تفاعل الهالوجينات مع الهيدروجين: تتفاعل الهالوجينات مع الهيدروجين لتنتج هاليدات الهيدروجين الحمضية، والتي تمتاز بقابليتها للذوبان في الماء لتشكيل محاليلَ حمضية. تنخفض حموضة هاليدات الهيدروجين الناتجة من HF إلى HI، يتفاعل الفلور مع الهيدروجين بشدةٍ، في حين يحتاج تفاعل الكلور مع الهيدروجين لضوء الشمس، أما تفاعلات البروم واليود مع الهيدروجين تتطلب التسخين، ووجود عاملٍ محفزٍ على التوالي.
- تفاعل الهالوجينات مع المعادن: تتفاعل الهالوجينات مع معظم المعادن مباشرةً لتنتج هاليدات المعادن، نظرًا لفاعليتها الكيميائية الشديدة، من الأمثلة على ذلك تفاعل الصوديوم مع غاز الكلور لينتج ملح كلوريد الصوديوم، يمتاز هذا التفاعل بكونه ناشر للحرارة، كما يترافق بانبعاث ضوءٍ أصفر ساطع.
(2Na(s) + Cl2(g) → 2NaCl(s
تتأين هاليدات المعادن بسهولةٍ، بسبب الفرق الكبير في الكهرسلبية مابين الهالوجينات (ذات الكهرسلبية العالية) والمعادن (ذات الكهرجابية العالية).
- تفاعل الهالوجينات مع الأكسجين: تتفاعل الهالوجينات مع الأكسجين لتنتج العديد من الأكاسيد (غير ثابتة)، كما قد ينتج عن هذا التفاعل الأحماض الأكسجينية للهالوجينات كحمض الهيبوكلوروز (HCLO)، حمض الكلوريك (HClO3).
.
أهم استعمالات الهالوجينات
- يستخدم الكلور كعاملٍ مطّهرٍ ومبيدٍ للجراثيم في تنقية ومعالجة مياه الشرب وبرك السباحة، كعامل تبييضٍ في صناعة الورق، وفي المواد الغذائية، والجلود، والمنسوجات.
.
- تُستخدم مركبات اليود في العديد من التطبيقات التجارية، في صناعة الأحبار والأصبغة وكمكملاتٍ غذائيةٍ في أعلاف الحيوانات، وكمحلول تعقيمٍ لتنظيف الجروح، وكعوامل تباين داخلية في تقنيات التصوير كالتصوير المقطعي المحوسب والتصوير الشعاعي والتنظير الفلوري. يستخدم نظير اليود (iodine-131)، في معالجة سرطان الغدة الدرقية.
.
- يُستخدم البروم في العديد من المجالات، في صناعة المبيدات الحشرية، والمستحضرات الصيدلانية، كمثبطٍ للهب؛ حيث تُضاف مركبات البروم إلى الأغلفة البلاستيكية للإلكترونيات لجعلها أقل قابليةً للاشتعال، كما يُستخدم بروميد الفضة في تحضير أفلام التصوير الفوتوغرافي.
.
- تُستخدم مركبات الكربون الفلورية كثنائي كلورو ثنائي فلورو الميثان (CF2Cl2)، في صناعة المكيفات والثلاجات، والتي تمّ التوقف عن استخدامها نظرًا للضرر الذي تسببه لطبقة الأوزون، كما تُضاف مركبات الفلور إلى معاجين الأسنان لحماية الأسنان من التسوس. يستخدم حمض الهيدروفلوريك (HF) للحفر أو النقش على الزجاج، أما بلورات فلوريد الكالسيوم (CaF2)، المعروفة أيضًا باسم الفلوريت أوالفلورسبار، فهي ذات أهميةٍ في الصناعات البصرية والزجاجية .
.
- للأستاتين أهميةً في علاج الأمراض المتعلقة بالغدة الدرقية، أما نظير الأستاتين (Astatine-211) فيستخدم في العلاج الإشعاعي.
.