할로젠

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원시 원소붕괴로 생성된 원소 인공 원소

할로젠(Halogen, )은 플루오린 (F), 염소 (Cl), 브로민 (Br), 아이오딘 (I), 방사성 원소인 아스타틴 (At)과 테네신 (Ts)의 6가지 화학적으로 서로 관련된 원소로 구성된 주기율표의 족이다. 하지만 일부 저자는Fricke, Burkhard [2007.12.??] Superheavy elements a prediction of their chemical and physical properties PDF | "Element 117" | www.researchgate.net | Retrieved - 2023.08.13 (20:58:??) -- yyyy.mm.dd (hh:mm:ss) 테네신의 화학적 특성이 알려져 있지 않고 이론적으로 갈륨의 특성과 더 유사할 것으로 예상되기 때문에 테네신을 할로젠에서 제외하기도 한다. 현대 IUPAC 명명법에서 이 족은 17족으로 알려져 있다.

"할로젠"이라는 단어는 "소금 생성자" 또는 "소금 제조자"를 의미한다. 할로젠이 금속과 반응하면 플루오린화 칼슘, 염화 나트륨 (일반적인 식탁용 소금), 브로민화 은, 아이오딘화 칼륨을 포함한 다양한 염을 생성한다.

할로젠족은 표준 온도 압력에서 세 가지 주요 물질 상태의 원소를 모두 포함하는 유일한 주기율표 족이다. 그러나 실온보다 약간 높은 온도에서는 백린을 표준 상태로 간주할 경우 1족과 15족에서도 동일한 현상이 발생한다.이것은 12족에서도 해당될 수 있지만, 코페르니슘의 녹는점과 끓는점은 아직 불확실하다. 모든 할로젠은 수소와 결합할 때 산을 형성한다. 대부분의 할로젠은 일반적으로 광물이나 염에서 생산된다. 중간 할로젠인 염소, 브로민, 아이오딘은 종종 소독제로 사용된다. 유기브로민 화합물은 가장 중요한 난연제 계열인 반면, 원소 할로젠은 위험하고 유독할 수 있다.

 역사 
플루오린 광물인 형석은 1529년에 이미 알려져 있었다. 초기의 화학자는 플루오린 화합물이 미발견 원소를 포함하고 있다는 것을 깨달았지만, 이를 분리할 수 없었다. 1869년 영국의 화학자 조지 고어는 플루오린화 수소산에 전류를 흘려 플루오린을 생성했을 가능성이 높지만, 당시에는 그의 결과를 증명할 수 없었다. 1886년 파리의 화학자 앙리 무아상은 무수 플루오린화 수소에 녹인 플루오린화 칼륨을 전기 분해하여 플루오린을 성공적으로 분리했다.

염산은 연금술사와 초기 화학자에게 알려져 있었다. 그러나 원소 염소는 1774년 칼 빌헬름 셸레가 염산을 이산화 망가니즈와 함께 가열할 때여야 비로서 독립적으로 생산되기 시작했다. 셸레는 이 원소를 "탈플로지스톤화된 염산"이라고 불렀으며, 염소는 33년 동안 그렇게 알려졌다. 1807년 험프리 데이비는 염소를 연구하여 그것이 실제 원소임을 발견했다. 염소 가스는 제1차 세계 대전 중에 독가스로 사용되었다. 오염된 지역의 산소를 대체하고 일반 산소화된 공기를 유독한 염소 가스로 대체했다. 이 가스는 외부 및 내부, 특히 폐에서 인체 조직을 태워 오염 수준에 따라 호흡을 어렵게 하거나 불가능하게 만들었다.

브로민은 1820년대 앙투안 제롬 발라르가 발견했다. 발라르는 고염수 샘플에 염소 가스를 통과시켜 브로민을 발견했다. 그는 원래 이 새로운 원소에 "무리드"라는 이름을 제안했지만, 프랑스 과학 아카데미는 이 원소의 이름을 브로민으로 변경했다.

아이오딘은 베르나르 쿠르투아가 발견했다. 그는 초석 제조 공정의 일부로 바닷말 재를 사용하고 있었다. 쿠르투아는 일반적으로 바닷말 재를 물과 함께 끓여 염화 칼륨을 생성했다. 그러나 1811년 쿠르투아는 공정에 황산을 추가했고, 그의 공정이 검은색 결정으로 응축되는 자주색 연기를 생성한다는 것을 발견했다. 이 결정들이 새로운 원소라고 의심한 쿠르투아는 조사용 샘플을 다른 화학자에게 보냈다. 아이오딘은 조제프 루이 게이뤼삭이 새로운 원소임을 증명했다.

