ハロゲン単体の性質}} $17属元素,\ 価電子数7なので,\ \textbf{\textcolor{red}{1価の陰イオン}}になりやすい.単体 & 常温 & 色 & 酸化力(反応性) & \text{毒性} & 水との反応 & \text{水素との反応} \\ \hline
\ce{F2} & 気体 & 淡黄色}} & \multirow{4}*{
有毒}}} & \textcolor{red}{激しく反応} & \text{冷暗所で爆発的} \\
黄緑色}} & & & 一部溶ける & \text{常温と光で爆発的}液体赤褐色}} & & & 少し溶ける & \text{高温で反応} 固体黒紫色}}} 溶けにくい} & \text{高温でも平衡} \\
常温で液体の単体は,\ 非金属では臭素\ce{Br}のみ,\ 金属では水銀\ce{Hg}のみ}である.
ハロゲン単体同士の反応}} 酸化力(反応性)が\ \ce{F2}>\ce{Cl2}\ }$}であるから
\ce{F2 + 2Cl- -> Cl2 + 2F-} \\[.3zh]
\ce{2F- + Cl2 ->}\textcolor{red}{反応しない}
陰イオンになりやすい=電子を受け取りやすい=電子を奪い取りやすい=相手を酸化しやすい
%原子半径の小さい\ce{F}の方が,\ 核の正電荷が最外電子殻に強く働き,\ 電子を取り込む力が大きくなる.
\end{array}}\right]$}} \\\\\\\\
\textbf{\textcolor{blue}{フッ素\ \ \ce{F2}}} \\[1zh]
\maru1\ \ \textbf{\textcolor{cyan}{反応性が全単体中で\.{最}\.{強}}}であり, \textbf{\textcolor{magenta}{水と激しく反応して酸素を発生}}する. \\[.2zh]
{\boldmath $\ce{2F2 + 2H2O -> 4HF +}\textcolor{red}{\ce{O2 ^}}$} (\textcolor[named]{ForestGreen}{酸化還元反応})水素とは冷暗所でも爆発的に反応}}する. \ce{H2 + F2 -> 2HF
\maru1\ \ 半反応式 (酸化剤)\ \ \ce{F2 + 2e- -> 2F-} (還元剤)\ \ \ce{2H2O -> O2 + 4H+ + 4e-} \\[1zh]
フッ素は,\ 蛍石\ce{CaF2}\,や氷晶石\ce{Na3AlF6}\,などとして産出する.\ 反応性の高さ故,\ 単体では存在しない. \\[.4zh]
金,\ 白金,\ ダイヤモンド,\ 貴ガスの\ce{Xe}なども含め,\ ほぼすべての元素のフッ化物を作ることができる.
塩素 \ce{Cl2}}} \\[1zh]
\textbf{実験的製法} 酸化マンガンⅣに濃}塩酸}}を加えて\bm{\textcolor{orange}{加熱}}する. \\[.2zh]
\ \ \bm{\ce{MnO2 + 4HCl ->[][\textcolor{orange}{加熱}] MnCl2 + 2H2O +}\textcolor{red}{\ce{Cl2 ^}}}$\ \ (\textcolor[named]{ForestGreen}{酸化還元反応}) \\[1zh]
\maru2\ \ $\bm{\textcolor{cyan}{さらし粉}}に\bm{\textcolor{magenta}{塩酸}}を加える\text{(加熱の必要なし)}. \\[.2zh]
\ \ \bm{\ce{CaCl(ClO)}・\ce{H2O} + \ce{2HCl -> CaCl2 + 2H2O +}\textcolor{red}{\ce{Cl2 ^}}}$ \\[1zh]
\maru3\ \ $\bm{\textcolor{cyan}{高度さらし粉}}に\bm{\textcolor{magenta}{塩酸}}を加える\text{(加熱の必要なし)}. \\[.2zh]
