Réactions du chlore

Que sont le chlore, le chlorure et le chlorate(I) ?

Avant d'aller plus loin, nous devons examiner certaines des espèces apparentées au chlore : le chlorure et lechlorate(I) . Malgré leurs noms similaires, ils ont leurs différences et tu ne dois pas les confondre.

Le chlore

Comme nous l'avons déjà mentionné, le chlore est un halogène du groupe 17 du tableau périodique. À température ambiante, il se présente sous la forme d'un gaz diatomique jaune. Cela signifie que chaque molécule de chlore est composée de deux atomes de chlore liés de manière covalente. La molécule est neutre, et chaque atome de chlore à l'intérieur de la molécule a un état d'oxydation de +0.

Fig. 1 - Une molécule de chlore

Chlorure

Si tu prends un atome de chlore et que tu lui ajoutes un électron, tu obtiendras du chlorure. Le chlorure est un ion de chlore négatif avec une charge de -1 et un état d'oxydation de -1. En fait, dans la plupart des composés contenant du chlore - mais pas tous - tu le trouveras avec cet état d'oxydation.

Fig. 2 - Un ion chlorure

Chlorate(I)

Lorsque le chlore se lie à l'oxygène et prend un électron supplémentaire, il forme l'ion chlorate(I), \(ClO^-\). Il s'agit d'un ion négatif avec une charge de -1, également connu sous le nom d'hypochlorite.

Fig. 3 - Un ion chlorate(I)

Examinons de plus près les états d'oxydation du composé. Essaie de les calculer toi-même.

• Dans un ion, la somme de tous les états d'oxydation est égale à la charge de l'ion. Dans ce cas, la somme de tous les états d'oxydation est de -1.
• Dans un composé, l'élément le plus électronégatif prend l'état d'oxydation le plus bas. Ici, il s'agit de l'oxygène.
• Tu dois savoir que l'oxygène a toujours un état d'oxydation de -2 (sauf dans quelques cas particuliers).
• Pour que tous les états d'oxydation du composé soient égaux à -1, le chlore doit avoir un état d'oxydation de +1.

Ce n'est pas ce à quoi tu t'attendais ? Le chlore a normalement un état d'oxydation de -1. Mais ici, il prend l'état d'oxydation le plus élevé dans le composé parce qu'il est moins électronégatif que l'oxygène.

Comment le chlore réagit-il avec l'eau ?

Le chlore joue de nombreux rôles dans la vie de tous les jours, mais nous allons nous concentrer plus particulièrement sur l'une de ses principales utilisations : le traitement des eaux usées.

Réaction du chlore avec l'eau

Lorsque le chlore réagit avec l'eau, il forme un mélange d'acide chlorhydrique, HCl, et d'acide chlorique, HClO. L'acide chlorique est également connu sous le nom d'acide hypochloreux et est basé sur l'ion chlorate, ^ClO-. C'est un puissant agent oxydant qui tue toutes sortes de bactéries et de virus, du simple rhume au choléra. Nous utilisons cette technique pour désinfecter l'eau des piscines et l'eau potable. L'équation est donnée ci-dessous.

\[Cl_2 (g) + H_2O(l) \rightarrow HClO (aq) + HCl (aq)\]

Examinons les états d'oxydation du chlore dans les trois espèces différentes.

• Dans _Cl2, il a un état d'oxydation de +0.
• Dans HCl, son état d'oxydation est de -1.
• Dans HClO, son état d'oxydation est de +1.

Cela signifie que le chlore a été à la fois oxydé et réduit. Cette réaction est donc un exemple de réaction de disproportionnement.

Réaction du chlore avec l'eau à la lumière du soleil

À la lumière du soleil, une réaction différente se produit. Le chlore et l'eau se décomposent plutôt en oxygène et en acide chlorhydrique.

\[2Cl_2 (g) + 2H_2O(l) \rightarrow 4HCl (aq) + O_2(g)\]

Réaction du chlorate(I) avec l'eau

Au lieu d'ajouter directement du chlore, nous pouvons également traiter l'eau à l'aide d'ions chlorate(I). Nous les obtenons à partir de chlorate(I) de sodium ou de calcium solide, un autre composé à base de chlorate(I). Ils réagissent avec l'eau pour produire des ions sodium, des ions hydroxyde et de l'acide chlorique.\[NaClO (s) + H_2O \leftrightharpoons Na^+(aq) + OH^-(aq) + HClO(aq)\]

Il s'agit d'une réaction réversible - elle ne s'achève pas. Pour maintenir l'équilibre, nous gardons la solution légèrement acide. Cependant, le pH est toujours surveillé de près pour s'assurer que l'eau est sans danger pour notre usage, que ce soit pour se laver, nager ou boire.

