Clo

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia
Bước tới: menu, tìm kiếm
Clo,  17Cl
Chlorine liquid in an ampoule.jpg
Clo hóa lỏng trong khối hộp
Tính chất chung
Tên, ký hiệu Clo, Cl
Phiên âm /ˈklɔərn/ KLOR-een
Hình dạng Màu vàng lục nhạt ở cả thể khí và lỏng
Clo trong bảng tuần hoàn
  Orthorhombic.svg
 
17
Cl
 
               
               
                                   
                                   
                                                               
                                                               
                                                               
                                   
Số nguyên tử 17
Khối lượng nguyên tử chuẩn 35.453(2)
Phân loại Halogen
Nhóm, phân lớp 17p
Chu kỳ Chu kỳ 3
Cấu hình electron [Ne] 3s2 3p5
mỗi lớp 2, 8, 7
Tính chất vật lý
Màu sắc Vàng lục nhạt
Trạng thái vật chất Chất khí
Nhiệt độ nóng chảy 171,6 K ​(-101,5 °C, ​-150,7 °F)
Nhiệt độ sôi 239,11 K ​(-34,04 °C, ​-29,27 °F)
Mật độ 3,2 g/L (at 0 °C, 101.325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng ở nhiệt độ sôi: 1,5625[1] g·cm−3
Điểm tới hạn 416,9 K, 7,991 MPa
Nhiệt lượng nóng chảy (Cl2) 6,406 kJ·mol−1
Nhiệt lượng bay hơi (Cl2) 20,41 kJ·mol−1
Nhiệt dung (Cl2)
33,949 J·mol−1·K−1

Áp suất hơi

P (Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
ở T (K) 128 139 153 170 197 239
Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1Axít mạnh
Độ âm điện 3.16 (Thang Pauling)
Năng lượng ion hóa Thứ nhất: 1251,2 kJ·mol−1
Thứ hai: 2298 kJ·mol−1
Thứ ba: 3822 kJ·mol−1
Độ dài liên kết cộng hóa trị 102±4 pm
Bán kính Van der Waals 175 pm
Thông tin khác
Cấu trúc tinh thể Trực thoi
Vận tốc âm thanh (Thể khí, 0 °C) 206 m·s−1
Độ dẫn nhiệt 8,9×10-3  W·m−1·K−1
Điện trở suất at 20 °C: > 10  Ω·m
Tính chất từ Nghịch từ[2]
Số đăng ký CAS 7782-50-5
Đồng vị ổn định nhất
Bài chính: Đồng vị của Clo
iso NA Chu kỳ bán rã DM DE (MeV) DP
35Cl 75.77% 35Cl ổn định với 18 nơtron
36Cl Tổng hợp 3,01×105 năm β 0.709 36Ar
ε - 36S
37Cl 24.23% 37Cl ổn định với 20 nơtron

Clo (Chlorine) (từ tiếng Hy Lạp χλωρος Chloros, có nghĩa là "lục nhạt") là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu Cl và số nguyên tử bằng 17. Nó là một halôgen, nằm ở ô số 17, thuộc chu kì 3 của bảng tuần hoàn. Ion Clo, là một thành phần của muối ăn và các hợp chất khác, nó phổ biến trong tự nhiên và chất cần thiết để tạo ra phần lớn các loại hình sự sống, bao gồm cả cơ thể người. Clo có ái lực điện tử cao nhất và có độ âm điện đứng thứ 3 trong tất cả các nguyên tố. Ở dạng khí, nó có màu vàng lục nhạt, nó nặng hơn không khí khoảng 2,5 lần, có mùi hắc khó ngửi, và là chất độc cực mạnh. Ở dạng nguyên tố trong điều kiện chuẩn, nó là một chất ôxi hóa mạnh, được sử dụng làm chất tẩy trắng và khử trùng rất mạnh, cũng như là thuốc thử cần thiết trong ngành công nghiệp hóa chất. Là một chất khử trùng thông thường, các hợp chất clo được sử dụng trong các bể bơi để giữ sạch sẽ và vệ sinh. Ở thượng tầng khí quyển, clo chứa trong phân tử chlorofluorocarbons, ký hiệu CFC, có liên quan trong việc gây hại tầng ôzôn.

