هالوجين

↓ فترة
2	الفلور (F) 9 هالوجين
3	الكلور (Cl) 17 هالوجين
4	البروم (Br) 35 هالوجين
5	اليود (I) 53 هالوجين
6	الأستاتين (At) 85 هالوجين
7	تينيسين (Ts) 117 هالوجين
أسطورة العنصر البدائي عنصر ناتج عن التحلل هندوسي

الهالوجينات ( تُلفظ / ˈhælədʒən , ˈheɪ- , -loʊ- , -ˌdʒɛn / [ ¹ ] [ ² ] [ 3 ] ) هي مجموعة في الجدول الدوري تتكون من ستة عناصر ذات صلة كيميائية : الفلور ⁽ F ) ، والكلور ( ^{Cl )} ، ^{والبروم} ( Br ) ، واليود ^{( I} ) ، والعنصرين ^{المشعين} الأستاتين ( At ) والتينيسين (Ts)، مع أن بعض الباحثين [ ^{4 ]} يستبعدون التينيسين لعدم معرفة خصائصه الكيميائية، ولأنه من المتوقع نظريًا أن تكون خصائصه أقرب إلى خصائص الغاليوم . في التسمية الحديثة للاتحاد الدولي للكيمياء ^البحتة والتطبيقية (IUPAC) ، تُعرف هذه المجموعة بالمجموعة 17. ^{[ 5 ]}

كلمة "هالوجين" تعني "مُكوِّن الملح" أو "صانع الملح". عندما تتفاعل الهالوجينات مع المعادن ، فإنها تُنتج مجموعة واسعة من الأملاح ، بما في ذلك فلوريد الكالسيوم ، وكلوريد الصوديوم (ملح الطعام الشائع)، وبروميد الفضة ، ويوديد البوتاسيوم . ^{[ 6 ]}

تُعدّ مجموعة الهالوجينات المجموعة الوحيدة في الجدول الدوري التي تحتوي على عناصر في ثلاث من الحالات الأساسية للمادة عند درجة الحرارة والضغط القياسيين ، مع العلم أنه ليس بعيدًا عن درجة حرارة الغرفة، وينطبق الأمر نفسه على المجموعتين 1 و 15 ، بافتراض اعتبار الفوسفور الأبيض الحالة القياسية. ^{[ ملاحظة 1 ]} تُشكّل جميع الهالوجينات أحماضًا عند ارتباطها بالهيدروجين. تُنتَج معظم الهالوجينات عادةً من المعادن أو الأملاح . تُستخدم الهالوجينات المتوسطة - الكلور والبروم واليود - غالبًا كمطهرات . تُعدّ مركبات البروميد العضوية أهم فئة من مثبطات اللهب ، بينما تُعتبر الهالوجينات العنصرية خطيرة وقد تكون سامة.

عُرف معدن الفلورسبار الفلوري منذ عام 1529. أدرك الكيميائيون الأوائل أن مركبات الفلور تحتوي على عنصر غير مكتشف، لكنهم لم يتمكنوا من عزله. في عام 1869، مرر الكيميائي الإنجليزي جورج غور تيارًا كهربائيًا عبر حمض الهيدروفلوريك ، ومن المحتمل أنه أنتج الفلور، لكنه لم يتمكن من إثبات نتائجه في ذلك الوقت. ^{[ 7 ]} في عام 1886، أجرى الكيميائي هنري مويسان ، المقيم في باريس، تحليلًا كهربائيًا على ثنائي فلوريد البوتاسيوم المذاب في فلوريد الهيدروجين اللامائي ، ونجح في عزل الفلور. ^{[ 8 ]}

كان حمض الهيدروكلوريك معروفًا لدى الخيميائيين والكيميائيين الأوائل. مع ذلك، لم يُنتج الكلور العنصري إلا في عام 1774، عندما سخّن كارل فيلهلم شيل حمض الهيدروكلوريك مع ثاني أكسيد المنغنيز . أطلق شيل على العنصر اسم " حمض المورياتيك منزوع الفلوجستون "، وهو الاسم الذي عُرف به الكلور لمدة 33 عامًا. في عام 1807، بحث همفري ديفي في الكلور واكتشف أنه عنصر حقيقي. استُخدم غاز الكلور كغاز سام خلال الحرب العالمية الأولى . فقد أزاح الأكسجين في المناطق الملوثة، واستبدل الهواء المؤكسج العادي بغاز الكلور السام. كان هذا الغاز يحرق أنسجة الجسم داخليًا وخارجيًا، وخاصة الرئتين، مما يجعل التنفس صعبًا أو مستحيلاً حسب مستوى التلوث. ^{[ 8 ]}

