હૅલોજન તત્વો (halogen elements) : આવર્તક કોષ્ટકના 17મા (અગાઉના VII B) સમૂહમાં આવેલા ફ્લોરિન (F), ક્લોરિન (Cl), બ્રોમીન (Br), આયોડિન (I) અને એસ્ટેટાઇન (At) તત્વો. ક્લોરિન ધાતુઓ સાથે સંયોજાઈ લવણો બનાવતું હોવાથી તેના આ ગુણધર્મ પરથી 1811માં જે. એસ. સી. શ્વીગરે ગ્રીક hal (લવણ, salt) અને gen (ઉત્પન્ન કરવું, to produce) પરથી ‘હૅલોજન’ શબ્દ સૌપ્રથમ પ્રયોજ્યો હતો, જે પાછળથી આ પાંચેય તત્વો માટે વપરાતો થયો છે.
દરિયાના પાણીમાં તથા સ્થળ-મંડળ(lithosphere)માં (16 કિમી. ઊંડાઈ સુધીના પૃથ્વીના પોપડામાં) આ તત્વોની સાપેક્ષ વિપુલતા સારણી 1માં આપી છે.
સારણી 1 : હૅલોજન તત્વોની વિપુલતા (ભાગ પ્રતિ દસ લાખ, ppmમાં)
| તત્વ | દરિયાનું પાણી | સ્થળ-મંડલ |
| ફ્લોરિન | 1.4 | 770 |
| ક્લોરિન | 18,980 | 550 |
| બ્રોમીન | 65 | 1.6 |
| આયોડિન | 0.05 | 0.3 |
પૃથ્વીના વાતાવરણમાં પણ એસ્ટેટાઇન સિવાયનાં બધાં હૅલોજનો મળી આવે છે. એસ્ટેટાઇન તેના ટૂંકા આયુષ્યવાળા વિકિરણધર્મી સમસ્થાનિકોને કારણે કુદરતમાં મળી આવતું નથી.
હૅલોજન તત્વો રંગીન હોય છે, કારણ કે તેમના અણુઓ (X2) (X = હૅલોજન) દશ્યપ્રકાશના અવશોષણ દ્વારા બાહ્ય કક્ષામાંના ઇલેક્ટ્રૉનને ઉત્તેજિત કરી ઊંચી ઊર્જા-અવસ્થામાં લઈ જાય છે. નાનું કદ ધરાવતો ફ્લોરિન અણુ (F2) ઊંચી ઊર્જા ધરાવતા જાંબલી પ્રકાશનું અવશોષણ કરી ઝાંખા પીળા રંગનો દેખાય છે, જ્યારે આયોડિનનો મોટો અણુ (I2) ઓછી ઊર્જાવાળા પીળા પ્રકાશનું અવશોષણ કરી જાંબલી રંગનો દેખાય છે. તે જ પ્રમાણે ક્લોરિનનો લીલાશ પડતો પીળો અને બ્રોમીનનો લાલ-બદામી (red-brown) રંગ સમજાવી શકાય.
હૅલોજન તત્વો રાસાયણિક રીતે એકબીજા સાથે ઘણું સામ્ય ધરાવે છે. જોકે કેટલીક બાબતોમાં તેમના ભૌતિક અને રાસાયણિક ગુણધર્મોમાં નિયમિત ક્રમણ (gradation) જોવા મળે છે. આનું કારણ તેમની ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના છે. (બધાં તત્વોની છેલ્લી કક્ષા ns2 np5 સંરચના ધરાવે છે.) હૅલોજન તત્વોના કેટલાક પારમાણ્વિક તથા ભૌતિક ગુણધર્મો સારણી 2માં દર્શાવ્યા છે.