Thuộc tính[sửa | sửa mã nguồn]

Ở nhiệt độ và áp suất tiêu chuẩn, hai nguyên tử clo hình thành các phân tử có hai nguyên từ Cl2 [3] Đây là một chất khí màu vàng xanh có mùi đặc biệt mạnh mẽ của nó, mùi thuốc tẩy [4] Sự gắn kết giữa hai nguyên tử là tương đối yếu (chỉ 242,580 ± 0,004 kJ / mol), mà làm cho phân tử Cl2 phản ứng cao. Điểm sôi bầu không khí thường xuyên là khoảng -34 ˚ C, nhưng nó có thể được hóa lỏng ở nhiệt độ phòng với áp lực trên 8 atm.

Ở dạng nguyên tố, clo có dạng khí (ở điều kiện tiêu chuẩn) nhị nguyên tử (phân tử) có màu vàng lục nhạt.

Nguyên tố này là thành viên của nhóm halôgen tạo ra một loạt các muối và được tách ra từ các clorua thông qua quá trình ôxi hóa hay phổ biến hơn là điện phân. Clo là một khí có khả năng phản ứng ngay lập tức gần như với mọi nguyên tố. Ở 10 °C một lít nước hòa tan 3,10 lít clo và ở 30 °C chỉ là 1,77 lít.

Lịch sử[sửa | sửa mã nguồn]

Clo (tiếng Hy Lạp: χλωρος, khí màu vàng lục) được phát hiện năm 1774 bởi Carl Wilhelm Scheele, là người đã sai lầm khi cho rằng nó chứa ôxy. Clo được đặt tên năm 1810 bởi Humphry Davy, là người khẳng định nó là một nguyên tố.

Ứng dụng[sửa | sửa mã nguồn]

Clo là một hóa chất quan trọng trong làm tinh khiết nước, trong việc khử trùng hay tẩy trắng và là khí gây ngạt (mù tạc).

Clo được sử dụng rộng rãi trong sản xuất của nhiều đồ vật sử dụng hàng ngày.

Trong hóa hữu cơ chất này được sử dụng rộng rãi như là chất ôxi hóa và chất thế vì clo thông thường tạo ra nhiều thuộc tính có ý nghĩa trong các hợp chất hữu cơ khi nó thây thế hiđrô (chẳng hạn như trong sản xuất cao su tổng hợp).

Clo cũng được sử dụng trong sản xuất các clorat, clorôfom, tetraclorua cacbon và trong việc chiết xuất brôm.

Sự phổ biến[sửa | sửa mã nguồn]

Trong tự nhiên clo chỉ được tìm thấy trong dạng các ion clorua (Cl-). Các clorua tạo ra các loại muối hòa tan trong nước biển — khoảng 1,9% khối lượng của nước biển là các ion clorua. Trong nước của biển Chết và các mỏ nước mặn ngầm thì nồng độ của các ion clorua còn cao hơn nữa.

Phần lớn các muối clorua hòa tan trong nước, vì thế các clorua rắn thông thường chỉ tìm thấy trong những vùng khí hậu khô hoặc ở sâu dưới đất. Trong lớp vỏ Trái Đất, clo có giá trị trung bình khoảng 126 ppm,[3], chủ yếu ở dạng halit (muối mỏ) (clorua natri), sylvit (clorua kali) và cacnalit (clorua magiê kali ngậm sáu phân tử nước). Có hơn 2000 hợp chất của clo vô cơ tồn tại trong tự nhiên.[4]

Trong vũ trụ, clo được tạo ra trong các vụ nổ siêu tân tinh qua quá trình r.[5]

Về công nghiệp, clo nguyên tố được sản xuất bằng cách điện phân dung dịch clorua natri trong nước. Cùng với clo, quy trình khử clo của kim loại kiềm sinh ra khí hiđrôhiđrôxít natri, theo phản ứng sau:

2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH

Hóa tính của Clo[sửa | sửa mã nguồn]

Ngoài những tính chất hóa học của một phi kim như tác dụng với hầu hết kim loại tạo thành muối Clorua, tác dụng với Hiđro tạo khí hiđro clorua. Phương pháp Clo hóa là sử dụng khí Clo mới sinh (khí Clo mới sinh có khả năng hoạt hóa rất cao hơn hẳn khí Clo đã được cất giữ trong các bình chứa một thời gian) tác dụng trực tiếp với đối tượng cần Clo hóa như các kim loại, oxit kim loại hoặc các hợp chất hữu cơ (benzen, toluen...), với nước, bazơ,...

