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Los halógenos son un grupo de elementos que comparten propiedades similares. Están formados por un único átomo estable con cuatro electrones diferentes. Cada átomo tiene un electrón en su envoltura exterior, conocida como envoltura de valencia, y tres en su envoltura interior, conocida como envoltura nuclear. Los halógenos tienen el mismo número de electrones, pero su disposición dentro de las capas varía. Los halógenos poseen propiedades químicas y físicas que los distinguen de otros elementos.
Sus propiedades inusuales se explican por la disposición única de los electrones en torno a un núcleo central. En este artículo se analizan las principales características de los halógenos, como su estructura atómica, los gases nobles, su periodicidad y su posición en la tabla periódica, las características de los enlaces y las tendencias periódicas en la química de los halógenos, así como importantes referencias al final del artículo, en caso necesario.
Estructura atómica de los halógenos
Todos los halógenos del grupo 1, es decir, el cloro, el yodo y el flúor, tienen una estructura química similar. La capa más externa de cada halógeno está formada por un electrón solitario unido al núcleo por un enlace de par de electrones. Las dos capas siguientes contienen 10 electrones para poder llevar a cabo otras reacciones químicas.
A diferencia de la estructura de los metales alcalinos, los halógenos no participan en ninguna estructura de enlace de valencia. Por ello, se denominan elementos no metálicos. Cada átomo halógeno tiene un esqueleto de carbono formado por un átomo central en el centro rodeado por dos átomos denominados átomos del esqueleto halógeno.
Cada átomo halógeno tiene un electrón más que el oxígeno, por lo que sólo puede formar enlaces covalentes simples. La estructura electrónica del carbono es responsable de las propiedades específicas de los halógenos. La capa de electrones más externa del cloro está un poco por encima del nivel de electrones F, por lo que el cloro tiene la capacidad de reaccionar con otros elementos y formar moléculas.
Esta capa es demasiado fina para aceptar el siguiente electrón, necesario para formar una molécula estable. La siguiente capa también es demasiado fina, por lo que el siguiente electrón no está ocupado. El resultado es una molécula estable que no puede ser destruida por otros elementos.
Gases nobles: flúor, neón, argón y criptón.
El flúor es el único halógeno estable que forma moléculas. Los demás gases nobles, como el neón (número atómico 10), el argón (número atómico 18) y el criptón (número atómico 39), son químicamente inertes. Como los halógenos no participan en las estructuras de los enlaces de valencia, cumplen los criterios para ser gases nobles.
Los gases nobles tienen la densidad más baja posible y son más ligeros que el aire. Son químicamente inertes y no forman compuestos, por lo que se utilizan en mezclas gaseosas empleadas en aplicaciones criogénicas y de vacío. Los gases nobles son muy reactivos químicamente, lo que provoca el despilfarro de recursos y un aumento del efecto invernadero.
El uso actual de estos elementos no es sostenible. Algunos investigadores sugieren que en el futuro estos elementos podrían utilizarse como bloques de construcción para sintetizar productos farmacéuticos y materiales orgánicos utilizando el núcleo como plantilla.
Periodicidad en la tabla periódica de los halógenos
El flúor es el único halógeno que tiene un periodo estable en la tabla periódica. Los demás halógenos tienen tendencia a moverse a columnas más altas o más bajas, pero la tabla se mantiene casi siempre en la columna del flúor. Esto parece deberse a la gran reactividad del flúor.
Otra razón de esta inestabilidad podría ser la estructura electrónica del carbono, que casi sólo permite enlaces simples. En los metales alcalinos, el enlace sencillo sólo permite un electrón para formar un enlace covalente. Los metales alcalinos también sólo pueden formar enlaces sencillos, lo que da lugar a una gran variedad de compuestos.
Características importantes de los enlaces halógenos
Tanto el yodo como el cloro tienen propiedades químicas idénticas, porque sus átomos son idénticos. Ambos elementos forman moléculas con moléculas de yodo y diclorometano. Esta propiedad se denomina isoelectronicidad. El primer átomo halógeno de la molécula tiene un electrón más que el segundo, que puede formar un enlace covalente con otro átomo.
Los átomos de la molécula tienen que estar colocados exactamente uno al lado del otro, por eso el diclorometano es un líquido. La estructura electrónica del yodo muestra un patrón similar al del cloro, por lo que la molécula tiene propiedades similares.
Tendencias periódicas importantes en los halógenos
El primer halógeno, el flúor, se encuentra en la estratosfera. Las razones clásicas de la presencia del flúor en la estratosfera incluyen la alta reactividad del flúor, la alta afinidad electrónica del flúor o la facilidad de formación de un ion fluoruro como intermediario reactivo. El yodo también se encuentra mayoritariamente en la estratosfera.
Sin embargo, la ecuación de los halógenos estratosféricos no es lineal, sino que se asemeja a una progresión escalonada. El segundo halógeno de la ecuación es el cloro. El tercero es el bromo. Después, la ecuación es lineal. En la troposfera, sin embargo, la tendencia es la contraria. Reúna los halógenos en el siguiente orden: cloro, bromo, yodo y, a continuación, flúor.
