Klor (χλωρ?ς - zeleni) je element glavne podskupine sedme skupine, treće periode periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, s atomskim brojem 17. Kemijski aktivan nemetal. Dio skupine halogena.
Jednostavna tvar klor u normalnim uvjetima je otrovni plin žućkasto-zelene boje s oštrim mirisom. Molekula klora je dvoatomna (formula Cl 2).
U prirodi se nalaze dva izotopa klora: 35 Cl i 37 Cl. U zemljinoj kori klor je najčešći halogen. Najveće rezerve klora sadržane su u solima voda mora i oceana
U prirodi se nalaze 2 stabilna izotopa klora: s masenim brojevima 35 i 37. U normalnim uvjetima klor je žutozeleni plin zagušljivog mirisa. Neka od njegovih fizičkih svojstava prikazana su u tablici.
Neka fizikalna svojstva klora
Kada se ohladi, klor prelazi u tekućinu na temperaturi od oko 239 K, a zatim ispod 113 K kristalizira u ortorombsku rešetku s prostornom grupom. Ispod 100 K, ortorombska modifikacija kristalnog klora postaje tetragonalna.
Što se tiče električne vodljivosti, tekući klor spada među najjače izolatore: provodi struju gotovo milijardu puta lošije od destilirane vode, a 10 22 puta lošije od srebra. Brzina zvuka u kloru je otprilike jedan i pol puta manja nego u zraku.
Građa elektronske ljuske
Razina valencije atoma klora sadrži 1 nespareni elektron: 1S² 2S² 2p 6 3S² 3p 5, tako da je valencija 1 za atom klora vrlo stabilna. Zbog prisutnosti nezauzete orbitale d-podrazine u atomu klora, atom klora može pokazivati druge valencije.
Također su poznati spojevi klora u kojima atom klora formalno pokazuje valenciju 4 i 6, na primjer ClO 2 i Cl 2 O 6. Međutim, ovi spojevi su radikali, što znači da imaju jedan nespareni elektron.
Interakcija s metalima
Klor reagira izravno s gotovo svim metalima (s nekima samo u prisutnosti vlage ili pri zagrijavanju):
Cl 2 + 2Na → 2NaCl
3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3
3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
Međudjelovanje s nemetalima
S nemetalima (osim ugljika, dušika, kisika i inertnih plinova) tvori odgovarajuće kloride.
Na svjetlu ili pri zagrijavanju aktivno (ponekad i eksplozijom) reagira s vodikom prema radikalnom mehanizmu.
Cl 2 + H 2 → 2HCl
5Cl 2 + 2P → 2PCl 5
2S + Cl 2 → S 2 Cl 2
S kisikom klor stvara okside u kojima ima oksidacijsko stanje od +1 do +7: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Imaju oštar miris, toplinski i fotokemijski su nestabilni i skloni su eksplozivnom raspadanju.
Prilikom reakcije s fluorom ne nastaje klorid, već fluorid:
Cl 2 + 3F 2 (npr.) → 2ClF 3
Ostala svojstva
Klor istiskuje brom i jod iz njihovih spojeva s vodikom i metalima:
Cl 2 + 2HBr → Br 2 + 2HCl
Cl 2 + 2NaI → I 2 + 2NaCl
Prilikom reakcije s ugljikovim monoksidom nastaje fosgen:
Cl 2 + CO → COCl 2
Kada se otopi u vodi ili lužinama, klor dismutira, tvoreći hipokloričnu (a kada se zagrijava perklornu) i solnu kiselinu ili njihove soli:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO
3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O
Kloriranje suhog kalcijevog hidroksida proizvodi izbjeljivač:
Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O
Učinak klora na amonijak, dušikov triklorid može se dobiti:
4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Oksidirajuća svojstva klora
Klor je vrlo jak oksidans.
Široko se koristi u industriji, poljoprivredi, za medicinske i kućanske potrebe. Godišnja proizvodnja klora u svijetu iznosi 55,5 milijuna tona: zbog tako raširene distribucije ove tvari, nesreće povezane s njegovim curenjem prilično su česte (događaju se iu industrijskim objektima i tijekom transporta klora).