Clo thể hiện một số hóa tính trong phản ứng Clo hóa như sau:

Tác dụng với nước tạo dung dịch nước clo:

Cl2 (k) + H2O (l) ↔ HCl (dd) + HClO (dd)

Dung dịch nước Clo là dung dịch hỗn hợp giữa Cl2, HCl và HClO nên có màu vàng lục, mùi hắc của Clo; dung dịch axit lúc đầu làm giấy quỳ chuyển sang màu đỏ nhưng nhanh chóng bị mất màu ngay sau đó do tác dụng oxi hóa mạnh của Axit Hipoclorơ HClO.

Tác dụng với dung dịch Natri Hiđroxit NaOH tạo dung dịch nước Giaven:

Cl2 (k) + 2NaOH (dd) → NaCl (dd) + NaClO (dd) + H2O (l)

Dung dịch nước Javen là hỗn hợp hai muối Natri Clorua NaCl và Natri Hipoclorit NaClO, có tính tẩy màu vì tương tự như Axit Hipoclorơ HClO, Natri Hipoclorit NaClO là chất oxi hóa manh.

Ngoài ra, Cl2 còn có thể tác dụng với kiềm dạng rắn ở nhiệt độ cao:

3Cl2 (k) + 6KOH (r) −(t°)-> 5KCl (dd) + KClO3 (dd) + 3H2O (l)

Hợp chất[sửa | sửa mã nguồn]

Các hợp chất của clo bao gồm các clorua, hipoclorit, clorit, clorat, peclorat.

Đồng vị[sửa | sửa mã nguồn]

Có hai đồng vị chính ổn định của clo, với khối lượng 35 và 37, tìm thấy trong tự nhiên với tỷ lệ 3:1, tạo ra các nguyên tử clo trong tự nhiên có khối lượng nguyên tử chung xấp xỉ 35.453. Clo có 9 đồng vị với khối lượng nguyên tử trong khoảng 32 đến 40. Chỉ có ba đồng vị là có trong tự nhiên: Cl35 (75,77%) và Cl37 (24,23%) là ổn định,[6] và đồng vị phóng xạ Cl36. Tỷ lệ của Cl36 tới Cl ổn định trong môi trường là khoảng 700 E -15: 1. Cl36 được sản xuất trong khí quyển bằng va đập của Ar36 bởi các tương tác với tia prôton vũ trụ. Trong môi trường dưới bề mặt, Cl36 được sinh ra chủ yếu như kết quả của việc bắt nơtron của Cl35 hay bắt muon của Ca40. Cl36 phân rã thành S36 và thành Ar36, với chu kỳ bán rã tổ hợp là 308.000 năm. Chu kỳ bán rã của đồng vị ưa nước này làm nó trở thành phù hợp cho việc đánh giá niên đại trong địa chất học trong khoảng từ 60.000 đến 1 triệu năm. Bổ sung thêm, một lượng lớn Cl36 đã được tạo ra bởi sự chiếu xạ của nước biển trong quá trình thử nghiệm các vũ khí nguyên tử trong không khí từ năm 1952 đến 1958. Thời gian tồn tại của Cl36 trong khí quyển khoảng 1 tuần. Vì thế, như là chất đánh dấu của nước những năm thập niên 1950 trong đất và nước ngầm, Cl36 còn có ích để đánh giá tuổi của các loại nước ít hơn 50 năm trước ngày nay. Cl36 cũng được sử dụng trong các lĩnh vực khác nhau của địa chất, bao gồm đánh giá niên đại băng và các trầm tích.