\ \ \bm{\ce{Ca(ClO)2} + \ce{4HCl -> CaCl2 + 2H2O +}\textcolor{red}{\ce{2Cl2 ^}}}$ \\\\
\textbf{工業的製法} \textbf{\textcolor{cyan}{食塩水を電気分解}する(\textcolor{magenta}{イオン交換膜法}).} (詳細は理論化学) \\[.2zh]
{\boldmath $\ce{2NaCl + 2H2O -> 2NaOH + H2 ^}+\textcolor{red}{\ce{Cl2 ^}}$} \\\\
\textbf{性質} \maru1\ \ \textbf{\textcolor{red}{強酸化作用}}により, \textbf{\textcolor{red}{漂白・殺菌作用}}を示し, \textbf{\textcolor{blue}{ヨウ化カリウムデンプン紙を青変}}する. \\[.5zh]
\maru2\ \ $\textbf{\textcolor{red}{水に少し溶けて,\ 塩酸と次亜塩素酸が発生.}} \bm{\ce{Cl2 + H2O <=> HCl}+\ce{HClO}}$ \\[.5zh]
\maru3\ \ \textbf{\textcolor{magenta}{水素とは常温で光があれば爆発的に反応}}する. \ce{H2 + Cl2 ->[光] 2HCl} \\[.5zh]%(塩素爆鳴気) \\[.2zh]
\maru4\ \ \textbf{加熱した金属単体と直接反応}し,\ \textbf{塩化物}を生じる. \ce{Cu + Cl2 -> CuCl2} \\[.5zh]
\maru5\ \ \textbf{塩基(\ce{NaOH}や\ce{Ca(OH)2})と反応.}\ 実験室での塩素の吸収・除去に利用. \\[.2zh]
\ \ \ce{Cl2 + 2NaOH -> NaClO + NaCl + H2O} \ce{Cl2 + Ca(OH)2 -> CaCl(ClO)・H2O
実験的製法の化学反応式は\maru1,\ \maru2ともに作成がやや面倒である. \\[1zh]
\maru1\ \ (酸化剤)\ \ \ce{MnO2 + 4H+ + 2e- -> Mn^2+ + 2H2O} (還元剤)\ \ \ce{2Cl- -> Cl2 + 2e-} \\[1zh]
\maru2\ \ さらし粉は,\ 塩化物イオン\ce{Cl-}と次亜塩素酸イオン\ce{ClO-}からなる塩である(\bm{複塩}). \\[.2zh]
\ \ \,まず,\ 弱酸\ce{HClO}の塩であるさらし粉に強酸\ce{HCl}を加えると,\ 弱酸\ce{HClO}が遊離する. \\[.2zh]
\ \ \,\ce{HCl}を加え,\ さらに\ce{HClO}が増えていくと,\ 性質\maru2の平衡が\ce{Cl2}\,を発生させる方向に移動する. \\[.2zh]
\ \ \,ルシャトリエの原理(化学平衡は変化を相殺する方向に進行する)を利用するわけである. \\[.5zh]
CaCl(ClO)}・\ce{H2O + HCl} & \ce{->} & \teisei{\ce{HClO}} + \ce{CaCl2 + H2O} & (弱酸の遊離) \\[.4zh]
+) & \ce{HCl} + \teisei{\ce{HClO}} & \ce{<=>} & \ce{Cl2 + H2O} & (性質\maru2の逆反応) \\[.2zh]\hline
& \ce{CaCl(ClO)}・\ce{H2O + 2HCl} & \ce{->} & \ce{CaCl2 + 2H2O + Cl2}
& \ce{Ca(ClO)2 + 2HCl} & \ce{->} & \teisei{\ce{2HClO}} + \ce{CaCl2} & (弱酸の遊離) \\[.4zh]
+) & \ce{2HCl} + \teisei{\ce{2HClO}} & \ce{<=>} & \ce{2Cl2 + 2H2O} & (性質\maru2の逆反応) \\[.2zh]\hline
