Trong tự nhiên, clo xảy ra ở trạng thái khí và chỉ ở dạng hợp chất với các chất khí khác. Ở điều kiện gần bình thường, nó là một chất khí màu xanh lục, độc, ăn da. Nó có trọng lượng lớn hơn không khí. Có mùi ngọt ngào. Phân tử clo chứa hai nguyên tử. Nó không cháy ở trạng thái nghỉ, nhưng ở nhiệt độ cao, nó tương tác với hydro, sau đó một vụ nổ có thể xảy ra. Kết quả là, khí phosgene được giải phóng. Rất độc. Vì vậy, ngay cả ở nồng độ thấp trong không khí (0,001 mg trên 1 dm3) cũng có thể gây tử vong. Đặc điểm chính của phi kim loại clo là nặng hơn không khí, do đó, nó sẽ luôn ở gần sàn dưới dạng sương mù màu vàng lục.
Sự thật lịch sử
Lần đầu tiên trong thực tế, chất này được K. Schelee thu được vào năm 1774 bằng cách kết hợp axit clohiđric và pyrolusit. Tuy nhiên, chỉ vào năm 1810, P. Davy đã có thể mô tả đặc tính của clo và xác định rằng nómột nguyên tố hóa học riêng biệt.
Điều đáng chú ý là vào năm 1772, Joseph Priestley đã có thể thu được hydro clorua - một hợp chất của clo với hydro, nhưng nhà hóa học không thể tách hai nguyên tố này.
Đặc điểm hóa học của clo
Clo là một nguyên tố hóa học thuộc phân nhóm chính nhóm VII của bảng tuần hoàn. Nó ở chu kỳ thứ ba và có số hiệu nguyên tử là 17 (17 proton trong hạt nhân nguyên tử). Phản ứng phi kim. Được chỉ định bởi các chữ cái Cl.
Là đại diện điển hình của halogen. Đây là những chất khí không có màu, nhưng có mùi hắc. Thường độc hại. Tất cả các halogen đều tan nhiều trong nước. Chúng bắt đầu bốc khói khi tiếp xúc với không khí ẩm.
Cấu hình điện tử ngoài của nguyên tử Cl 3s2Зр5. Do đó, trong các hợp chất, nguyên tố hóa học thể hiện các mức oxi hóa -1, +1, +3, +4, +5, +6 và +7. Bán kính cộng hóa trị của nguyên tử là 0,96Å, bán kính ion của Cl là 1,83 Å, ái lực của nguyên tử với electron là 3,65 eV, mức ion hóa là 12,87 eV.
Như đã đề cập ở trên, clo là một phi kim loại khá hoạt động, cho phép bạn tạo các hợp chất với hầu hết mọi kim loại (trong một số trường hợp, bằng cách đun nóng hoặc sử dụng hơi ẩm, trong khi làm mất vị trí của brom) và các phi kim loại. Ở dạng bột, nó chỉ phản ứng với kim loại khi gặp nhiệt độ cao.
Nhiệt độ đốt cháy tối đa - 2250 ° C. Với oxy, nó có thể tạo thành oxit, hypoclorit, clorit và clorat. Tất cả các hợp chất có chứa oxy đều trở nên nổ khi tương tác với oxy hóavật liệu xây dựng. Cần lưu ý rằng các oxit clo có thể phát nổ ngẫu nhiên, trong khi clorat chỉ phát nổ khi tiếp xúc với bất kỳ chất khơi mào nào.
Đặc điểm của clo theo vị trí trong Bảng tuần hoàn:
• chất đơn giản;
• nguyên tố thuộc nhóm thứ mười bảy của bảng tuần hoàn;
• chu kỳ thứ ba của hàng thứ ba;
• nhóm thứ bảy của phân nhóm chính;
• số hiệu nguyên tử 17;
• ký hiệu là Cl;
• phi kim loại có phản ứng;
• thuộc nhóm halogen;
• ở điều kiện gần bình thường, đó là khí độc có màu vàng lục, mùi hắc;
• phân tử clo có 2 nguyên tử (công thức Cl2).
