Cl hóa trị mấy? Những tính chất đặc trưng của Cl

Giới thiệu về Cl (Clo)

Clo (Cl) là một trong những nguyên tố hóa học rất phổ biến mà hầu hết chúng ta đã từng nghe đến, ít nhất là khi nói về nước máy hay thuốc tẩy. 

Khái niệm Clo 

Clo, với ký hiệu Cl, là một nguyên tố hóa học thuộc nhóm halogen. Nó thường hiện diện ở dạng khí màu vàng lục nhạt, có mùi rất đặc trưng. Clo là một trong những nguyên tố hóa học quan trọng nhất nhờ khả năng diệt khuẩn, làm sạch và đóng vai trò lớn trong các phản ứng hóa học.

Vị trí trong bảng tuần hoàn

Trong bảng tuần hoàn hóa học Clo thuộc nhóm 17 , hay còn gọi là nhóm halogen. Nó chia sẻ đặc điểm với các nguyên tố khác như fluor, brom, và iốt. Đây là những nguyên tố có tính phản ứng khá mạnh. Clo cũng thuộc chu kỳ 3, tức là nó có ba lớp vỏ electron với cấu hình electron là [Ne]3s²3p⁵. Chính nhờ cấu hình này mà Clo thường có xu hướng bắt cặp với các nguyên tố khác để hoàn thiện lớp vỏ electron của mình.

Tính chất vật lý: 

Màu sắc của Clo

Clo có màu vàng lục nhạt, một màu sắc khá đặc biệt. Khí Clo không phải loại bạn dễ dàng thấy được ngoài đời thường, nhưng nếu bắt gặp bạn sẽ ngay lập tức nhận ra vì sắc màu này. 

Trạng thái của Clo

Dưới điều kiện bình thường, Clo tồn tại ở trạng thái khí, có mùi hắc và nặng hơn không khí. Khi nhiệt độ hạ xuống thấp hơn Clo có thể chuyển sang trạng thái lỏng và thậm chí là rắn, linh hoạt thay đổi khi điều kiện môi trường thay đổi. Tuy nhiên, trạng thái khí vẫn quen thuộc nhất của Clo trong tự nhiên.

Cấu trúc phân tử của Clo

Phân tử Clo (Cl₂) không phức tạp, chỉ là hai nguyên tử Clo kết hợp, tạo thành một liên kết cộng hóa trị, cùng nhau chia sẻ cặp electron. Điều này giúp Clo ổn định và tồn tại một cách bền vững. 

Tính chất hóa học:

Clo là một nguyên tố hóa học với tính oxi hóa cực kỳ mạnh. Nó rất hay chiếm electron từ các nguyên tố khác, đặc biệt khi nó tồn tại dưới dạng các hợp chất. Clo thường thể hiện mức oxi hóa -1, nhưng khi tham gia các phản ứng khác nhau, nó có thể có nhiều mức oxi hóa khác như +1, +3, +5, và thậm chí là +7. Đặc biệt, trong một vài trường hợp Clo lại thể hiện tính khử. Ngoài ra, Clo có thể "đảo ngược vai trò" khi phản ứng với Oxi!

Cl tác dụng với phi kim

Khi Clo gặp phi kim, một số phản ứng yêu cầu ánh sáng hoặc nhiệt độ để xảy ra. 

Ví dụ, khi tác dụng với lưu huỳnh (S), Clo tạo ra Disunfua diclorua (S₂Cl₂): Cl₂ + 2S → S₂Cl₂

Hay khi tác dụng với hidro (H₂), chỉ khi có ánh sáng thì mới xảy ra phản ứng tạo ra axit clohidric (HCl): H₂ + Cl₂ → 2HCl (Điều kiện: Ánh sáng)

Với phốt pho (P), cần nhiệt độ cao để tạo thành Phosphor trichloride (PCl₃): 

2P + 3Cl₂ → 2PCl₃ (Điều kiện: Nhiệt độ cao)

Còn với Oxi, Clo không trực tiếp phản ứng.