સારણી 2 : હૅલોજન તત્વોના કેટલાક પારમાણ્વિક તથા ભૌતિક ગુણધર્મો
| ગુણધર્મ | F | Cl | Br | I | At |
| પરમાણુક્રમાંક | 9 | 17 | 35 | 53 | 85 |
| સ્થાયી સમસ્થાનિકો | 1 | 2 | 2 | 1 | 0 |
| પરમાણુભાર | 18.9984 | 35.4527 | 79.904 | 126.9045 | (210) |
| ઇલેક્ટ્રૉનીય વિન્યાસ | [He]2s22p5 | [Ne] | [Ar]3d10 | [Kr]4d10 | [Xe]4f14 |
| 3023p5 | 4524p5 | 5s25p5 | 5d106s26p5 | ||
| ઇલેક્ટ્રૉન-બંધુતા (KJ/મોલ) | 332.26 | 348.7 | 324.5 | 295.3 | (270) |
| આયનીકરણ ઊર્જા (KJ/મોલ) | 1680.6 | 1255.7 | 1142.7 | 1008.7 | (926) |
| ગ.બિં. (° સે.) | 219.6 | 101.0 | 7.25 | 113.6 | – |
| ઉ.બિં. (° સે.) | 188.1 | 34.0 | 59.5 | 185.2 | – |
| પ્રવાહીની ઘનતા | 1.536 | 16655 | 3.187 | 3.960 | – |
| (ગ્રા./ઘ. સેમ.) (T° સે.) | ( 188°) | ( 70°) | (0°) | (120°) | – |
| DHfusion KJ/મોલ | 0.51 | 6.41 | 10.57 | 15.52 | – |
| DHvap KJ/મોલ | 6.54 | 20.41 | 29.56 | 41.95 | – |
| 2.866 | 1.395 | 1.087 | 0.615 | ~0.3 |
મુક્ત સ્થિતિમાં હૅલોજન દ્વિપારમાણ્વિક સહસંયોજક સ્વરૂપે અસ્તિત્વ ધરાવે છે; જેમ કે, F2, Cl2, Br2 અને I2 તેમના અણુઓ નબળા વાન ડર વૉલ્સનાં બળોથી જોડાયેલા હોવાથી આ તત્વો બાષ્પશીલ હોય છે. પરમાણુ ક્રમાંક વધવાની સાથે તેમનાં ગલનબિંદુ અને ઉત્કલનબિંદુમાં વધારો થાય છે. આ તત્વો ઊંચી વિદ્યુતઋણતા (electronegativity) ધરાવે છે અને ફ્લોરિનથી આયોડિન તરફ જતાં તે ઘટતી જાય છે.
હૅલોજન તત્વોની ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના ઉમદા (noble) વાયુઓની સરખામણીમાં બાહ્ય કક્ષામાં એક ઇલેક્ટ્રૉન ઓછો ધરાવે છે. આથી તેઓ ઊંચી આયનીકરણ (ionization) ઊર્જા ધરાવે છે, જે ફ્લોરિનથી આયોડિન તરફ જતાં ઘટતી જાય છે.
બધાં હૅલોજનોમાં ક્લોરિન એ સૌથી વધુ પ્રક્રિયાશીલ (reactive) છે અને અનુકૂળ સંજોગોમાં તે આવર્તક કોષ્ટકના He, Ar અને Ne સિવાયના દરેક તત્વ સાથે સંયોજનો બનાવે છે. ઘણી વાર તો પ્રક્રિયા એટલી જોરદાર હોય છે કે તે વિસ્ફોટક બને છે. જોકે Al, Fe, Ni અને Cu જેવી ધાતુઓ પોતાની ઉપર રક્ષણાત્મક ફ્લોરાઇડનું પડ ઉત્પન્ન કરે છે. ફ્લોરિનની પ્રક્રિયાશીલતાનો સૌથી વધુ નોંધપાત્ર દાખલો ઝિનોન (xenon) સાથે સહેલાઈથી સંયોજાઈ સ્ફટિકમય ઝિનોન ફ્લોરાઇડ બનાવવાનો છે. તે પ્રબળ ઉપચાયક તત્ત્વ છે અને જે તત્વ સાથે પ્રક્રિયા કરે તેનામાં ઊંચી ઉપચાયક અવસ્થા ઉત્પન્ન કરે છે. દા. ત., IF7, P + F6, PuF6, BiF5, TbF4, CmF4, KAgIII F4 અને AgF2.
હૅલોજન તત્વો ઊંચી વિદ્યુતઋણતા ધરાવતા હોવાથી જ્યારે તેઓ ધાતુઓ સાથે સંયોજાય ત્યારે વિદ્યુતઋણતાના મોટા તફાવતને લીધે તેઓ આયનિક બંધો બનાવે છે. બધાં હૅલોજનોમાં ફ્લોરિન સૌથી વધુ વિદ્યુતઋણતા ધરાવતું તત્વ હોવાથી તે ફક્ત –1 ઉપચયન અવસ્થા ધરાવે છે. ક્લોરિન, બ્રોમીન અને આયોડિન –1, +1, +3, +5 અને +7 ઉપચયન અવસ્થા ધરાવી શકે છે. જે દર્શાવે છે કે ઉત્તેજિત સ્થિતિમાં 1, 3, 5 અથવા 7 ઇલેક્ટ્રૉન રાસાયણિક બંધ બનાવવા માટે ઉપલબ્ધ હોય છે. આ ત્રણ તત્ત્વોના પરમાણુઓના બાહ્ય કવચની ધરાસ્થિતિ (ground state) અને ઉત્તેજિત સ્થિતિમાંની ઇલેક્ટ્રૉનીય સંરચના નીચે મુજબ દર્શાવી શકાય :
ધરાસ્થિતિમાં હૅલોજન એક જ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે અથવા ઋણાયન ઉત્પન્ન કરે છે. પ્રથમ ઉત્તેજિત અવસ્થામાં ત્રણ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન હોવાથી તે અષ્ટક પૂર્ણ કરવા ત્રણ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે. તે પછીની વધુ ઉત્તેજિત અવસ્થામાં પાંચ અયુગ્મિત ઇલેક્ટ્રૉન હોવાથી પાંચ સહસંયોજક બંધ જ્યારે છેલ્લી વધુ ઉત્તેજિત અવસ્થામાં તે સાત સહસંયોજક બંધ બનાવી શકે છે. ક્લોરિન, બ્રોમીન અને આયોડિનની ઊંચી ઉપચયન સ્થિતિ આંતર હૅલોજન (inter halogen) સંયોજનોમાં તથા ઑક્સાઇડ અને ઑક્સિ-ઍસિડ સંયોજનોમાં જોવા મળે છે. ક્લોરિન અને બ્રોમીનના ઑક્સાઇડ અને ઑક્સિ-ઍસિડ સંયોજનોમાં તેમની +4 અને +6 ઉપચયન અવસ્થા પણ જોવા મળે છે.