1931년 프레드 앨리슨은 자기광학 효과 기계를 이용해 85번 원소를 발견했다고 주장하며 알라바민(Alabamine)이라고 명명했지만, 이는 착오였다. 1937년 라젠드랄랄 데는 광물에서 85번 원소를 발견했다고 주장하며 다킨(dakine)이라고 불렀지만, 그 역시 착오였다. 1939년 호리아 훌루베이와 이베트 코슈아가 분광학을 통해 85번 원소를 발견하려는 시도도 실패했으며, 같은 해 월터 민더가 폴로늄의 베타 붕괴로 인해 아이오딘과 유사한 원소를 발견했지만 이 또한 실패했다. 현재 아스타틴으로 명명된 85번 원소는 1940년 데일 R. 코슨, K. R. 매켄지, 에밀리오 지노 세그레가 비스무트에 알파 입자를 충돌시켜 성공적으로 생산했다.

2010년, 유리 오가네샨 핵물리학자가 이끄는 연구진은 JINR, 오크리지 국립연구소, 로렌스 리버모어 국립연구소, 밴더빌트 대학교의 과학자와 함께 버클륨-249 원자에 칼슘-48 원자를 성공적으로 충돌시켜 테네신을 만들었다.

 어원 
1811년 독일 화학자 요한 슈바이거는 "소금 생성자"를 의미하는 "할로젠"이라는 이름(그리스어 αλς [hals] "소금"과 γενειν [genein] "낳다"에서 유래)을, 영국의 화학자 험프리 데이비가 제안한 "염소"라는 이름을 대체할 것을 제안했다.  On p. 251, Schweigger proposed the word "halogen":  "Man sage dafür lieber mit richter Wortbildung Halogen (da schon in der Mineralogie durch Werner's Halit-Geschlecht dieses Wort nicht fremd ist) von αλς Salz und dem alten γενειν (dorisch γενεν) zeugen." (One should say instead, with proper morphology, "halogen" (this word is not strange since [it's] already in mineralogy via Werner's "halite" species) from αλς [als] "salt" and the old γενειν [genein] (Doric γενεν) "to beget".) 그러나 데이비가 제안한 원소의 이름이 우세했다. 그러나 1826년 스웨덴의 화학자 옌스 야코브 베르셀리우스 남작은 플루오린, 염소, 아이오딘 원소에 대해 "할로젠"이라는 용어를 제안했는데, 이 원소가 알칼리 금속과 화합물을 형성할 때 바다 소금과 같은 물질을 생성하기 때문이다.In 1826, Berzelius coined the terms Saltbildare (salt-formers) and Corpora Halogenia (salt-making substances) for the elements chlorine, iodine, and fluorine.  See:   From p. 187: "De förre af dessa, d. ä. de electronegativa, dela sig i tre klasser: 1) den första innehåller kroppar, som förenade med de electropositiva, omedelbart frambringa salter, hvilka jag derför kallar Saltbildare (Corpora Halogenia). Desse utgöras af chlor, iod och fluor *)." (The first of them [i.e., elements], the electronegative [ones], are divided into three classes:  1) The first includes substances which, [when] united with electropositive [elements], immediately produce salts, and which I therefore name "salt-formers" (salt-producing substances).  These are chlorine, iodine, and fluorine *).)The word "halogen" appeared in English as early as 1832 (or earlier).  See, for example: Berzelius, J.J. with A.D. Bache, trans., (1832) "An essay on chemical nomenclature, prefixed to the treatise on chemistry," The American Journal of Science and Arts, 22: 248–276 ; see, for example p. 263.

이 원소의 영어 이름은 모두 '-ine'으로 끝난다. 플루오린의 이름은 "흐르다"를 의미하는 라틴어 "fluere"에서 유래했으며, 이는 금속 가공에서 플럭스로 사용되었던 형석 광물에서 파생되었기 때문이다. 염소의 이름은 "녹황색"을 의미하는 그리스어 "chloros"에서 유래했다. 브로민의 이름은 "악취"를 의미하는 그리스어 "bromos"에서 유래했다. 아이오딘의 이름은 "보라색"을 의미하는 그리스어 "iodes"에서 유래했다. 아스타틴의 이름은 "불안정한"을 의미하는 그리스어 "astatos"에서 유래했다. 테네신은 합성된 미국의 테네시주의 이름을 따서 명명되었다.

