ハロゲン

ハロゲン
水素ヘリウム
リチウムベリリウムボロン炭素窒素酸素フッ素ネオン
ナトリウムマグネシウムアルミニウムシリコンリン硫黄塩素アルゴン
カリウムカルシウムスカンジウムチタンバナジウムクロムマンガン鉄コバルトニッケル銅亜鉛ガリウムゲルマニウム砒素セレン臭素クリプトン
ルビジウムストロンチウムイットリウムジルコニウムニオブモリブデンテクネチウムルテニウムロジウムパラジウム銀カドミウムインジウム錫アンチモンテルルヨウ素キセノン
セシウムバリウムランタンセリウムプラセオジムネオジムプロメチウムサマリウムユーロピウムガドリニウムテルビウムジスプロシウムホルミウムエルビウムツリウムイッテルビウムルテチウムハフニウムタンタルタングステンレニウムオスミウムイリジウム白金金水銀（元素）タリウム鉛ビスマスポロニウムアスタチンラドン
フランシウムラジウムアクチニウムトリウムプロトアクチニウムウランネプツニウムプルトニウムアメリシウムキュリウムバークリウムカリホルニウムアインシュタイニウムフェルミウムメンデレビウムノーベリウムローレンシウムラザホージウムドブニウムシーボーギウムボーリウムハッシウムマイトネリウムダルムシュタットレントゲンコペルニシウムニホニウムフレロビウムモスコビウムリバモリウムテネシンオガネソン
カルコゲン←   →希ガス
IUPACグループ番号17
要素による名前フッ素基
通称ハロゲン
CAS グループ番号
（米国、パターン ABA）
VIIA
旧IUPAC番号
（ヨーロッパ、パターンAB）
VIIB
↓ 期間
2
画像: 極低温における液体フッ素
フッ素(F)
9 ハロゲン
3
画像: 塩素ガス
塩素(Cl)
17 ハロゲン
4
画像: 液体臭素
臭素（Br）
35 ハロゲン
5
画像: ヨウ素結晶
ヨウ素（I）
53 ハロゲン
6アスタチン（At）
85 ハロゲン
7テネシン（Ts）
117 ハロゲン

伝説

原始元素
崩壊からの要素
合成

ハロゲン（/ ˈ h æ l ə dʒ ə n , ˈ h eɪ -, - l oʊ -, - ˌ dʒ ɛ n / [1] [2] [3]）は、周期表のグループであり、化学的に関連する6つの元素、フッ素（F）、塩素（Cl）、臭素（Br）、ヨウ素（I）、および放射性元素のアスタチン（At）とテネシン（Ts）からなる。ただし、一部の研究者はテネシンの化学的性質が不明であり、理論的にはガリウムに近いと予想されるため、テネシンを除外する[4]。現代のIUPAC命名法では、このグループは17族として知られている。[5]

「ハロゲン」という言葉は「塩を作るもの」または「塩を作るもの」を意味します。ハロゲンが金属と反応すると、フッ化カルシウム、塩化ナトリウム（一般的な食塩）、臭化銀、ヨウ化カリウムなど、様々な塩が生成されます。[6]

ハロゲン族は、標準温度および圧力における物質の主要な3つの状態にある元素を含む唯一の周期表の族であるが、室温よりわずかに高い温度では、白リンを標準状態とした場合、第1族および第15族についても同様である。 [n 1]すべてのハロゲンは水素と結合して酸を形成する。ほとんどのハロゲンは典型的には鉱物または塩から生成される。中間のハロゲンである塩素、臭素、およびヨウ素は、消毒剤としてよく使用される。有機臭化物は難燃剤の中で最も重要なクラスであるが、元素ハロゲンは危険であり、毒性がある可能性がある。

歴史

フッ素鉱物である蛍石は、 1529年には既に知られていました。初期の化学者たちは、フッ素化合物に未発見の元素が含まれていることに気づいていましたが、それを単離することはできませんでした。1869年、イギリスの化学者ジョージ・ゴアはフッ化水素酸に電流を流し、おそらくフッ素を生成しましたが、当時は結果を証明することができませんでした。[7] 1886年、パリの化学者アンリ・モアッサンは、無水フッ化水素に溶解したフッ化水素カリウムの電気分解を行い、フッ素の単離に成功しました。[8]

塩酸は錬金術師や初期の化学者には知られていました。しかし、元素塩素は1774年、カール・ヴィルヘルム・シェーレが二酸化マンガンと塩酸を加熱するまで生成されませんでした。シェーレはこの元素を「脱フロジスティック塩酸」と呼び、33年間にわたり塩素はそう呼ばれていました。1807年、ハンフリー・デービーは塩素を調査し、それが実在の元素であることを発見しました。塩素ガスは第一次世界大戦中に毒ガスとして使用されました。汚染地域では酸素が置換され、通常の酸素化された空気が有毒な塩素ガスに置き換わりました。このガスは人体の組織、特に肺を外部および内部から焼き尽くし、汚染レベルによっては呼吸困難または呼吸不能を引き起こしました。[8]

臭素は1820年代にアントワーヌ・ジェローム・バラールによって発見されました。バラールは塩水に塩素ガスを通すことで臭素を発見しました。彼は当初、この新元素に「muride（臭化物）」という名称を提案しましたが、フランス科学アカデミーは臭素に改名しました。[8]

