Bài Địa Hóa Nguyên Tố Clo


Bộ Giáo Dục và Đào Tạo
Trường Đại Học Mỏ- Địa Chất
Bộ Môn Khoáng Thạch
Bài Địa Hóa Nguyên Tố Clo
Giáo viên hướng dẫn:
GV.Vũ Lê Tú

Địa hóa về nguyên tố Clo
Phần mở đầu
Như chúng ta đã biết Địa hóa học là một môn khoa học về lịch sử
các nguyên tố hóa học trong Trái Đất và rộng hơn là vũ trụ
không những giải quyết các vấn đề về sự phân bố các nguyên tố
trong những đối tượng tự nhiên khác nhau mà còn mà còn nhiệm vụ
lớn về các môn khoa học khác liên quan tới Trái Đất,tức là phải giải
thích cội nguồn về lịch sử phát triển của hành tinh chúng ta nói riêng
và cả vũ trụ nói chung và các quy luật phát triển của nó.
Địa hóa học có mối liên hệ mật thiết với các ngành khoa học khác
như vật lý, hóa học,khoáng vật học…chúng có tác dụng tương trợ,bổ
trợ cho nhau trong quá trình nghiên cứu và giải thích nguyên
nhân,quy luật và sự di chuyển của các nguyên tố và sự phân bố của
nó trong vỏ Trái Đất.

Trong bài này chúng em xin trình bày địa hóa nguyên tố Clo với những mục sau:
I: Đặc điểm chung.
II: Lịch sử nghiên cứu.
III: Tính chất vật lý, tính chất hóa học.
1.Tính chất vật lý.
2.Tính chất hóa học.
IV: Đặc điểm nguyên tố trong tự nhiên.
V: Đặc điểm nguyên tố trong thạch quyển.

VI: Đặc điểm nguyên tố trong thủy quyển.
VII: Đặc điểm nguyên tố trong khí quyển.
VIII : Đặc điểmnguyên tố trong sinh quyển.
IX: Ứng dụng của nguyên tố Clo.
X: Ý nghĩa môi trường.
XI: Ý nghĩa của nguyên tố đôi với môn học và bộ môn khoáng thạch


I: Đặc diểm chung :
•
Clo là nguyên tố hóa học trongbảng tuần hoàn hóa học có kí hiểu Cl
*Thuộc nhóm Halogne, vị trí ô số 17, chu kì 3, nhóm IA
*Cấu hình nguyên tử : [Ne] 3s² 3p5
*Khối lượng nguyên tử: 35
*Công thức phân tử : Cl
•
Ion Clo, là một thành phần của muối ăn và các hợp chất khác, nó
phổ biến trong tự nhiên và chất cần thiết để tạo ra phần lớn các loại
hình sự sống, bao gồm cả cơ thể người. Clo có ái lực điện tử cao
nhất và có độ âm điện đứng thứ 3 trong tất cả các nguyên tố. Ở dạng
khí, nó có màu vàng lục nhạt, nó nặng hơn không khí khoảng 2,5lần,
có mùi hắc khó ngửi, và là chất độc cực mạnh. Ở dạng nguyên tố
trong điều kiện chuẩn, nó là một chất ôxi hóa mạnh.


Carl WilhemlmScheele

II: Lịch sử nghiên cứu

Clo (tiếng Hy Lạp: χλωρος

Chloros, khí màu vàng lục)
được phát hiện
năm 1774 bởi Carl Wilhelm
Scheele, là người đã sai lầm
khi cho rằng nó chứa oxy.



