Halogene

Chlor im Schwimmbad, Fluorid in Zahnpasta und Iod in der Schilddrüse gehören zu einer Elementfamilie: den Halogenen. Diese Gruppe ist im Periodensystem leicht zu finden und chemisch sehr auffällig. Danach kannst du erklären, warum Halogene "Salzbildner" heißen und welche Trends es in der Gruppe gibt.

Deine Lernziele

• Ich kann die Halogene im Periodensystem einordnen.
• Ich kann erklären, warum Halogene reaktionsfreudige Nichtmetalle sind.
• Ich kann die Bildung von Halogenid-Ionen beschreiben.
• Ich kann wichtige Trends von Fluor bis Iod nennen.
• Ich kann typische Reaktionen mit Metallen, Wasserstoff und Halogeniden erklären.

Halogene im Periodensystem

Halogene stehen in Gruppe 17 des Periodensystems. In der älteren Hauptgruppenzählung nennt man sie die 7. Hauptgruppe.

Definition

Halogene

Die Halogene sind die Elemente der Gruppe 17 im Periodensystem. Dazu gehören Fluor, Chlor, Brom, Iod, Astat und Tenness. Im Schulunterricht stehen meist Fluor, Chlor, Brom und Iod im Mittelpunkt.

Der Name bedeutet "Salzbildner". Das passt, weil Halogene mit Metallen viele Salze bilden. Das bekannteste Beispiel ist Natriumchlorid, also Kochsalz.

Beispiel

Die wichtigsten Halogene im Überblick:

1. Fluor: F, sehr reaktionsfreudig, gasförmig.
2. Chlor: Cl, gelbgrünes Gas.
3. Brom: Br, rotbraune Flüssigkeit.
4. Iod: I, dunkler Feststoff, violetter Dampf.

Von oben nach unten werden die Atome größer und schwerer.

Merke

Halogene stehen direkt links neben den Edelgasen.

Warum Halogene so reaktiv sind

Halogene haben sieben Valenzelektronen. Ihnen fehlt also nur ein Elektron zur voll besetzten Außenschale wie bei den Edelgasen.

Definition

Valenzelektronen

Valenzelektronen sind die Elektronen der äußersten besetzten Schale eines Atoms. Sie bestimmen stark, wie ein Atom reagiert.

Weil Halogenen ein Elektron zur Edelgaskonfiguration fehlt, nehmen sie leicht ein Elektron auf. Dabei entstehen einfach negativ geladene Ionen.

Definition

Halogenid-Ion

Ein Halogenid-Ion ist ein negativ geladenes Ion eines Halogens, zum Beispiel F-, Cl-, Br- oder I-.

Beispiel

Aus Chlor wird Chlorid:

1. Ein Chlor-Atom hat sieben Valenzelektronen.
2. Es nimmt ein Elektron auf.
3. Danach hat es eine vollere Außenschale.
4. Das Teilchen ist nun negativ geladen.
5. Es heißt Chlorid-Ion: Cl-.

Merke

Halogen-Atom plus ein Elektron ergibt Halogenid-Ion.

Trends von Fluor bis Iod

In einer Elementgruppe ändern sich Eigenschaften von oben nach unten regelmäßig. Bei den Halogenen siehst du das besonders gut an Aggregatzustand, Farbe und Reaktivität.

Definition

Gruppentrend

Ein Gruppentrend ist eine regelmäßige Änderung von Eigenschaften innerhalb einer Gruppe des Periodensystems, wenn man von oben nach unten geht.

Von Fluor zu Iod nehmen Atomgröße, Masse, Dichte sowie Schmelz- und Siedetemperaturen im Allgemeinen zu. Gleichzeitig nimmt die Reaktivität der elementaren Halogene ab. Fluor ist am reaktivsten, Iod deutlich weniger reaktiv.

Beispiel

Aggregatzustände bei Raumtemperatur:

1. Fluor: gasförmig.
2. Chlor: gasförmig.
3. Brom: flüssig.
4. Iod: fest.

Das passt zum Trend: Schwerere Halogenmoleküle haben stärkere Anziehungskräfte zwischen den Molekülen.

Gut zu wissen

Elementare Halogene liegen meist als zweiatomige Moleküle vor: F2, Cl2, Br2, I2. Das bedeutet: Zwei gleiche Halogenatome sind miteinander verbunden.

Reaktionen mit Metallen und Wasserstoff

Halogene reagieren mit Metallen zu Salzen. Dabei geben Metallatome Elektronen ab, Halogenatome nehmen Elektronen auf.

Definition

Salz

Ein Salz ist eine Verbindung aus positiv geladenen Kationen und negativ geladenen Anionen. Bei Halogensalzen sind die Anionen Halogenid-Ionen.