Tính chất vật lý của clo:
• Điểm sôi: -34,04 ° С;
• Điểm nóng chảy: -101,5 ° С;
• Tỷ trọng khí - 3,214 g / l;
• tỷ trọng của clo lỏng (trong quá trình đun sôi) - 1,537 g / cm3;
• khối lượng riêng của clo rắn - 1,9 g / cm3;
• khối lượng cụ thể - 1.745 x 10-3l / năm.
Clo: đặc điểm của sự thay đổi nhiệt độ
Ở trạng thái khí, nó có xu hướng hóa lỏng dễ dàng. Ở áp suất 8 atm và nhiệt độ 20 ° C, nó trông giống như một chất lỏng màu vàng lục. Nó có tính chất ăn mòn rất cao. Như thực tế cho thấy, nguyên tố hóa học này có thể duy trì trạng thái lỏng lên đến nhiệt độ tới hạn (143 ° C), tùy thuộc vào sự gia tăng áp suất.
Nếu nó được làm lạnh xuống -32 ° C,nó sẽ thay đổi trạng thái tập hợp thành chất lỏng, bất kể áp suất khí quyển. Khi nhiệt độ giảm hơn nữa, quá trình kết tinh xảy ra (ở -101 ° C).
Clo trong tự nhiên
Vỏ trái đất chỉ chứa 0,017% clo. Phần lớn là trong khí núi lửa. Như đã chỉ ra ở trên, chất này có hoạt tính hóa học cao, do đó nó xuất hiện trong tự nhiên trong các hợp chất với các nguyên tố khác. Tuy nhiên, nhiều khoáng chất có chứa clo. Đặc tính của nguyên tố cho phép hình thành khoảng một trăm loại khoáng chất khác nhau. Theo quy luật, đây là các clorua kim loại.
Ngoài ra, một lượng lớn nó nằm trong đại dương - gần 2%. Điều này là do thực tế là clorua rất tích cực hòa tan và mang theo bởi sông và biển. Quá trình ngược lại cũng có thể xảy ra. Clo được rửa trở lại bờ, và sau đó gió sẽ mang nó đi khắp nơi. Đó là lý do tại sao nồng độ cao nhất của nó được quan sát thấy ở các vùng ven biển. Trong các vùng khô hạn của hành tinh, khí mà chúng ta đang xem xét được hình thành do sự bay hơi của nước, do đó các đầm lầy muối xuất hiện. Khoảng 100 triệu tấn chất này được khai thác hàng năm trên thế giới. Tuy nhiên, điều này không có gì đáng ngạc nhiên, vì có nhiều cặn chứa clo. Tuy nhiên, đặc điểm của nó phần lớn phụ thuộc vào vị trí địa lý của nó.
Phương pháp thu nhận clo
Ngày nay, có một số phương pháp để thu được clo, trong đó các phương pháp sau đây là phổ biến nhất:
1. màng ngăn. Nó là đơn giản nhất và ít tốn kém nhất. clohydricdung dịch trong điện phân có màng ngăn đi vào không gian anot. Hơn nữa trên lưới catốt bằng thép chảy vào màng ngăn. Nó chứa một lượng nhỏ sợi polyme. Một tính năng quan trọng của thiết bị này là dòng chảy ngược. Nó được hướng từ không gian anot sang không gian catot, điều này có thể thu được clo và dung dịch kiềm riêng biệt.
2. Màng. Hiệu quả năng lượng nhất, nhưng khó thực hiện trong một tổ chức. Tương tự với cơ hoành. Điểm khác biệt là không gian cực dương và cực âm được ngăn cách hoàn toàn bởi một lớp màng. Do đó, đầu ra là hai luồng riêng biệt.
Điều đáng chú ý là đặc tính của chem. nguyên tố (clo) thu được bằng các phương pháp này sẽ khác nhau. Phương pháp màng lọc được coi là "sạch" hơn.
3. Phương pháp thủy ngân với catốt lỏng. So với các công nghệ khác, tùy chọn này cho phép bạn có được clo tinh khiết nhất.