ヨウ素は、硝石製造工程で海藻灰を使用していたベルナール・クルトワによって発見されました。クルトワは通常、海藻灰を水で煮沸して塩化カリウムを生成していました。しかし、1811年、クルトワは硫酸を工程に加えたところ、紫色の煙が発生し、それが凝縮して黒色の結晶になることを発見しました。クルトワはこれらの結晶が新元素ではないかと疑い、他の化学者にサンプルを送って調査を依頼しました。ヨウ素が新元素であることは、ジョセフ・ゲイ＝リュサックによって証明されました。[8]

1931年、フレッド・アリソンは磁気光学装置で元素番号85を発見したと主張し、その元素をアラバミンと名付けたが、これは誤りであった。1937年、ラジェンドララル・デは鉱物で元素番号85を発見したと主張し、その元素をダカインと名付けたが、これも誤りであった。1939年にホリア・フルベイとイヴェット・コーショワが分光法で元素番号85を発見しようとしたが、これも失敗に終わり、同じ年にウォルター・ミンダーがポロニウムのベータ崩壊でヨウ素に似た元素を発見したのも失敗に終わった。現在アスタチンと名付けられている元素番号85は、 1940年にデール・R・コーソン、KRマッケンジー、エミリオ・G・セグレがビスマスにアルファ粒子を衝突させることで生成に成功した。[8]

2010年、核物理学者ユーリ・オガネシアン率いるJINR、オークリッジ国立研究所、ローレンス・リバモア国立研究所、ヴァンダービルト大学の科学者が参加するチームは、バークリウム249原子にカルシウム48原子を衝突させてテネシンを生成することに成功した。[9]

語源

1811年、ドイツの化学者ヨハン・シュヴァイガーは、イギリスの化学者ハンフリー・デービーが提案した「塩素」という名称に代えて、「塩を生成する」という意味の「ハロゲン」という名称を提案した。[10] デービーの命名が採用された。[11]しかし、1826年、スウェーデンの化学者イェンス・ヤコブ・ベルセリウス男爵は、アルカリ金属と化合物を形成すると海塩のような物質を生成するフッ素、塩素、ヨウ素という元素に「ハロゲン」という名称を提案した。[12] [13]

これらの元素の英語名はすべて、語尾に-ineが付きます。フッ素の名前はラテン語のfluereに由来し、「流れる」という意味です。これは、金属加工の融剤として使われていた鉱物の蛍石に由来しているためです。塩素の名前はギリシャ語のchlorosに由来し、「緑がかった黄色」という意味です。臭素の名前はギリシャ語のbromosに由来し、「悪臭」という意味です。ヨウ素の名前はギリシャ語のiodesに由来し、「すみれ色」という意味です。アスタチンの名前はギリシャ語のastatosに由来し、「不安定な」という意味です。[8]テネシンは、合成された アメリカ合衆国のテネシー州にちなんで名付けられました。

特徴

化学薬品

フッ素、塩素、臭素、ヨウ素といったハロゲンは非金属です。第17族元素の中で最も重いアスタチンとテネシンの化学的性質は、決定的な調査が行われていません。ハロゲンは、周期表の列の上から下に向かって化学結合エネルギーが移動する傾向を示し、フッ素はわずかにその傾向が見られます。フッ素は他の原子との化合物において最も高い結合エネルギーを持つ傾向がありますが、二原子F 2分子内では非常に弱い結合しか持ちません。これは、周期表の第17族の下位に行くほど、原子のサイズが大きくなるため、元素の反応性が低下することを意味します。[14]

ハロゲン結合エネルギー（kJ/mol）[15]
X× 2HXBX3​アルX 3CX4​
F159574645582456
塩素243428444427327
Br193363368360272
私151294272285239

ハロゲンは反応性が非常に高く、十分な量を摂取すると生物に有害または致命的となる場合があります。この反応性の高さは、原子の有効核電荷が大きいため、原子の電気陰性度が高いためです。ハロゲンは最外殻エネルギー準位に 7 つの価電子を持っているため、オクテット則に従って他の元素と反応して電子を獲得できます。フッ素はすべての元素の中で最も反応性が強く、酸素よりも電気陰性度が高い唯一の元素であり、ガラスなど、通常は不活性な材料を攻撃し、通常は不活性な希ガスと化合物を形成します。フッ素は腐食性があり、非常に有毒なガスです。フッ素の反応性は、実験室のガラス器具で使用または保管すると、少量の水があるとガラスと反応して四フッ化ケイ素(SiF 4 ) を形成するほどです。したがって、フッ素は、表面にフッ素の保護層を形成するテフロン（それ自体が有機フッ素化合物）、非常に乾燥したガラス、銅や鋼などの金属などの物質と一緒に取り扱わなければなりません。

フッ素の高い反応性は、特に炭素との結合において、極めて強力な結合を可能にします。例えば、テフロンは炭素とフッ素が結合しており、熱や化学的な攻撃に対して非常に耐性があり、高い融点を有しています。

分子

二原子ハロゲン分子

安定したハロゲンは等 核二原子 分子を​​形成します。比較的弱い分子間力のため、塩素とフッ素は「元素ガス」と呼ばれるグループに属します。

ハロゲン分子構造モデルd (X−X) / pm
(気相)		d (X−X) / pm
(固相)
フッ素F2​143149
塩素Cl 2199198
臭素Br 2228227
ヨウ素私2266272

原子番号が大きくなるにつれて、元素の反応性は低下し、融点は高くなります。融点が高くなるのは、電子数の増加に伴うロンドン分散力が強くなるためです。

化合物

ハロゲン化水素

すべてのハロゲンは水素と反応してハロゲン化水素を形成することが観察されています。フッ素、塩素、臭素の場合、この反応は以下のようになります。

H 2 + X 2 → 2HX

しかし、ヨウ化水素とアスタチン化水素は元の構成要素に戻ることができる。[16]

