氟、氯、溴、碘和最近發現的放射性元素砹構成了被稱為鹵素的元素族。 除砹外，這些元素的物理和化學性質已被詳盡研究。 它們在元素週期表中佔據第 VII 族，並且在物理特性上顯示出近乎完美的漸變。
鹵素族的關係也可以通過元素化學性質的相似性來說明，這種相似性與組中每個元素的原子結構外殼中七個電子的排列有關。 所有成員都與氫形成化合物，並且隨著原子量的增加，聯合發生的準備程度降低。 以類似的方式，各種鹽的生成熱隨著鹵素原子量的增加而降低。 鹵酸及其鹽的性質顯示出驚人的關係； 這種相似性在有機鹵素化合物中很明顯，但是，隨著化合物的化學性質變得更加複雜，分子其他成分的特性和影響可能會掩蓋或改變性質的等級。
用途
鹵素用於化學、水和衛生、塑料、製藥、紙漿和造紙、紡織、軍事和石油工業。 溴、氯、氟 和 碘 是化學中間體、漂白劑和消毒劑。 溴和氯在紡織工業中用於漂白和防縮羊毛。 溴還用於金礦開採過程以及油氣井鑽探。 它是塑料工業的阻燃劑，也是製造液壓油、冷凍除濕劑和捲髮劑的中間體。 溴也是軍用氣體和滅火液的成分。
氯被用作垃圾消毒劑以及飲用水和游泳池的淨化和處理。 它是洗衣店和紙漿和造紙工業中的漂白劑。 氯用於製造特種電池和氯化碳氫化合物，以及加工肉類、蔬菜、魚類和水果。 此外，它還起到阻燃劑的作用。 二氧化氯 用於水和衛生設施以及游泳池行業的水淨化、味道和氣味控制。 在食品、皮革、紡織、紙漿和造紙工業中用作漂白劑，也用作氧化劑、殺菌劑和防腐劑。 它用於清潔和脫鞣皮革以及漂白纖維素、油和蜂蠟。 三氯化氮 以前用作漂白劑和麵粉的“改良劑”。 碘 在水和衛生工業中也是消毒劑，是無機碘化物、碘化鉀和有機碘化合物的化學中間體。
氟、一氧化氟、五氟化溴 和 三氟化氯 是火箭燃料系統的氧化劑。 氟 也用於將四氟化鈾轉化為六氟化鈾，以及 c三氟化氯 用於核反應堆燃料和切割油井管。
氟化鈣， 在礦物中發現 螢石， 是氟及其化合物的主要來源。 它在黑色金屬冶金中用作助熔劑以增加爐渣的流動性。 氟化鈣也存在於光學、玻璃和電子工業中。
溴化氫 其水溶液可用於製造有機和無機溴化物以及用作還原劑和催化劑。 它們還用於芳族化合物的烷基化。 溴化鉀 用於製造相紙和印版。 許多工業合成需要大量的光氣，包括染料的製造。 光氣還用於軍用氣體和製藥。 光氣存在於殺蟲劑和熏蒸劑中。
危害性
這些元素在化學性質上的相似性在與該組相關的生理效應中是顯而易見的。 氣體（氟和氯）以及溴和碘的蒸氣會刺激呼吸系統； 吸入相對低濃度的這些氣體和蒸氣會產生令人不快的刺激性感覺，隨後會出現窒息感、咳嗽感和胸部壓迫感。 與這些病症相關的肺組織損傷可能導致肺部液體過多，導致肺水腫病症，這很可能是致命的。
氟及其化合物
來源
大多數氟及其化合物是直接或間接從氟化鈣（氟石）和磷酸鹽岩（氟磷灰石）或從它們衍生的化學品中獲得的。 磷礦中的氟化物限制了這種礦石的用途，因此，在元素磷或食品級磷酸鈣的製備中，以及在將氟磷灰石轉化為肥料時，必須幾乎完全去除氟化物。 在某些情況下，這些氟化物以酸水溶液或釋放的氟化物（可能是氟化氫和四氟化矽的混合物）的鈣鹽或鈉鹽形式回收，或釋放到大氣中。
