Clo: chất khử trùng nước máy, và cũng là vũ khí hoá học đầu tiên

Mùi hồ bơi không phải mùi clo

Cái mùi hăng gắt ở hồ bơi thuộc về chloramine. Đó là hợp chất sinh ra khi clo trong nước gặp mồ hôi, dầu da và nước tiểu của người bơi. Clo tinh khiết ở nồng độ khử trùng gần như không để lại mùi đó.

Hồ bơi càng nồng mùi thì càng nhiều chất bẩn hữu cơ trong nước, chứ không phải càng được khử trùng kỹ.

Chloramine và khí clo sinh ra ngay trong nhà thì nguy hơn nhiều. Thuốc tẩy (nước Javel) gặp giấm hay nước tẩy bồn cầu sẽ nhả ra khí clo, gặp chất chứa amoniac thì nhả ra chloramine. Cả hai đều là khí độc, và đó là lý do tuyệt đối không trộn hai loại chất tẩy với nhau.

Clo được tìm ra và đặt tên năm nào

Bản thân khí clo có màu vàng lục như trong ảnh đầu bài, và tên nguyên tố đặt theo màu ấy. Năm 1774, Carl Wilhelm Scheele tạo ra khí này nhưng đinh ninh đó là một hợp chất chứa oxy. Phải tới năm 1810, Humphry Davy mới chứng minh đây là nguyên tố. Davy đặt tên theo tiếng Hy Lạp, nghĩa là vàng lục nhạt.

Vì sao clo phản ứng mạnh và luôn nằm trong muối

Nguyên tử clo có bảy electron ở lớp ngoài cùng, thiếu đúng một chỗ là đầy. Đây cũng là tình cảnh của flo đứng ngay phía trên trong bảng, và cả hai đều dễ dàng lấy electron của bất cứ nguyên tử nào ở gần. Nhóm nguyên tố có tính này gọi là halogen.

Vì dễ phản ứng như vậy nên ngoài tự nhiên không có khí clo. Clo luôn nằm trong hợp chất, nhiều nhất là muối ăn (natri clorua).

Cách lấy clo ra khỏi muối là cho dòng điện chạy qua nước muối. Mỗi mẻ điện phân cho ra ba sản phẩm bán được cùng lúc là khí clo, xút ăn da và khí hydro. Khoảng 20% lượng clo làm ra đi vào nhựa PVC, loại nhựa làm ống nước và vỏ dây điện. Theo Royal Society of Chemistry, tới 85% dược phẩm có dùng clo ở ít nhất một bước sản xuất.

Clo bắt đầu khử trùng nước máy từ khi nào

Trước khi có khử trùng, nước máy là đường lây của thương hàn và tả. Người ta đã biết lọc nước, nhưng lọc chỉ giữ lại được cặn nhìn thấy, còn vi khuẩn thì đi qua.

Năm 1908, hồ chứa Boonton cấp nước cho Jersey City thành nơi đầu tiên ở Mỹ clo hoá nước liên tục, ở liều 0,2–0,35 phần triệu. Cách làm lan ra rất nhanh, và đây là một trong những biện pháp rẻ tiền nhất mà ngành y tế công cộng từng có.

Nghiên cứu được dẫn nhiều nhất là của David Cutler và Grant Miller năm 2005. Họ tính rằng nước sạch đem lại gần một nửa mức giảm tử vong ở các thành phố lớn của Mỹ đầu thế kỷ 20. Riêng tử vong trẻ sơ sinh thì nước sạch đem lại ba phần tư mức giảm.

Nhưng "công nghệ nước sạch" trong nghiên cứu đó là lọc nước cộng khử trùng gộp lại, không tách riêng phần của clo. Mùi clo thoảng trong nước máy buổi sáng là dấu vết của khâu khử trùng đó.

Ngày clo thành vũ khí hoá học ở Ypres

Chiều 22/4/1915, quân Đức mở van 5.730 bình thép đặt dọc mặt trận dài 6,5 km gần Ypres, ở Bỉ. Khoảng 167–168 tấn khí clo theo gió trôi về phía chiến hào quân Pháp. Đây là lần đầu tiên vũ khí hoá học được dùng ở quy mô lớn.