水素-ハロゲン反応は、より重いハロゲンに向かって徐々に反応性が低くなります。フッ素-水素反応は、暗くて冷たい場所でも爆発性があります。塩素-水素反応も爆発性がありますが、光と熱がある場合のみです。臭素-水素反応はさらに爆発性が低く、炎にさらされた場合にのみ爆発します。ヨウ素とアスタチンは水素と部分的にのみ反応し、平衡状態を形成します。[16]

すべてのハロゲンは、水素と二元化合物を形成し、ハロゲン化水素として知られています。フッ化水素（HF）、塩化水素（HCl ）、臭化水素（ HBr）、ヨウ化水素（HI）、アスタチン酸（HAt）です。これらの化合物はすべて水と混合すると酸を形成します。フッ化水素は水素結合を形成する唯一のハロゲン化水素です。塩酸、臭化水素酸、ヨウ化水素酸、アスタチン酸はすべて強酸ですが、フッ化水素酸は弱酸です。[17]

ハロゲン化水素はすべて刺激物です。フッ化水素と塩化水素は酸性が強いです。フッ化水素は工業用化学物質として使用され、非常に有毒で、肺水腫や細胞損傷を引き起こします。[18]塩化水素もまた危険な化学物質です。塩化水素濃度が50ppmを超えるガスを吸入すると、人間は死に至る可能性があります。[19]臭化水素は塩化水素よりもさらに毒性が強く、刺激性があります。臭化水素濃度が30ppmを超えるガスを吸入すると、人間は死に至る可能性があります。[20]ヨウ化水素は、他のハロゲン化水素と同様に有毒です。[21]

金属ハロゲン化物

すべてのハロゲンはナトリウムと反応して、フッ化ナトリウム、塩化ナトリウム、臭化ナトリウム、ヨウ化ナトリウム、アスタチン酸ナトリウムを生成することが知られています。加熱したナトリウムとハロゲンの反応では、明るいオレンジ色の炎が発生します。ナトリウムと塩素の反応は以下のようになります。

2Na + Cl 2 → 2NaCl [16]

鉄はフッ素、塩素、臭素と反応してハロゲン化鉄(III)を形成します。これらの反応は以下のようになります。

2Fe + 3X 2 → 2FeX 3 [16]

しかし、鉄がヨウ素と反応すると、ヨウ化鉄(II)のみが形成されます。

Fe + I 2 → FeI 2

鉄ウールはフッ素と急速に反応し、低温でも白色化合物のフッ化鉄(III)を生成します。塩素が加熱された鉄と接触すると、黒色の塩化鉄(III)を生成します。しかし、反応条件が湿潤している場合、この反応は赤褐色の生成物をもたらします。鉄は臭素と反応して臭化鉄(III)を生成することもあります。この化合物は乾燥状態では赤褐色です。鉄と臭素の反応は、フッ素や塩素との反応よりも反応性が低いです。高温の鉄はヨウ素とも反応しますが、ヨウ化鉄(II)を生成します。この化合物は灰色になることもありますが、反応は常に過剰のヨウ素で汚染されているため、確実にはわかりません。鉄とヨウ素の反応は、より軽いハロゲンとの反応よりも激しくありません。[16]

ハロゲン間化合物

ハロゲン間化合物はXYnの形で存在し、XとYはハロゲン、nは1、3、5、または7である。ハロゲン間化合物は最大2種類のハロゲンを含む。ClF3のような大きなハロゲン間化合物は、純粋なハロゲンとClFのような小さなハロゲン間化合物との反応によって生成される。IF7を除くすべてのハロゲン間化合物は、様々な条件下で純粋なハロゲンを直接結合させることによって生成される。 [ 22 ]

ハロゲン間化合物は、ハロゲン間結合が弱いため、一般的にF 2を除くすべての二原子ハロゲン分子よりも反応性が高い。しかし、ハロゲン間化合物の化学的性質は二原子ハロゲンとほぼ同じである。多くのハロゲン間化合物は、1つ以上のフッ素原子がより重いハロゲンに結合したものから構成される。塩素と臭素は最大5個のフッ素原子と結合でき、ヨウ素は最大7個のフッ素原子と結合できる。ほとんどのハロゲン間化合物は共有結合性気体である。しかし、BrF 3のように液体のハロゲン間化合物もあり、多くのヨウ素含有ハロゲン間化合物は固体である。[22]

有機ハロゲン化合物

プラスチックポリマーなどの多くの合成有機化合物、および少数の天然化合物にはハロゲン原子が含まれており、これらはハロゲン化化合物または有機ハロゲン化物として知られています。塩素は海水中のハロゲンの中で圧倒的に多く、人間にとって比較的大量に（塩化物イオンとして）必要とされる唯一のハロゲンです。例えば、塩化物イオンは抑制性伝達物質GABAの作用を媒介することで脳機能に重要な役割を果たしており、また体内で胃酸を生成するためにも使用されます。ヨウ素はチロキシンなどの甲状腺ホルモンの生成に微量に必要とされます。有機ハロゲンは求核抽出反応によっても合成されます。[23]

ポリハロゲン化合物

ポリハロゲン化合物は、複数のハロゲンで置換された工業的に製造された化合物です。その多くは人体への毒性が強く、生体蓄積性も高く、用途も非常に広範囲にわたります。PCB 、PBDE、パーフルオロ化合物（PFC）をはじめ、数多くの化合物が含まれます。