 특성 

 화학 
플루오린, 염소, 브로민, 아이오딘은 비금속이다. 가장 무거운 17족 원소인 아스타틴과 테네신의 화학적 특성은 아직 확정적으로 조사되지 않았다. 할로젠은 주기율표 열의 위에서 아래로 갈수록 화학 결합 에너지가 늘어나는 경향을 보이며 플루오린은 약간 벗어난다. 다른 원자와의 화합물에서 가장 높은 결합 에너지를 가지는 경향을 따르지만, 이원자 F2 분자 내에서는 매우 약한 결합을 가진다. 이는 주기율표에서 17족 아래로 내려갈수록 원자의 크기가 증가하기 때문에 원소의 반응성이 감소함을 의미한다.Page 43, Edexcel International GCSE chemistry revision guide, Curtis 2011

 할로젠 결합 에너지 (kJ/mol) X X2 HX BX3 AlX3 CX4 F 159 574 645 582 456 Cl243428444427327 Br193363368360272 I151294272285239

할로젠은 반응성이 매우 높아 충분한 양에서는 생물에 해롭거나 치명적일 수 있다. 이러한 높은 반응성은 높은 유효 핵전하로 인한 원자의 높은 전기 음성도 때문이다. 할로젠은 최외각 에너지 준위에 7개의 원자가 전자를 가지고 있기 때문에 다른 원소의 원자와 반응하여 전자를 얻음으로써 옥텟 규칙을 만족시킬 수 있다. 플루오린은 모든 원소 중 가장 반응성이 높다. 산소보다 전기 음성도가 높은 유일한 원소이며, 유리와 같이 불활성인 물질도 공격하고, 일반적으로 불활성인 비활성 기체와도 화합물을 형성한다. 이는 부식성이 있고 매우 유독한 가스이다. 플루오린의 반응성은 실험실 유리 제품에서 사용하거나 보관할 경우 소량의 물이 있을 때 유리와 반응하여 사플루오린화 규소 (SiF4)를 형성할 수 있다. 따라서 플루오린은 테플론 (그 자체로 유기플루오린 화합물)과 같은 물질, 극도로 건조한 유리, 또는 표면에 보호 플루오린층을 형성하는 구리나 강철과 같은 금속과 함께 취급해야 한다.

플루오린의 높은 반응성으로 인해 특히 탄소와의 가장 강력한 결합이 가능하다. 예를 들어, 테플론은 플루오린과 탄소가 결합한 것으로, 열 및 화학적 공격에 매우 강하며 높은 녹는점을 가지고 있다.

 분자 

 이원자 할로젠 분자 
안정한 할로젠은 동핵 이원자 분자를 형성한다. 비교적 약한 분자간 힘 때문에 염소와 플루오린은 "원소 기체"로 알려진 계열을 형성한다.

 할로젠  분자  구조  모형  d(X−X) / pm(기체상)  d(X−X) / pm(고체상) 플루오린  F2  class=skin-invert|45px  45px  143  149 염소  Cl2  class=skin-invert|70px  63px  199  198 브로민  Br2  class=skin-invert|80px  72px  228  227 아이오딘  I2  class=skin-invert|70px  84px  266  272

원자 번호가 증가할수록 원소의 반응성은 감소하고 녹는점은 높아진다. 녹는점이 높아지는 것은 더 많은 전자로 인해 더 강한 런던 분산력이 발생하기 때문이다.

 화합물 

 할로젠화 수소 

모든 할로젠은 수소와 반응하여 할로젠화 수소를 형성하는 것으로 관찰되었다. 플루오린, 염소, 브로민의 경우 이 반응은 다음 형식으로 진행된다.

 H2 + X2 → 2HX

그러나 아이오딘화 수소와 아스타틴화 수소는 다시 구성 원소로 분리될 수 있다.

수소-할로젠 반응은 더 무거운 할로젠으로 갈수록 점차 반응성이 낮아진다. 플루오린-수소 반응은 어둡고 차가운 곳에서도 폭발적이다. 염소-수소 반응 또한 폭발적이지만, 빛과 열이 있는 경우에만 그렇다. 브로민-수소 반응은 훨씬 덜 폭발적이며, 불꽃에 노출될 때만 폭발적이다. 아이오딘과 아스타틴은 수소와 부분적으로만 반응하여 평형을 이룬다.

모든 할로젠은 수소와 함께 플루오린화 수소 (HF), 염화 수소 (HCl), 브로민화 수소 (HBr), 아이오딘화 수소 (HI), 아스타틴화 수소 (HAt)로 알려진 이진 화합물을 형성한다. 이 모든 화합물은 물과 섞이면 산을 형성한다. 플루오린화 수소는 수소 결합을 형성하는 유일한 할로젠화 수소이다. 염산, 브로민화수소산, 아이오딘화수소산, 하이드로아스타틴산은 모두 강산이지만, 플루오린화 수소산은 약산이다.

