Sơ lược nguyên tố Clo:
$\bullet \,$ Kí hiệu hóa học: $Cl$
$\bullet \,$ Số hiệu nguyên tử: $17$
$\bullet \,$ Cấu hình electron: $1{s^2}\,\,2{s^2}\,\,2{p^6}\,\,3{s^2}\,\,3{p^5}$
$\bullet \,$ Khối lượng nguyên tử: $35,5$
$\bullet \,$ Công thức phân tử: $Cl_2$
$\bullet \,$ Khối lượng phân tử: $71$
I. TÍNH CHẤT VẬT LÍ
- Ở điều kiện thường, Clo là chất khí màu vàng lục, mùi xốc, rất độc.
- Tỉ khối $d_{\,Cl_2\,/KK} = \frac{M}{29} = \frac{71}{29}=2,5>1$ $\Longrightarrow \,$ Nặng hơn không khí 2,5 lần.
- Clo tan ít trong nước (ở $20^0C$, 1 lít nước hòa tan 2,5 lít khí Clo) tạo thành nước Clo có màu vàng nhạt. Khí Clo tan nhiều trong dung môi hữu cơ như benzen, etanol, hexan, cacbon tetraclorua…
II. TÍNH CHẤT HÓA HỌC
- Clo là chất oxi hóa mạnh. Trong các phản ứng hóa học, Clo dễ thu thêm $1e$ $\,\longrightarrow \, ion\,\, Cl^{-}$.
$Cl \,\,+\,\, 1e \,\,\longrightarrow \,\, Cl^{-}$
1. Tác dụng với kim loại
- Khí Clo oxi hóa được hầu hết các kim loại tạo ra muối clorua.
$\mathop {Fe}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, \frac{3}{2} \,\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,\longrightarrow \,\, \mathop {Fe}\limits_{}^{+3} \mathop {Cl_3}\limits_{}^{-1}$
$\mathop {Na}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, \frac{1}{2} \,\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,\longrightarrow \,\, \mathop {Na}\limits_{}^{+1} \mathop {Cl}\limits_{}^{-1}$
$\mathop {Cu}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, \mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\, {\overset{t^0}{\longrightarrow}} \,\, \mathop {Cu}\limits_{}^{+2} \mathop {Cl_2}\limits_{}^{-1}$
2. Tác dụng với hiđro
- Khí Clo tác dụng với hiđro tạo khí hiđro clorua.
$\mathop {H_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, \mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\, {\overset{ás}{\longrightarrow}} \,\, 2\,\mathop {H}\limits_{}^{+1} \mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\uparrow$
$\Delta H = -184,6\,kJ$
Nếu tỉ lệ số mol $H_2 : Cl_2 = 1:1$ thì hỗn hợp nổ mạnh.
$\Longrightarrow \,$ Như vậy, trong phản ứng với kim loại và với hiđro, clo thể hiện tính oxi hóa mạnh.
3. Tác dụng với nước
- Khi tan trong nước, một phần khí Clo tác dụng với nước tạo ra hỗn hợp axit clohiđric và axit hipoclorơ.
$\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, {H_2}O \,\, \rightleftharpoons \,\, H\mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,+\,\, H\mathop {Cl}\limits_{}^{+1} O$
$\longrightarrow \,$ $HClO\,$: axit yếu (yếu hơn $H_{2}CO_{3}$), kém bền, có tính oxi hóa mạnh, nó phá hủy màu $\,\Rightarrow \,$ nước Clo có tác dụng tẩy màu.
$\bullet \,$ Tác dụng với dung dịch kiềm $NaOH$
- Khí Clo phản ứng dễ dàng hơn, tạo thành dung dịch hỗn hợp muối của các axit $HCl$ và $HClO$.
$\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, 2\,NaOH \,\, \longrightarrow \,\, Na\mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,+\,\, Na\mathop {Cl}\limits_{}^{+1} O \,\,+\,\, {H_2}O$
$\Longrightarrow \,$ Như vậy, trong các phản ứng trên, nguyên tố Clo vừa là chất oxi hóa, vừa là chất khử.