Sơ đồ chính của việc lắp đặt bao gồm một máy điện phân và một máy bơm được kết nối với nhau và bộ phân hủy hỗn hống. Thủy ngân được bơm bởi máy bơm cùng với dung dịch muối thông thường đóng vai trò là cực âm, và các điện cực cacbon hoặc than chì đóng vai trò là cực dương. Nguyên tắc hoạt động của việc lắp đặt như sau: clo thoát ra từ bình điện phân, clo được loại bỏ khỏi bình điện phân cùng với anot. Các tạp chất và dư lượng clo được loại bỏ khỏi thùng sau, bão hòa với halit và quay trở lại quá trình điện phân.
Các yêu cầu về an toàn công nghiệp và khả năng sản xuất không hiệu quả đã dẫn đến việc thay thế cực âm lỏng bằng cực âm rắn.
Việc sử dụng clo trong công nghiệpmục đích
Các đặc tính của clo cho phép nó được sử dụng tích cực trong công nghiệp. Với sự trợ giúp của nguyên tố hóa học này, các hợp chất clo hữu cơ khác nhau (vinyl clorua, cao su clo, v.v.), thuốc và chất khử trùng thu được. Nhưng thị trường ngách lớn nhất mà ngành này chiếm lĩnh là sản xuất axit clohydric và vôi.
Phương pháp lọc nước uống được sử dụng rộng rãi. Ngày nay, họ đang cố gắng loại bỏ phương pháp này, thay thế bằng phương pháp ozon hóa, vì chất mà chúng ta đang xem xét ảnh hưởng tiêu cực đến cơ thể con người, bên cạnh đó, nước clo phá hủy đường ống. Điều này là do thực tế là ở trạng thái tự do, Cl ảnh hưởng xấu đến các đường ống làm từ polyolefin. Tuy nhiên, hầu hết các quốc gia thích phương pháp khử trùng bằng clo.
Ngoài ra, clo còn được sử dụng trong luyện kim. Với sự giúp đỡ của nó, một số kim loại hiếm (niobi, tantali, titan) được thu được. Trong ngành công nghiệp hóa chất, các hợp chất clo hữu cơ khác nhau được sử dụng tích cực để kiểm soát cỏ dại và cho các mục đích nông nghiệp khác, nguyên tố này cũng được sử dụng làm chất tẩy trắng.
Do cấu trúc hóa học của nó, clo phá hủy hầu hết các loại thuốc nhuộm hữu cơ và vô cơ. Điều này đạt được bằng cách đổi màu hoàn toàn chúng. Kết quả như vậy chỉ có thể xảy ra nếu có mặt nước, vì quá trình tẩy trắng xảy ra do oxy nguyên tử, được tạo thành sau quá trình phân hủy clo: Cl2+ H2O → HCl + HClO → 2HCl + O. Phương pháp này đã được một cặp vợ chồng sử dụngcách đây nhiều thế kỷ và vẫn còn phổ biến cho đến ngày nay.
Việc sử dụng chất này rất phổ biến để sản xuất thuốc diệt côn trùng clo hữu cơ. Các chế phẩm nông nghiệp này tiêu diệt các sinh vật gây hại, để lại cây trồng nguyên vẹn. Một phần đáng kể của tất cả clo được khai thác trên hành tinh được sử dụng cho nhu cầu nông nghiệp.
Nó cũng được sử dụng trong sản xuất các hợp chất nhựa và cao su. Với sự giúp đỡ của họ, dây điện, văn phòng phẩm, thiết bị, vỏ của đồ gia dụng, v.v. được tạo ra. Có ý kiến cho rằng cao su thu được theo cách này gây hại cho con người, nhưng điều này chưa được khoa học xác nhận.
Cần lưu ý rằng clo (đặc tính của chất này đã được chúng tôi tiết lộ chi tiết trước đó) và các dẫn xuất của nó, chẳng hạn như khí mù tạt và phosgene, cũng được sử dụng cho mục đích quân sự để thu được các tác nhân chiến tranh hóa học.