모든 할로젠화 수소는 자극성 물질이다. 플루오린화 수소와 염화 수소는 매우 산성이다. 플루오린화 수소는 산업용 화학 물질로 사용되며, 매우 유독하여 폐부종을 유발하고 세포를 손상시킨다. 염화 수소 또한 위험한 화학 물질이다. 염화 수소 농도가 50ppm 이상인 가스를 흡입하면 인체에 사망을 초래할 수 있다. 브로민화 수소는 염화 수소보다 훨씬 더 유독하고 자극적이다. 브로민화 수소 농도가 30 ppm 이상인 가스를 흡입하면 인체에 치명적일 수 있다. 아이오딘화 수소는 다른 할로젠화 수소와 마찬가지로 유독하다.

 금속 할로젠화물 

모든 할로젠은 나트륨과 반응하여 플루오린화 나트륨, 염화 나트륨, 브로민화 나트륨, 아이오딘화 나트륨, 아스타틴화 나트륨을 형성하는 것으로 알려져 있다. 가열된 나트륨과 할로젠의 반응은 밝은 주황색 불꽃을 생성한다. 나트륨과 염소의 반응은 다음 형식으로 진행된다.



철은 플루오린, 염소, 브로민과 반응하여 철(III) 할로젠화물을 형성한다. 이 반응은 다음 형식으로 진행된다.



그러나 철이 아이오딘과 반응할 때는 오직 아이오딘화 철(II)만 형성한다.



철강은 저온에서도 플루오린과 빠르게 반응하여 흰색 화합물인 플루오린화 철(III)을 형성할 수 있다. 염소가 가열된 철과 접촉하면 반응하여 검은색 염화 철(III)을 형성한다. 그러나 반응 조건이 습하면 이 반응은 대신 적갈색의 생성물을 낳는다. 철은 또한 브로민과 반응하여 브로민화 철(III)을 형성할 수 있다. 이 화합물은 건조한 조건에서 적갈색이다. 철과 브로민의 반응은 플루오린 또는 염소와의 반응보다 반응성이 낮다. 또한 뜨거운 철 아이오딘과 반응할 수 있지만, 아이오딘화 철(II)을 형성한다. 이 화합물은 회색일 수 있지만, 반응은 항상 과량의 아이오딘으로 오염되므로 확실히 알려져 있지 않다. 철과 아이오딘의 반응은 더 가벼운 할로젠과의 반응보다 덜 격렬하다.

 인터할로젠 화합물 

인터할로젠 화합물은 X와 Y가 할로젠이고 n이 1, 3, 5, 또는 7인 XYn 형태이다. 인터할로젠 화합물은 최대 두 개의 다른 할로젠을 포함한다. 와 같은 큰 인터할로젠은 순수 할로젠과 와 같은 작은 인터할로젠의 반응으로 생성될 수 있다. 를 제외한 모든 인터할로젠은 다양한 조건에서 순수 할로젠을 직접 결합하여 생성될 수 있다.

인터할로젠은 일반적으로 F2를 제외한 모든 이원자 할로젠 분자보다 반응성이 높다. 왜냐하면 인터할로젠 결합이 더 약하기 때문이다. 그러나 인터할로젠의 화학적 특성은 여전히 이원자 할로젠과 거의 동일하다. 많은 인터할로젠은 하나 이상의 플루오린 원자가 더 무거운 할로젠과 결합하여 구성된다. 염소와 브로민은 최대 5개의 플루오린 원자와 결합할 수 있으며, 아이오딘은 최대 7개의 플루오린 원자와 결합할 수 있다. 대부분의 인터할로젠 화합물은 공유 결합 기체이다. 그러나 BrF3와 같은 일부 인터할로젠은 액체이며, 많은 아이오딘 함유 인터할로젠은 고체이다.

 유기 할로젠 화합물 
플라스틱 중합체와 같은 많은 합성 유기 화합물과 소수의 천연 화합물에는 할로젠 원자가 포함되어 있으며, 이를 할로젠화 화합물 또는 유기 할로젠화물이라고 한다. 염소는 바닷물에 가장 풍부한 할로젠이며, 인간에게 비교적 많은 양(염화 이온 형태)이 필요한 유일한 할로젠이다. 예를 들어, 염화 이온은 억제성 전달 물질인 GABA의 작용을 중재함으로써 뇌 기능에 중요한 역할을 하며, 신체는 이를 이용하여 위산을 생성하기도 한다. 아이오딘은 티록신과 같은 갑상샘 호르몬 생산에 미량으로 필요하다. 유기 할로젠은 또한 친핵성 추상 반응을 통해 합성된다.