4. Tác dụng với chất khác
$\bullet \,$ Clo đẩy được halogen yếu hơn ra khỏi dung dịch muối:
$\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, 2\,Na \mathop {Br}\limits_{}^{-1} \,\,\longrightarrow \,\, 2\,Na \mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,+\,\, \mathop {Br_2}\limits_{}^{0}$
$\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, 2\,Na \mathop {I}\limits_{}^{-1} \,\,\longrightarrow \,\, 2\,Na \mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,+\,\, \mathop {I_2}\limits_{}^{0}$
$\bullet \,$ Với hợp chất khác:
$\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, 2\,\mathop {Fe}\limits_{}^{+2} {Cl_2} \,\,\longrightarrow \,\, 2\,\mathop {Fe}\limits_{}^{+3} \mathop {Cl_3}\limits_{}^{-1}$
$\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \,\,+\,\, 2\,{H_2}O \,\,+\,\, \mathop {SO_2}\limits_{}^{+4} \,\,\longrightarrow \,\, 2\,H\mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,+\,\, {H_2}\mathop {SO_4}\limits_{}^{+6}$
III. TRẠNG THÁI TỰ NHIÊN
- Trong tự nhiên, Clo có hai đồng vị bền là ${}_{17}^{35}Cl \,\,(75,77\%)$ và ${}_{17}^{37}Cl \,\,(24,23\%)$, nguyên tử khối trung bình là $35,5$.
- Clo tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp chất, chủ yếu là muối natri clorua $(NaCl)$ có trong nước biển và muối mỏ. Hợp chất khác của Clo cũng phổ biến trong tự nhiên là khoáng vật như Cacnalit $KCl.MgCl_2.6H_2O$ và Xinvinit $NaCl.KCl\,$.
IV. ỨNG DỤNG
- Clo được dùng để tiệt trùng nước sinh hoạt; tẩy độc khi xử lí nước thải; dùng tẩy trắng vải, sợi, giấy…
- Sản xuất các hóa chất hữu cơ như: dung môi cacbon tetraclorua, đicloetan… để chiết chất béo, khử dầu mỡ trên kim loại; một số chất hữu cơ chứa Clo dùng làm thuốc diệt côn trùng; từ sản phẩm hữu cơ chứa Clo sản xuất chất dẻo như nhựa PVC, cao su tổng hợp, sợi tổng hợp…
- Sản xuất các hóa chất vô cơ như axit clohiđric, kali clorat…
- Sản xuất các chất tẩy trắng, sát trùng như nước Gia-ven, Clorua vôi…
V. ĐIỀU CHẾ
1. Trong phòng thí nghiệm
- Khí Clo được điều chế trong phòng thí nghiệm bằng cách cho axit clohiđric đặc tác dụng với chất oxi hóa mạnh như $KClO_3\,$, $MnO_2\,$, $KMnO_4\,$, $K_2Cr_2O_7\,$...
$\mathop {Mn}\limits_{}^{+4} {O_2} \,\,+\,\, 4\,H\mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,{\overset{t^0}{\longrightarrow}} \,\, \mathop {Mn}\limits_{}^{+2} {Cl_2} \,\,+\,\, \mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \uparrow \,\,+\,\, 2\,H_2O$
$2\,K\mathop {Mn}\limits_{}^{+7} {O_4} \,\,+\,\, 16\,H\mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,\longrightarrow \,\, 2\,KCl \,\,+\,\, 2\,\mathop {Mn}\limits_{}^{+2} {Cl_2} \,\,+\,\, 5\,\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \uparrow \,\,+\,\, 8\,H_2O$
${K_2} \mathop {Cr_2}\limits_{}^{+6} {O_7} \,\,+\,\, 14\,H\mathop {Cl}\limits_{}^{-1} \,\,\longrightarrow \,\, 2\,KCl \,\,+\,\, 2\,\mathop {Cr}\limits_{}^{+2} {Cl_3} \,\,+\,\, 3\,\mathop {Cl_2}\limits_{}^{0} \uparrow \,\,+\,\, 7\,H_2O$
$KClO_3 \,\,+\,\, 6\,HCl \,\,\longrightarrow \,\, KCl \,\,+\,\, 3\,H_2O \,\,+\,\, 3\,Cl_2 \uparrow$
2. Trong công nghiệp
- Điện phân dung dịch natri clorua $NaCl$ có màng ngăn bằng xốp với điện cực dương bằng than chì và điện cực âm làm bằng sắt.
$2\,NaCl \,\,+\,\, 2\,H_2O \,\,{\overset{đ/p}{\longrightarrow}}\,\, 2\,NaOH \,\,+\,\, H_2 \uparrow \,\,+\,\, Cl_2 \uparrow$