اكتُشف البروم في عشرينيات القرن التاسع عشر على يد أنطوان جيروم بالارد . اكتشف بالارد البروم بتمرير غاز الكلور عبر عينة من محلول ملحي . اقترح في البداية اسم "موريد " للعنصر الجديد، لكن الأكاديمية الفرنسية غيّرت اسم العنصر إلى "بروم". ^{[ 8 ]}

اكتُشف اليود على يد برنارد كورتوا ، الذي كان يستخدم رماد الأعشاب البحرية كجزء من عملية تصنيع نترات البوتاسيوم . اعتاد كورتوا غلي رماد الأعشاب البحرية بالماء لإنتاج كلوريد البوتاسيوم . إلا أنه في عام ١٨١١، أضاف كورتوا حمض الكبريتيك إلى عمليته، ولاحظ أن هذه العملية تُنتج أبخرة أرجوانية تتكثف لتُشكّل بلورات سوداء. اشتبه كورتوا في أن هذه البلورات عنصر جديد، فأرسل عينات إلى كيميائيين آخرين لدراستها. وقد أثبت جوزيف غاي لوساك أن اليود عنصر جديد . ^{[ ٨ ]}

في عام 1931، ادعى فريد أليسون اكتشافه للعنصر 85 باستخدام جهاز مغناطيسي بصري ، وأطلق عليه اسم ألابامين، لكنه كان مخطئًا. وفي عام 1937، ادعى راجندرالال دي اكتشافه للعنصر 85 في المعادن، وأطلق عليه اسم داكين، لكنه كان مخطئًا أيضًا. كما باءت محاولة اكتشاف العنصر 85 في عام 1939 من قبل هوريا هولوبي وإيفيت كوشوا باستخدام التحليل الطيفي بالفشل، وكذلك محاولة والتر ميندر في العام نفسه ، الذي اكتشف عنصرًا شبيهًا باليود ناتجًا عن تحلل بيتا للبولونيوم . أُنتج العنصر 85، الذي سُمي لاحقًا أستاتين ، بنجاح في عام 1940 على يد ديل آر. كورسون ، وكيه آر ماكنزي ، وإميليو جي. سيغري ، الذين قصفوا البزموت بجسيمات ألفا . ^{[ 8 ]}

في عام 2010، نجح فريق بقيادة الفيزيائي النووي يوري أوغانيسيان، ضم علماء من المعهد المشترك للأبحاث النووية ، ومختبر أوك ريدج الوطني ، ومختبر لورانس ليفرمور الوطني ، وجامعة فاندربيلت، في قذف ذرات البركليوم-249 بذرات الكالسيوم-48 لصنع التينيسين. ^{[ 9 ]}

يُنتج سنوياً ما يقارب ستة ملايين طن متري من معدن الفلوريت . كما يُنتج سنوياً أربعمئة ألف طن متري من حمض الهيدروفلوريك. ويُصنع غاز الفلور من حمض الهيدروفلوريك الناتج كمنتج ثانوي في صناعة حمض الفوسفوريك . ويُنتج سنوياً ما يقارب خمسة عشر ألف طن متري من غاز الفلور. ^{[ ٨ ]}

يُعدّ معدن الهاليت أكثر المعادن شيوعًا في استخراج الكلور، ولكن يُستخرج أيضًا معدنا الكارناليت والسيلفيت . ويتم إنتاج أربعين مليون طن متري من الكلور سنويًا عن طريق التحليل الكهربائي للمحلول الملحي . ^{[ 8 ]}

يُنتج ما يقارب 450 ألف طن متري من البروم سنويًا. يُنتج 50% من إجمالي إنتاج البروم في الولايات المتحدة ، و35% في إسرائيل ، ومعظم الكمية المتبقية في الصين . تاريخيًا، كان يُنتج البروم بإضافة حمض الكبريتيك ومسحوق التبييض إلى المحلول الملحي الطبيعي. أما في العصر الحديث، فيُنتج البروم بالتحليل الكهربائي، وهي طريقة ابتكرها هربرت داو . كما يُمكن إنتاج البروم بتمرير الكلور عبر مياه البحر ثم تمرير الهواء عبرها. ^{[ 8 ]}

في عام ٢٠٠٣، بلغ إنتاج اليود ٢٢ ألف طن متري. وتنتج تشيلي ٤٠٪ من إجمالي إنتاج اليود، بينما تنتج اليابان ٣٠٪، وتُنتج كميات أقل في روسيا والولايات المتحدة. وحتى خمسينيات القرن الماضي، كان اليود يُستخرج من عشب البحر . أما في العصر الحديث، فيُنتج اليود بطرق أخرى، منها مزج ثاني أكسيد الكبريت مع خامات النترات التي تحتوي على بعض اليودات . كما يُستخرج اليود أيضاً من حقول الغاز الطبيعي . ^{[ ٨ ]}

على الرغم من أن الأستاتين موجود بشكل طبيعي، إلا أنه عادة ما يتم إنتاجه عن طريق قذف البزموت بجسيمات ألفا. ^{[ 8 ]}

يتم تصنيع التينيسين باستخدام السيكلوترون، عن طريق دمج البركليوم-249 والكالسيوم-48 لصنع التينيسين-293 والتينيسين-294.