Često strada ne samo industrijski objekt, već i područja izvan njega (zbog fizikalno-kemijskih svojstava klora: 2,5 puta je teži od zraka, stoga se nakuplja u nizinama, izvori vode izloženi su kontaminaciji, budući da je klor vrlo topiv u vodi).
Stoga je danas posebno aktualno poznavanje gospodarskih objekata koji proizvode ili koriste klor, simptomi trovanja klorom, vještine prve pomoći, kao i poznavanje osobne zaštitne opreme koja se koristi u zagađenom području.
Prije ispitivanja klora kao opasne tvari, prepoznavanja simptoma trovanja ovom kemikalijom i utvrđivanja što je domedicinska i prva pomoć, potrebno je upoznati se s njegovim općim karakteristikama i područjima primjene.
Klor (od grčkog - "zeleno"). Kemijska formula – Cl2 (molekulska težina – 70,91). Spoj s klorom (plin klorovodik) prvi je pripremio D. Priestley 1772. godine. Klor u "čistom obliku" dobio je dvije godine kasnije K.V. Scheele.
Gustoća tekućeg klora je 1560 kg/m3. Nezapaljiv je i reaktivan: na svjetlu na povišenim temperaturama (npr. u slučaju požara) dolazi u interakciju s vodikom (eksplozija), što može rezultirati stvaranjem opasnijeg plina - fosgena.
Klor se koristi u mnogim područjima industrije, znanosti i često u svakodnevnom životu. Navodimo područja uporabe klora u industriji:
– koristi se u proizvodnji polivinil klorida, sintetičke gume, plastičnih spojeva (ovi se materijali koriste za proizvodnju linoleuma, odjeće, obuće, izolacije žica itd.);
– u industriji celuloze i papira klor se koristi za izbjeljivanje papira i kartona (koristi se i za izbjeljivanje tkanina);
– uključen je u proizvodnju klororganskih insekticida (ove tvari koje uništavaju štetne kukce na usjevima koriste se u poljoprivredi);
– koristi se u procesu dezinfekcije (“kloriranja”) vode za piće i pročišćavanja otpadnih voda;
– naširoko se koristi u kemijskoj proizvodnji berthollet soli, lijekova, izbjeljivača, otrova, klorovodične kiseline, metalnih klorida;
– u metalurgiji se koristi za proizvodnju čistih metala;
– ova tvar se koristi kao indikator solarnih neutrina.
Klor se skladišti u cilindričnim (10...250 m3) i sfernim (600...2000 m3) spremnicima pod vlastitim tlakom pare (do 1,8 MPa). Ukapljuje se pod pritiskom na normalnim temperaturama. Prevozi se u kontejnerima, cilindrima, spremnicima koji služe kao privremena skladišta.
U ovom dijelu govori se o svojstvima, upotrebi klora, njegovom učinku na ljudski organizam, ponašanju u atmosferi pri ispuštanju, štetnim učincima i klasifikaciji opasnih tvari, ponašanju klora ovisno o načinu skladištenja, razmatraju se primjeri nesreća na postrojenjima za pročišćavanje vode. .
1.3.1 Klor kao iznenađenje, njegova svojstva i primjena
Klor je sada izgubio svoju važnost kao otrovna tvar, ali se vrlo široko koristi u raznim industrijama. Zbog svojih toksičnih svojstava, klor je klasificiran kao hitna kemijska tvar (HAS). Opasne tvari - kemijske tvari ili spojevi koji prilikom izlijevanja ili ispuštanja iz spremnika u okoliš mogu uzrokovati velike ozljede ljudi i životinja, onečišćenje zraka, tla, vode, biljaka i raznih materijalnih dobara iznad dopuštenih vrijednosti. Kako se proizvodnja širi, takvih je opasnih tvari svake godine sve više. Do danas sustav RSChS uključuje više od 34 tvari na popisu opasnih tvari.
Prema kliničkoj klasifikaciji, klor je opasna tvar prve skupine - tvar koja ima pretežno asfiksirajući učinak s izraženim kauterizirajućim učinkom.
