ハロゲン間化合物

化学において、ハロゲン間化合物とは、2種類以上の異なるハロゲン原子（フッ素、塩素、臭素、ヨウ素、またはアスタチン）を含み、他の族の元素の原子を含まない分子のことである。

既知のハロゲン間化合物のほとんどは二元化合物（2種類の異なる元素のみから構成される）である。その化学式は一般的にXY _nであり、n = 1、3、5、または 7 で、X は2つのハロゲンのうち電気陰性度の低い方である。ハロゲンの原子価が奇数であるため、ハロゲン間化合物のnの値は常に奇数となる。これらの化合物はすべて加水分解を起こしやすく、イオン化して多ハロゲンイオンを生成する。アスタチンと形成される化合物は、アスタチンが強い放射性を持つため、半減期が非常に短い。

3つ以上の異なるハロゲンを含むハロゲン間化合物は確実には知られていないが、_[ ^{1 ]いくつ}かの書籍ではIFCl2とIF2Clが得られたと主張しており、^[ ₂ ^{] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]}理論的研究ではBrClF系列のいくつかの化合物が示唆されている^。_nはほとんど安定していない。 ^{[ 6 ]}

BrF ₃、IF ₅、IClなどの一部のハロゲン間化合物は、優れたハロゲン化剤です。BrF ₅はフッ素を生成するには反応性が高すぎます。さらに、一塩化ヨウ素には、脂肪や油の飽和度を測定するのに役立つことや、いくつかの反応の触媒としてなど、いくつかの用途があります。IF ₇を含む多くのハロゲン間化合物は、ポリハロゲン化物を形成するために使用されます。^{[ 1 ]}

同様の化合物は、ハロゲンアジド（FN ₃、ClN ₃、BrN ₃、IN ₃）やシアン化ハロゲン（FCN、ClCN、BrCN、ICN ）などの様々な擬ハロゲンにも存在する。

この表は、既知のハロゲン間化合物の種類をまとめたものです。二原子分子でない場合、左側に記載されている原子が中心原子です。より大きな原子（臭素、ヨウ素）は、周囲により多くの小さな原子（フッ素、塩素）を収容できるため、より広い範囲の配位数（3、5、7）を実現できます。2つのハロゲン間のサイズ差が大きいほど、配位数は高くなります。そのため、高次のハロゲン間化合物はフッ化物であることが多いのです（フッ素は最も小さいハロゲンです）。ClF7やBrCl3のような特定の組み合わせが存在しないのは_、これらの立体および電子的な制限を反映しています。一方、アスタチン化合物が存在しないのは_、その高い放射能によるものです。

二原子ハロゲン間化合物

XY型のハロゲン間化合物は、2つの親ハロゲンの物理的性質の中間的な性質を持つ。2つの原子間の共有結合はいくらかイオン結合的な性質を持ち、電気陰性度の低いハロゲンXは酸化されて部分的な正電荷を帯びる。上記の一般式を持つフッ素、塩素、臭素、ヨウ素の組み合わせはすべて知られているが、すべてが安定であるとは限らない。アスタチンと他のハロゲンとの組み合わせの中には、まだ知られていないものもあり、知られているものも非常に不安定である。

• 一フッ化塩素（ClF）は、最も軽いハロゲン間化合物である。ClFは無色の気体で、常圧沸点は-100 ℃である。
• 一フッ化臭素（BrF）は純粋な化合物としては得られず、三フッ化物と遊離臭素に解離する。その生成過程は以下の式で表される。

Br₂ ₍ l) + F₂ ₍ g) →  2BrF(g)

一フッ化臭素は次のように解離します。

3  BrF → Br ₂ + BrF ₃

• 一フッ化ヨウ素（IF）は不安定で、0 ℃で分解し、元素状ヨウ素と五フッ化ヨウ素に不均化する。
• 一塩化臭素（BrCl）は、沸点が5 ℃の黄褐色の気体である。
• 一塩化ヨウ素（ICl）は、赤色の透明な結晶として存在し、27.2 ℃で融解して、臭素に似た外観と重量の、刺激性の茶色の液体になります。塩酸（HCl）と反応して、強酸である塩化第_二鉄（HICl₂）を生成します。一塩化ヨウ素の結晶構造は、ひずんだジグザグ鎖からなり、鎖間には強い相互作用があります。
• アスタチン一塩化物^{[ 7 ]}（AtCl）は、気相アスタチンと塩素を直接反応させるか、酸性塩化物溶液にアスタチンと二クロム酸イオンを順次添加することによって作られます。
• 一臭化ヨウ素（IBr）は、構成元素を直接反応させることで生成される暗赤色の結晶性固体である。融点は42 ℃、沸点は116 ℃で、部分的に解離した蒸気を生成する。
• アスタチン一臭化物（AtBr）は、アスタチンと臭素蒸気またはヨウ素一臭化物の水溶液を直接反応させることによって作られる。
• アスタチン一ヨウ化物（AtI）は、アスタチンとヨウ素を直接結合させることによって作られる。