火災和爆炸危險
許多氟化合物存在著火和爆炸的危險。 如果鈍化膜破裂，氟會與幾乎所有材料發生反應，包括金屬容器和管道。 與金屬反應可產生氫氣。 輸送系統需要絕對清潔，以防止局部反應和隨後的火災隱患。 特殊的無潤滑劑閥門用於防止與潤滑劑發生反應。 二氟化氧在與水、硫化氫或碳氫化合物的氣態混合物中具有爆炸性。 加熱時，許多氟化合物會產生有毒氣體和腐蝕性氟化物煙霧。
健康危害
氫氟酸. 皮膚接觸無水氫氟酸會立即引起嚴重灼傷。 濃氫氟酸水溶液也會引起早期疼痛感，但稀溶液可能不會發出傷害警告。 外部接觸液體或蒸氣會嚴重刺激眼睛和眼瞼，可能導致長期或永久性視力缺陷或眼睛完全毀壞。 據報導，皮膚暴露僅佔全身表面的 2.5% 就會導致死亡。
快速治療是必不可少的，應該包括在去醫院的路上用水大量清洗，然後如果可能的話浸泡在 25% 的硫酸鎂冰溶液中。 輕度至中度燒傷的標準治療包括使用葡萄糖酸鈣凝膠； 更嚴重的燒傷可能需要在受影響區域及其周圍注射 10% 的葡萄糖酸鈣或硫酸鎂溶液。 有時可能需要局部麻醉來緩解疼痛。
吸入濃氫氟酸霧或無水氟化氫可能會引起嚴重的呼吸道刺激，短至 5 分鐘的接觸通常會在 2 至 10 小時內因出血性肺水腫而致命。 吸入也可能與皮膚接觸有關。
氟和其他含氟氣體. 元素氟、三氟化氯和二氟化氧是強氧化劑，可能具有很強的破壞性。 在非常高的濃度下，這些氣體可能對動物組織產生極強的腐蝕作用。 然而，三氟化氮的刺激性要小得多。 氣態氟與水接觸生成氫氟酸，使皮膚嚴重灼傷和潰爛。
急性接觸 10 ppm 的氟會導致輕微的皮膚、眼睛和鼻腔刺激； 暴露在 25 ppm 以上是不能容忍的，儘管反复暴露可能會導致適應。 高濃度接觸可能導致遲發性肺水腫、出血和腎損傷，並可能致命。 二氟化氧也有類似的作用。
在大鼠急性吸入三氟化氯研究中，800 ppm 持續 15 分鐘和 400 ppm 持續 25 分鐘是致命的。 急性毒性與氟化氫相當。 在對兩個物種進行的一項長期研究中，1.17 ppm 會引起呼吸道和眼睛刺激，並導致某些動物死亡。
在長期反復吸入氟的動物研究中，在 16 ppm 時觀察到對肺、肝和睾丸的毒性作用，在 2 ppm 時觀察到粘膜和肺的刺激。 容忍 1 ppm 的氟。 在隨後的多物種研究中，在濃度高達 60 ppm 的情況下暴露 40 分鐘未觀察到任何影響。
關於工人在工業中接觸氟的數據很少。 長期接觸三氟化氯和二氟化氧的經驗就更少了。
氟化物
攝入 5 到 10 克範圍內的可溶性氟化物對成年人來說幾乎肯定是致命的。 據報導，人類死亡與攝入氟化氫、氟化鈉和氟矽酸鹽有關。 由於攝入這些氟化物和其他氟化物，包括微溶鹽、冰晶石（氟化鋁鈉），已有非致命疾病的報導。
