Flo (F) và Clo (Cl)

Chia sẻ: Dao Huong | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

304
lượt xem 55
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Flo (từ tiếng Latinh Fluere, có nghĩa là "luồng chảy") là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu F và số nguyên tử bằng 9. Nó là một halôgen có hóa trị 1, nằm trong nhóm 17 của bảng tuần hoàn. Ở dạng khí, nó có màu vàng lục nhạt và là chất độc cực mạnh. Nó là một chất ôxi hóa và hoạt động hóa học mạnh nhất trong tất cả các nguyên tố. Ở dạng nguyên chất, nó là cực kỳ nguy hiểm, sinh ra những vết bỏng hóa học trên da...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Flo (F) và Clo (Cl)

Flo (F) và Clo (Cl) Flo (từ tiếng Latinh Fluere, có nghĩa là "luồng chảy") là nguyên tố hóa học trong bảng tuần hoàn nguyên tố có ký hiệu F và số nguyên tử bằng 9. Nó là một halôgen có hóa trị - 1, nằm trong nhóm 17 của bảng tuần hoàn. Ở dạng khí, nó có màu vàng lục nhạt và là chất độc cực mạnh. Nó là một chất ôxi hóa và hoạt động hóa học mạnh nhất trong tất cả các nguyên tố. Ở dạng nguyên chất, nó là cực kỳ nguy hiểm, sinh ra những vết bỏng hóa học trên da cực kỳ nguy hiểm. 1. Thuộc tính Flo nguyên chất là một khí màu vàng nhạt có tính ăn mòn do nó là một chất ôxi hóa mạnh. Flo thậm chí còn tạo ra các hợp chất với một số khí trơ như xenon và radon. Ngay trong bóng tối và ở nhiệt độ thấp, flo phản ứng mãnh liệt với hiđrô. Trong luồng khí flo, thủy tinh, các kim loại, nước và các chất khác cháy với ngọn lửa sáng chói. Nó hoạt động quá mạnh nên không thể tìm thấy ở dạng đơn chất và có ái lực đối với phần lớn các nguyên tố khác, đặc biệt là silic, vì thế nó không thể điều chế hay bảo quản trong các bình thủy tinh. Trong không khí ẩm nó phản ứng với hơi nước để tạo ra axít flohiđric rất nguy hiểm. Trong dung dịch nước, flo thông thường xuất hiện dưới dạng ion florua F-. Các dạng khác là phức chất gốc flo (như [FeF4]-) hay H2F+. Các florua là hợp chất của flo với phần gốc tích điện dương. Chúng thông thường là các ion. Các hợp chất của flo với kim loại nằm trong số các muối ổn định nhất. 2. Lịch sử Flo trong dạng fluorspar (florua canxi) được miêu tả năm 1529 bởi Georgius Agricola như là một chất gây chảy, là một chất được sử dụng để làm giảm nhiệt độ nóng chảy của kim loại hay khoáng chất. Năm 1670 Schwandhard đã phát hiện thấy thủy tinh bị ăn mòn khi phơi nhiễm bởi fluorspar được xử lý bởi axít. Karl Scheele và nhiều nhà nghiên cứu sau này như Humphry Davy, Gay-Lussac, Antoine Lavoisier và Louis Thenard đã từng thực nghiệm với axít flohiđric, dễ dàng thu được bằng cách xử lý florua canxi với axít sulfuric đậm đặc. Cuối cùng người ta nhận ra rằng axít flohiđric chứa một nguyên tố chưa được biết. Nguyên tố này đã không được cô lập trong nhiều năm vì độ hoạt động hóa học rất cao của nó - nó được cô lập từ các hợp chất của nó rất khó khăn và ngay lập tức hóa hợp với các phần vật chất còn lại của hợp chất. Cuối cùng vào năm 1886 flo đã được cô lập bởi