反応

水との反応

フッ素は水と激しく反応して酸素（O2 ）とフッ化水素（HF）を生成する：[24]

2 F 2 (g) + 2 H 2 O(l) → O 2 (g) + 4 HF(aq)

塩素の最大溶解度は、常温（21℃）で水1kgあたり約7.1g Cl2です。[25] 溶解した塩素は反応して塩酸（HCl）と次亜塩素酸を形成し、この溶液は消毒剤や漂白剤として使用できます。

Cl 2 (g) + H 2 O(l) → HCl(水溶液) + HClO(水溶液)

臭素の溶解度は100gの水に対して3.41gであるが[26] 、ゆっくりと反応して臭化水素（HBr）と次亜臭素酸（HBrO）を形成する。

Br 2 (g) + H 2 O(l) → HBr(aq) + HBrO(aq)

しかし、ヨウ素は水にほとんど溶けず（20℃で0.03g/100g）、水とは反応しません。[27]しかし、ヨウ化カリウム（KI）の添加などによりヨウ化物イオンが存在すると、三ヨウ化物イオンが形成されるため、 ヨウ素は水溶液を形成します。

物理的および原子的

以下の表は、ハロゲンの主要な物理的特性と原子的特性をまとめたものです。疑問符の付いたデータは不確実であるか、観測値ではなく周期的な傾向に基づいて部分的に推定されたものです。

ハロゲン標準原子量
（Da）[n 2] [29]		融点
（K）		融点
（℃）		沸点
（K）[30]		沸点
（℃）[30]		密度（ 25℃における
g/cm 3 ）		電気陰性度
（ポーリング）		第一イオン化エネルギー
( kJ·mol −1 )		共有結合半径
（pm）[31]
フッ素18.9984032(5)53.53−219.6285.03−188.120.00173.981681.071
塩素[35.446; 35.457] [注 3]171.6−101.5239.11−34.040.00323.161251.299
臭素79.904(1)265.8−7.3332.058.83.10282.961139.9114
ヨウ素126.90447(3)386.85113.7457.4184.34.9332.661008.4133
アスタチン[210] [注4]575302? 610? 337? 6.2–6.5 [32]2.2899.0 [33]? 145 [34]
テネシン[294] [注4]? 623-823 [35]? 350-550 [35]? 883 [35]? 610 [35]? 7.1-7.3 [35]-? 743 [36]? 157 [35]
Z要素殻あたりの電子数
9フッ素2、7
17塩素2、8、7
35臭素2、8、18、7
53ヨウ素2、8、18、18、7
85アスタチン2、8、18、32、18、7
117テネシン2、8、18、32、32、18、7 （予測）[37]
様々な圧力におけるハロゲンの沸点または昇華温度依存性。縦棒は融点を示す。
様々な圧力におけるハロゲンの昇華または沸点（℃）[38]
Tmelt ( о С)−100.7−7.3112.9
log(P[Pa])mmHgCl 2Br 2私2
2.124903021−118−48.738.7
2.823873025−106.7−32.862.2
3.1249030210−101.6−2573.2
3.4259330220−93.3−16.884.7
3.7269630140−84.5−897.5
3.9030542760−79−0.6105.4
4.12490302100−71.79.3116.5
4.42593302200−60.224.3137.3
4.72696301400−47.341159.8
5.00571661760−33.858.2183
log(P[Pa])現時点でCl 2Br 2私2
5.005716611−33.858.2183
5.306746612−16.978.8
5.70468662510.3110.3
6.005716611035.6139.8
6.306746612065174
6.482837873084.8197
6.607776640101.6215
6.7046866250115.2230
6.7838678660127.1243.5

同位体

フッ素には、天然に存在する安定同位体であるフッ素19が1つ存在します。しかし、プロトアクチニウム231のクラスター崩壊によって生じる放射性同位体であるフッ素23も微量に自然界に存在します。フッ素の同位体は合計18種類発見されており、原子量は13から31の範囲です。

塩素には、塩素35と塩素37という2つの安定同位体が自然界に存在します。しかし、アルゴン36の破砕反応によって生成される塩素36という同位体も微量に自然界に存在します。塩素の同位体は合計24種類発見されており、原子量は28から51の範囲です。[8]

臭素には、天然に存在する安定した同位体として臭素79と臭素81の2種類があります。臭素の同位体は合計33種類発見されており、原子量は66から98の範囲です。

ヨウ素には、安定かつ天然に存在する同位体であるヨウ素127が1つ存在します。しかし、放射性同位体であるヨウ素129も微量に存在し、これは核破砕や鉱石中のウランの放射性崩壊によって生成されます。また、ウランの崩壊によって、ヨウ素の他の放射性同位体も自然界に生成されています。ヨウ素の同位体は合計38種類発見されており、原子量は108から145の範囲です。[8]

アスタチンには安定同位体は存在しません。しかし、ウラン、ネプツニウム、プルトニウムの放射性崩壊によって生成されるアスタチンの天然放射性同位体は4つあります。これらの同位体は、アスタチン-215、アスタチン-217、アスタチン-218、アスタチン-219です。アスタチンには合計31の同位体が発見されており、原子量は191から227の範囲です。[8]

テネシンには安定同位体は存在しません。テネシンには、テネシン-293とテネシン-294という 2つの合成放射性同位体のみが知られています。

生産

左から右へ：室温での塩素、臭素、ヨウ素。塩素は気体、臭素は液体、ヨウ素は固体です。フッ素は反応性が高いため、またアスタチンとテネシンは放射能があるため、画像には写っていません。