在工業中，含氟粉塵在相當大比例的實際或潛在氟化物暴露案例中起著一定的作用，粉塵攝入可能是一個重要因素。 職業性氟化物暴露可能主要是由於氣態氟化物，但即使在這些情況下，也很少能完全排除攝入的可能性，這可能是因為工作場所食用的食物或飲料受到污染，也可能是因為氟化物咳出和吞嚥。 在接觸氣態和顆粒狀氟化物的混合物時，吸入和攝入都可能是影響氟化物吸收的重要因素。
據廣泛報導，氟中毒或慢性氟中毒會在動物和人類的骨骼組織中產生氟化物沉積。 症狀包括射線照相骨混濁增加、肋骨上形成鈍性贅生物以及椎間韌帶鈣化。 在氟中毒病例中也發現了牙斑。 尿液中氟化物水平與骨氟化物沉積並發率之間的確切關係尚不完全清楚。 然而，只要工人的尿氟水平始終不高於 4 ppm，似乎就沒有必要擔心； 尿氟水平為 6 ppm 時，應考慮進行更精細的監測和/或控制； 在 8 ppm 及以上的水平，如果允許暴露持續多年，預計氟化物的骨骼沉積將導致骨質射線不透性增加。
氟硼酸鹽的獨特之處在於吸收的氟硼酸鹽離子幾乎完全隨尿液排出。 這意味著氟化物與氟硼酸根離子的解離很少或沒有，因此實際上不會發生氟化物的骨架沉積。
在一項對冰晶石工人的研究中，大約一半的人抱怨食慾不振和呼吸急促； 一小部分人提到了便秘、肝臟區域的局部疼痛和其他症狀。 暴露2～2.5年的冰晶石工人發現輕度氟中毒； 暴露近5年者出現更明確的體徵，暴露11年以上者出現中度氟中毒體徵。
氟化物水平與鋁還原電解車間工人的職業性哮喘有關。
氟化鈣. 螢石的危害主要是由於氟含量的有害影響，慢性影響包括牙齒、骨骼和其他器官的疾病。 據報導，吸入含 92% 至 96% 氟化鈣和 3.5% 二氧化矽的粉塵的人會出現肺部病變。 結論是氟化鈣加強了二氧化矽在肺中的纖維化作用。 據報導，螢石礦工患有支氣管炎和矽肺病。
環境危害
使用大量氟化合物的工廠，如鋼鐵廠、鋁冶煉廠、過磷酸鈣廠等，可能會向大氣排放含氟氣體、煙霧或粉塵。 在受污染的草地上放牧的動物已經報告了環境破壞的案例，包括氟中毒伴有牙齒斑點、骨質沉積和消瘦； 附近房屋的窗戶玻璃也被蝕刻。
溴及其化合物
溴 以礦物質等無機化合物的形式廣泛分佈於自然界、海水和鹽湖中。 動植物組織中也含有少量溴。 取自鹽湖或鑽孔、海水和鉀鹽（鉀鹽、光鹵石）處理後剩餘的母液。
溴是一種強腐蝕性液體，其蒸氣對眼睛、皮膚和粘膜有極強的刺激性。 長時間與組織接觸，溴可能會造成深度燒傷，癒合時間長且容易潰爛； 攝入、吸入和皮膚吸收溴也有毒。
溴濃度為 0.5 mg/m3 在長時間接觸的情況下不應超過； 溴濃度為 3 至 4 mg/m3，沒有呼吸器的工作是不可能的。 濃度為 11 至 23 mg/m3 會產生嚴重的窒息，一般認為 30 至 60 mg/m3 對人類極其危險，200 mg/m3 會在很短的時間內證明是致命的。
溴具有累積特性，以溴化物的形式沉積在組織中並取代其他鹵素（碘和氯）。 長期影響包括神經系統紊亂。
