ક્લોરિન (Cl) - ગુણધર્મો, પ્રતિક્રિયાઓ અને મહત્વ

પ્રસ્તાવના

ક્લોરિન (Cl) એ આવર્ત કોષ્ટકના સમૂહ 17 (હેલોજન) માં આવતું અત્યંત સક્રિય અધાતુ તત્વ છે. તે વિવિધ ઔદ્યોગિક પ્રક્રિયાઓ અને જૈવિક પ્રણાલીઓમાં નિર્ણાયક છે. લીલાશ પડતા-પીળા વાયુ (Cl₂) તરીકે, તેના પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ ગુણધર્મો તેને પાણીની સારવાર, સ્વચ્છતા અને અસંખ્ય કાર્બનિક અને અકાર્બનિક સંયોજનોના સંશ્લેષણમાં એક અનિવાર્ય એજન્ટ બનાવે છે. તેના વ્યાપક ઉપયોગો આધુનિક રસાયણશાસ્ત્ર અને દૈનિક જીવનમાં તેના મહત્વને રેખાંકિત કરે છે.

CBSE/JEE ક્વિક રિવિઝન નોટ્સ

• પરમાણુ ક્રમાંક (Z): 17
• પરમાણુ દળ: 35.45 u
• ઈલેક્ટ્રોનિક ગોઠવણી: [Ne] 3s² 3p⁵
• આવર્ત: 3
• સમૂહ: 17 (હેલોજન)
• બ્લોક: p-બ્લોક
• સંયોજકતા: સામાન્ય રીતે -1; ઓક્સોએસીડ અને ઓક્સાઇડમાં +1, +3, +5, +7 દર્શાવે છે.
• ઇલેક્ટ્રોનેગેટિવિટી (પૉલિંગ): 3.16 (ઉચ્ચ)
• ભૌતિક અવસ્થા (ઓરડાના તાપમાને): લીલાશ પડતો-પીળો વાયુ (Cl₂)
• પ્રકૃતિ: અત્યંત સક્રિય અધાતુ, પ્રબળ ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ.
• આઇસોટોપ્સ: બે મુખ્ય સ્થિર આઇસોટોપ્સ, ³⁵Cl (75%) અને ³⁷Cl (25%).

ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી અને બંધન વર્તન

ક્લોરિનની ઇલેક્ટ્રોન ગોઠવણી [Ne] 3s² 3p⁵ છે. સાત વેલેન્સ ઇલેક્ટ્રોન સાથે, તે સ્થિર ઓક્ટેટ પ્રાપ્ત કરવા માટે સરળતાથી એક ઇલેક્ટ્રોન સ્વીકારે છે, ક્લોરાઇડ આયન (Cl⁻) બનાવે છે.

ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ

ક્લોરિન વિવિધ ઓક્સિડેશન અવસ્થાઓ દર્શાવે છે:

• -1: સૌથી સામાન્ય, જેમ કે મેટલ ક્લોરાઇડ્સમાં (દા.ત., NaCl, HCl).
• +1: હાઇપોક્લોરસ એસિડ (HOCl) અને હાઇપોક્લોરાઇટ્સમાં (દા.ત., NaOCl), અને ક્લોરિન મોનોક્સાઇડ (Cl₂O).
• +3: ક્લોરસ એસિડ (HClO₂) અને ક્લોરાઇટ્સમાં (દા.ત., NaClO₂), અને ક્લોરિન ટ્રાઇફ્લોરાઇડ (ClF₃).
• +5: ક્લોરિક એસિડ (HClO₃) અને ક્લોરેટ્સમાં (દા.ત., NaClO₃).
• +7: પરક્લોરિક એસિડ (HClO₄) અને પરક્લોરેટ્સમાં (દા.ત., NaClO₄), અને ડાઇક્લોરિન હેપ્ટોક્સાઇડ (Cl₂O₇).