フッ素鉱物である蛍石は、毎年約600万トン生産されています。フッ化水素酸は毎年40万トン製造されています。フッ素ガスは、リン酸製造の副産物として生成されるフッ化水素酸から製造されます。フッ素ガスは年間約1万5000トン製造されています。[8]

塩素採取のために最も多く採掘される鉱物は岩塩ですが、カーナライトやシルバイトも塩素採取のために採掘されています。毎年4,000万トンの塩素が、塩水の電気分解によって生産されています。[8]

臭素は毎年約45万トン生産されています。生産量の50%はアメリカ合衆国、35%はイスラエル、残りの大部分は中国で生産されています。歴史的には、臭素は天然の塩水に硫酸と漂白剤を加えて生産されていました。しかし、現代では、ハーバート・ダウが発明した電気分解によって臭素が生産されています。また、海水に塩素を通し、さらに空気を通すことによっても臭素を生産することができます。[8]

2003年には2万2000トンのヨウ素が生産されました。チリが全生産量の40%、日本が30%を生産しており、ロシアとアメリカ合衆国でも少量生産されています。1950年代までは、ヨウ素は昆布から抽出されていました。しかし、現代ではヨウ素は他の方法で生産されています。ヨウ素の製造方法の一つは、ヨウ素酸塩を含む硝酸塩鉱石と二酸化硫黄を混合することです。また、天然ガス田からもヨウ素が抽出されています。[8]

アスタチンは天然に存在するが、通常はビスマスにアルファ粒子を照射することによって生成される。[8]

テネシンはサイクロトロンを使用してバークリウム 249 とカルシウム 48 を融合し、テネシン 293 とテネシン 294 を生成することによって製造されます。

アプリケーション

消毒剤

塩素と臭素はどちらも、飲料水、プール、傷口、温泉、食器、その他表面の消毒剤として使用されています。これらは殺菌と呼ばれるプロセスを通じて、細菌やその他の潜在的に有害な微生物を殺します。また、その反応性は漂白にも利用されています。塩素から生成される次亜塩素酸ナトリウムは、ほとんどの布地用漂白剤の有効成分であり、塩素系漂白剤は一部の紙製品の製造に使用されています。

点灯

ハロゲンランプは、ヨウ素や臭素などのハロゲンを少量添加したタングステンフィラメントを使用した白熱電球の一種です。これにより、同じワット数の非ハロゲン白熱電球よりもはるかに小型のランプを製造できます。ハロゲンガスはフィラメントの細化や電球内部の黒化を抑制するため、電球の寿命が大幅に長くなります。ハロゲンランプは、他の白熱電球よりも高温（2800～3400ケルビン）で発光し、より白く輝きます。しかし、破損を防ぐため、電球は石英ガラスではなく溶融石英で製造する必要があります。[39]

薬剤成分

創薬においては、リード薬剤候補にハロゲン原子を組み込むことで、通常、より親油性が高く水溶性が低い類似体が得られる。[40]結果として、ハロゲン原子は脂質膜や組織への浸透性を向上させるために使用される。その結果、一部のハロゲン化薬剤は脂肪組織に蓄積する傾向がある。

ハロゲン原子の化学反応性は、鉛への結合点とハロゲンの性質の両方に依存します。芳香族ハロゲン基は、かなりの化学反応性を示す脂肪族ハロゲン基よりもはるかに反応性が低いです。脂肪族炭素-ハロゲン結合では、CF結合が最も強く、通常は脂肪族C-H結合よりも化学反応性が低くなります。その他の脂肪族-ハロゲン結合はより弱く、周期表の下に向かうにつれて反応性は高くなります。通常、これらの結合は脂肪族C-H結合よりも化学反応性が高いです。結果として、最も一般的なハロゲン置換は、反応性の低い芳香族フッ素基と塩素基です。

生物学的役割

フッ化物イオンは、象牙、骨、歯、血液、卵、尿、生物の毛髪に含まれています。ごく微量のフッ化物イオンは、ヒトにとって不可欠な場合があります。[41]ヒトの血液1リットルあたり0.5ミリグラムのフッ素が含まれています。ヒトの骨には0.2～1.2%のフッ素が含まれています。ヒトの組織には約50ppbのフッ素が含まれています。典型的な70kgのヒトには3～6グラムのフッ素が含まれています。[8]

塩化物イオンは、人間を含む多くの生物種にとって不可欠です。穀物の乾燥重量中の塩素濃度は10～20ppmですが、ジャガイモの塩素濃度は0.5%です。土壌中の塩素濃度が2ppmを下回ると、植物の成長に悪影響を及ぼします。人間の血液には平均0.3%の塩素が含まれています。人間の骨には通常900ppmの塩素が含まれています。人間の組織には約0.2～0.5%の塩素が含まれています。典型的な体重70kgの人間の体内には、合計95グラムの塩素が含まれています。[8]

臭素は臭化物イオンの形ですべての生物に存在します。ヒトにおける臭素の生物学的役割は証明されていませんが、一部の生物には有機臭素化合物が含まれています。ヒトは通常、1日に1～20ミリグラムの臭素を摂取します。ヒトの血液中には通常5ppm、ヒトの骨中には通常7ppm、ヒトの組織中には通常7ppmの臭素が含まれています。典型的な体重70キログラムのヒトは260ミリグラムの臭素を含んでいます。[8]