 폴리할로젠화 화합물 
폴리할로젠화 화합물은 여러 할로젠으로 치환된 산업적으로 생성된 화합물이다. 이들 중 다수는 매우 유독하며 인체에 생체 축적되고, 매우 광범위한 응용 범위를 가진다. 이에는 PCB, PBDE, 과불화화합물 (PFC) 및 기타 수많은 화합물이 포함된다.

 반응 

 물과의 반응 
플루오린은 물과 격렬하게 반응하여 산소 (O2)와 플루오린화 수소 (HF)를 생성한다.



염소는 상온 (21°C)에서 물 1kg당 약 7.1g Cl2의 최대 용해도를 가진다. 용해된 염소는 염산 (HCl)과 하이포아염소산을 형성하며, 이 용액은 소독제나 표백제로 사용될 수 있다.



브로민은 물 100g당 3.41g의 용해도를 가지지만, 천천히 반응하여 브로민화 수소 (HBr)와 하이포아브롬산 (HBrO)을 형성한다.



그러나 아이오딘은 물에 최소한으로 용해되며 (20°C에서 물 100g당 0.03g) 물과 반응하지 않는다. 하지만 아이오딘화 칼륨 (KI)을 첨가하는 것과 같이 삼아이오딘화물 이온이 형성되기 때문에 아이오딘화 이온이 존재하면 아이오딘은 수용액을 형성한다.

 물리적 및 원자적 성질 
아래 표는 할로젠의 주요 물리적 및 원자적 특성을 요약한 것이다. 물음표로 표시된 데이터는 불확실하거나 관측보다는 주기적 성질에 부분적으로 기반한 추정치이다.

할로젠표준 원자 질량(Da)녹는점(K)녹는점(°C)끓는점(K)끓는점(°C)밀도(g/cm3 at 25 °C)전기 음성도(폴링)첫 이온화 에너지(kJ·mol−1)  공유 반지름(pm) 플루오린  18.9984032(5)  53.53  −219.62  85.03  −188.12  0.0017  3.98  1681.0  71 염소  [35.446; 35.457]  171.6  −101.5  239.11  −34.04  0.0032  3.16  1251.2  99 브로민  79.904(1)  265.8  −7.3  332.0  58.8  3.1028  2.96  1139.9  114 아이오딘  126.90447(3)  386.85  113.7  457.4  184.3  4.933  2.66  1008.4  133 아스타틴  [210]  575  302  ? 610  ? 337  ? 6.2–6.5  2.2  899.0  ? 145 테네신  [294]  ? 623-823  ? 350-550  ? 883  ? 610  ? 7.1-7.3  -  ? 743  ? 157

Z  원소  껍질당 전자 9  플루오린  2, 7 17  염소 2, 8, 7 35  브로민  2, 8, 18, 7 53  아이오딘  2, 8, 18, 18, 7 85  아스타틴  2, 8, 18, 32, 18, 7 117  테네신  2, 8, 18, 32, 32, 18, 7 (예측)
섬네일|366x366px|다양한 압력에서 할로젠의 끓는점 또는 승화 온도 의존성. 세로 막대는 녹는점을 나타낸다.
+다양한 압력에서 할로젠의 승화점 또는 끓는점 (°C)Tmelt (оС) −100.7 −7.3112.9log(P[Pa])mmHgCl2Br2I22.124903021 −118 −48.738.72.823873025 −106.7 −32.862.23.1249030210 −101.6 −2573.23.4259330220 −93.3 −16.884.73.7269630140 −84.5 −897.53.9030542760 −79 −0.6105.44.12490302100 −71.79.3116.54.42593302200 −60.224.3137.34.72696301400 −47.341159.85.00571661760 −33.858.2183log(P[Pa])atmCl2Br2I25.005716611 −33.858.21835.306746612 −16.978.85.70468662510.3110.36.005716611035.6139.86.3067466120651746.482837873084.81976.607776640101.62156.7046866250115.22306.7838678660127.1243.5

 동위 원소 
플루오린은 하나의 안정하고 자연적으로 발생하는 동위 원소인 플루오린-19를 가지고 있다. 그러나 자연에는 프로트악티늄-231의 뭉치 붕괴를 통해 발생하는 방사성 동위 원소 플루오린-23이 미량 존재한다. 총 18개의 플루오린 동위 원소가 발견되었으며, 원자 질량은 13에서 31까지 다양하다.

염소는 두 개의 안정하고 자연적으로 발생하는 동위 원소인 염소-35와 염소-37을 가지고 있다. 그러나 자연에는 아르곤-36의 파쇄를 통해 발생하는 동위 원소 염소-36이 미량 존재한다. 총 24개의 염소 동위 원소가 발견되었으며, 원자 질량은 28에서 51까지 다양하다.

