Gaz nobles et halogènes

À température ambiante, le chlore est un gaz, le brome un liquide et l'iode un solide, et pourtant tous les trois sont dans la même colonne.

Les deux dernières colonnes du tableau sont côte à côte mais se comportent à l'opposé. Le groupe 17, les halogènes, compte parmi les éléments les plus réactifs que l'on connaisse. Le groupe 18, les gaz nobles, parmi les moins réactifs. Ce qui les sépare, c'est un seul électron, et regarder cet électron explique une grande partie de la chimie.

Gaz nobles : des couches pleines

L'hélium, le néon, l'argon, le krypton, le xénon et le radon ont une couche externe complètement remplie : 2 électrons pour l'hélium, 8 pour les autres. Une couche pleine est un arrangement très stable. Ces atomes n'ont pas de forte tendance à perdre, gagner ou partager des électrons : ils existent sous forme d'atomes isolés plutôt que de molécules et ne réagissent que dans des conditions particulières. Le xénon forme bien des composés avec le fluor et l'oxygène, mais l'hélium, le néon et l'argon ne forment aucun composé stable dans les conditions normales.

Leur faible réactivité les rend utiles. L'argon représente près de 1 % de l'air ; on s'en sert pour remplir des ampoules et pour protéger le métal chaud pendant le soudage, car il ne réagit ni avec le filament incandescent ni avec le métal fondu. L'hélium est plus léger que l'air et ne brûle pas : c'est pour cela qu'il remplit les ballons de fête et les dirigeables à la place de l'hydrogène. Le néon brille d'une lumière rouge-orangé quand l'électricité le traverse, ce qui a donné leur nom aux enseignes au néon.

Halogènes : il manque un électron

Le fluor, le chlore, le brome, l'iode et l'astate ont 7 électrons externes, un de moins qu'une couche pleine. En gagnant un seul électron, ils prennent le même arrangement que le gaz noble voisin, alors ils arrachent volontiers des électrons aux autres atomes. C'est ce qui explique leur forte électronégativité et pourquoi ils sont dangereux à l'état pur. Le chlore gazeux attaque les poumons ; le fluor réagit avec presque tout, même le verre. Le nom halogène vient de mots grecs qui veulent dire « qui produit du sel », car ils se combinent aux métaux pour former des sels comme le chlorure de sodium.

En descendant le groupe, les molécules (F₂, Cl₂, Br₂, I₂) deviennent plus grosses et plus lourdes, et les forces entre elles augmentent. À température ambiante, le fluor et le chlore sont des gaz, le brome est un liquide brun-rouge et l'iode un solide sombre qui dégage une vapeur violette. Les points de fusion de PubChem dans le modèle montrent cette montée : fluor 53.53 K, chlore 171.65 K, brome 265.95 K et iode 386.85 K, soit environ 114 °C. La réactivité va dans l'autre sens : le fluor est le plus réactif, et chaque halogène en dessous est un peu moins avide d'électrons.

Apprivoisés dans des composés, les halogènes sont partout dans la vie quotidienne. Le sel de table est du chlorure de sodium. On ajoute de petites quantités de chlore à l'eau du robinet et aux piscines pour tuer les microbes. Beaucoup de dentifrices contiennent du fluorure, et le sel est souvent vendu iodé, car le corps a besoin d'un peu d'iode pour fabriquer les hormones thyroïdiennes. Dans chaque cas, l'halogène est présent sous forme d'ion négatif ou dans un composé, pas sous forme d'élément pur dangereux.