Fizikalno-kemijske karakteristike. Klor je zelenkasto-žuti plin oštrog, zagušljivog mirisa. Slabo je topiv u vodi, ali topiv u nekim organskim otapalima. U praktičnim uvjetima topljivost klora u vodi je beznačajna i iznosi 3 kg po 1 toni vode. Pri normalnom tlaku se ukapljuje na temperaturi od -34°C, stvarajući uljastu tekućinu žućkastozelene boje, koja se skrućuje na minus 101°C. Čvrsti klor su blijedožuti kristali. Pod pritiskom se klor pretvara u tekućinu čak i pri normalnim temperaturama. Vrelište ukapljenog klora je –34,1°C, stoga je i zimi klor u plinovitom stanju. Prilikom isparavanja stvara bijelu maglu s vodenom parom. Jedan kilogram tekućeg klora proizvodi 0,315 m 3 plina. Dobro ga adsorbira aktivni ugljen. Kemijski vrlo aktivan. 
Opasnost od požara i eksplozije klora. Nezapaljiv, ali zapaljiv, podržava izgaranje mnogih organskih tvari. Eksplozivno kada se pomiješa s vodikom. Kad se posuda zagrije, eksplodira.
Učinak klora na tijelo. Po svom fiziološkom djelovanju na organizam klor spada u skupinu tvari zagušljivog djelovanja. U trenutku kontakta djeluje snažno nadražujuće na sluznicu dišnih putova i očiju. Znakovi oštećenja javljaju se odmah nakon izlaganja, pa je klor brzodjelujuća opasna tvar. Prodirući u duboke dišne putove, klor uništava plućno tkivo, uzrokujući plućni edem. Ovisno o koncentraciji (toksodozi) klora, težina trovanja može varirati. Pri izlaganju kloru čak iu malim koncentracijama uočava se crvenilo očne spojnice, mekog nepca i ždrijela, bronhitis, blaga zaduha, promuklost i osjećaj stezanja u prsima. Boravak u atmosferi koja sadrži klor u koncentracijama od 1,5-2 g/m 3 praćen je pojavom boli u gornjim dišnim putovima, peckanja i boli iza prsne kosti (osjećaj jakog stiskanja u prsima), žarenja i boli u oči, suzenje, bolni suhi kašalj. Nakon 2-4 sata pojavljuju se znakovi plućnog edema. Kratkoća daha se povećava, puls se ubrzava i počinje ispuštanje pjenastog žućkastog ili crvenkastog ispljuvka. Izloženost visokim koncentracijama klora tijekom 10-15 minuta može uzrokovati kemijske opekline pluća i smrt. Kada se udiše klor u vrlo visokim koncentracijama, smrt nastupa za nekoliko minuta zbog paralize respiratornog centra. Ne postoji protuotrov protiv klora. Najveća dopuštena koncentracija klora u zraku radnog prostora industrijskog prostora je 1 mg/m3, ali osoba počinje osjećati klor u atmosferskom zraku kada koncentracija prelazi 3 mg/m3. Posljedično, ako osjetite oštar, zagušljiv miris klora, tada je rad bez zaštitne opreme već opasan. Nadražujuće djelovanje javlja se u koncentraciji od oko 10 mg/m3. Izloženost 100-200 mg/m 3 klora tijekom 30-60 minuta je opasna po život. Najviše dopuštena koncentracija klora u atmosferskom zraku naseljenih mjesta iznosi: prosječno dnevno 0,03 mg/m 3 ; najveća pojedinačna doza 0,1 mg/m3. 
Znakovi oštećenja klorom. Teško peckanje, bol u očima; suzenje; brzo disanje; bolni suhi kašalj; snažno uzbuđenje; strah; u teškim slučajevima, respiratorni zastoj. Ako dođe do curenja ili izlijevanja klora, ne dirajte prolivenu tvar jer se klor koji je ostao u izlijevanju hladi na temperaturu od -34°C.