Clo được đặt tên
năm 1810 bởi Humphry
Davy, là người khẳng định
nó là một nguyên tố.
Humphry Davy

III: Tính chất vật lý,tính
chất hóa học
1.Tính chất vật lý
•
Ở điều kiện bình thường, Clo là
chất khí màu vàng lục , mùi xốc ,
nặng hơn không khí 2.5 lần.
•
Dưới áp suất thường Clo
hóa lỏng ở -33.6˚C
hóa rắn ở -100.98˚C.
•
Khí clo tan vừa phải trong nước.
Dung dịch clo trong nước gọi là
nước clo có màu vàng nhạt. Khi để
lâu, nước clo bị biến đổi do phản

ứng của clo với nước. Clo tan nhiều
trong dung môi hữu cơ, nhất là
hexan và cacbon tetracloura.
•
Khí clo rất độc, nó phá hoại niêm
mạc đường hô hấp. Cần phải cẩn
thận khi tiếp xúc với khí clo.
Clo rất độc hại.

Tính chất vật lý
Màu sắc Vàng lục nhạt
Trạng thái vật chất Chất khí
Mật độ 3,2g/L (0°C,101,325 kPa)
Mật độ ở thể lỏng khi đạt nhiệt độ sôi
1,5625g·cm−3
Nhiệt độ nóng chảy 171,6 K ; -101,5 °C ; -150,7 °F
Nhiệt độ sôi
239,11 K ; -34,04 °C ; -29,27 °F
Điểm giới hạn 416,9 K ; 7,991 MPa
Nhiệt lượng nóng chảy (Cl2) 6,406 kJ.mol ̄ ¹
Nhiệt lượng bay hơi 20,41 kJ·mol−1
Nhiệt dung 33,949 J·mol−1·K−1

Tính chất nguyên tử
Trạng thái ôxi hóa
7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1 (Axít mạnh)
Độ âm điện
3.16 (thang Pauling)
Năng lượng ion hóa
Thứ nhất: 1251,2 kJ·mol−1

Thứ hai: 2298 kJ·mol−1
Thứ ba: 3822 kJ·mol−1
Độ dài liên kết cộng hóa trị 102 ± 4 chiều
Bán kính van der Waals 175 pm

2.Tính chất hóa học :
Nguyên tử clo rất dễ thu một electron để trở thành anion Cl
•
Clo có độ âm điện lớn ( 3,16) chỉ đứng sau flo ( 3,98 ) và oxi ( 3,44). Vì
vậy trong hợp chất với flo, oxi, clo có số oxi hoá dương ( +1,+3,+5,+7)
còn trong hợp chất với các nguyên tố khác clo có số oxi hoá âm ( -1)
•
Clo là phi kim rất hoạt động, là chất oxi hoá mạnh. Trong một số phản
ứng, clo cũng thể hiện tính khử.
a.Tác dụng với kim loại :

Nguyên tố Clo tác dụng hầu hết với các kim loại.
•
Clo tác dụng với natri (Na) :
Cl2 + Na t◦ NaCl
( Na nóng chảy cho vào bình chứa khí Clo kết quả là xảy ra hiện tượng cháy
sáng trong bình và cho ra sản phẩm là muối natri clorua và tỏa nhiều nhiệt)

•
Clo tắc dụng với kim loai sắt :
Cl2 + Fe3 t◦ FeCl3
( Hiện tượng xảy ra sắt cháy trong bình chứa khí Clo
tạo thành khí màu nâu gồm những hạt rất nhỏ sắt (III) sản phẩm
là muối sắt clorua )
b.Tác dụng với Hidro :

Ở nhiệt độ thường và trong điều kiện ánh sáng mạnh hoặc hơ
nóng phản ứng clo oxi hóa hidro xảy ra nhanh. Nếu tỉ lệ số mol
H2 : Cl2 = 1 : 1 thì hỗn hợp sẽ nổ mạnh.
H2 + Cl2 2HCl