توجد أيونات الفلورايد في العاج والعظام والأسنان والدم والبيض والبول والشعر لدى الكائنات الحية. وقد تكون هذه الأيونات ضرورية للإنسان بكميات ضئيلة جدًا. ^{[ 42 ]} يحتوي دم الإنسان على 0.5 ملليغرام من الفلور لكل لتر. وتتراوح نسبة الفلور في عظام الإنسان بين 0.2 و1.2%. ويحتوي نسيج الإنسان على ما يقارب 50 جزءًا من الفلور لكل مليار جزء. ويحتوي جسم الإنسان البالغ الذي يزن 70 كيلوغرامًا على ما بين 3 و6 غرامات من الفلور. ^{[ 8 ]}

تُعدّ أيونات الكلوريد ضرورية للعديد من الكائنات الحية، بما فيها الإنسان. يتراوح تركيز الكلور في الوزن الجاف للحبوب بين 10 و20 جزءًا في المليون، بينما يبلغ تركيز الكلوريد في البطاطا 0.5%. ويتأثر نمو النبات سلبًا بانخفاض مستويات الكلوريد في التربة إلى أقل من جزأين في المليون. يحتوي دم الإنسان على 0.3% كلور في المتوسط، بينما يحتوي عظم الإنسان عادةً على 900 جزء في المليون من الكلور. أما أنسجة الإنسان فتحتوي على ما يقارب 0.2 إلى 0.5% كلور. ويبلغ إجمالي كمية الكلور في جسم الإنسان البالغ وزنه 70 كيلوغرامًا 95 غرامًا. ^{[ 8 ]}

يوجد البروم على شكل أيون البروميد في جميع الكائنات الحية. لم يُثبت بعد دور بيولوجي للبروم في جسم الإنسان، ولكن بعض الكائنات الحية تحتوي على مركبات عضوية برومينية . يستهلك الإنسان عادةً ما بين 1 إلى 20 ملليغرامًا من البروم يوميًا. ويبلغ تركيز البروم في دم الإنسان عادةً 5 أجزاء في المليون، وفي عظامه 7 أجزاء في المليون، وفي أنسجته 7 أجزاء في المليون. ويحتوي جسم الإنسان البالغ الذي يزن 70 كيلوغرامًا على 260 ملليغرامًا من البروم. ^{[ 8 ]}

يستهلك الإنسان عادةً أقل من 100 ميكروغرام من اليود يوميًا. وقد يُسبب نقص اليود إعاقة ذهنية . توجد مركبات اليود العضوية في بعض غدد الإنسان ، وخاصة الغدة الدرقية ، بالإضافة إلى المعدة والبشرة والجهاز المناعي . تشمل الأطعمة الغنية باليود سمك القد ، والمحار ، والروبيان ، والرنجة ، وجراد البحر ، وبذور عباد الشمس ، والأعشاب البحرية ، والفطر . مع ذلك، لا يُعرف أن لليود دورًا بيولوجيًا في النباتات. يوجد عادةً 0.06 ملليغرام من اليود لكل لتر في دم الإنسان، و 300 جزء في المليار من اليود في عظام الإنسان، ومن 50 إلى 700 جزء في المليار من اليود في أنسجة الإنسان. ويحتوي جسم الإنسان البالغ الذي يزن 70 كيلوغرامًا على ما بين 10 إلى 20 ملليغرامًا من اليود. ^{[ 8 ]}

على الرغم من ندرته الشديدة، فقد تم العثور على الأستاتين بكميات ضئيلة للغاية في باطن الأرض. ^{[ 8 ]} ليس له دور بيولوجي معروف بسبب نشاطه الإشعاعي العالي وندرته الشديدة، ويبلغ عمر النصف له حوالي 8 ساعات فقط بالنسبة لأكثر نظائره استقراراً.

مادة التينيسين من صنع الإنسان بالكامل وليس لها أي أدوار أخرى في الطبيعة.

