氯是元素周期表中的第17号元素,原子结构决定了它拥有多变的化合价,常见化合价有-1、0、+1、+3、+5、+7这几种,而这与其得失电子或形成共用电子对的情况紧密相关。
在氯化钠、氯化钙等氯化物里,氯呈现-1价。因为氯原子最外层有7个电子,极易得到1个电子达到稳定的8电子结构,在氯化钠形成过程中,钠原子提供1个电子给氯原子,氯便显-1价,生活里的食盐氯化钠,就是典型代表。
当氯以单质形式存在,即氯气(Cl₂)时,氯元素化合价为0价。两个氯原子通过共用一对电子形成稳定分子,它们对电子的吸引能力相同,电子不发生明显偏移,故而呈零价态。
在次氯酸(HClO)以及次氯酸钠(NaClO)这类次氯酸盐里,氯显+1价。氯原子与氧原子、氢原子(或金属离子)形成化学键时,电子对发生偏移,使氯带上+1价。次氯酸钠常被用于消毒,84消毒液的主要成分就是它。
亚氯酸(HClO₂)、亚氯酸盐中氯元素为+3价,氯酸钾(KClO₃)等氯酸盐里,氯是+5价,这源于氯与氧结合方式变化,氧的电负性大,拉走更多电子,改变氯的价态。
高氯酸(HClO₄)及高氯酸盐,像高氯酸钠(NaClO₄),氯呈+7价,氯周围连接多个氧原子,电子偏移程度极大,造就最高的+7价态。
氯元素多样的化合价让它能形成形形色色的化合物,广泛应用于化工、医药、消毒、农业等诸多领域,彰显出独特价值,为人类生产生活助力颇多。
(一)无机化合物
氯化物中氯为-1价,如氯化钠(食盐,NaCl)。在氯化物中,氯通常以-1价的形式存在,这是因为氯原子在与金属元素形成化合物时,容易获得一个电子达到稳定结构。氯化钠,广泛存在于自然界中,是我们日常生活中重要的调味品。
次氯酸(+1)、次氯酸盐(+1),如HClO(次氯酸)、NaClO(次氯酸钠,84消毒液的成分)。次氯酸和次氯酸盐中氯显+1价。次氯酸具有氧化性,可用于消毒杀菌。84消毒液中的主要成分次氯酸钠在日常生活中也被广泛用于消毒。
亚氯酸(+3)、亚氯酸盐(+3)。亚氯酸和亚氯酸盐中的氯呈+3价。
氯酸(+5)、氯酸盐(+5),如KClO3(氯酸钾)。氯酸和氯酸盐中氯为+5价,氯酸钾是一种常见的氧化剂,在实验室和工业生产中有一定的应用。
高氯酸(+7)、高氯酸盐(+7)。高氯酸和高氯酸盐中的氯显+7价,高氯酸具有强氧化性和腐蚀性。
(二)自然界中的存在形式
自然界中游离状态的氯存在于大气层中,大多数通常以氯化物(Cl-)的形式存在。在自然界中,氯元素主要以氯化物的形式广泛存在。
海水是氯的重要来源之一,1kg海水里约含有18.97g氯离子。此外,氯元素还存在于土壤、空气和矿石(氯磷灰石和方钠石等)中,以氯离子或络合物形式在自然界中存在与迁移。