Clo như một đại diện sáng giá của các phi kim loại
Phi kim loại là những chất đơn giản bao gồm chất khí và chất lỏng. Trong hầu hết các trường hợp, chúng dẫn điện kém hơn kim loại, và có sự khác biệt đáng kể về các đặc tính vật lý và cơ học. Với sự trợ giúp của mức độ ion hóa cao, chúng có thể tạo thành các hợp chất hóa học cộng hóa trị. Dưới đây, một đặc tính của phi kim loại sẽ được đưa ra bằng cách sử dụng ví dụ về clo.
Như đã nói ở trên, nguyên tố hóa học này là chất khí. Ở điều kiện bình thường, nó hoàn toàn thiếu các tính chất tương tự như của kim loại. Nếu không có sự trợ giúp từ bên ngoài, nó không thể tương tác với oxy, nitơ, carbon, v.v.thể hiện tính oxi hóa trong liên kết với chất đơn giản và một số chất phức tạp. Đề cập đến các halogen, được phản ánh rõ ràng trong các đặc tính hóa học của nó. Trong các hợp chất với các đại diện khác của halogen (brom, astatine, iot), nó thay thế chúng. Ở trạng thái khí, clo (đặc điểm của nó là xác nhận trực tiếp điều này) hòa tan tốt. Nó là một chất khử trùng tuyệt vời. Chỉ giết các sinh vật sống, điều này làm cho nó không thể thiếu trong nông nghiệp và y học.
Dùng làm chất độc
Đặc tính của nguyên tử clo cho phép nó được sử dụng như một chất độc. Lần đầu tiên, khí đốt được Đức sử dụng vào ngày 22 tháng 4 năm 1915, trong Chiến tranh thế giới thứ nhất, hậu quả là khoảng 15 nghìn người đã chết. Hiện tại, nó không được sử dụng như một chất độc hại.
Hãy mô tả ngắn gọn về nguyên tố hóa học như một tác nhân gây ngạt thở. Ảnh hưởng đến cơ thể con người thông qua việc ngạt thở. Đầu tiên, nó gây kích ứng đường hô hấp trên và màng nhầy của mắt. Một cơn ho mạnh bắt đầu với những cơn nghẹt thở. Hơn nữa, xâm nhập vào phổi, khí ăn mòn mô phổi, dẫn đến phù nề. Quan trọng! Clo là một chất có tác dụng nhanh.
Tùy theo nồng độ trong không khí mà các triệu chứng khác nhau. Với một hàm lượng thấp ở một người, đỏ màng nhầy của mắt, khó thở nhẹ được quan sát thấy. Hàm lượng trong không khí 1,5-2 g / m3gây nặng và hồi hộp ở ngực, đau buốt đường hô hấp trên. Ngoài ra, tình trạng này có thể đi kèm với chảy nước mắt nghiêm trọng. Sau 10-15 phút ở trong phòngvới nồng độ clo như vậy, phổi bị bỏng nặng và tử vong. Ở nồng độ cao hơn, có thể tử vong trong vòng một phút do tê liệt đường hô hấp trên.
Khi làm việc với chất này, nên sử dụng quần yếm, mặt nạ phòng độc, găng tay.
Clo trong đời sống sinh vật và thực vật
Clo là một phần của hầu hết tất cả các cơ thể sống. Điểm đặc biệt là nó không ở dạng nguyên chất mà ở dạng hợp chất.
Trong sinh vật của động vật và con người, các ion clorua duy trì sự bình đẳng về thẩm thấu. Điều này là do thực tế là chúng có bán kính thích hợp nhất để thâm nhập vào các tế bào màng. Cùng với các ion kali, Cl điều chỉnh sự cân bằng nước-muối. Tại ruột, các ion clorua tạo môi trường thuận lợi cho hoạt động của các men phân giải protein của dịch vị. Các kênh clo được cung cấp trong nhiều tế bào của cơ thể chúng ta. Thông qua chúng, sự trao đổi chất lỏng giữa các tế bào xảy ra và độ pH của tế bào được duy trì. Khoảng 85% tổng khối lượng của nguyên tố này trong cơ thể nằm trong khoảng gian bào. Nó được đào thải ra khỏi cơ thể qua niệu đạo. Được sản xuất bởi cơ thể phụ nữ trong thời kỳ cho con bú.