經常接觸濃度高於接觸限值 1 至 0.15 倍 100 年的人會抱怨頭痛、心臟區域疼痛、易怒、食慾不振、關節痛和消化不良。 在工作的第五年或第六年，可能會出現角膜反射喪失、咽炎、植物障礙和伴有甲狀腺功能障礙的甲狀腺增生。 心血管疾病也以心肌退化和低血壓的形式發生； 消化道的功能和分泌障礙也可能發生。 在血液中可以看到白細胞生成和白細胞增多的抑制跡象。 溴的血液濃度在 XNUMX 毫克/XNUMX 厘米之間變化3 至 1.5 毫克/100 厘米3 與中毒程度無關。
溴化氫 濃度為 2 ppm 時可無刺激地檢測到氣體。 氫溴酸，其濃度為 47% 的水溶液，是一種具有腐蝕性的淡黃色液體，有刺激性氣味，暴露在空氣和光線下顏色變深。
氫溴酸的毒性作用比溴弱兩到三倍，但比氯化氫的毒性更大。 5 ppm 的氣態和水性形式都會刺激上呼吸道的粘膜。 慢性中毒的特徵是上呼吸道炎症和消化問題、輕微的反射改變和紅細胞計數減少。 嗅覺敏感性可能會降低。 與皮膚或粘膜接觸可能會導致灼傷。
溴酸和次溴酸. 含氧的溴酸僅存在於溶液中或以鹽的形式存在。 它們對身體的作用類似於氫溴酸。
溴化亞鐵. 溴化亞鐵是用於化學和製藥工業以及攝影產品製造的固體物質。 它們是通過將溴和蒸汽的混合物通過鐵屑來生產的。 將所得的熱糖漿溴鹽倒入鐵製容器中，在那裡凝固。 濕溴（即含有超過約 20 ppm 水的溴）對大多數金屬有腐蝕性，單質溴必須在密封的蒙乃爾合金、鎳或鉛容器中乾燥運輸。 為了克服腐蝕問題，溴經常以亞鐵鹽的形式運輸。
溴光氣. 這是溴氯甲烷的分解產物，在生產龍膽紫時會遇到。 它是由一氧化碳與溴在無水氯化銨存在下化合而成。
溴光氣的毒性作用與光氣相似（參見本文中的光氣）。
溴化氰. 溴化氰是一種用於提金和殺蟲劑的固體。 與水反應生成氫氰酸和溴化氫。 其毒性作用類似於氫氰酸，可能具有相似的毒性。
溴化氰也有明顯的刺激作用，高濃度可引起肺水腫和肺出血。 1 分鐘 8 ppm 和 10 分鐘 70 ppm 是無法忍受的。 在老鼠和貓身上，3 ppm 會在 230 分鐘內導致癱瘓，XNUMX ppm 會致命。
氯及其無機化合物
氯化合物廣泛存在於自然界中，約佔地表物質的2%，特別是在海水中以氯化鈉形式存在，在天然礦藏中以光鹵石和鉀鹽形式存在。
氯氣 主要是呼吸道刺激物。 在足夠的濃度下，該氣體會刺激粘膜、呼吸道和眼睛。 在極端情況下，呼吸困難可能會增加到可能因呼吸衰竭或肺衰竭而死亡的程度。 氯氣特有的刺鼻氣味通常會警告它在空氣中的存在。 此外，在高濃度下，它呈黃綠色氣體。 液氯與皮膚或眼睛接觸會導致化學灼傷和/或凍傷。
氯的影響可能在接觸後長達 36 小時內變得更加嚴重。 對暴露個體的密切觀察應該是醫療應對計劃的一部分。
慢性暴露. 大多數研究表明，不利的健康影響與長期接觸低濃度氯之間沒有顯著聯繫。 1983 年芬蘭的一項研究確實表明慢性咳嗽的增加以及工人粘液分泌過多的趨勢。 然而，這些工人在測試或胸部 X 光檢查中均未顯示肺功能異常。
