Почему, в отличие от большинства элементов-неметаллов, галогены — не образуют аллотропных модификаций?

Что такое аллотропия? Некоторые чистые элементы могут существовать в нескольких различных формах при одних и тех же условиях. Эти аллотропные формы различаются количеством или порядком расположения атомов данного элемента в молекуле или кристалле. Какую форму принимает элемент - зависит от условий, в которых вещество формировалось. Можно утверждать, что некоторые конфигурации атомов стабильны, а другие - нет.

Атомы в молекуле (или в кристалле) соединены химической связью, которая может быть ковалентная, ионная и т. д. При этом конкретное расположение атомов (ядер и электронных оболочек) определяется минимумом потенциальной энергии их взаимодействия.

Атомы некоторых элементов, как например, у инертных газов, вообще не соединяются в молекулы - они существуют только в виде моноатомного газа. Водород, азот, кислород и галогены в нормальных условиях образуют диатомные молекулы. Однако при высоких температурах почти все элементы (кроме инертных газов) способны образовывать диатомные молекулы.

И наконец, некоторые элементы способны образовывать несколько аллотропных форм, например, молекулы из двух атомов, из трех, четырех, и т. д. Если атомов в молекуле много, они могут соединяться различными способами, что дает новые аллотропные формы одного и того же элемента.

Поэтому вопрос о том, почему у некоторых элементов нет аллотропных модификаций, можно свести к вопросу, почему некоторые соединения атомов стабильны, а другие существовать не могут.

Например: почему молекула водорода (Н2) стабильна? Квантовая механика дает ответ на этот вопрос. Если два атома водорода оказались на расстоянии около 1 Ангстрема (0,1 нм) , то при увеличении или уменьшении расстояния между ними силы электрического взаимодействия между протонами и электронами стремятся вернуть их в исходное положение. Такое расстояние соответствет минимуму потенциальный энергии взаимодействия между ними.

Другой пример: почему атомы гелия (Не) не соединяются в молекулы? При попытке сближения атомов гелия между ними возникает отталкивание. И, в отличие от водорода, электроны никак не могут расположиться, чтобы скомпенсировать это отталкивание. Потенциальная энергия взаимодействия не имеет минимума, и при любом расстоянии между атомами гелия отталкивание будет преобладать, а, следовательно, стабильная молекула образоваться не может.

То, что галогены существуют только в виде диатомных молекул - это экспериментальное наблюдение, которое теоретически не доказано. Возможно, в будущем будут открыты другие аллотропные формы, о которых пока не известно. А может и нет.