Cl tác dụng với kim loại

Như một phi kim điển hình, Clo tác dụng với các kim loại để tạo ra muối. Cái tên "halogenua" nghe có vẻ phức tạp, nhưng thực chất chỉ là sự kết hợp giữa halogen và kim loại. Chỉ có vàng (Au) và bạch kim (Pt) là miễn nhiễm với Clo, còn lại hầu hết kim loại đều phản ứng.

Ví dụ, sắt (Fe) và Clo tạo ra sắt(III) clorua (FeCl3): 2Fe + 3Cl₂ → 2FeCl₃

Hoặc với natri (Na), bạn sẽ thu được natri clorua (muối ăn – NaCl): 

2Na + Cl₂ → 2NaCl

Cl tác dụng với chất khử mạnh

Clo dễ dàng phản ứng với các chất có tính khử mạnh biến chúng thành những hợp chất mới. Ví dụ, khi Clo gặp amoniac (NH₃), nó tạo ra khí nitơ và axit clohidric: 3Cl₂ + 2NH₃ → N₂ + 6HCl

Hoặc khi gặp hydro sulfide (H₂S), Clo biến nó thành axit sulfuric và axit clohidric:

 4Cl₂ + 4H₂O + H₂S → H₂SO₄ + 8HCl

Trong phòng thí nghiệm, để khử độc Clo, người ta thường cho nó kết hợp với amoniac: 

2FeCl₂ + Cl₂ → 2FeCl₃

Clo tác dụng với nước

Clo cũng có thể phản ứng với nước, tạo ra axit clohidric (HCl) và axit hipoclorơ (HClO): 

Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO

Dung dịch chứa Clo có màu vàng nhạt và mùi hắc rất đặc trưng. Axit hipoclorơ là một chất oxi hóa mạnh, đủ sức làm quỳ tím chuyển sang màu đỏ và mất màu ngay sau đó.

Clo tác dụng với dung dịch NaOH

Khi Clo gặp natri hydroxide (NaOH), Clo thể hiện hóa trị I trong phản ứng này và kết quả là dung dịch nước Gia Ven (NaClO), có khả năng tẩy trắng. Phương trình rất đơn giản: Cl₂ + 2NaOH → NaCl + NaClO + H₂O

Clo và các phản ứng khác

Clo còn tham gia vào các phản ứng cộng, phản ứng thế, và phản ứng phân hủy, đặc biệt khi tác dụng với các hợp chất hữu cơ. Ví dụ, Clo có thể cộng vào etilen (C₂H₄) để tạo ra dichloroethan: C₂H₄ + Cl₂ → CH₂Cl−CH₂Cl

Hoặc nó có thể thế một nguyên tử hydro trong metan (CH₄) để tạo ra cloromethan (CH₃Cl): 

CH₄ + Cl₂ → CH₃Cl + HCl

Cl hoá trị mấy?

Hóa trị phổ biến của Clo

Clo thường có hóa trị là -1. Clo hay nhận thêm một electron từ nguyên tố khác để biến mình thành một ion âm (Cl⁻). Khi nó đạt đến trạng thái này Clo trở nên ổn định hơn.

Clo thuộc nhóm halogen trong bảng tuần hoàn, nghĩa là nó chỉ thiếu đúng một electron để có cấu hình electron bền vững giống như khí hiếm (argon). Clo cần thêm một electron để hoàn thành lớp vỏ ngoài cùng giúp Clo ổn định và ít phản ứng hơn sau khi chiếm được electron này. Đó là lý do vì sao nó rất hay đóng vai trò nhận electron trong các phản ứng hóa học thường có hóa trị là -1.