c.Tác dụng với nước :
•
Khi hòa tan vào nước một phần clo tác dụng chậm với nước theo phản ứng
thuận nghịch :
Cl2 + H2O HCl + HClO
•
Dung dịch nước Clo là dung dịch hỗn hợp giữa Cl2, HCl và HClO nên cómàu
vàng lục, mùi hắc của Clo; dung dịch axit lúc đầu làm giấy quỳ chuyển sang
màu đỏ nhưng nhanh chóng bị mất màu ngay sau đó do tác dụng oxi hóa mạnh
của Axit Hipoclorơ HClO.
d.Tác dụng với dung dịch kiềm :
•
Clo dễ dàng phản ứng với dung dịch kiềm tạo thành dung dịch hỗn hợp muối
của các axit HCl và HClO :
Cl2 + 2NaCl NaCl + NaOH + H2O
=> Trong các phản ứng trên , nguyên tố clo vừa là chất oxi hóa vừa là chất khử .
Đó là những phản ứng tự oxi hóa – khử

e.Tác dụng với các phi kim khác :
•
Clo tác dụng trực tiếp với hầu hết các phi kim khác, trừ oxi, nitơ và
các khí hiếm :
P4 + 6Cl2 4PCl3
P4 + 10Cl2 4PCl5
f.Tác dụng với các phi kim khác :

•
Clo đẩy được brom, iot ra khỏi muối của nó :
Cl2 + 2KI 2KCl + I2
Cl2 + 2KBr 2KCl + Br2
•
Clo oxi hóa được FeCl2, tạo thành FeCl3:
Cl2 + 2FeCl2 2FeCl3

g. Clo tham gia phản ứng thế, cộng hợp với nhiều
hợp chất hữu cơ:
* CH4 + Cl2 khuyết tán ánh sáng CH3Cl + HCl

* CH2=CH2 + Cl2 CH2Cl CH2Cl
*Đặc biệt khí clo làm phân hủy axetilen :
Cl2 + C2H2 2C + 2HCl


Đặc điểm nguyên tố trong tự nhiên:
•
Trọng tự nhiên nguyên tố Clo có 9 đồng vị từ 32 đến 40, nhưng chủ
yếu là có 3 đồng vị chiếm chủ yếu là 35Cl (75,77%) ;36Cl(tổng hợp) ;
37Cl( 24,23%).
•
Có hai đồng vị chính ổn định của clo là Cl³ và Cl³, 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.
•
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 S36và 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.
•
Ví dụ kali clorua là thành phần của chất khoáng Cacnalit KCl. tạo thành những vỉa lớn rải rác trong vỏ Trái Đất gọi là muối mỏ. . bao
gồm đánh giá niên đại băng và các trầm tích.Do hoạt động hoá học mạnh nên Clo hầu như chỉ tồn tại trong tự nhiên ở dạng hợp
chất.Các khoáng chất thông dụng chứa clorua là halit (muối mỏ) (clorua natri).
Khoáng vật halit
•
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. Trong lớp vỏ Trái Đất, clo có giá
trị trung bình khoảng 126 ppm, chủ yếu ở
dạnghalit (muối mỏ); (clorua
natri); sylvit(clorua kali) và cacnalit (clorua
magiê kali ngậm sáu phân tử nước).
•
Có hơn 2000 hợp chất của clo vô cơ tồn tại
trong tự nhiên.
Sylvit ở New Mexico

•
Trong tự nhiên chlorine tồn tại ở các dạng khác nhau như:
Dạng tồn tại của chlorine trong
tự nhiên :


Khí clo

Cl2

Clo Calcihypochlorite

(Ca(OCl) 2)

Clo Natrihypochlorite

NaOCl

Clo dyoxit

ClO2

Peclorat

Cl2O4

Cloamin B (dạng tồn tại ở trạng thái hữu cơ)

C6-H5SO2NClNa.3H2O

Hypoclorit

([OCl]-)

IV: Địa hóa nguyên tố trong thạch quyển
•
Trong thạch quyển nguyên tố Clo là một nguyên tố ưa đá và số
khoáng vật tương đối nhiều với khoảng trên 200 khoáng vật.
•
Hàm lượng trung bình trong vỏ trái đất 130ppm (trị số Clark).
•
Do hoạt động hoá học mạnh nên clo hầu như chỉ tồn tại trong tự
nhiên ở dạnghợp chất, chủ yếu là muối clorua. Natri clorua (muối
ăn) có nhiều trong nước biển(một lít nước biển chứa khoảng 30g
NaCl).
•
Phần lớn các muối clorua hòa tan trong nước, vì thế các clorua rắn
thông thườngchỉ tìm thấy trong những vùng khí hậu khô hoặc ở
sâu dưới đất, tạo thành nhữngvỉa lớn rải rác trong vỏ Trái Đất gọi
là muối mỏ.