Ở giai đoạn phát triển này, rất khó để nói rõ ràng những căn bệnh nào gây ra bởi clo và các hợp chất của nó. Điều này là do thiếu nghiên cứu trong lĩnh vực này.
Ngoài ra, các ion clorua có trong tế bào thực vật. Anh ấy tích cực tham gia trao đổi năng lượng. Không có yếu tố này, quá trình quang hợp là không thể. Với sự giúp đỡ của anh ấyrễ chủ động hấp thụ các chất cần thiết. Nhưng nồng độ clo cao trong thực vật có thể có tác động bất lợi (làm chậm quá trình quang hợp, ngừng phát triển và tăng trưởng).
Tuy nhiên, có những đại diện của hệ thực vật có thể "kết bạn" hoặc ít nhất là hòa hợp với nguyên tố này. Đặc tính của một phi kim loại (clo) có chứa một yếu tố như khả năng ôxy hóa đất của một chất. Trong quá trình tiến hóa, các loài thực vật được đề cập ở trên, được gọi là halophytes, đã chiếm giữ các đầm lầy muối trống rỗng do sự dư thừa của nguyên tố này. Chúng hấp thụ các ion clorua, và sau đó loại bỏ chúng với sự trợ giúp của lá rụng.
Vận chuyển và bảo quản clo
Có một số cách để di chuyển và lưu trữ clo. Đặc tính của phần tử ngụ ý sự cần thiết của các xi lanh áp suất cao đặc biệt. Các thùng chứa như vậy có một dấu hiệu nhận biết - một đường thẳng màu xanh lá cây. Xi lanh phải được rửa kỹ hàng tháng. Khi lưu trữ clo kéo dài, một chất kết tủa rất dễ nổ được hình thành trong chúng - nitơ triclorua. Có thể tự phát cháy và nổ nếu không tuân thủ tất cả các quy tắc an toàn.
Đang học clo
Các nhà hóa học tương lai nên biết các đặc tính của clo. Theo kế hoạch, học sinh lớp 9 thậm chí có thể làm thí nghiệm trong phòng thí nghiệm với chất này dựa trên kiến thức cơ bản của môn học. Đương nhiên, giáo viên có nghĩa vụ tiến hành một cuộc họp giao ban về an toàn.
Thứ tự công việc như sau: bạn cần lấy một bình vớiclo và đổ vụn kim loại nhỏ vào đó. Khi bay, các con chip sẽ bùng lên với những tia lửa sáng rực rỡ và đồng thời tạo thành khói trắng nhẹ SbCl3. Khi nhúng lá thiếc vào bình có clo, nó cũng sẽ tự bốc cháy và những bông tuyết bốc lửa sẽ từ từ rơi xuống đáy bình. Trong phản ứng này, một chất lỏng có màu khói được tạo thành - SnCl4. Khi đặt phoi sắt vào bình, các “giọt” màu đỏ hình thành và khói đỏ xuất hiện FeCl3.
Cùng với công việc thực tế, lý thuyết được lặp đi lặp lại. Đặc biệt, một câu hỏi như mô tả đặc điểm của clo theo vị trí trong hệ thống tuần hoàn (được mô tả ở đầu bài viết).
Kết quả của các thí nghiệm, nó chỉ ra rằng nguyên tố phản ứng tích cực với các hợp chất hữu cơ. Nếu bạn đặt bông gòn tẩm nhựa thông vào một bình chứa clo, nó sẽ bốc cháy ngay lập tức và muội than sẽ rơi mạnh ra khỏi bình. Natri cháy âm ỉ hiệu quả với ngọn lửa hơi vàng, và các tinh thể muối xuất hiện trên thành của đĩa đựng hóa chất. Học sinh sẽ thích thú khi biết rằng, khi vẫn còn là một nhà hóa học trẻ tuổi, N. N. Semenov (sau này là người đoạt giải Nobel), sau khi tiến hành một thí nghiệm như vậy, đã thu thập muối từ thành bình và rắc bánh mì lên đó rồi ăn nó. Hóa ra đã đúng và không phụ lòng nhà khoa học. Theo kết quả của thí nghiệm do nhà hóa học thực hiện, muối ăn thông thường đã thực sự thành công!
