卤素

含氟矿物萤石在1529年就已知。早期化学家就已经知道氟化合物里含有一种未知元素，但无法分离。 在 1860年，George Gore，一位英国化学家，用电流流过氢氟酸的方法并可能产生了氟气，但他当时无法证明自己的结果。 1886年，亨利·莫瓦桑，一位巴黎化学家，电解了溶于无水氟化氢的氟化氢钾，并成功分离出氟。 [2]

盐酸早已被炼金术士和早期化学家们知道。 但是，氯单质在 1774年，当卡尔·威廉·舍勒 加热盐酸和二氧化锰时才被发现。 舍勒把它称为 dephlogisticated muriatic acid，也就是氯在这 33 年来的名字。 1807年，汉弗里·戴维 研究了氯，发现它是一种化学元素。 盐酸以及硫酸在某些情况下结合在一起，产生了氯气，在第一次世界大战期间它是一种化学武器。 它取代了受污染区域中的氧气，并用有毒的氯气代替了普通的含氧空气。 根据污染程度的不同，氯气会在内部和外部灼伤人体组织，尤其是肺部，使呼吸困难或无法呼吸。 [2]

溴在 1820年代被Antoine Jérôme Balard发现。 Balard 通过使氯气通过卤盐水样品发现了溴。 他最初提议为新元素命名为muride，但法兰西学术院将该元素的名称更改为bromine（溴）。 [2]

贝尔纳·库尔图瓦发现了碘，前者在硝石生产过程中使用了海藻灰。 库尔图瓦通常将海藻灰与水煮沸来生成氯化钾。 然而，在1811年，库尔图瓦在他的产物中添加了硫酸，发现他的产物产生了紫色烟雾，这些烟雾凝结成黑色晶体。 他怀疑这些晶体是一种新元素，因此库尔图瓦将样品发给其他化学家来进行调查。 约瑟夫·路易·盖-吕萨克证明了它是一种新元素，也就是今天的碘。 [2]

在 1931年， 弗雷德·艾利森自称用光磁机器发现了85号元素，并将其命名为Alabamine，但他的发现是错误的。 1937年， 拉真达拉·德 自称在矿物质中发现了85号元素，并称其为dakine，但他的发现也是错误的。 Horia Hulubei和Yvette Cauchois通过光谱学于1939年发现85号元素的尝试也未成功。Walter Minder于同年尝试发现由钋的β衰变产生类似碘的元素。 85号元素，今天被称为砹，于1940年由Dale R. Corson，K.R。 Mackenzie和埃米利奥·塞格雷成功合成，他们用α粒子轰击铋来合成砹。 [2]

在 2010年，由核物理学家尤里·奥加涅相领导的团队，包含来自杜布纳联合原子核研究所，橡树岭国家实验室，劳伦斯利佛摩国家实验室和范德堡大学的科学家用钙-48成功轰炸了锫-249原子，形成石田-294。 截至 2019年，这是最新发现的元素。

由于卤素可以和很多金属形成盐类，例如氟化鈣、氯化鈉、溴化銀、碘化鉀等，因此英文卤素（halogen）来源于希腊語halos（盐）和gennan（形成）两个词。在中文裡，卤的原意是盐碱地的意思。所有已发现的卤素英文名称都以ine做结尾。

1811年，德国化学家Johann Schweigger 提议用halogen这个名字—意思是"盐的产生者"，是希腊文 αλς [als] ，意思是盐和 γενειν [genein] ，意思是产生，来代替chlorine这个名字。后者是由汉弗里·戴维提出的。[3] 不过，1826年，瑞典化学家约恩斯·贝尔塞柳斯 把 halogen 这个词的意思改成当与碱金属形成化合物时，会产生盐状物质的氟，氯和碘元素。 [4][5]