બંધનના પ્રકારો

1. આયનીય બંધન: અત્યંત વિદ્યુતધન ધાતુઓ સાથે (દા.ત., NaCl).
2. સહસંયોજક બંધન:
   • દ્વિપરમાણ્વીય અણુ (Cl₂): અન્ય ક્લોરિન પરમાણુ સાથે સિંગલ સહસંયોજક બંધ બનાવે છે.
   • અધાતુઓ સાથે: સહસંયોજક સંયોજનો બનાવે છે (દા.ત., HCl, CCl₄, PCl₅).
   • ઇન્ટરહેલોજન સંયોજનો: ClF, ClF₃, ClF₅ જેવા સંયોજનો બનાવે છે જ્યાં ક્લોરિન ધન ઓક્સિડેશન અવસ્થા સાથે કેન્દ્રીય પરમાણુ હોઈ શકે છે.

મહત્વપૂર્ણ રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાઓ

1. ક્લોરિન વાયુ (Cl₂) ની બનાવટ

• ડીકન પ્રક્રિયા:

  4HCl(g) + O₂(g) --(CuCl₂, 723 K)--> 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)
  

• વિદ્યુત વિભાજન પ્રક્રિયા (ખારા પાણીના વિદ્યુત વિભાજન માટે કાસ્ટનર-કેલનર સેલ):

  2NaCl(aq) + 2H₂O(l) --(electrolysis)--> 2NaOH(aq) + Cl₂(g) + H₂(g)
  

• HCl અને ઓક્સિડાઇઝિંગ એજન્ટ્સમાંથી:

  MnO₂(s) + 4HCl(aq) → MnCl₂(aq) + Cl₂(g) + 2H₂O(l)
  2KMnO₄(s) + 16HCl(aq) → 2KCl(aq) + 2MnCl₂(aq) + 5Cl₂(g) + 8H₂O(l)
  

2. ધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયાઓ

ક્લોરિન ધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયા કરીને તેમના સંબંધિત ક્લોરાઇડ્સ બનાવે છે.

• સોડિયમ સાથે:

  2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)
  

• આયર્ન સાથે:

  2Fe(s) + 3Cl₂(g) → 2FeCl₃(s) (નિર્જળ ફેરિક ક્લોરાઇડ)
  

3. અધાતુઓ સાથે પ્રતિક્રિયાઓ

• હાઇડ્રોજન સાથે:

  H₂(g) + Cl₂(g) --(diffused sunlight)--> 2HCl(g)
  

• ફોસ્ફરસ સાથે:

  P₄(s) + 6Cl₂(g) → 4PCl₃(l) (મર્યાદિત Cl₂)
  P₄(s) + 10Cl₂(g) → 4PCl₅(s) (વધારાનું Cl₂)
  

• સલ્ફર સાથે:

  S₈(s) + 4Cl₂(g) → 4S₂Cl₂(l)
  

4. સંયોજનો સાથે પ્રતિક્રિયાઓ

• પાણી સાથે (હાઇડ્રોલિસિસ):

  Cl₂(g) + H₂O(l) ⇌ HCl(aq) + HOCl(aq) (હાઇપોક્લોરસ એસિડ)
  

  આ પ્રતિક્રિયા ક્લોરિનના બ્લીચિંગ અને જીવાણુનાશક ક્રિયા માટે જવાબદાર છે (HOCl ને કારણે).
• ઠંડા, મંદ NaOH સાથે:

  Cl₂(g) + 2NaOH(aq) → NaCl(aq) + NaOCl(aq) + H₂O(l) (સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ - બ્લીચિંગ એજન્ટ)
  

• ગરમ, સાંદ્ર NaOH સાથે:

  3Cl₂(g) + 6NaOH(aq) → 5NaCl(aq) + NaClO₃(aq) + 3H₂O(l) (સોડિયમ ક્લોરેટ)
  

• નિરસ ચૂનો (કેલ્શિયમ હાઇડ્રોક્સાઇડ) સાથે:

  Ca(OH)₂(s) + Cl₂(g) → CaOCl₂(s) + H₂O(l) (બ્લીચિંગ પાવડર)
  