アスタチンフッ化物はまだ発見されていません。その存在は、これらの化合物の極めて高い反応性、特に最初に生成されたフッ化物がガラス容器の壁と反応して不揮発性の生成物を形成することに起因すると推測されています。^{[ a ]}したがって、アスタチンフッ化物の合成は可能であると考えられていますが、ラドンフッ化物の特性評価にすでに使用されている液体ハロゲンフッ化物溶媒が必要になる可能性があります。^{[ 11 ] [ 12 ]}

さらに、シアン化ハロゲンなどの擬ハロゲンを含む類似の分子も存在する。

四原子ハロゲン間化合物

• 三フッ化塩素（ClF₃_）は無色の気体で、緑色の液体に凝縮し、白色の固体に凝固します。ニッケル 管内で塩素と過剰量のフッ素を250℃。フッ素よりも激しく反応し、しばしば爆発します。分子は平面構造でT字型をしています。六フッ化ウランの製造に用いられます。
• 三フッ化臭素（BrF₃_）は、電気伝導性を持つ黄緑色の液体で、自己イオン化して[BrF₂]⁺と[BrF₄]⁻を生成します_。多く^の金属_や金属^酸化物と反応して同様のイオン化体を形成し、他の金属とは金属フッ化物と遊離臭素および酸素を生成します。また、水とはフッ化水素酸と臭化水素酸を生成します。有機化学ではフッ素化剤として用いられます。三フッ化塩素と同じ分子構造を持っています。
• 三フッ化ヨウ素（IF₃_） は、−28 ℃以上で分解する黄色の固体です。元素から合成できますが、 IF₅の生成を避けるように注意する必要があります。CCl₃F中で−45℃でF₂_がI₂_を攻撃して_IF₃を生成します。あるいは、低温ではフッ素化反応が起こり_ます。 

I ₂ + 3 XeF ₂ → 2 IF ₃ + 3 Xe   

使用可能です。三フッ化ヨウ素は非常に不安定なため、その性質についてはあまり知られていません。

• _三塩化ヨウ素（ICl₃）はレモンイエローの結晶を形成し、加圧下で融解して褐色の液体になります。低温で元素から合成することも、五酸化ヨウ素と塩化水素から合成することもできます。多くの金属塩化物と反応して四塩化ヨウ化物（ICl⁻₄）を生成し_、^水中では加水分解します。分子は平面二量体（ICl₃_） ₂_で、各ヨウ素原子は4つの塩素原子に囲まれています。
• 三臭化ヨウ素（IBr₃_）は濃い茶色の液体である。

六原子ハロゲン間化合物

安定な六原子および八原子ハロゲン間化合物はすべて、より重いハロゲン原子と5個または7個のフッ素原子が結合した構造をしている。他のハロゲン原子とは異なり、フッ素原子は電気陰性度が高く、サイズが小さいため、これらの化合物を安定化させることができる。

• 五フッ化塩素（ClF₅_）は無色の気体で、三フッ化塩素とフッ素を高温高圧下で反応させることによって生成されます。水やほとんどの金属、非金属と激しく反応します。
• 五フッ化臭素（BrF₅_）は、三フッ化臭素とフッ素を200℃で反応させて作られる無色の発煙性液体です。物理的には安定していますが、水、有機物、ほとんどの金属および非金属 と接触すると激しく分解します。
• 五フッ化ヨウ素（IF₅_）は無色の液体で、五酸化ヨウ素とフッ素、またはヨウ素とフッ化銀（II）を反応させて作られます。ガラスに対してもゆっくりと反応するなど、非常に反応性が高い物質です。水と反応してフッ化水素酸を生成し、フッ素ガスと反応して七フッ化ヨウ素を生成します。分子構造は正方錐です。

八原子ハロゲン間化合物

• _七フッ化ヨウ素（IF₇）は無色の気体で、強力なフッ素化剤です。五フッ化ヨウ素とフッ素ガスを反応させることで生成されます。分子構造は五角両錐です。この化合物は、より大きな原子が7つのより小さな原子を担っている、既知の唯一のハロゲン間化合物です。
• 臭素または七フッ化塩素の合成を試みる全ての試みは失敗に終わり、代わりに五フッ化臭素または五フッ化塩素とフッ素ガスが生成される。