Beispiel

Natrium reagiert mit Chlor:

2 Na + Cl2 -> 2 NaCl

1. Natrium gibt Elektronen ab und wird zu Na+.
2. Chlor nimmt Elektronen auf und wird zu Cl-.
3. Aus den Ionen entsteht Natriumchlorid.
4. Natriumchlorid ist Kochsalz.

Halogene reagieren auch mit Wasserstoff zu Halogenwasserstoffen. In Wasser bilden diese saure Lösungen, zum Beispiel Salzsäure aus Chlorwasserstoff.

Beispiel

Wasserstoff und Chlor:

H2 + Cl2 -> 2 HCl

1. Wasserstoff und Chlor reagieren zu Chlorwasserstoff.
2. Chlorwasserstoff ist ein Gas.
3. In Wasser gelöst entsteht Salzsäure.
4. Die Reaktion kann unter Licht sehr heftig ablaufen.

Merke

Mit Metallen bilden Halogene Salze; mit Wasserstoff bilden sie Halogenwasserstoffe.

Verdrängungsreaktionen

Ein reaktiveres Halogen kann ein weniger reaktives Halogen aus seinem Halogenid verdrängen. Diese Reaktionen zeigen die Reihenfolge der Reaktivität.

Definition

Verdrängungsreaktion

Eine Verdrängungsreaktion ist eine Reaktion, bei der ein reaktiverer Stoff einen weniger reaktiven Stoff aus einer Verbindung herauslöst.

Chlor ist reaktiver als Brom und Iod. Deshalb kann Chlorid nicht einfach durch Brom zu Chlor oxidiert werden, aber Chlor kann Bromid zu Brom oxidieren.

Beispiel

Chlor verdrängt Brom aus Bromid:

Cl2 + 2 Br- -> 2 Cl- + Br2

1. Chlor nimmt Elektronen auf und wird zu Chlorid.
2. Bromid gibt Elektronen ab und wird zu Brom.
3. Chlor ist also das stärkere Oxidationsmittel.
4. Die Reaktion zeigt: Chlor ist reaktiver als Brom.

Beispiel

Chlor verdrängt Iod aus Iodid:

Cl2 + 2 I- -> 2 Cl- + I2

Auch hier entsteht Chlorid. Iodid wird zu Iod oxidiert.

Vorkommen und Sicherheit

In der Natur findest du Halogene selten als freie Elemente, weil sie so reaktionsfreudig sind. Häufiger kommen sie als Halogenide in Salzen vor.

Definition

Halogenverbindung

Eine Halogenverbindung ist eine Verbindung, die mindestens ein Halogen enthält. Beispiele sind Natriumchlorid, Calciumfluorid oder organische Chlorverbindungen.

Chlorid ist in Kochsalz und Meerwasser häufig. Fluorid kommt in Mineralien und Zahnpflege vor. Iodid und Iodat sind für die Schilddrüse wichtig, aber im Unterricht gilt: Mit elementaren Halogenen wird wegen ihrer Giftigkeit und Reaktivität nur unter strengen Sicherheitsregeln gearbeitet.

Beispiel

Alltagsbezüge:

1. Natriumchlorid: Kochsalz.
2. Fluoridverbindungen: Zahnschutz in geeigneten Mengen.
3. Iodverbindungen: wichtig für Schilddrüsenhormone.
4. Chlorverbindungen: Desinfektion, aber elementares Chlor ist giftig.

Gut zu wissen

"Halogen" und "Halogenid" sind nicht dasselbe. Chlor Cl2 ist ein elementares Halogen. Chlorid Cl- ist das negativ geladene Ion in Salzen wie Natriumchlorid.

Prüfungsmodus

Bei Halogen-Aufgaben geht es oft um Trends und Elektronen. Prüfe zuerst: Atom oder Ion? Element oder Verbindung? Oben oder unten in der Gruppe?

Beispiel

Aufgabe: "Erkläre, warum Fluor reaktiver ist als Iod."

Musterlösung:

1. Beide Halogene haben sieben Valenzelektronen.
2. Beide können ein Elektron aufnehmen.
3. Fluor-Atome sind kleiner als Iod-Atome.
4. Das aufzunehmende Elektron wird bei Fluor stärker vom Kern angezogen.
5. Deshalb ist Fluor das reaktivere Halogen.

Zusammenfassung

Halogene sind die Elemente der Gruppe 17: Fluor, Chlor, Brom, Iod, Astat und Tenness. Im Unterricht sind vor allem Fluor, Chlor, Brom und Iod wichtig. Sie sind reaktionsfreudige Nichtmetalle mit sieben Valenzelektronen.

Halogene bilden durch Elektronenaufnahme Halogenid-Ionen und reagieren mit Metallen zu Salzen. Von Fluor zu Iod steigen Schmelz- und Siedetemperaturen, während die Reaktivität abnimmt. Reaktivere Halogene können weniger reaktive aus ihren Halogeniden verdrängen.