브로민에는 두 개의 안정하고 자연적으로 발생하는 동위 원소인 브로민-79와 브로민-81이 있다. 총 33개의 브로민 동위 원소가 발견되었으며, 원자 질량은 66에서 98까지 다양하다.

아이오딘에는 하나의 안정하고 자연적으로 발생하는 동위 원소인 아이오딘-127이 있다. 그러나 자연에는 광석의 우라늄 방사성 붕괴 및 파쇄를 통해 발생하는 방사성 동위 원소 아이오딘-129가 미량 존재한다. 여러 다른 방사성 아이오딘 동위 원소도 우라늄 붕괴를 통해 자연적으로 생성되었다. 총 38개의 아이오딘 동위 원소가 발견되었으며, 원자 질량은 108에서 145까지 다양하다.

아스타틴 동위 원소는 안정적인 것이 없다. 그러나 우라늄, 넵투늄, 플루토늄의 방사성 붕괴를 통해 생성되는 4개의 자연 발생 방사성 아스타틴 동위 원소가 있다. 이 동위 원소들은 아스타틴-215, 아스타틴-217, 아스타틴-218, 아스타틴-219이다. 총 31개의 아스타틴 동위 원소가 발견되었으며, 원자 질량은 191에서 227까지 다양하다.

테네신 동위 원소는 안정적인 것이 없다. 테네신은 오직 두 개의 알려진 인공 방사성 동위 원소인 테네신-293과 테네신-294를 가지고 있다.

 생산 
섬네일|upright=1.5|right|왼쪽부터 오른쪽으로: 실온의 염소, 브로민, 아이오딘. 염소는 기체이고, 브로민은 액체이며, 아이오딘은 고체이다. 플루오린은 높은 반응성 때문에, 아스타틴과 테네신은 방사능 때문에 사진에 포함될 수 없다.

매년 약 6백만 톤의 플루오린 광물인 형석이 생산된다. 매년 40만 톤의 플루오린화 수소산이 제조된다. 플루오린 기체는 인산 제조의 부산물로 생산되는 플루오린화 수소산에서 만들어진다. 매년 약 15,000톤의 플루오린 가스가 생산된다.

암염은 염소를 위해 가장 흔히 채굴되는 광물이지만, 카르날라이트와 실바이트 광물도 염소를 위해 채굴된다. 매년 4천만 톤의 염소가 고염수의 전기 분해를 통해 생산된다.

매년 약 45만 톤의 브로민이 생산된다. 생산되는 모든 브로민의 50%는 미국에서, 35%는 이스라엘에서 생산되며, 나머지는 대부분 중국에서 생산된다. 역사적으로 브로민은 황산과 표백 분말을 천연 염수에 첨가하여 생산되었다. 그러나 현대에는 허버트 다우가 발명한 전기 분해 방식으로 브로민이 생산된다. 염소를 해수에 통과시킨 다음 공기를 해수에 통과시키는 방법으로도 브로민을 생산할 수 있다.

2003년에는 22,000톤의 아이오딘이 생산되었다. 칠레는 모든 아이오딘 생산량의 40%를 생산하고, 일본은 30%를 생산하며, 러시아와 미국에서도 소량이 생산된다. 1950년대까지 아이오딘은 다시마에서 추출되었다. 그러나 현대에는 다른 방법으로 아이오딘이 생산된다. 아이오딘이 생산되는 한 가지 방법은 이산화 황을 일부 아이오딘산염을 포함하는 질산염 광석과 혼합하는 것이다. 아이오딘은 또한 천연가스 매장지에서도 추출된다.

아스타틴은 자연적으로 발생하지만, 일반적으로 비스무트에 알파 입자를 충돌시켜 생산된다.

테네신은 사이클로트론을 사용하여 버클륨-249와 칼슘-48을 융합하여 테네신-293과 테네신-294를 생성한다.

 응용 분야 

 소독제 
염소와 브로민은 음용수, 수영장, 신선한 상처, 스파, 식기, 표면의 소독제로 사용된다. 이들은 멸균이라는 과정을 통해 세균 및 기타 잠재적으로 해로운 미생물을 죽인다. 이들의 반응성은 표백에도 활용된다. 염소에서 생산되는 하이포아염소산 나트륨은 대부분의 옷감 표백제의 활성 성분이며, 염소 유래 표백제는 일부 종이 제품 생산에 사용된다.