1993 年化學工業毒理學研究所對接觸氯的大鼠和小鼠長期吸入濃度為 0.4、1.0 或 2.5 ppm 的氯氣進行的一項研究表明，每天長達 6 小時，每週 3 至 5 天，長達 2 年。 沒有癌症的證據。 接觸各種濃度的氯氣都會導致鼻腔損傷。 因為囓齒動物是強制性的鼻呼吸器，所以這些結果應該如何解釋為人類尚不清楚。
氯濃度可能會顯著高於當前閾值，但不會立即引起注意； 人們很快就失去了檢測低濃度氯氣味的能力。 據觀察，長期暴露於 5 ppm 的大氣氯濃度會導致支氣管疾病和結核病傾向，而肺部研究表明，濃度為 0.8 至 1.0 ppm 會導致肺功能永久性（儘管適度）下降。 長期接觸低濃度氯氣的人長粉刺的情況並不少見，俗稱“氯痤瘡”。 也可能發生牙釉質損傷。
氧化物
總共有五種氯氧化物。 它們是一氧化二氯、一氧化氯、二氧化氯、六氧化氯和七氧化氯； 它們對人體的影響基本相同，需要採取與氯相同的安全措施。 工業上使用最多的是二氧化氯。 二氧化氯是一種類似於氯的呼吸和眼睛刺激物，但程度更嚴重。 急性吸入接觸會導致支氣管炎和肺水腫，在受影響的工人中觀察到的症狀是咳嗽、喘息、呼吸窘迫、流鼻涕以及眼睛和喉嚨發炎。
三氯化氮 對眼睛和呼吸道的皮膚和粘膜有強烈的刺激作用。 蒸氣與氯氣一樣具有腐蝕性。 攝入後有劇毒。
平均致死濃度（LC50) 根據一項涉及將大鼠暴露在 12 至 0 ppm 濃度下 157 小時的研究，大鼠體內三氯化氮的濃度為 1 ppm。 用三氯化氮漂白的麵粉餵養的狗會迅速發展為共濟失調和癲癇樣抽搐。 實驗動物的組織學檢查顯示大腦皮層壞死和小腦浦肯野細胞紊亂。 紅細胞核也可能受到影響。
三氯化氮可能因撞擊、受熱、超聲波甚至自發而爆炸。 某些雜質的存在可能會增加爆炸危險。 它還會在接觸某些有機化合物的痕跡時發生爆炸——尤其是松節油。 分解會產生劇毒的氯化分解產物。
光氣. 商業上，光氣（COCl2) 是由氯和一氧化碳之間的反應製造的。 當某些氯化烴（尤其是二氯甲烷、四氯化碳、氯仿、三氯乙烯、全氯乙烯和六氯乙烷）與明火或熱金屬接觸時，如在焊接中，光氣也會作為不良副產品形成。 氯化碳氫化合物在封閉房間內的分解會導致有害濃度的光氣積聚，例如使用四氯化碳作為滅火材料，或在加工高級鋼時使用四氯乙烯作為潤滑劑。
無水光氣對金屬無腐蝕性，但遇水反應生成具有腐蝕性的鹽酸。
光氣是工業中使用的最毒氣體之一。 短時間吸入 50 ppm 對試驗動物是致命的。 對人類來說，長時間吸入 2 至 5 ppm 是危險的。 光氣的另一個危險特性是在吸入期間沒有任何警告症狀，濃度為 4 到 10 ppm 時可能只會對呼吸道和眼睛的粘膜造成輕微刺激。 長時間接觸 1 ppm 會導致遲發性肺水腫。
輕度中毒後會出現暫時性支氣管炎。 嚴重者可出現遲發性肺水腫。 這可以在潛伏數小時後發生，通常為 5 到 8 小時，但很少超過 12 小時。在大多數情況下，患者直到最後都保持清醒； 死因是窒息或心力衰竭。 如果患者在前 2 至 3 天存活下來，則預後通常良好。 高濃度的光氣會立即對肺造成酸損傷，並迅速導致窒息和肺部循環終止而死亡。
環保