Comment le chlore réagit-il avec les alcalis ?

La réaction entre le chlore et un alcali tel que l'hydroxyde de sodium ne donne pas d'acide chlorique, mais du chlorate de sodium(I), que nous avons rencontré plus haut. Là encore, on l'utilise pour traiter les eaux usées, mais c'est aussi l'ingrédient actif de l'eau de Javel domestique.

L'équation est donnée ci-dessous :

\[Cl_2 (g) + 2NaOH (aq) \rightarrow NaClO (aq) + NaCl (aq) + H_2O (l)\].

Il s'agit là d'un autre exemple de réaction de disproportionnement. Les atomes de chlore sont à la fois oxydés pour former du chlorate(I) de sodium et réduits pour former du chlorure de sodium.

Fig. 4 - La réaction entre le chlore et l'hydroxyde de sodium. Anna Brewer, StudySmarter Originals

Quelles sont les autres réactions du chlore ?

Le chlore peut également réagir avec le sodium et avec d'autres solutions d'ions halogénures.

Réaction du chlore avec le sodium

Le chlore réagit avec le sodium pour former un ingrédient de base essentiel à notre santé et à notre bien-être - le chlorure de sodium, souvent appelé simplement sel. Il s'agit d'un exemple de réaction d'oxydoréduction qui forme un composé ionique. L'équation est présentée ci-dessous.

\[Cl_2 + 2Na \rightarrow 2NaCl\]

Réaction du chlore avec les ions halogènes

Le chlore est un halogène. Les halogènes participent à des réactions de déplacement - un halogène plus réactif déplace un ion halogénure moins réactif d'une solution aqueuse.

Les halogènes sont de moins en moins réactifs au fur et à mesure que l'on descend dans le tableau périodique. Cela signifie que le chlore peut déplacer les ions bromure et iodure. Cependant, il ne peut pas déplacer les ions fluorure.

Par exemple, si tu fais réagir du chlore avec du bromure de sodium, le chlore déplacera les ions bromure pour former du chlorure de sodium et du brome :

\[Cl_2 (aq) + 2NaBr (aq) \rightarrow 2NaCl (aq) + Br_2 (aq)\].

Réaction du chlore avec l'oxygène

Le chlore ne réagit normalement pas avec l'oxygène. Cependant, en présence de lumière UV, le chlore peut réagir avec des molécules d'oxygène ou d'ozone pour former le radical libre monoxyde de chlore, \(ClO \cdot\) :

\[Cl_2 \rightarrow 2Cl \cdot \qquad Cl \cdot + O_3 \rightarrow ClO \cdot + O_2\].

Comme tous les radicaux, cette espèce est extrêmement réactive et peut décomposer l'ozone dans la couche d'ozone.

Avantages et inconvénients de la chloration de l'eau

En 1897, Maidstone, en Angleterre, est devenue la première ville dont l'ensemble de l'approvisionnement en eau a été traité directement au chlore. La chloration permanente généralisée a commencé en 1905 lorsque la ville de Lincoln a connu une grave épidémie de typhoïde. Depuis lors, le chlore a joué un rôle majeur dans la prévention des maladies et la propreté de l'eau de boisson et de lavage. Cependant, la chloration de l'eau présente des avantages et des inconvénients.

Avantages de la chloration de l'eau

Comme nous l'avons déjà mentionné, la chloration de l'eau est avant tout un moyen efficace d'éliminer toutes sortes d'agents pathogènes. Elle a permis d'éviter des millions de décès dans le monde entier et cela ne doit pas être sous-estimé.

Voici d'autres avantages :

• Elle est bon marché et économique.
• Il est largement disponible.
• Il peut être utilisé à petite et à grande échelle.

Les inconvénients de la chloration de l'eau

Comme beaucoup de bonnes choses, la chloration de l'eau a aussi quelques inconvénients. Examinons-en quelques-uns maintenant.

• Le chlore peut dessécher la peau et les cheveux.
• Certaines personnes n'aiment pas le goût de l'eau chlorée. Une alternative consiste à utiliser l'ozone pour stériliser l'eau.
• Le chlore peut réagir avec les composés organiques présents dans l'eau et produire des sous-produits de désinfection, ou SPD. Ceux-ci peuvent avoir des effets négatifs sur la santé et ont été associés à des problèmes tels que le cancer du foie et des reins, les maladies cardiaques et le ralentissement de l'activité cérébrale.

Il est important de se rappeler qu'il s'agit là des pires scénarios et qu'ils se produisent très rarement. Les niveaux de chlore dans l'eau sont toujours soigneusement contrôlés pour s'assurer qu'ils restent dans des limites sûres.