Cấu hình electron của Clo và ảnh hưởng đến hóa trị

Cấu hình electron của Clo là 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵. Lớp vỏ ngoài cùng của Clo có 7 electron (3s² 3p⁵). Để đạt được sự bền vững Clo cần thêm 1 electron nữa để hoàn thành lớp vỏ ngoài của mình chính xác là lớp 3p sẽ cần 1 electron để trở thành 3p⁶ tương đương với cấu hình của khí hiếm argon. Đó chính là nguyên nhân khiến Clo luôn theo các nguyên tử khác để mượn electron nhằm đạt được cấu hình bền vững.

Ứng dụng của Cl

Clo đóng vai trò không thể thiếu trong nhiều ngành công nghiệp và y tế. Mỗi ngày chúng ta đều tiếp xúc với các sản phẩm và quy trình có sự tham gia của Clo. 

Trong công nghiệp

• Sản xuất hóa chất: Clo là nguyên liệu chính để sản xuất nhiều loại hóa chất quan trọng. Phần lớn các sản phẩm nhựa PVC được tạo ra nhờ Clo từ ống nước cho đến vỏ dây điện, Clo giúp hình thành cấu trúc của các sản phẩm này.
• Xử lý nước: Clo được sử dụng để khử trùng nước, loại bỏ vi khuẩn và các tạp chất có hại. Trong ngành công nghiệp, Clo cũng được dùng để xử lý nước thải đảm bảo rằng nước thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn an toàn.
• Tẩy trắng: Clo tham gia vào việc loại bỏ màu sắc không mong muốn trong quá trình sản xuất giấy, vải và sợi, mang lại độ sáng tự nhiên cho các sản phẩm.

Trong y tế

• Khử trùng: Clo được sử dụng rộng rãi để khử trùng nước uống và các bề mặt, nhất là trong các bệnh viện và cơ sở y tế. Nó có khả năng tiêu diệt vi khuẩn, virus và các tác nhân gây bệnh giúp bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Nếu bạn thấy hồ bơi có mùi khó chịu đó là dấu hiệu của Clo đang hoạt động để giữ nước sạch.
• Sản phẩm y tế: Nhiều sản phẩm y tế như băng gạc, thuốc sát trùng cũng không thể thiếu sự có mặt của Clo. Nhờ tính chất hóa học đặc biệt Clo giúp ngăn ngừa sự lây lan của vi khuẩn và duy trì độ sạch sẽ, an toàn cho các dụng cụ y tế.

Sản xuất và điều chế Cl

Clo, tuy là một chất quen thuộc trong cuộc sống hằng ngày, nhưng việc sản xuất và điều chế nó lại mang đầy tính khoa học và kỹ thuật. Tùy vào quy mô người ta có thể tạo ra Clo trong phòng thí nghiệm hoặc tại các nhà máy công nghiệp với những phương pháp đặc thù. 

Điều chế Clo trong phòng thí nghiệm

Trong phòng thí nghiệm, bạn không cần đến máy móc phức tạp để điều chế Clo, nhưng cần phải nắm vững các phản ứng hóa học. Một trong những cách phổ biến là sử dụng phương pháp oxi hóa axit clohydric (HCl) với chất oxi hóa mạnh như mangan đioxit (MnO₂).

Phương trình phản ứng diễn ra như sau: 4HCl+MnO₂→MnCl₂+2H₂O+Cl₂↑

Clo sẽ bay ra dưới dạng khí, bạn có thể thu nó lại bằng cách đẩy không khí ra khỏi ống nghiệm. Tuy nhiên, hãy nhớ rằng Clo là một chất độc nên trong phòng thí nghiệm phải thực hiện điều chế trong tủ hút để đảm bảo an toàn. Với phương pháp này, Clo được tạo ra đơn giản, nhưng vẫn yêu cầu sự cẩn trọng cao trong việc kiểm soát các phản ứng.

Điều chế Clo trong công nghiệp

Công nghiệp thì là một câu chuyện hoàn toàn khác. Để đáp ứng nhu cầu lớn trong sản xuất, người ta phải tìm những phương pháp hiệu quả và kinh tế hơn. Phương pháp được sử dụng nhiều nhất là điện phân dung dịch muối NaCl (natri clorua), một quá trình đã cách mạng hóa ngành công nghiệp hóa chất.