游離氯會破壞植被，並且由於在不利的氣候條件下可能會產生造成此類破壞的濃度，因此應禁止將其釋放到周圍大氣中。 如果不可能利用釋放的氯氣來生產鹽酸等，則必須採取一切預防措施來結合氯氣，例如使用石灰洗滌器。 在工廠和周圍環境中，只要存在大量氯氣可能洩漏到周圍大氣中的風險，就應安裝帶有自動警報系統的特殊技術安全措施。
從環境污染的角度來看，應特別注意用於運輸氯或其化合物的鋼瓶或其他容器，注意控制可能發生的危險的措施，以及在緊急情況下應採取的措施。
碘及其化合物
碘在自然界中不是游離的，但碘化物和/或碘酸鹽作為痕量雜質存在於其他鹽類沉積物中。 智利硝石礦床含有足夠的碘酸鹽（約 0.2% 碘酸鈉），使其商業開採成為可能。 同樣，一些天然存在的鹽水，尤其是在美國，含有可回收量的碘化物。 海水中的碘化物濃縮在某些海藻（海帶）中，海帶的灰燼曾是法國、英國和日本的重要商業來源。
碘是一種強氧化劑。 如果接觸乙炔或氨等物質，可能會發生爆炸。
碘蒸氣，即使濃度很低，也會極大地刺激呼吸道、眼睛，並在較小程度上刺激皮膚。 空氣中低至 0.1 ppm 的濃度在長時間接觸時可能會引起一些眼睛刺激。 濃度高於 0.1 ppm 會導致越來越嚴重的眼睛刺激以及呼吸道刺激，並最終導致肺水腫。 除非接觸者已經患有甲狀腺疾病，否則吸入碘蒸氣不太可能造成其他全身性傷害。 碘從肺部吸收，在體內轉化為碘化物，然後排出體外，主要通過尿液排出。 結晶形式或強溶液形式的碘是一種嚴重的皮膚刺激物； 它不容易從皮膚上去除，接觸後往往會滲透並造成持續傷害。 碘引起的皮膚損傷類似於熱灼傷，只是碘將灼傷區域染成褐色。 由於碘仍固定在組織上，因此可能會發展為癒合緩慢的潰瘍。
由於碘對胃腸系統的腐蝕作用，成人口服碘的可能平均致死劑量為 2 至 3 克。 一般來說，含碘材料（有機和無機）似乎比類似的含溴或含氯材料毒性更大。 除了“鹵素樣”毒性外，碘還集中在甲狀腺（甲狀腺癌治療的基礎 131I)，因此代謝紊亂很可能由過度暴露引起。 長期吸收碘會導致“碘中毒”，一種以心動過速、震顫、體重減輕、失眠、腹瀉、結膜炎、鼻炎和支氣管炎為特徵的疾病。 此外，可能會出現對碘的超敏反應，其特徵是皮疹和可能的鼻炎和/或哮喘。
放射性。 碘的原子序數為53，原子量為117至139。其唯一穩定同位素的質量為127（126.9004）； 它的放射性同位素的半衰期從幾秒（原子量為 136 或更高）到數百萬年（129我）。 在表徵核反應堆裂變過程的反應中， 131我大量形成。 該同位素的半衰期為 8.070 天； 它發射主能量分別為 0.606 MeV（最大）和 0.36449 MeV 的 β 和 γ 輻射。
通過任何途徑進入人體後，無機碘（碘化物）都集中在甲狀腺中。 這一點，再加上豐富的形成 131I 在核裂變中，使其成為可能從核反應堆中有意或無意釋放的最危險的材料之一。
鹵素和化合物表
表格1 - 化學信息。
表格2 - 健康危害。
表格3 - 物理和化學危害。
表格4 - 物理和化學特性。