一般的に、ハロゲン間結合は二原子ハロゲン結合よりも反応性が高い。これは、F ₂を除いて、ハロゲン間結合が二原子ハロゲン結合よりも弱いためである。ハロゲン間化合物が水にさらされると、ハロゲン化物イオンとオキシハロゲン化物イオンに変化する。BrF ₅の場合、この反応は爆発的になる可能性がある。ハロゲン間化合物が二酸化ケイ素または金属酸化物にさらされると、ケイ素または金属がそれぞれいずれかの種類のハロゲンと結合し、遊離の二原子ハロゲンと二原子酸素が残る。ほとんどのハロゲン間化合物はハロゲンフッ化物であり、残りの 3 つ (IBr、AtBr、および AtI) を除くすべてがハロゲン塩化物である。塩素と臭素はそれぞれ 5 つのフッ素原子と結合でき、ヨウ素は 7 つのフッ素原子と結合できる。AX および AX _{3ハロゲン間化合物は、}電気陰性度が比較的近い2 つのハロゲン間で形成される。ハロゲン間化合物が金属に接触すると、構成ハロゲンの金属ハロゲン化物を形成するように反応します。ハロゲン間化合物の酸化力は、中心原子に結合しているハロゲンの数が増えるにつれて、また化合物の中心原子のサイズが小さくなるにつれて増加します。フッ素を含むハロゲン間化合物は、より重いハロゲンを含むハロゲン間化合物よりも揮発性が高い傾向があります。^{[ 1 ]}

中心原子に1つまたは3つのハロゲンが結合したハロゲン間化合物は、電気陰性度がそれほど離れていない2つの元素によって形成されます。中心原子に5つまたは7つのハロゲンが結合したハロゲン間化合物は、大きさが大きく異なる2つの元素によって形成されます。大きな中心ハロゲンに結合できる小さなハロゲンの数は、大きなハロゲンの原子半径と小さなハロゲンの原子半径の比によって決まります。IF ₇などの多くのハロゲン間化合物は、白金族以外のすべての金属と反応します。IF _{7 は}、XY _{5系列のハロゲン間化合物とは異なり、}アルカリ金属のフッ化物とは反応しません。^{[ 1 ]}

ClF ₃は XY ₃ハロゲン間化合物の中で最も反応性が高い。ICl ₃は最も反応性が低い。BrF ₃は 4 つの原子を持つハロゲン間化合物の中で最も熱安定性が高い。ICl ₃は最も低い。三フッ化塩素の沸点は -12  °C である。三フッ化臭素の沸点は 127 °C であり、室温 では液体である。三塩化ヨウ素は 101 °C で融解する。^{[ 1 ]} 

ほとんどのハロゲン間化合物は共有結合性の気体です。臭素を含むハロゲン間化合物の中には液体のものもあり、ヨウ素を含むハロゲン間化合物のほとんどは固体です。軽いハロゲンで構成されるハロゲン間化合物のほとんどはほぼ無色ですが、重いハロゲンを含むハロゲン間化合物は分子量が大きいため色が濃くなります。この点において、ハロゲン間化合物はハロゲンと似ています。ハロゲン間化合物中の2つのハロゲンの電気陰性度の差が大きいほど、ハロゲン間化合物の沸点は高くなります。すべてのハロゲン間化合物は反磁性です。XY系列のハロゲン間化合物の結合長は、構成ハロゲンのサイズとともに増加します。例えば、ClFの結合長は1.628 Å、IBrの結合長は2.47 Åです。^{[ 1 ]}  

_{ClF などのより小さなハロゲン間化合物を F 2}などの純粋な二原子ハロゲンにさらすことで、 ClF ₃などのより大きなハロゲン間化合物を生成することが可能です。この製造方法は、ハロゲン化フッ化物を生成するのに特に有効です。250 ～ 300 °C の温度では、この製造方法でより大きなハロゲン間化合物をより小さなものに変換することもできます。また、2 つの純粋なハロゲンをさまざまな条件下で組み合わせることによってもハロゲン間化合物を生成できます。この方法では、IF ₇を除くすべてのハロゲン間化合物を生成できます。^{[ 1 ]} 

ClF のようなより小さなハロゲン間化合物は、純粋なハロゲンとの直接反応によって生成されます。例えば、F ₂は250 °C でCl ₂ と反応して2 分子の ClF を生成します。Br _{2 は}二原子フッ素と同じように反応しますが、60  °C で反応します。I _{2 は}二原子フッ素とわずか 35 °C で反応します。ClF と BrF はどちらも、ClF ₃や BrF _{3のようなより大きなハロゲン間化合物と、}周期表で下位の元素の二原子分子 との反応によって生成されます。六原子ハロゲン間化合物の中で、IF ₅はBrF ₅ (40.5 °C) よりも沸点(97 °C) が高いですが、どちらの化合物も室温では液体です。ハロゲン間化合物 IF _{7 は、}ヨウ化パラジウムとフッ素を反応させることによって生成されます。^{[ 1 ]}  

• インターカルコゲン
• ハロゲン化水素

• グリーンウッド、ノーマン・N. ; アーンショー、アラン (1997).元素の化学（第2 版）. バターワース・ハイネマン. doi : 10.1016/C2009-0-30414-6 . ISBN 978-0-08-037941-8。
• クグラー、香港。ケラー、C. (1985)。「At、アスタチン」、システム番号8a。グメリン無機・有機金属化学ハンドブック。第 8巻（第8 版）。シュプリンガー・フェルラーク。ISBN 3-540-93516-9。
• Zuckerman, JJ; Hagen, AP (1989).無機反応と方法、ハロゲンとの結合形成. John Wiley & Sons . ISBN 978-0-471-18656-4。