Clo nặng hơn không khí nên chìm xuống, dồn vào đúng chỗ lính nấp. Người trúng khí thấy rát mắt, rát họng rồi ngạt, vì clo gặp nước trong đường thở thành axit ngay tại đó.

Số người chết hôm ấy tới nay vẫn không thống nhất, các ước tính chạy từ khoảng 800 tới 5.000 người. Người đề xuất và giám sát việc này là Fritz Haber. Ông cũng là nhà hoá học tìm ra cách tổng hợp amoniac từ nitơ trong không khí, nền tảng của quy trình Haber-Bosch làm ra phân bón.

Clo phá tầng ozone như thế nào

Giữa thế kỷ 20, người ta tìm ra một họ hợp chất chứa clo có vẻ hoàn hảo là CFC. CFC không cháy, không độc, không mùi, dùng làm chất làm lạnh trong tủ lạnh và khí đẩy trong bình xịt. Nhưng CFC bền tới mức bay được lên cao khoảng 20 km, tới tận tầng ozone.

Trên đó, tia cực tím bẻ gãy phân tử CFC và thả nguyên tử clo ra. Năm 1974, Sherwood Rowland và Mario Molina chỉ ra hệ quả. Clo phá một phân tử ozone rồi thoát ra nguyên vẹn để phá tiếp. Một nguyên tử clo cứ thế phá trung bình 100.000 phân tử ozone mới dừng.

Nghị định thư Montreal ký ngày 16/9/1987 loại bỏ dần CFC, và là hiệp ước môi trường hiếm hoi mọi nước đều tham gia. Năm 2022, Tổ chức Khí tượng Thế giới và Chương trình Môi trường Liên Hợp Quốc dự báo tầng ozone sẽ trở lại mức năm 1980. Mốc đó là khoảng 2040 với phần lớn thế giới, 2045 ở Bắc Cực và 2066 ở Nam Cực.

Cả ba chuyện đều từ cùng một tính chất. Clo giật electron của vi khuẩn trong bể nước, của phổi người lính trong chiến hào, và của phân tử ozone cách mặt đất 20 km.

5 điều cần nhớ về clo

1. 1 Mùi hồ bơi là mùi chloramine, sinh ra khi clo gặp mồ hôi và nước tiểu, không phải mùi clo.
2. 2 Clo hoá nước liên tục bắt đầu ở Mỹ năm 1908, 7 năm trước khi clo thành vũ khí ở Ypres.
3. 3 Gần như toàn bộ clo công nghiệp đến từ điện phân nước muối, kèm hai sản phẩm là xút và hydro.
4. 4 Một nguyên tử clo phá được trung bình 100.000 phân tử ozone.
5. 5 Không bao giờ trộn thuốc tẩy với giấm, chất tẩy bồn cầu hay chất chứa amoniac.

Khối lượng nguyên tử theo CIAAW/IUPAC 2021; các giá trị còn lại từ PubChem (NCBI/NIH). Tỉ lệ clo dùng cho PVC và cho ngành dược, cùng chuyện Scheele và Davy, theo Royal Society of Chemistry. Mốc clo hoá nước ở Jersey City và cơ chế mùi chloramine theo các trang tổng hợp dẫn nguồn gốc, trong đó phần mùi hồ bơi dẫn tài liệu của CDC. Số liệu về công nghệ nước sạch theo Cutler và Miller, Demography 2005, và là tác động chung của lọc nước cộng khử trùng chứ không tách riêng phần của clo. Diễn biến ở Ypres theo quân sử Anh dẫn lại; số người chết có hai ước tính cách xa nhau, một nguồn ghi khoảng 800 tới 1.400 và một nguồn ghi tới 5.000, nên bài không chốt con số. Số phân tử ozone một nguyên tử clo phá được theo NOAA. Mốc phục hồi tầng ozone theo WMO và UNEP, Scientific Assessment of Ozone Depletion 2022. Cảnh báo trộn chất tẩy theo Sở Y tế bang Washington. Đối chiếu lại lần cuối 10/09/2026.