Điện phân dung dịch muối diễn ra trong các tế bào điện phân nơi dòng điện được sử dụng để tách các thành phần trong dung dịch. Phương trình phản ứng chính của quá trình này là: 

2NaCl + 2H₂O→Cl₂↑+ H₂↑ + 2NaOH

Ở đây, Clo được tạo ra dưới dạng khí tại cực dương (anode), trong khi hydro và natri hydroxide (NaOH) được tạo ra ở các cực khác. Quá trình này không chỉ tạo ra Clo mà còn mang lại các sản phẩm phụ quan trọng khác như NaOH và H₂, cả hai đều có nhiều ứng dụng công nghiệp khác nhau.

Với công nghiệp điện phân, các nhà máy có thể sản xuất hàng tấn Clo mỗi ngày. Clo sau khi được tạo ra sẽ được xử lý, làm sạch và nén để sử dụng cho các mục đích như khử trùng, sản xuất hóa chất, hoặc xử lý nước.

Tác động của Cl đến môi trường và sức khỏe

Clo là một nguyên tố có vai trò quan trọng trong các ngành công nghiệp nhưng có những tác động đáng kể đến môi trường và sức khỏe con người. 

Tác động đến môi trường

Trong không khí, Clo dưới dạng khí có thể phản ứng với các chất hữu cơ và vô cơ, gây ra hiện tượng ô nhiễm môi trường. Một vấn đề lớn hơn nữa là khi Clo gặp nước, nó có thể tạo ra các hợp chất như cloramin và cloroform, cả hai đều có khả năng gây độc cho hệ sinh thái.

Clo còn có thể gây hại cho các loài sinh vật sống dưới nước. Nếu một lượng lớn Clo được thải ra môi trường nước mà không qua xử lý, nó có thể gây tổn hại nghiêm trọng đến hệ thống hô hấp và tiêu hóa của các loài cá, gây ra hiện tượng chết hàng loạt và làm mất cân bằng sinh thái. Với các hệ sinh thái nhạy cảm đặc biệt là các loài sinh vật biển, chỉ cần một sự thay đổi nhỏ trong nồng độ Clo có thể làm thay đổi hoàn toàn cấu trúc của hệ sinh thái đó.

Tác động đến sức khỏe con người

Tiếp xúc ngắn hạn với khí Clo có thể gây ra các triệu chứng như ho, đau ngực, hoặc cảm giác nóng rát trong cổ họng. Nếu hít phải lượng lớn Clo, có thể dẫn đến tổn thương phổi nghiêm trọng và thậm chí gây tử vong trong những trường hợp nặng.

Còn đối với da, Clo có thể gây kích ứng, đặc biệt khi bạn tiếp xúc trực tiếp với dung dịch Clo đậm đặc. Bạn sẽ gặp phải cảm giác khô và rát da sau khi bơi ở những hồ bơi có nồng độ Clo cao.

Ngoài ra, khi Clo phản ứng với các chất hữu cơ trong nước, nó có thể tạo ra các sản phẩm phụ như trihalomethanes (THMs) và cloroform, được cho là có khả năng gây ung thư nếu tiếp xúc trong thời gian dài. Điều này đã khiến việc sử dụng Clo trong xử lý nước trở thành một chủ đề tranh cãi, dù nó vẫn là phương pháp phổ biến nhất hiện nay.

Xem thêm: Ag hóa trị mấy?

Kết luận

Clo, một nguyên tố quen thuộc trong đời sống hàng ngày, đóng vai trò quan trọng từ việc xử lý nước sinh hoạt cho đến sản xuất công nghiệp và y tế. Chúng ta cũng đã khám phá khá kỹ lưỡng về Cl hoá trị mấy trong bài viết này. Vì vậy, Học là Giỏi hi vọng bạn sẽ nắm rõ các tính chất và hiểu sâu hơn về Cl.