 조명 
할로젠등은 텅스텐 필라멘트를 사용하는 백열등의 일종으로, 전구에 아이오딘이나 브로민과 같은 소량의 할로젠이 첨가된다. 이는 동일한 와트에서 비할로젠 백열 전구보다 훨씬 작은 램프를 생산할 수 있게 만든다. 이 가스는 필라멘트의 얇아짐과 전구 내부의 검게 변색되는 것을 줄여 전구의 수명을 훨씬 길게 한다. 할로젠 램프는 다른 백열 전구보다 더 높은 온도(2800~3400 켈빈)에서 더 하얀색으로 빛난다. 그러나 이로 인해 전구는 실리카 유리 대신 석영유리로 제조되어 파손을 줄여야 한다.

 약물 성분 
약물 발견에서, 주도적인 약물 후보에 할로젠 원자를 통합하면 일반적으로 더 친유성이고 수용성이 낮은 유사체를 얻을 수 있다. 결과적으로 할로젠 원자는 지질막 및 조직을 통한 침투를 개선하는 데 사용된다. 일부 할로젠화 약물이 지방 조직에 축적되는 경향이 있는 이유도 이 때문이다.

할로젠 원자의 화학적 반응성은 주도체에 결합되는 위치와 할로젠의 종류 모두에 따라 달라진다. 방향족 할로젠 계열은 지방족 할로젠 그룹보다 훨씬 덜 반응적이며, 지방족 할로젠 계열은 상당한 화학적 반응성을 나타낼 수 있다. 지방족 탄소-할로젠 결합의 경우 C-F 결합이 가장 강하며 일반적으로 지방족 C-H 결합보다 화학적으로 덜 반응적이다. 다른 지방족-할로젠 결합은 더 약하며, 주기율표 아래로 갈수록 반응성이 증가한다. 이들은 일반적으로 지방족 C-H 결합보다 화학적으로 더 반응적이다. 결과적으로 가장 흔한 할로젠 치환은 덜 반응적인 방향족 플루오린 및 염소 그룹이다.

 생물학적 역할 
플루오린화물 음이온은 유기체의 상아질, 뼈, 치아, 혈액, 알, 소변, 머리카락에서 발견된다. 아주 소량의 플루오린화물 음이온은 인간에게 필수적일 수 있다. 인간 혈액 1리터당 0.5밀리그램의 플루오린이 있다. 인간 뼈는 0.2~1.2%의 플루오린을 포함한다. 인간 조직은 약 50억분의 1의 플루오린을 포함한다. 일반적인 70킬로그램의 인간은 3~6그램의 플루오린을 포함한다.

염화물 음이온은 인간을 포함한 많은 종에게 필수적이다. 시리얼의 건조 중량 중 염소 농도는 10~20 ppm인 반면, 감자의 염화물 농도는 0.5%이다. 흙 속 염화물 수준이 2 ppm 미만으로 떨어지면 식물 성장에 부정적인 영향을 미친다. 인간 혈액은 평균 0.3%의 염소를 포함한다. 인간 뼈는 일반적으로 900 ppm의 염소를 포함한다. 인간 조직은 약 0.2~0.5%의 염소를 포함한다. 일반적인 70킬로그램의 인간에는 총 95그램의 염소가 있다.

브로민화물 음이온 형태의 브로민은 모든 유기체에 존재한다. 인간에게 브로민의 생물학적 역할은 아직 입증되지 않았지만, 일부 유기체는 유기브로민 화합물을 포함하고 있다. 인간은 일반적으로 하루에 1~20밀리그램의 브로민을 섭취한다. 인간 혈액에는 일반적으로 5 ppm의 브로민이, 인간 뼈에는 7 ppm의 브로민이, 인간 조직에는 7 ppm의 브로민이 존재한다. 일반적인 70 kg의 인간은 260밀리그램의 브로민을 포함한다.

인간은 일반적으로 하루에 100마이크로그램 미만의 아이오딘을 섭취한다. 아이오딘 결핍은 지적 장애를 유발할 수 있다. 유기아이오딘 화합물은 인간의 일부 샘, 특히 갑상샘뿐만 아니라 위, 표피, 면역계에서도 발견된다. 아이오딘을 함유한 식품으로는 대구, 굴, 새우, 청어, 바닷가재, 해바라기씨, 바닷말, 버섯 등이 있다. 그러나 아이오딘은 식물에서는 생물학적 역할이 없는 것으로 알려져 있다. 인간 혈액에는 일반적으로 리터당 0.06밀리그램의 아이오딘이, 인간 뼈에는 300억분의 1의 아이오딘이, 인간 조직에는 50~700억분의 1의 아이오딘이 존재한다. 일반적인 70킬로그램의 인간에는 10~20밀리그램의 아이오딘이 있다.

아스타틴은 매우 희소하지만, 지구상에서 마이크로그램 단위로 발견되었다. 높은 방사능과 극심한 희귀성, 그리고 가장 안정한 동위 원소의 반감기가 약 8시간에 불과하기 때문에 알려진 생물학적 역할은 없다.