تميل الهالوجينات إلى أن تصبح أقل سمية كلما اتجهنا نحو الهالوجينات الأثقل. ^{[ 43 ]}

يُعد غاز الفلور شديد السمية؛ إذ يُمكن أن يكون استنشاقه بتركيز 25 جزءًا في المليون قاتلًا. كما يُعد حمض الهيدروفلوريك سامًا أيضًا، لقدرته على اختراق الجلد والتسبب بحروق مؤلمة للغاية . إضافةً إلى ذلك، تُعد أيونات الفلورايد سامة، ولكن ليس بنفس سمية الفلور النقي. قد يكون الفلورايد قاتلًا بكميات تتراوح بين 5 و10 غرامات.  يرتبط الاستهلاك المطوّل للفلورايد بتركيزات أعلى من 1.5 ملغم/لتر بخطر الإصابة بتسمم الأسنان بالفلورايد ، وهي حالة تجميلية تصيب الأسنان. ^{[ 44 ]} عند تركيزات أعلى من 4  ملغم/لتر، يزداد خطر الإصابة بتسمم العظام بالفلورايد ، وهي حالة تزداد فيها كسور العظام شيوعًا نتيجة لتصلبها. تتراوح المستويات الموصى بها حاليًا في فلورة المياه ، وهي وسيلة للوقاية من تسوس الأسنان ، بين 0.7 و1.2  ملغم/لتر لتجنب الآثار الضارة للفلورايد مع الاستفادة من فوائده في الوقت نفسه. ^{[ 45 ]} يميل الأشخاص الذين تتراوح مستوياتهم بين المستويات الطبيعية وتلك المطلوبة لتسمم الهيكل العظمي بالفلور إلى ظهور أعراض مشابهة لالتهاب المفاصل . ^{[ 8 ]}

Chlorine gas is highly toxic. Breathing in chlorine at a concentration of 3 parts per million can rapidly cause a toxic reaction. Breathing in chlorine at a concentration of 50 parts per million is highly dangerous. Breathing in chlorine at a concentration of 500 parts per million for a few minutes is lethal. In addition, breathing in chlorine gas is highly painful because of its corrosive properties. Hydrochloric acid is the acid of chlorine, while relatively nontoxic, it is highly corrosive and releases very irritating and toxic hydrogen chloride gas in open air.^[43]

Pure bromine is somewhat toxic but less toxic than fluorine and chlorine. One hundred milligrams of bromine is lethal.^[8] Bromide anions are also toxic, but less so than bromine. Bromide has a lethal dose of 30 grams.^[8]

Iodine is somewhat toxic, being able to irritate the lungs and eyes, with a safety limit of 1 milligram per cubic meter. When taken orally, 3 grams of iodine can be lethal. Iodide anions are mostly nontoxic, but these can also be deadly if ingested in large amounts.^[8]

Astatine is radioactive and thus highly dangerous, but it has not been produced in macroscopic quantities and hence it is most unlikely that its toxicity will be of much relevance to the average individual.^[8]

Tennessine cannot be chemically investigated due to how short its half-life is, although its radioactivity would make it very dangerous.

Superhalogens are atom clusters with a higher electron affinity than chlorine, the atom with the highest electron affinity (3.62 eV). The concept was first formalized by Gennady L. Gutsev and Alexander I. Boldyrev in 1981.^[46][47]

Certain aluminium clusters have superatom properties. These aluminium clusters are generated as anions (Al⁻_n with n = 1, 2, 3, ... ) in helium gas and reacted with a gas containing iodine. When analyzed by mass spectrometry one main reaction product turns out to be Al₁₃I⁻.^[48] These clusters of 13 aluminium atoms with an extra electron added do not appear to react with oxygen when it is introduced in the same gas stream. Assuming each atom liberates its 3 valence electrons, this means 40 electrons are present, which is one of the magic numbers for sodium and implies that these numbers are a reflection of the noble gases.

تُظهر الحسابات أن الإلكترون الإضافي يقع في عنقود الألومنيوم في الموقع المقابل مباشرةً لذرة اليود. ولذلك، يجب أن يكون للعنقود ألفة إلكترونية أعلى للإلكترون من اليود، ومن ثم يُطلق على عنقود الألومنيوم اسم "الهالوجين الفائق" (أي أن طاقات فصل الإلكترون العمودية للأجزاء المكونة للأيونات السالبة أكبر من طاقات أي ذرة هالوجين). _{[49] يُشبه مُكوّن العنقود في أيون Al13I−} ^{أيون اليوديد أو} أيون البروميد . ^ومن المتوقع أن يتصرف عنقود Al13I ⁻ 2 المُشابه كيميائيًا مثل أيون ثلاثي ^{اليوديد} . ^[ ₅₀ ] ^{[ 51 ]}

• رابطة الهالوجين
• تفاعل إضافة الهالوجين
• مصباح هالوجين
• الهلجنة
• إنترهالوجين
• الهالوجين الزائف

• غرينوود، نورمان ن .؛ إيرنشو، آلان (1997). كيمياء العناصر (  الطبعة الثانية). باتروورث-هاينمان. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8.