બધાં હૅલોજન તત્વો ઉપચયનકર્તા ગુણધર્મ ધરાવે છે, જે ક્લોરિનથી આયોડિન તરફ જતાં ઘટતો જાય છે. આથી વિરુદ્ધ હૅલોજન ઍસિડ(HX)નો અપચયનકર્તા ગુણધર્મ HFથી HI તરફ જતાં વધે છે.
બધાં હૅલોજન તત્વો હાઇડ્રોજન સાથે સંયોજાઈ હૅલોજન ઍસિડ બનાવે છે, પણ ફ્લોરિનથી આયોડિન તરફ જતાં બે તત્વો (H અને X) વચ્ચેનું આકર્ષણ ઘટતું જાય છે. ફ્લોરિનનું હાઇડ્રોજન પ્રત્યેનું આકર્ષણ એટલું બધું પ્રબળ હોય છે કે તે પાણી અને હાઇડ્રૉકાર્બન સંયોજનો સાથે અંધારામાં પણ તીવ્રતાથી સંયોજાય છે. ક્લોરિન સૂર્યપ્રકાશની હાજરીમાં સંયોજાય છે. બ્રોમીન તાપમાન વધારતાં જ્યારે આયોડિન ઉદ્દીપકની હાજરીમાં ગરમ કરવાથી સંયોજાય છે.
હૅલોજનની હેલાઇડ સંયોજનો સાથેની પ્રક્રિયાની દૃષ્ટિએ જોવામાં આવે તો ફ્લોરિન એ ક્લોરાઇડ, બ્રોમાઇડ અને આયોડાઇડનું વિઘટન કરી અનુક્રમે ક્લોરિન, બ્રોમીન અને આયોડિન મુક્ત કરે છે. ક્લોરિન બ્રૉમાઇડ અને આયોડાઇડનું વિઘટન કરે છે. બ્રોમીન આયોડાઇડનું વિઘટન કરી શકે છે, જ્યારે આયોડિન એક પણ હેલાઇડ ક્ષારનું વિઘટન કરી શકતું નથી.
આવર્તક કોષ્ટકની પ્રથમ હારનાં તત્વોની જેમ ફ્લોરિનના ગુણધર્મો પણ (હૅલોજન) સમૂહનાં બીજાં તત્વોથી કેટલીક વિસંગતતા ધરાવે છે. HCl, HBr અને HI જેવાં હૅલોજન ઍસિડનું પાણીમાં સંપૂર્ણ આયનીકરણ થાય છે અને તેઓ પ્રબળ ઍસિડ તરીકે વર્તે છે. HFનો આયનીકરણ અચળાંક ઘણો નીચો છે. તેથી તે નિર્બળ ઍસિડ છે. આનું કારણ અત્યંત મજબૂત H–F બંધ છે. HFમાંના હાઇડ્રોજન બંધને કારણે હૅલોજનના હાઇડ્રોજન ઍસિડોમાં HFનું ઉત્કલનબિંદુ સૌથી ઊંચું છે (HF = 19.5° સે.; HCl = –85° સે.; HBr = –67° સે.; HI = –36° સે.).
ફ્લોરાઇડ સિવાયના અન્ય સિલ્વર હેલાઇડ લવણો પાણીમાં અદ્રાવ્ય હોય છે, જ્યારે કૅલ્શિયમના ફ્લોરાઇડ સિવાયના હેલાઇડ લવણો પાણીમાં દ્રાવ્ય હોય છે. (વધુ માટે જુઓ જે તે હૅલોજન તત્વ.)
ચિત્રા સુરેન્દ્ર દેસાઈ