所有卤素名称的结尾都有-ine这个后缀。 氟的名字来自拉丁语 fluere，意思是 "流动"，因为它是由矿物萤石衍生而来的，而萤石在金属加工中被用作助焊剂。 氯的名字来自希腊文的 chloros，意为黄绿色。 溴的名字则来自希腊文的 bromos，意思是恶臭。碘的名字来自希腊文iodes，意为紫色。 砹的名字则来自希腊文的 astatos，意为不稳定。[2] 石田的名字来自美国的田纳西州。

卤素在自然界中以化合态广泛存在。以氯的存在范围最广，其餘鹵素按照氟、溴、碘、砈、的顺序减少（砈在自然界中痕量存在，不存在於自然界中）。

在有机化学中，卤族元素经常作为决定有机化合物化学性质的官能团存在。常用X表示。如R-X是含鹵素原子的烴類。

卤素的物理特性和化学特性明显区分于与它对应的烃链的主要原因，在于卤素原子（如F、Cl、Br、I）与碳原子的连接，即C-X的连接，明显不同于烃链C-H连接。

• 由于卤素原子通常具有较大的负电性，所以C-X连接比C-H连接更加电极化，但仍然是共价键。

• 由于卤素原子相较于碳原子，通常体积和质量较大，所以C-X连接的偶极子矩（Dipole Moment）和连接能量（Bonding Energy）远大于C-H，这些导致了C-X的连接力（Bonding strength）远小于C-H连接。

• 卤素原子脆弱的p轨道（Orbital）与碳原子稳定的sp³轨道相连接，这也大大降低了C-X连接的稳定性。

卤素最常见的有机化学反应为亲核性取代反应（nucleophilic substitution）。

通常的化学式如：

Nu:⁻ + R-X → R-Nu + X⁻

“Nu:⁻”在这里代表亲核负离子，离子的亲核性越强，则产率和化学反应的速度越可观。

“X”在这里代表卤素原子，如F、Cl、Br、I，若X⁻所对应的酸（即HX）为强酸，那么产率和反应的速度将非常可观，如果若X⁻所对应的酸为弱酸，则产率和反应的速度均会下降。

从左到右分别是氯、溴和碘 。 在室温下，氯是气体，溴是液体，而碘是固体。氟没有出现在照片中，因为它的反应性太强了，而砹和石田没有出现在照片中的原因是它们的极强放射性。

人们每年大约生产六百万公吨的含氟矿物质萤石。人们每年生产40万吨氢氟酸。氟气由在磷酸生产中作为副产物产生的氢氟酸制得。人们每年生产约15,000公吨的氟气。 [2]

矿物石盐是最常用于开采氯的矿物，但矿物carnallite和钾石盐也可用于开采氯。 每年以电解卤盐水的方法产生的氯有四千万吨。 [2]

每年约生产45万吨溴。 一半的溴来自美国，35% 的溴由以色列生产，剩下的溴大多来自中国。历史上，溴是通过向自然卤盐水中添加硫酸和漂白粉生产的。 然而，在现代，溴是通过电解法生产的，是赫伯特·亨利·道发明的方法。 溴也可以通过使氯穿过海水，然后使空气穿过海水来生产。 [2]

2003年，人们生产了22,000公吨的碘。 智利生产了 40% 的碘，日本生产了 30%，还有较少的量是由俄罗斯和美国生产的。 直到1950年代，人们从海带中提取了碘。 但是，在现代，碘是以其他方式产生的。产生碘的一种方法是将二氧化硫与硝酸盐矿石混合，其中含有一些碘酸盐。 碘也可以从天然气田中提取。 [2]

尽管砹天然存在，它一般由阿尔法粒子轰击铋原子而成。[2]