人間は通常、1日に100マイクログラム未満のヨウ素を摂取します。ヨウ素欠乏症は知的障害を引き起こす可能性があります。有機ヨウ素化合物は、人体の一部の腺、特に甲状腺、胃、表皮、免疫系に存在します。ヨウ素を含む食品には、タラ、カキ、エビ、ニシン、ロブスター、ヒマワリの種、海藻、キノコなどがあります。しかし、ヨウ素が植物において生物学的役割を持つことは知られていません。通常、人間の血液には1リットルあたり0.06ミリグラム、人間の骨には300ppb、人間の組織には50～700ppbのヨウ素が含まれています。典型的な70キログラムの人間の体内には10～20ミリグラムのヨウ素が含まれています。[8]

アスタチンは非常に希少ですが、地中ではマイクログラム単位で発見されています。[8]放射能が高く、極めて希少であり、最も安定した同位体としては半減期が約8時間しかないため、生物学的役割は知られていません。

テネシンは純粋に人工的に作られたもので、自然界では他の役割を果たしません。

毒性

ハロゲンは重いハロゲンほど毒性が低くなる傾向があります。[42]

フッ素ガスは非常に有毒であり、濃度が 25 ppm のフッ素を吸い込むと致命的となる可能性があります。 フッ化水素酸も有毒であり、皮膚に浸透して非常に痛みを伴う火傷を引き起こします。さらに、フッ化物イオンも有毒ですが、純粋なフッ素ほど有毒ではありません。フッ化物は 5 ～ 10 グラムの量で致命的となる可能性があります。1.5 mg/L を超える濃度のフッ素を長期にわたって摂取すると、歯の審美的な状態である歯のフッ素症のリスクがあります。 [43] 4 mg/L を超える濃度では、骨のフッ素症を発症するリスクが高まります。これは骨が硬化して骨折が多くなる状態です。虫歯を予防する方法である水道水のフッ素化で現在推奨されているレベルは、フッ素の有害な影響を避けながらその利点も享受するため、0.7 ～ 1.2 mg/L の範囲です。[44]正常レベルと骨フッ素症に必要なレベルの間のレベルを持つ人は、関節炎に似た症状を示す傾向があります。[8]

塩素ガスは非常に有毒です。3ppmの濃度の塩素を吸入すると、急速に毒性反応を引き起こす可能性があります。50ppmの濃度の塩素を吸入すると非常に危険です。500ppmの濃度の塩素を数分間吸入すると致命的です。さらに、塩素ガスは腐食性があるため、吸入すると非常に強い痛みを伴います。塩酸は塩素の酸であり、比較的無毒ですが、非常に腐食性が高く、空気中では非常に刺激性が高く有毒な塩化水素ガスを放出します。[42]

純粋な臭素はある程度の毒性がありますが、フッ素や塩素ほどではありません。臭素100ミリグラムで致死量となります。[8]臭化物イオンも毒性がありますが、臭素ほどではありません。臭化物の致死量は30グラムです。[8]

ヨウ素はやや毒性があり、肺や眼を刺激する可能性があり、安全基準は1立方メートルあたり1ミリグラムです。経口摂取した場合、3グラムで致死的となる可能性があります。ヨウ化物イオンはほとんど無毒ですが、大量に摂取すると致死的となる可能性があります。[8]

アスタチンは放射性物質であるため非常に危険であるが、目に見えるほどの量は生産されていないため、その毒性が一般個人に大きな影響を与える可能性は低い。[8]

テネシンは半減期が短いため化学的に調査することができませんが、放射能が非常に危険なものとなります。

スーパーハロゲン

ある種のアルミニウムクラスターは超原子特性を持つ。これらのアルミニウムクラスターは陰イオン（Al−
n（n = 1, 2, 3, ...）をヘリウムガス中でヨウ素を含むガスと反応させた。質量分析法で分析したところ、主な反応生成物の一つはAlであることが判明した。
13私−
[ 45] 13個のアルミニウム原子に電子が1つ追加されたこれらのクラスターは、同じガス流に酸素を導入しても反応しないようです。各原子が3個の価電子を解放すると仮定すると、40個の電子が存在することを意味し、これはナトリウムの魔法数の一つであり、これらの数は希ガスを反映していると考えられます。

計算によると、追加の電子はアルミニウムクラスターにおいて、ヨウ素原子の真反対の位置にあることが示されています。したがって、クラスターはヨウ素よりも電子に対する電子親和力が高く、そのためアルミニウムクラスターはスーパーハロゲンと呼ばれます（つまり、陰イオンを構成する部分の垂直電子離脱エネルギーは、どのハロゲン原子よりも大きいということです）。[46] Alクラスターのクラスター成分は、
13私−
イオンはヨウ化物イオンや臭化物イオンに類似している。関連するAl
13私−
2クラスターは化学的には三ヨウ化物イオンのように振舞うと予想される。[47] [48]

参照

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注記

  1. ^ コペルニシウムの融点と沸点はまだ不明だが、これは第12族元素にも当てはまる可能性がある。
  2. ^ 括弧内の数値は測定の不確かさを表します。この不確かさは、括弧内の数値の前の数字の最下位桁（つまり、右端の桁から左へ数えた数字）に適用されます。例えば、1.007 94 (7)は1.007 94 ± 0.000 07、一方1.007 94 (72)は1.007 94 ± 0.000 72 . [28]
  3. ^ この元素の平均原子量は塩素の供給源によって変化し、括弧内の値は上限と下限である。[29]
  4. ^ abこの元素には安定 核種が存在せず、括弧内の値はその元素の最も長寿命な同位体の質量数を示す。[29]