& \ce{Ca(ClO)2 + 4HCl} & \ce{->} & \ce{CaCl2 + 2H2O + 2Cl2}
次亜塩素酸塩であるさらし粉については,\ 次項(ハロゲンの化合物)で詳細を扱う. \\\\
性質\maru1\ \ \bm{酸化力\ce{Cl2}>\mathRM{I}\ce{_2}}\,より,\ \ce{2K}\mathRM{I} + \ce{Cl2 -> 2KCl +}\mathRM{I}\ce{_2}\ のような反応が起こる. \\[.4zh]
\ \ この反応で生じた\mathRM{I}\ce{_2}\,とデンプンとの\textbf{ヨウ素デンプン反応}で青くなる. \\[1zh]
性質\maru2\ \ \ce{Cl2}\,の2原子\ce{Cl}\,(酸化数0)と\ce{Cl}\,(酸化数0)の一方から他方に\ce{e-}\,が1個移動する. \\[.2zh]
\ \ これにより,\ \ce{Cl}\,(酸化数-1)の\ce{HCl}と\ce{Cl}\,(酸化数+1)の\ce{HClO}が生じる. \\[.2zh]
\ \ このように,\ 同一物質が酸化剤にも還元剤にもなる反応を\bm{自己酸化還元反応}という. \\[1zh]
性質\maru5\ \ 工業的製法では,\ \ce{Cl2}\,と\ce{NaOH}が反応しないように陽イオン交換膜で仕切るのであった. \\[.4zh]
\ \ この反応の詳細も次項(ハロゲンの化合物)で扱う.
実験室的製法 2NaCl+3H2SO4+MnO2→MnSO4+2NaHSO4+2H2O+Cl2 \\
MnO2}を用いた塩素\ \ce{Cl2}の実験的製法の装置図}} \\
原理} 加熱すると,\ \ce{Cl2},\ \ce{H2O}に加えて\textbf{\textcolor{red}{揮発性をもつ\ce{HCl}も発生}}する. \\[.2zh]
まず,\ 水に通すことで,\ \textbf{\textcolor{cyan}{水に可溶な\ce{HCl}を除去}}する. \\[.2zh]
次に,\ \textbf{\textcolor{Purple}{濃硫酸(乾燥剤)で\ce{H2O}を除去}}し,\ \ce{Cl2}\ を\textbf{\textcolor{red}{下方置換}}で得る. \\[.2zh]
濃硫酸\ → 水の順では最終的に水分が取り除けないので,水\ → 濃硫酸の順で通す.}} \\\\\\
\textbf{\textcolor{blue}{臭素 \ce{Br2
水に少し溶けて,\ 臭化水素と次亜臭素酸が発生.}} \ce{Br2 + H2O <=> HBr}+\ce{HBrO}$ \\[.4zh]
\maru2\ \ 水素とは高温ならば反応する. \ce{H2 + Br2 -> 2HBr} \\\\\\
{\boldmath \textcolor{blue}{$ヨウ素\ \mathRM{I}\ce{_2}$}}（日本が埋蔵量世界1位,\ 生産量世界2位） \\[1zh]
\maru1\ \ \textbf{\textcolor{cyan}{デンプン水溶液}}と反応すると\textbf{\textcolor{blue}{青紫色}}となる(\textbf{\textcolor{red}{ヨウ素デンプン反応}}). \\[.5zh]
\maru2\ \ 水素とは高温でも平衡状態になる. $\ce{H2} + \mathRM{I}\ce{_2 <=>} \ce{2H}\mathRM{I}$ \\[.5zh]
\maru3\ \ \textbf{\textcolor{red}{水に溶けないが, ヨウ化カリウム水溶液には溶け},褐色の溶液(ヨウ素溶液)}}となる. \\[.2zh]
\ \ $\mathRM{I}\ce{_2} + \mathRM{I}^- \ce{<=>} {\mathRM{I}\ce{_3}}^-$\ \ 三ヨウ化物イオン 褐色}}) \\[.5zh]
\maru4\ \ \textbf{穏やかな酸化作用}があるので,\ \textbf{消毒・殺菌に利用}される.