Cảnh báo[sửa | sửa mã nguồn]

Clo kích thích hệ hô hấp, đặc biệt ở trẻ em và người cao tuổi. Trong trạng thái khí, nó kích thích các màng nhầy và khi ở dạng lỏng nó làm cháy da. Chỉ cần một lượng nhỏ (khoảng 3,5 ppm) để có thể phát hiện ra mùi riêng đặc trưng của nó nhưng cần tới 1.000 ppm trở lên để trở thành nguy hiểm. Vì thế, clo đã là một trong các loại khí được sử dụng trong Chiến tranh thế giới thứ nhất như một vũ khí hóa học. (Xem: Sử dụng khí độc trong Đại chiến thế giới lần thứ nhất)

Sự phơi nhiễm khí này không được vượt quá 0,5 ppm (8-giờ-trọng lượng trung bình - 40 giờ trong tuần).

Sự phơi nhiễm cấp trong môi trường có nồng độ clo cao (chưa đến mức chết người) có thể tạo ra sự phồng rộp phổi, hay tích tụ của huyết thanh trong phổi. Mức độ phơi nhiễm thấp kinh niên làm suy yếu phổi và làm tăng tính nhạy cảm của các rối loạn hô hấp.

Các loại hơi độc có thể sinh ra khi thuốc tẩy trộn với nước tiểu, amôniắc hay sản phẩm tẩy rửa khác. Các khí này bao gồm hỗn hợp của khí clo và triclorua nitơ; vì thế cần phải tránh các tổ hợp này.

Xem thêm: Cloroflorocacbon

Quy trình sản xuất clo[sửa | sửa mã nguồn]

Clo có thể sản xuất thông qua điện phân dung dịch clorua natri, tức nước biển. Có ba phương pháp để tách clo bằng điện phân được sử dụng trong công nghiệp.

Điện phân tế bào thủy ngân: Là phương pháp đầu tiên được sử dụng để sản xuất clo ở mức công nghiệp. Anốt bằng titan nằm phía trên catốt bằng thủy ngân lỏng, dung dịch clorua natri nằm ở giữa các điện cực. Khi có dòng điện chạy qua, clo được giải phóng ở cực dương, còn natri hòa tan trong catốt thủy ngân tạo thành một hỗn hống.

Hỗn hống có thể tái tạo lại thủy ngân bằng cách cho phản ứng với nước tạo ra hiđrô và hiđrôxít natri. Chúng là những sản phẩm phụ có ích.

Phương pháp này tiêu hao nhiều năng lượng và có vấn đề về sự thất thoát thủy ngân.

Điện phân màng ngăn: Màng ngăn amiăng được bọc lấy catốt là một lưới sắt để ngăn không cho clo và hiđrôxít natri tạo ra có thể tái phản ứng.

Phương pháp này tiêu hao ít năng lượng hơn phương pháp tế bào thủy ngân, nhưng hiđrôxít natri không dễ cô lập và kết lắng thành chất có ích.

Điện phân màng tế bào: Các tế bào điện phân được chia thành hai bởi màng có vai trò như nơi trao đổi ion. Dung dịch clorua natri bão hòa được đưa vào ngăn của anốt còn nước cất đưa vào ngăn của catốt.

Phương pháp này có hiệu quả gần bằng phương pháp màng ngăn và sản xuất được hiđrôxít natri rất nguyên chất.

Tham khảo[sửa | sửa mã nguồn]

  1. ^ Chlorine, Gas Encyclopaedia, Air Liquide
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Lide, D. R. biên tập (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (ấn bản 86). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5. 
  3. ^ Greenwood 1997, tr. 795
  4. ^ “Risk assessment and the cycling of natural organochlorines”. Euro Chlor. Truy cập ngày 12 tháng 8 năm 2007. 
  5. ^ Cameron, A.G.W. (June năm 1957). “Stellar Evolution, Nuclear Astrophysics, and Nucleogenesis”. CRL-41. 
  6. ^ Georges, Audi (2003). “The NUBASE Evaluation of Nuclear and Decay Properties”. Nuclear Physics A (Atomic Mass Data Center) 729: 3–128. Bibcode:2003NuPhA.729....3A. doi:10.1016/j.nuclphysa.2003.11.001. 

Liên kết ngoài[sửa | sửa mã nguồn]