参考文献

  1. ^ ジョーンズ、ダニエル(2017) [1917]. ピーター・ローチ、ジェームズ・ハートマン、ジェーン・セッター（編）.英語発音辞典. ケンブリッジ：ケンブリッジ大学出版局. ISBN 978-3-12-539683-8。
  2. ^ 「ハロゲン」。Merriam -Webster.com辞書。Merriam-Webster。
  3. ^ 「ハロゲン」。Dictionary.com Unabridged（オンライン）.nd
  4. ^ Fricke, Burkhard [2007.12.??] 超重元素の化学的・物理的性質の予測 PDF | 「元素番号117」 | www.researchgate.net | 2023.08.13 (20:58:??) -- yyyy.mm.dd (hh:mm:ss) より取得
  5. ^ 純粋なアップリケ国際連合、編。 (2005)。無機化学の命名法: IUPAC 勧告 2005。ケンブリッジ: 王立化学会。 p. 51.ISBN​ 978-0-85404-438-2。
  6. ^ 「ハロゲンの化学的性質 - 第17族 - ハロゲン - Edexcel - GCSE複合科学改訂版 - Edexcel」BBC Bitesize . 2022年3月21日閲覧。
  7. ^ Toon, Richard (2011年9月1日). 「フッ素の発見」RSC Education . 2025年6月20日閲覧。
  8. ^ abcdefghijklmnopqrstu vwx エムズリー、ジョン (2011). Nature's Building Blocks . OUP Oxford. ISBN 978-0-19-960563-7。
  9. ^ Oganessian, Yu.Ts. ; Abdullin, F.Sh.; Bailey, PD; Benker, DE; Bennett, ME; Dmitriev, SN; et al. (2010). 「原子番号Z = 117の新元素の合成」. Physical Review Letters . 104 (14): 142502. Bibcode :2010PhRvL.104n2502O. doi : 10.1103/PhysRevLett.104.142502 . PMID  20481935. S2CID  3263480.{{cite journal}}: CS1 maint: 記事番号をページ番号として表示 (リンク)
  10. ^ シュヴァイガー、JSC (1811)。 "Nachschreiben des Herausgebers, die neue Nomenclatur betreffend" [新しい命名法に関する編集者の追記]。Journal für Chemie und Physik (ドイツ語)。3 (2): 249 – 255。 p. 251 年、シュヴァイガーは「ハロゲン」という言葉を提案しました。 「Man sage dafür lieber mit richter Wortbildung Halogen (da schon in der Mineralogie durch Werner's Halit-Geschlecht dieses Wort nicht fremd ist) von αλς Salz und dem alten γενειν (drisch)」 γενεν)ツゥゲン。」 (代わりに、適切な形態を用いて、αλς [als]「塩」と古い γενειν [genein] (ドーリア語 γενεν)「to beget」に由来する「ハロゲン」(この言葉は、ヴェルナーの「岩塩」種を介して鉱物学にすでに存在しているため、奇妙ではありません)と言うべきです。)
  11. ^ スネルダース, HAM (1971). 「JSCシュヴァイガー：ロマン主義と結晶電気物質理論」. Isis . 62 (3): 328– 338. doi :10.1086/350763. JSTOR  229946. S2CID  170337569.
  12. ^ 1826年、ベルゼリウスは塩素、ヨウ素、フッ素の元素を表す Saltbildare（塩形成物質）とCorpora Halogenia（製塩物質）という用語を造語した。参照: Berzelius、Jacob (1826)。 「Årsberättelser om Framstegen i Physik och Chemie」[物理学と化学の進歩に関する年次報告書]。アルスブ。ヴェテンスク。フラムステッグ（スウェーデン語）。６．ストックホルム、スウェーデン: PA Norstedt & Söner: 187.p. より187: 「De förre af dessa, d. ä. de electricegativa , dela sig i tre klasser: 1) den första innehåller kroppar、som förenade med de electricpositiva、omedelbart frambringa Salter、hvilka jag derför kallar Saltbildare (Corpora Halogenia)。塩素、ヨード、蛍光 *) を見つけてください。」 (それらの最初のもの [つまり元素]、電気陰性の [もの] は 3 つのクラスに分類されます: 1) 最初のものには、電気陽性の [元素] と結合するとすぐに塩を生成する物質が含まれており、したがって私はこれを「塩形成物質」 (塩生成物質) と名付けます。塩素、ヨウ素、フッ素です*)。
  13. ^ 「ハロゲン」という単語は1832年（あるいはそれ以前）に英語に登場していた。例えば、JJ Berzelius、A.D. Bache訳（1832年）「化学命名法に関するエッセイ、化学論文集に付記」『アメリカ科学芸術ジャーナル』22巻、248～276ページ、例えば263ページを参照。
  14. ^ Edexcel International GCSE 化学復習ガイド、Curtis 2011、43ページ
  15. ^ グリーンウッド＆アーンショー 1997年、804ページ。
  16. ^ abcde Jim Clark (2011). 「ハロゲンの様々な反応」2013年2月27日閲覧。
  17. ^ ジム・クラーク (2002). 「ハロゲン化水素の酸性度」 . 2013年2月24日閲覧。
  18. ^ 「フッ化水素に関する事実」2005年。2013年2月1日時点のオリジナルよりアーカイブ。2017年10月28日閲覧。
  19. ^ 「塩化水素」 。 2013年2月24日閲覧。
  20. ^ 「臭化水素」 。 2013年2月24日閲覧。
  21. ^ 「毒物情報：低濃度化学物質：ヨウ化水素」 。 2015年4月12日閲覧。
  22. ^ ab Saxena, P. B (2007). ハロゲン間化合物の化学. Discovery Publishing House. ISBN 978-81-8356-243-0. 2013年2月27日閲覧。
  23. ^ グリブル、G. W (2009). 天然に存在する有機ハロゲン化合物 - 包括的な最新情報. シュプリンガー. ISBN 978-3-211-99322-4. 2022年4月23日閲覧。
  24. ^ 「第7族元素の酸化能力」Chemguide.co.uk . 2011年12月29日閲覧。