Mỏ Muối ở bang Texas
•
Các khoáng chất thông dụng
chứa clorua là halit (muối mỏ)
(clorua natri) ; sylvit (clorua
kali); tinh thể muối ăn (NaCl).
•
Một vài hợp chất khác của clo
cũng phổ biến trong tự nhiên, ví
dụ kali clorua làthành phần của
chất khoáng cacnalit
KCl.MgCl2.6H2O
•
Clo chiếm 0,05% khốilượng vỏ
Trái Đất
KhoángvậtNaCl
Quặng Sylvite (NaCl - KCl)

Quặng Carnalite (KCl.MgCl2 )
•
Ngoài ra clo còn có trong mỏ phosphorit tàn dư.Phosphorit
tồn tại ở trạng thái muối vô định hình với thành phần là :
Cloapatit Ca5(PO4)3( Cl, F, OH),trong mỏ phong hóa tàn dư

•
Clo là một trong những chất bốc liên quan đến quá trình tạo
khoáng Pegmatit làsản phẩm của dung thể magma tàn
dư.Chúng bị đẩy ra khỏi đá mẹ và lấp đầy trongkhe nứt và lỗ
hổng.



IV: Địa hóa nguyên tố trong thuỷ quyển
•
Trong thủy quyển ion Clo trong một số môi trường nước có hàm
lượng là :
*Nước biển : 19340mg/L
*Nước sông hồ :8mg/L
•
Các Clorua tạo ra các loại muối hòa tan trong nước biển ;
khoảng 1,9% khốilượng của nước biển là các ion clorua. Trong
nước của biển Chết và các mỏ nướcmặn ngầm thì nồng độ của
các ion clorua còn cao hơn nữa.
•
Hàm lượng khoáng chất trong nước của biển Chết là khác đáng
kể so với nướccủa các đại dương, nó chứa khoảng : 53% clorua
magiê ; 37% clorua kali và 8% clorua natrni(muối ăn) với phần
còn lại (khoảng 2%) là dấu vết của các nguyên tốbkhác
•
So sánh thành phần hóa học
của biển Chết với các hồ/đại
dương khác chỉ ra rằngnồng độ
muối của biển Chết là 31,5%o
(có dao động). Do độ cao bất
thường về độ mặn của nó nên
người ta có thể nổi trong biển
Chết khá dễ dàng nhờ tác dụng
của sức nổi.Trong ngữ cảnh
này thì biển Chết là tương
tự như : Hồ Muối
Lớn (Great Salt Lake)

ở Utah, Hoa Kỳ.
Một cảnh thông thường ở biển Chết khi
du khách có thể đọc báo trong khi đang
ngâm mìnhtrong nước, minh họa cho
sức nổi


Địa hóa nguyên tố trong khí quyển
•
Ngoài ảnh hưởng tới môi trường sống,ở thượng tầng khí quyển,
clo chứa trong phân tử chlorofluorocarbons, ký hiệu CFC, có liên
quan trong việc gây hại tầngôzôn:
C-F2-Cl2… UV…. C-F2 –Cl +Cl(gốc Chloro tự do )
•
Quan trọng các nguyên tử clo được tạo thành như thế sẽ trở thành
chất xúc tác hủy diệt các phân tử ozon trong 1 chu trình kín .Trong
chu trình này 1 nguyên tử clo tác dụng 1 phân tử ozon,lấy đi
1 nguyên tử oxy(tạo thành ClO)và để lại 1 phântử oxy bình thường :
Cl + O3 Cl-O + O2→