Clo

Bách khoa toàn thư mở Wikipedia

Clo (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 trong nhóm 17 của bảng tuần hoàn. Là một thành phần của muối ăn và các hợp chất khác, nó là phổ biến trong tự nhiên và cần thiết để tạo ra phần lớn các loại hình sự sống, bao gồm cả cơ thể người. 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. Nó là một chất ôxi hóa, chất tẩy trắng và khử trùng rất mạnh.

17	lưu huỳnh ← clo → agon
F ↑ Cl ↓ Br
	Bảng đầy đủ

Tổng quát

Tên, Ký hiệu, Số

clo, Cl, 17

Phân loại

halôgen

Nhóm, Chu kỳ, Khối

17, 3, p

Khối lượng riêng, Độ cứng

3,214 kg/m³, ?

Bề ngoài

khí màu vàng lục nhạt

Tính chất nguyên tử

Khối lượng nguyên tử

35,453 đ.v.

Bán kính nguyên tử (calc.)

100 (79) pm

Bán kính cộng hoá trị

99 pm

Bán kính van der Waals

175 pm

Cấu hình electron

[Ne]3s²3p⁵

e^- trên mức năng lượng

2, 8, 7

Trạng thái ôxi hóa (Ôxít)

±1, 3, 5, 7 (axít mạnh)

Cấu trúc tinh thể

hình lăng trụ

Tính chất vật lý

Trạng thái vật chất

Khí

Điểm nóng chảy

171,6 K (-150,52 °F)

Điểm sôi

239,11 K (-29,002 °F)

Thứ tự hiện tượng từ

không nhiễm từ

Thể tích phân tử

? ×10^-6 m³/mol

Nhiệt bay hơi

10,2 kJ/mol

Nhiệt nóng chảy

3,203 kJ/mol

Áp suất hơi

1300 Pa tại ? K

Vận tốc âm thanh

? m/s tại ? K

Linh tinh

3,16 (thang Pauling)

480 J/(kg·K)

? /Ω·m

0,0089 W/(m·K)

1.251,2 kJ/mol
2.298 kJ/mol
3.822 kJ/mol
5.158,6 kJ/mol
6.542 kJ/mol
9.362 kJ/mol
11.018 kJ/mol
33.604 kJ/mol
38.600 kJ/mol
43.961 kJ/mol
51.068 kJ/mol
57.119 kJ/mol
63.363 kJ/mol
72.341 kJ/mol
78.095 kJ/mol
352.994 kJ/mol
380.760 kJ/mol

Chất đồng vị ổn định nhất

Bài chính: Đồng vị clo

iso	TN	t_½	DM	DE MeV	DP
³⁵Cl	75,77%	Ổn định có 18 neutron
³⁶Cl	tổng hợp	3,01×10⁵ năm	β⁻	0,709	³⁶Ar
³⁶Cl	tổng hợp	3,01×10⁵ năm	ε	—	³⁶S
³⁷Cl	24,23%	Ổn định có 20 neutron

Đơn vị SI và STP được dùng trừ khi có ghi chú.

[sửa] Thuộc tính

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.

[sửa] Lịch sử

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.

[sửa] Ứng dụng

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.

Sử dụng (trong dạng axít hypoclorơ HOCl) để diệt khuẩn từ nước uống và trong các bể bơi. Thậm chí một lượng nhỏ nước uống hiện nay cũng là được xử lí với clo.
Sử dụng rộng rãi trong sản xuất giấy, khử trùng, thuốc nhuộm, thực phẩm, thuốc trừ sâu, sơn, sản phẩm hóa dầu, chất dẻo, dược phẩm, dệt may, dung môi và nhiều sản phẩm tiêu dùng khác.

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.

[sửa] Sự phổ biến

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. Các khoáng chất thông dụng chứa clorua là halit (muối mỏ) (clorua natri), sylvit (clorua kali) và cacnalit (clorua magiê kali ngậm sáu phân tử nước).

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 hiđrô và hiđrôxít natri, theo phản ứng sau:

2NaCl + 2H₂O → Cl₂ + H₂ + 2NaOH

[sửa] Hợp chất

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

[sửa] Đồng vị

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, 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.

[sửa] Cảnh báo

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 Đại chiến thế giới lần 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 tụf 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

[sửa] Quy trình sản xuất clo

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.