테네신은 순수하게 인공적으로 만들어졌으며 자연에서 다른 역할은 없다.

 독성 
할로젠은 무거워질수록 독성이 감소하는 경향이 있다.

플루오린 가스는 극도로 유독하다. 25 ppm 농도의 플루오린을 흡입하는 것은 치명적일 수 있다. 플루오린화 수소산 또한 유독하며, 피부를 침투하여 매우 고통스러운 화상을 유발할 수 있다. 또한 플루오린화물 음이온은 유독하지만 순수한 플루오린만큼 유독하지는 않다. 플루오린화물은 5~10그램의 양으로 치명적일 수 있다. 1.5 mg/L 이상의 플루오린화물을 장기간 섭취하는 것은 치아의 심미적 상태인 반상치의 위험과 관련이 있다. 4 mg/L 이상의 농도에서는 뼈의 경화로 인해 골절이 더 흔해지는 골격 플루오린증이 발생할 위험이 증가한다. 치아 우식증을 예방하는 방법인 불소화 처리의 현재 권장 수준은 플루오린의 해로운 영향을 피하면서 동시에 이점을 얻기 위해 0.7~1.2 mg/L 범위로 사용된다. 정상 수준과 골격 플루오린증에 필요한 수준 사이의 수준을 가진 사람들은 관절염과 유사한 증상을 보이는 경향이 있다.

염소 기체는 매우 유독하다. 3 ppm 농도의 염소를 흡입하면 빠르게 유독 반응을 일으킬 수 있다. 50 ppm 농도의 염소를 흡입하는 것은 매우 위험하다. 몇 분 동안 500 ppm 농도의 염소를 흡입하는 것은 치명적이다. 또한 염소 가스를 흡입하는 것은 부식성 때문에 매우 고통스럽다. 염산은 염소의 산이며, 비교적 무독성인 반면, 매우 부식성이 강하고 공기 중에서 매우 자극적이고 유독한 염화 수소 가스를 방출한다.

순수 브로민은 다소 유독하지만 플루오린과 염소보다 독성이 적다. 브로민 100밀리그램은 치명적이다. 브로민화물 음이온도 유독하지만 브로민보다는 독성이 적다. 브로민화물의 치사량은 30그램이다.

아이오딘은 폐와 눈에 자극을 줄 수 있으며, 안전 한도는 세제곱미터당 1밀리그램이다. 경구 섭취 시 3그램의 아이오딘은 치명적일 수 있다. 아이오딘화물 음이온은 대부분 무독성이지만, 다량 섭취하면 치명적일 수도 있다.

아스타틴은 매우 희귀하지만 방사성이어서 매우 위험하다. 그러나 거시적인 양으로 생산된 적이 없으므로 그 독성이 일반인에게 큰 의미가 없을 가능성이 높다.

테네신은 반감기가 너무 짧아 화학적으로 연구할 수 없지만, 방사능으로 인해 매우 위험할 것이다.

 초할로젠 

특정 알루미늄 화합물은 초원자 특성을 가지고 있다. 이 알루미늄 클러스터는 헬륨 가스에서 음이온 ( (n = 1, 2, 3, ...))으로 생성되며, 아이오딘을 함유한 가스와 반응한다. 질량 분석법으로 분석한 결과, 한 가지 주요 반응 생성물이 인 것으로 밝혀졌다. 추가 전자를 가진 13개 알루미늄 원자의 이 클러스터는 동일한 가스 흐름에 산소가 유입될 때 산소와 반응하지 않는 것으로 보인다. 각 원자가 3개의 원자가 전자를 방출한다고 가정하면 40개의 전자가 존재하며, 이는 나트륨의 마법 수 중 하나이며 이 숫자들이 비활성 기체를 반영함을 의미한다.

계산에 따르면 추가 전자는 아이오딘 원자 바로 반대편에 있는 알루미늄 클러스터에 있다. 따라서 이 클러스터는 아이오딘보다 전자에 대한 전자 친화도가 더 높아야 하며, 따라서 이 알루미늄 클러스터는 초할로젠이라고 불린다 (즉, 음이온을 구성하는 부분의 수직 전자 분리 에너지가 어떤 할로젠 원자의 에너지보다 크다).  이온의 클러스터 성분은 아이오딘화 이온 또는 브로민화 이온과 유사하다. 관련  클러스터는 화학적으로 삼아이오딘화물 이온처럼 행동할 것으로 예상된다.

 같이 보기 
 할로젠 결합
 할로젠 첨가 반응
 할로젠등
 할로젠화
 인터할로젠
 유사할로젠

 내용주 

 각주 

 참고 문헌 



분류:주기율표 족