Hydrogen halide và hydrohalic acid

Hydrogen halide $\mathrm{HX}$ là hợp chất khí, không màu, mùi xốc, tan rất nhiều trong nước tạo hydrohalic acid: hydrofluoric acid $\mathrm{HF}$, hydrochloric acid $\mathrm{HCl}$, hydrobromic acid $\mathrm{HBr}$, hydroiodic acid $\mathrm{HI}$. Khí $\mathrm{HCl}$ gặp hơi nước trong không khí tạo "khói" trắng là các giọt acid nhỏ.

Phân tử $\mathrm{HX}$ có một liên kết cộng hoá trị phân cực, cặp electron chung lệch về phía $\mathrm{X}$:

Từ $\mathrm{HF}$ đến $\mathrm{HI}$, nguyên tử $\mathrm{X}$ lớn dần nên liên kết dài hơn, yếu hơn, ít phân cực hơn.

Ba chất $\mathrm{HCl}$, $\mathrm{HBr}$, $\mathrm{HI}$ chỉ có tương tác van der Waals và lưỡng cực, tăng theo khối lượng: $-85 < -67 < -35\,{}^\circ\mathrm{C}$. $\mathrm{HF}$ có liên kết hydrogen giữa các phân tử ($\mathrm{F-H\cdots F}$, xem phần Liên kết hoá học) nên sôi cao bất thường ($20\,{}^\circ\mathrm{C}$). Thứ tự:

$$\mathrm{HCl} < \mathrm{HBr} < \mathrm{HI} < \mathrm{HF}.$$

• $\mathrm{HCl}$, $\mathrm{HBr}$, $\mathrm{HI}$ là acid mạnh, phân li gần như hoàn toàn trong nước; mạnh dần theo thứ tự $\mathrm{HCl} < \mathrm{HBr} < \mathrm{HI}$ vì liên kết $\mathrm{H-X}$ yếu dần, dễ tách $\mathrm{H^+}$.
• $\mathrm{HF}$ là acid yếu, phân li một phần ($\mathrm{HF} \rightleftharpoons \mathrm{H^+} + \mathrm{F^-}$), dù $\mathrm{F}$ có độ âm điện lớn nhất: liên kết $\mathrm{H-F}$ rất bền ($565$ kJ/mol) và còn có liên kết hydrogen trong dung dịch.

$$\mathrm{HF} < \mathrm{HCl} < \mathrm{HBr} < \mathrm{HI}\quad(\text{tính acid tăng}).$$

Dung dịch $\mathrm{HCl}$ có đủ tính chất của acid mạnh: làm quỳ tím hoá đỏ, tác dụng với kim loại đứng trước hydrogen ($\mathrm{Zn} + \mathrm{2HCl} \rightarrow \mathrm{ZnCl_2} + \mathrm{H_2}$; $\mathrm{Cu}$ không tan), với base, oxide base, muối carbonate. Hydrochloric acid đặc nhất có nồng độ khoảng $36\text{–}37\%$ và khối lượng riêng $1{,}18$ g/mL.

Tính khử của ion $\mathrm{X^-}$ (và của $\mathrm{HX}$) tăng: $\mathrm{HF} < \mathrm{HCl} < \mathrm{HBr} < \mathrm{HI}$. Độ bền nhiệt giảm theo chiều đó vì liên kết $\mathrm{H-X}$ yếu dần: $\mathrm{HI}$ bị nhiệt phân tương đối dễ ($\mathrm{2HI} \rightleftharpoons \mathrm{H_2} + \mathrm{I_2}$), còn $\mathrm{HF}$ rất bền.

Dùng năng lượng liên kết có thể thấy rõ: $\Delta_rH = 2E(\mathrm{H-X}) - E(\mathrm{H-H}) - E(\mathrm{X-X})$ cho phản ứng $\mathrm{2HX} \rightarrow \mathrm{H_2} + \mathrm{X_2}$ (mọi chất ở thể khí), $E(\mathrm{H-H}) = 436$ kJ/mol. Giá trị này càng nhỏ thì $\mathrm{HX}$ càng dễ bị phá vỡ.

$\mathrm{HF}$ tác dụng với silicon dioxide (thành phần chính của thuỷ tinh): $\mathrm{SiO_2} + \mathrm{4HF} \rightarrow \mathrm{SiF_4} + \mathrm{2H_2O}$. Nhờ vậy dùng để khắc chữ lên thuỷ tinh, nhưng phải đựng dung dịch $\mathrm{HF}$ trong bình nhựa và làm rất cẩn thận vì $\mathrm{HF}$ độc, ngấm qua da.