Henri Moissan sau gần như 74 năm cố gắng liên tục. Nó là những cố gắng mà một số các nhà nghiên cứu đã phải trả giá bằng sức khỏe hay cuộc sống của họ, và đối với Moissan, nó đã làm cho ông đoạt giải Nobel năm 1906 về hóa học. Sản xuất flo thương mại lần đầu tiên là do nhu cầu để chế tạo bom nguyên tử của dự án Manhattan trong Đại chiến thế giới lần thứ hai khi hợp chất hexaflorua uran (UF6) được sử dụng để tách các đồng vị U235 và U238 của uran. Ngày nay cả hai công nghệ khuyếch tán và ly tâm khí sử dụng khí UF6 để sản xuất uran giàu cho các ứng dụng năng lượng nguyên tử. 3. Ứng dụng Flo được sử dụng trong sản xuất các chất dẻo ma sát thấp như Teflon, và trong các halon như Freon. Các ứng dụng khác là: * Axít flohiđric (công thức hóa học HF) được sử dụng để khắc kính. * Flo đơn nguyên tử được sử dụng để khử tro thạch anh trong sản xuất các chất bán dẫn. * Cùng với các hợp chất của nó, flo được sử dụng trong sản xuất uran (từ hexaflorua) và trong hơn 100 các hóa chất chứa flo thương mại khác, bao gồm cả các chất dẻo chịu nhiệt độ cao. * Các floroclorohiđrôcacbon được sử dụng trong các máy điều hòa không khí và thiết bị đông lạnh. Các cloroflorocacbon đã bị loại bỏ trong các ứng dụng này vì chúng bị nghi ngờ là tạo ra các lỗ hổng ôzôn. Hexaflorua lưu huỳnh là một khí rất trơ và không độc (không thông thường đối với các hợp chất của flo). Các loại hợp chất này là các khí hiệu ứng nhà kính mạnh. * Hexafloroaluminat kali, còn gọi là cryôlit, được sử dụng trong điện phân nhôm. * Florua natri được sử dụng như một loại thuốc trừ sâu, đặc biệt để chống gián. * Một số các florua khác thông thường được thêm vào thuốc đánh răng và (đôi khi gây tranh cãi) vào hệ thống cung cấp nước sạch để ngăn các bệnh nha khoa (răng, miệng). * Nó được sử dụng trong quá khứ để trợ giúp kim loại dễ nóng chảy hơn, vì thế mà có tên của nó. Một số các nhà nghiên cứu - bao gồm cả các nhà khoa học vũ trụ của Mỹ trong những năm đầu thập niên 1960 đã nghiên cứu khí flo đơn chất như là một nhiên liệu cho tên lửa đẩy vì lực đẩy cực kỳ cao của nó. Các thực nghiệm đã thất bại vì flo rất khó để điều khiển và sử dụng. 4. Hợp chất Flo thông thường có thể thay thế hiđrô khi nó có trong các hợp chất hữu cơ. Thông qua
cơ chế này, flo có thể có rất nhiều hợp chất. Các hợp chất flo với các khí trơ đã được tổng hợp bởi Howard Claassen, Henry Selig, John Malm lần đầu tiên năm 1962 - là tetraflorua xenon. Các florua của krypton và radon cũng đã được điều chế sau đó. Nguyên tố này được điều chế từ florit, cryôlit và florapatit. Xem thêm: Florocacbon 5. Cảnh báo Cả flo và HF cần phải được sử dụng với một yêu cầu rất nghiêm ngặt và phải tránh mọi sự tiếp xúc với da và mắt. Mọi thiết bị phải được thụ động hóa trước khi phơi nhiễm bởi flo. Cả flo đơn chất và các ion florua là những chất độc mạnh. Khi ở dạng đơn chất, flo là một khí có mùi hăng đặc trưng có thể dễ dàng phát hiện ở nồng độ rất thấp (khoảng 20 nL/L). Nồng độ cho phép tối đa của sự phơi nhiễm hàng ngày (8 giờ làm việc) là 1 µL/L (một phần triệu theo thể tích), thấp hơn cả của xyanua hiđrô Clo (Cl) 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. 1. 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.
2. 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. 3. 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. 4. 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 5. Hợp chất Các hợp chất của clo bao gồm các clorua, clorit, clorat, peclorat, cloramin. 6. 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. 7. 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 8. 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.