Атоми всіх галогенів містять на зовнішньому електронному шарі по 7 електронів, будова якого можна представити таким чином (див. Малюнок)
Фтор відрізняється від інших галогенів тим, що у нього на зовнішньому електронному шарі відсутній d-підрівень.
У звичайному стані елементиVIIА групи мають на зовнішньому шарі по одному неспарених електронів, тому вони можуть утворити з іншими атомами тільки одну ковалентний зв'язок за обмінним механізмом (валентність в цьому випадку буде дорівнює 1). При порушенні число неспарених електронів у галогенів (кромеF) збільшується до 3, 5 або 7 за рахунок розпарювання електронних пар.
Відповідно, і можливі значення валентності при утворенні зв'язку з обмінним механізмом в цьому випадку будуть рівні також 3, 5 або 7.
Фтор, на відміну від всіх інших галогенів, проявляє, як правило, валентність, рівну 1, тому що він не може розпарити свої електронні пари. Теоретично фтор, як елемент другого періоду, може проявляти максимальну валентність, рівну 4, якщо враховувати, крім обмінного, ще й донорно-акцепторні механізм утворення ковалентного зв'язку. Адже на зовнішньому електронному шарі у атома фтору поряд з одним неспареним електроном містяться ще й 3 електронні пари. За рахунок їх, виступаючи в якості донора, фтор може додатково утворити 3 ковалентні зв'язки. Правда, можна припустити, що робити це фтор буде «неохоче», тому що є самим електронегативним елементом і йому більше характерно забирати електронні пари, ніж надавати іншого атома, нехай і в спільне користування.
Відомо з'єднання BF, в якому кратність зв'язку дорівнює 3. Пояснити цей факт можна, якщо припустити, що одну зв'язок атом фтору утворив за обмінним механізмом, а дві інші - по донорно-акцепторного.
Галогени (крім F) в з'єднаннях можуть виявляти як позитивну, так і негативну ступінь окислення.
Позитивну ступінь окислення вони проявляють при взаємодії з атомами більш електронегативний елементів, ніж самі. В цьому випадку галогени виступають в ролі відновника і віддають іншим атомам з зовнішнього шару свої неспарені електрони. Величина ступеня окислення при цьому буде дорівнює +1 (в стаціонарному стані), +3, +5, +7 (у збудженому стані).
Фтор не може проявляти позитивну ступінь окислення, так як він є самим електронегативним елементом і в хімічних реакціях завжди забирає електрони від інших атомів, виступаючи тільки в ролі окислювача, і у всіх з'єднаннях виявляє ступінь окислення -1.
З цієї причини полученіеF2 з фторидів хімічним шляхом (за допомогою атомів іншого елемента, тобто окисленням
2F - - 2ē = F2 0)) провести не можна. Це можна здійснити лише електричним шляхом (електролізом розплаву фториду, наприклад, соліNaF).
Інші галогени негативну ступінь окислення виявляють при взаємодії з атомами менш електронегативний елементів, ніж самі. У цьому випадку вони виступають в ролі окислювача і забирають від інших атомів один відсутній до завершення свого зовнішнього шару електрон. Величина ступеня окислення при цьому дорівнює -1.
Галогени утворюють з воднем сполуки загального вигляду.
Це газоподібні речовини, добре розчинні у Н2 О. Їх водні розчини мають кислотними властивостями, причому сила цих кислот в ряду HF, HCl, HBr, Hі зростає зліва направо. Самою слабкою кислотою є HF, найсильнішою - Hі. Це пов'язано з тим, що в групі зверху вниз збільшуються радіуси атомів галогенів, через що послаблюється міцність зв'язку R-H (тому що її довжина зростає) і іони H + легше отщепляются.
Фтороводородной або плавикова кислота HF в певній мірі є більш слабкою, ніж всі інші галогеноводородних кислоти і через здатність її молекул до утворення асоціатів типу (HF) n (де n змінюється від 1 до 8) за рахунок утворення водневих зв'язків:
H - F ··· H - F; H - F ··· H - F ··· H - F і т.д.
Для хлору отримані оксиди, в яких він проявляє нехарактерні для нього мірі окислення +4 і +6. Це валентноненасищенние з'єднання, схильні до димеризации. Вони мають парамагнітні властивості, тому що атоми хлору в них містять неспарених електронів.
Всі оксиди виходять не при безпосередній взаємодії простих речовин галогенів з киснем, а непрямим шляхом. Це кислотні оксиди. При розчиненні в Н2 Про вони утворюють кислоти загального вигляду.
Для кожного елемента в міру збільшення його ступеня окислення сила кислот в цьому ряду зростає зліва направо. Сила ж кислот, в яких елементи виявляють однаковий ступінь окислення, в групі зверху вниз уменьшается.Ето пов'язано зі збільшенням металевих властивостей у галогенів в групі зверху вниз, що, в свою чергу, призводить до посилення основних властивостей їх кисневмісних сполук.
Фтор з киснем утворює сполуки, в яких Про проявляє позитивну ступінь окислення +2 або +1. Тому дані речовини оксидами не є. Як і всі кисень з'єднання галогенів, вони також в основному виходять непрямим шляхом.
Галогени утворюють прості речовини (з тими ж назвами), молекули яких складаються з двох атомів, пов'язаних одинарної ковалентним зв'язком. ПрічемF2 іCl2 при звичайних умовах - гази, Br2 - рідина, I2 - тверда речовина.
Міцність зв'язку в молекулах простих речовин від хлору до йоду зменшується. З цієї закономірності випадає F2. міцність зв'язку у якого значно менше міцності зв'язку в молекулі Cl2.
Такі аномальні властивості фтору можна пояснити відсутністю вакантного d-підрівні на зовнішньому електронному шарі його атомів.
Атоми ж хлору і інших галогенів мають вільні d-орбіталі і тому між ними в молекулах простих речовин має місце додаткове донорно-акцепторна взаємодія, зміцнюючі зв'язок.
Енергія іонізації, спорідненість до електрона і відносна електронегативність у атомів галогенів в групі зверху вниз зменшуються. Відповідно до цього неметалеві властивості галогенів, а, значить, і окислювальна здатність їх атомів і утворених ними простих речовин в групі зверху вниз теж будуть зменшуватися.
Кожен вищий галоген може витісняти нижчестоящі з їхніх сполук з воднем і металами. Так, наприклад, Cl2 може витіснити Br2 і I2. А Br2 може витіснити тільки I2:
Ці реакції протікають, як правило, у водних розчинах, тому в них не бере F2. так як він енергійно розкладає воду:
Решта галогени порівняно мало розчинні в Н2 О і в набагато меншому ступені можна зупинити взаємодіють з нею за схемою:
Причому при переході від хлору до йоду рівновагу даної реакції все більш зміщується вліво, і для I2 вона вже практично нехарактерна.
РаствориCl2 іBr2 в воді називаються, відповідно, хлорного і бромної водою. Крім самих галогенів в цих розчинах присутні продукти їх взаємодії з Н2 О, що надає їм певні специфічні властивості.