通常來說,液體鹵素分子的沸點均要高于它們所對應的烴鏈(alcane)。這主要是由于鹵素分子比烴鏈更易電極化,而分子的電極化增加了分子之間的連接力(正電極與負電極的相互吸引),這使我們需要對液體提供更多的能量才能使其蒸發。
鹵素的物理特性和化學特性明顯區分與于它對應的烴鏈的主要原因,在于鹵素原子(如F、Cl、Br、I)與碳原子的連接,即C-X的連接,明顯不同于烴鏈C-H連接。
* 由于鹵素原子通常具有較大的負電性,所以C-X連接比C-H連接更加電極化,但仍然是共價鍵。
* 由于鹵素原子相較于碳原子,通常體積和質量較大,所以C-X連接的偶極子矩(Dipole Moment)和鍵能(Bonding Energy)遠大于C-H,這些導致了C-X的連接力(Bonding strength)遠小于C-H連接。
* 鹵素原子脆弱的p軌道(Orbital)與碳原子穩定的sp3軌道相連接,這也大大降低了C-X連接的穩定性。
位于元素周期表右方的鹵族元素是典型的非金屬。鹵素的電子構型均為ns2np5,它們獲取一個電子以達到穩定結構的趨勢極強烈。所以化學性質很活潑,自然狀態下不能以單質存在,一般化合價為-1價,即鹵離子(X-)的形式。
鹵素單質都有氧化性,氧化性從氟到碘依次降低。碘單質氧化性比較弱,三價鐵離子可以把碘離子氧化為碘。
鹵素單質在堿中容易歧化,方程式為:3X-(g)+6OH-(aq)——→5X-(aq)+ XO3-(aq)+3H2O(l)
但在酸性條件下,其逆反應(歸中)很容易進行:5X-(aq)+XO3-(aq)+6H+(aq)——→3X2(g)+3H2O(l)
這一反應是制取溴和碘單質流程中的最后一步。
鹵素的氫化物叫鹵化氫,為共價化合物;而其溶液叫氫鹵酸,因為它們在水中都以離子形式存在,且都是酸。氫氟酸一般看成是弱酸,pKa=3.20。氫氯酸(即鹽酸)、氫溴酸、氫碘酸都是化學中典型的強酸,它們的pKa均為負數,酸性從HCl到HI依次增強。
鹵素可以顯示多種價態,正價態一般都體現于它們的含氧酸根中:
鹵素的含氧酸均有氧化性,同一種元素中,次鹵酸的氧化性最強。
鹵素的含氧酸多數只存在于溶液中,而少數鹽是以固態存在的,如碘酸鹽和高碘酸鹽。HXO(X=F、Cl、Br)、HIO3和HXO4(X=Cl、Br、I)分子在氣相中十分穩定,可用質譜和其他方法研究。鹵素存在的含氧酸見下表。
鹵素的氧化物都是酸酐。像二氧化氯(ClO2)這樣的偶氧化態氧化物是混酐。
在互鹵化物中,顯電正性的一種元素呈現正氧化態,氧化態為奇數。這是由于鹵素的價電子數是奇數,周圍以奇數個其它鹵原子與之成鍵比較穩定(如IF7)。互鹵化物都能水解。