• હાઇડ્રોજન સલ્ફાઇડ સાથે:

  H₂S(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) + S(s)
  

• મિથેન સાથે અવેજી પ્રતિક્રિયા (ફોટોકેમિકલ):

  CH₄(g) + Cl₂(g) --(hv)--> CH₃Cl(g) + HCl(g)
  

  વધુ અવેજી પ્રતિક્રિયા થઈને CH₂Cl₂, CHCl₃ અને CCl₄ બનાવી શકે છે.
• ઇથીન સાથે ઉમેરણ પ્રતિક્રિયા:

  C₂H₄(g) + Cl₂(g) → C₂H₄Cl₂(l) (1,2-ડાઇક્લોરોઇથેન)
  

ઔદ્યોગિક અને જૈવિક મહત્વ

ઔદ્યોગિક મહત્વ

• જળ શુદ્ધિકરણ: ક્લોરિન અને તેના સંયોજનો (દા.ત., બ્લીચિંગ પાવડર, સોડિયમ હાઇપોક્લોરાઇટ) પીવાના પાણી અને સ્વિમિંગ પૂલ માટે જીવાણુનાશક તરીકે વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાય છે કારણ કે તે બેક્ટેરિયા અને વાયરસનો નાશ કરવાની ક્ષમતા ધરાવે છે.
• બ્લીચિંગ એજન્ટ: કાગળ અને કાપડ ઉદ્યોગોમાં પલ્પ અને કાપડને બ્લીચ કરવા માટે ઉપયોગ થાય છે.
• કાર્બનિક સંયોજનોનું ઉત્પાદન: પોલિમર (દા.ત., PVC - પોલિવિનાઇલ ક્લોરાઇડ), રેફ્રિજન્ટ્સ, દ્રાવક (દા.ત., CCl₄, ક્લોરોફોર્મ), જંતુનાશક દવાઓ (દા.ત., DDT, જોકે મોટાભાગે તબક્કાવાર બંધ કરવામાં આવ્યું છે), અને ફાર્માસ્યુટિકલ્સના સંશ્લેષણમાં આવશ્યક છે.
• હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) નું ઉત્પાદન: એક મુખ્ય ઔદ્યોગિક એસિડ.
• ધાતુઓનું નિષ્કર્ષણ: સોના અને પ્લેટિનમના નિષ્કર્ષણમાં ઉપયોગ થાય છે.
• બ્લીચિંગ પાવડર (CaOCl₂) નું સંશ્લેષણ: એક ઘન બ્લીચિંગ અને જીવાણુનાશક એજન્ટ.

જૈવિક મહત્વ

• ઇલેક્ટ્રોલાઇટ સંતુલન: ક્લોરાઇડ આયન (Cl⁻) માનવ શરીરના બાહ્યકોષીય પ્રવાહીમાં સૌથી વધુ વિપુલ પ્રમાણમાં એનાયન છે, જે ઓસ્મોટિક દબાણ અને એસિડ-બેઝ સંતુલન જાળવવામાં મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે.
• જઠરનો એસિડ: ક્લોરાઇડ આયન પેટમાં હાઇડ્રોક્લોરિક એસિડ (HCl) ના ઉત્પાદન માટે આવશ્યક છે, જે પાચન અને પાચક ઉત્સેચકોને સક્રિય કરવા માટે મહત્વપૂર્ણ છે.
• ચેતા આવેગનું પ્રસારણ: કોષ પટલમાં ક્લોરાઇડ ચેનલો ચેતા આવેગના પ્રસારણ અને સ્નાયુ સંકોચનના નિયમનમાં સામેલ છે.
• વિષાળુતા: વાયુરૂપ ક્લોરિન (Cl₂) અત્યંત ઝેરી અને શ્વસન પેશીઓ માટે ક્ષયકારક છે, જે પ્રબળ પલ્મોનરી ઇરિટેન્ટ તરીકે કાર્ય કરે છે.