  25. ^ 「水中の塩素の溶解度」Resistoflex.com。2012年4月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年12月29日閲覧。
  26. ^ 「臭素の特性」. bromaid.org. 2007年12月8日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  27. ^ 「ヨウ素MSDS」Hazard.com、1998年4月21日。 2011年12月29日閲覧。
  28. ^ 「標準不確かさと相対標準不確かさ」CODATA参照。米国国立標準技術研究所。 2011年9月26日閲覧。
  29. ^ abc Wieser, Michael E.; Coplen, Tyler B. (2011). 「原子量2009（IUPAC技術報告書）」（PDF） . Pure Appl. Chem. 83 (2): 359– 396. doi :10.1351/PAC-REP-10-09-14. S2CID  95898322. 2012年12月5日閲覧。
  30. ^ ab Lide, DR編 (2003). CRC Handbook of Chemistry and Physics (第84版). ボカラトン, フロリダ州: CRC Press.
  31. ^ Slater, JC (1964). 「結晶中の原子半径」. Journal of Chemical Physics . 41 (10): 3199– 3205. Bibcode :1964JChPh..41.3199S. doi :10.1063/1.1725697.
  32. ^ ボンチェフ, ダネイル; カメンスカ, ヴェルジニア (1981). 「113–120番超アクチノイド元素の特性予測」.物理化学ジャーナル. 85 (9): 1177–86 . Bibcode :1981JPhCh..85.1177B. doi :10.1021/j150609a021.
  33. ^ Rothe, S.; Andreyev, AN; Antalic, S.; Borschevsky, A.; Capponi, L.; Cocolios, TE; De Witte, H.; Eliav, E.; et al. (2013). 「レーザーイオン化分光法によるアスタチンの第一イオン化ポテンシャルの測定」. Nature Communications . 4 1835: 1– 6. Bibcode :2013NatCo...4.1835R. doi :10.1038/ncomms2819. PMC 3674244. PMID 23673620  . 
  34. ^ 「アスタチン元素に関する事実を知る」www.thoughtco.com . 2021年11月12日閲覧。
  35. ^ abcdef 「テネシンという元素についてどれだけ知っていますか？」www.thoughtco.com . 2021年11月12日閲覧。
  36. ^ 「WebElements 周期表 » テネシン » 自由原子の特性」www.webelements.com . 2021年11月12日閲覧。
  37. ^ Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (2011). Morss, Lester R.; Edelstein, Norman M.; Fuger, Jean (編). The Chemistry of the Actinide and Transactinide Elements . Dordrecht, The Netherlands: Springer Science+Business Media . Bibcode :2011tcot.book.....M. doi :10.1007/978-94-007-0211-0. ISBN 978-94-007-0210-3。
  38. ^ "Краткий справочник физико-химических величин Равделя, Л.: Химия, 1974 г. – 200 стр. \\ стр 67 табл. 24" (PDF)。
  39. ^ 「ハロゲンランプ」.エジソン技術センター. 2014年9月5日閲覧。
  40. ^ Thomas, G. (2000).医薬品化学入門. John Wiley & Sons, West Sussex, UK. ISBN 978-0-470-02597-0。
  41. ^ Fawell, J. 「飲料水中のフッ化物」（PDF） . 世界保健機関. 2016年3月10日閲覧。
  42. ^ ab グレイ、セオドア (2010). 『エレメンツ』 ランニング・プレス. ISBN 978-1-57912-895-1。
  43. ^ Fawell, J.; Bailey, K.; Chilton, J.; Dahi, E.; Fewtrell, L.; Magara, Y. (2006). 「ガイドラインと基準」(PDF) .飲料水中のフッ化物. 世界保健機関. pp.  37– 9. ISBN 978-92-4-156319-2。
  44. ^ 「2006年国立研究会議（NRC）の飲料水中のフッ化物に関する報告書に関するCDCの声明」米国疾病予防管理センター（CDC）2013年7月10日。2014年1月9日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2013年8月1日閲覧。
  45. ^ Bergeron, DE; Castleman, A. Welford; Morisato, Tsuguo; Khanna, Shiv N. (2004). 「Al 13 I −の形成：Al 13のスーパーハロゲン特性の証拠」. Science . 304 (5667): 84–7 . Bibcode :2004Sci...304...84B. doi :10.1126/science.1093902. PMID  15066775. S2CID  26728239.
  46. ^ Giri, Santanab; Behera, Swayamprabha; Jena, Puru (2014). 「リチウムイオン電池におけるハロゲンフリー電解質の構成要素としてのスーパーハロゲン」†. Angewandte Chemie . 126 (50): 14136. Bibcode :2014AngCh.12614136G. doi :10.1002/ange.201408648.
  47. ^ ボール、フィリップ（2005年4月16日）「新しい種類の錬金術」ニューサイエンティスト。
  48. ^ Bergeron, DE; Roach, PJ; Castleman, AW; Jones, NO; Khanna, SN (2005). 「ポリハライド中のハロゲンおよびヨウ化物塩中のアルカリ土類元素としてのAlクラスター超原子」. Science . 307 (5707): 231–5 . Bibcode :2005Sci...307..231B. doi :10.1126/science.11​​05820. PMID  15653497. S2CID  8003390.

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