石田可以由锫-249 和钙-48的核反应制得。

全世界对氟的最大的应用是在核燃料循环中生产六氟化鈾，每年消耗近7000吨氟。首先二氧化铀与氢氟酸反应生成四氟化铀，然后四氟化铀被氟气氟化生成六氟化鈾[12]，可通过气体扩散法或者气体离心法对铀进行浓缩[13][14]。每年大约有6000吨氟用于生产惰性电介质六氟化硫，该物质可以用于高压变压器与断路器，这样就不必在充油设备中使用危险的多氯联苯了[15]。电子产品中会使用一些氟化合物：在化学气相沉积中会使用六氟化钨或六氟化铼，在等离子蚀刻中会使用聚四氟乙烯[16][17][18][14]。此外氟也可用於牙齒護理、製藥及在血液中攜帶氧氣等。

氯可以作为一种較便宜的消毒劑，一般的自来水及游泳池就常采用它来消毒。但由於氯氣的水溶性較差、毒性較大、會放出特殊氣味，且容易产生有致癌風險的三鹵甲烷等有机氯化合物，故中國、美國等國常改用二氧化氯（ClO₂）、氯胺或臭氧等代替氯氣作為水的消毒劑。除了用於消毒，氯氣也是一种重要的化工原料，用於制造盐酸和漂白粉、制造氯代烃。也可以用于制造多种农药、制造氯仿等有机溶剂。此外氯氣還广泛用于造纸、纺织、有机合成、金属冶炼等行业，也有作為化學武器的紀錄。

許多種的有機溴化物在工業上有其應用，其中一部份是由溴製備而來，另一部份則是由溴化氫製備而來。溴化合物在工業上可用於阻燃劑、汽油添加劑、鑽井液和化工原料等，用途十分廣泛。

碘化物的主要用途包括做為催化劑、動物食物添加品、穩定劑、染劑、著色劑、顏料、藥品、清潔衛生（碘酒）、照片與鹵素燈泡等；其他小眾用途為除霧、種雲，和在分析化學中的多種用途。此外其放射性同位素碘-131可用於醫學造影及放射治療。

儘管砈的同位素皆非常不穩定，但砈-211具有核醫學應用。[19]剛製成的砈-211需要馬上使用，因為在7.2小時之後，其總量就會減半。砹-211會釋放α粒子，或經電子捕獲衰變成釋放α粒子的釙-211，所以可用於α粒子靶向治療。[19]

由於只能利用粒子加速器人工合成，且製備極為困難，製備出的量又極少，半衰期又極短，因此沒有任何商業用途，僅用於學術研究。

氟并非人或者其它哺乳动物必须的元素。少量的氟可能对增加骨强度有益，但是该理论尚未确立。由于日常环境中有很多微量氟的来源，氟缺乏的可能性仅能通过人工饮食来实现[20][21]。至於吸入大量的氟氣對人體來說是劇毒的，會刺激眼、皮膚、呼吸道粘膜。

和氟相似，大量的氯氣對人體來說也是劇毒的，可以損害人體全身器官及神經系統。但氯離子是人體必需的礦物質，在人體中為代謝作用很重要的物質，胃中鹽酸的生成和細胞幫浦的功能皆需要氯，飲食中主要的來源是餐桌上的氯化鈉，血液中過低或高濃度的氯為電解質失調的實例，在沒有其他異常的情況下很少發生低氯血症。

溴在人體中還未找到已知的功能，但有機溴化合物的確自然存在。海中的有機物是有機溴化合物的主要來源，例如海藻和骨螺等。溴對人體具有腐蝕性及劇毒，會刺激皮膚及呼吸道粘膜等，且會對神經系統及腸胃道等造成傷害。

碘是人體必需的元素，用以製造甲狀腺素以調控細胞代謝、神經性肌肉組織發展與成長（特別是在出生胎兒的腦部）[22]。碘缺乏症[23]页面存档备份，存于是造成可避免性腦損害疾病最常見的因素，全世界估計有五千萬人深受影響。

砈和沒有生物學功能。雖然照元素週期律鹵素越往下的毒性越小，因此砈和的化學毒性會小於氟、氯、溴、碘，但是由於其極高的放射性可能引發輻射中毒，因此砈和極可能有毒。但由於它們只會出現在受管制的輻射區域，因此絕大多數人不可能攝入砈和。

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