Korištenje. Široko se koristi za izbjeljivanje tkanina i papirne mase, u proizvodnji plastike, gume, pesticida, dikloroetana, u obojenoj metalurgiji, kao iu komunalnim službama za dezinfekciju vode. Klor se skladišti i transportira do mjesta potrošnje samo u tekućem stanju. Najčešći način skladištenja i transporta tekućeg klora je skladištenje pod tlakom koji odgovara tlaku zasićenih para klora na temperaturi okoline. Obično se skladišti u cilindričnim (10–250 m3) i sfernim (600–2000 m3) spremnicima u ukapljenom stanju pod vlastitim tlakom pare, čija vrijednost ovisi o temperaturi tekućeg klora. Na temperaturi od 25 ° C iznosi 8 kgf / cm2, a na temperaturi od 60 ° C - 18 kgf / cm2. Ukapljeni klor transportira se u željezničkim cisternama, kontejnerima i cilindrima koji mogu poslužiti i kao privremena skladišta.
Ponašanje u atmosferi. Kada se spremnik uništi, dolazi do brzog (ovisno o tlaku) isparavanja klora. Udio trenutno isparenog klora ovisi o temperaturi pohranjenog tekućeg klora. Što je viša njegova temperatura, to je veći udio klora koji isparava gotovo trenutno tijekom hitnog ispuštanja (20% na 20°C i 30% na 40°C). U tom slučaju nastaje takozvani primarni oblak s koncentracijama koje znatno premašuju letalne koncentracije. Trajanje štetnog djelovanja primarnog oblaka klora na malim udaljenostima od mjesta nesreće iznosit će od nekoliko desetaka sekundi do nekoliko minuta. Sekundarni oblak, nastao tijekom isparavanja klora iz područja punjenja, karakterizira koncentracija ove tvari u njemu 2-3 reda veličine niža nego u primarnom oblaku. Međutim, trajanje djelovanja u tom oblaku klora znatno je duže i određeno je vremenom isparavanja prolivene tekućine. Do isparavanja dolazi zbog topline posude ili podloge, kao i okolnog zraka. Vrijeme isparavanja ovisi o količini tvari, prirodi izlijevanja: u posudu ili slobodno (u nasip) i o meteorološkim uvjetima. Isparavanje može trajati nekoliko sati ili čak dana. Plinoviti klor je 2,5 puta teži od zraka, pa se oblak klora kreće u smjeru vjetra blizu tla. Ima dobru sposobnost prodiranja u nepropusne strukture. Može se akumulirati u niskim područjima, podrumima kuća, bunarima, tunelima i zaštitnim objektima koji nisu opremljeni kemijskom zaštitom. Za vanjsku granicu zone infekcije uzima se linija prosječnog praga toksodoze koja uzrokuje početne simptome lezije (0,6). 
U industrijskoj mjeri, klor se proizvodi zajedno s natrijevim hidroksidom i vodikom elektrolizom otopine kuhinjske soli:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH
Anoda: 2Cl - - 2e - → Cl 2 0
Katoda: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
U postrojenjima za pročišćavanje vode klor se skladišti u posebnim "spremnicima" ili se pumpa u visokotlačne čelične cilindre. Cilindri s tekućim klorom pod pritiskom imaju posebnu boju - močvarnu boju. Treba napomenuti da se tijekom dugotrajnog korištenja boca s klorom u njima nakuplja iznimno eksplozivan dušikov triklorid, te se stoga s vremena na vrijeme boce s klorom moraju podvrgnuti rutinskom pranju i čišćenju od dušikovog klorida.
Maksimalno dopuštene koncentracije klora u atmosferskom zraku su sljedeće: prosječno dnevno - 0,03 mg/m³; maksimalno jednokratno - 0,1 mg/m³; u radnim prostorijama industrijskog poduzeća - 1 mg/m³.
DEFINICIJA
Klor nalazi se u trećoj periodi VII skupine glavne (A) podskupine periodnog sustava.
Pripada elementima p-obitelji. Nemetalni. Nemetalni elementi uključeni u ovu skupinu zajednički se nazivaju halogeni. Oznaka - Cl. Serijski broj - 17. Relativna atomska masa - 35.453 amu.
Elektronska struktura atoma klora
Atom klora sastoji se od pozitivno nabijene jezgre (+17), koja se sastoji od 17 protona i 18 neutrona, oko koje se giba 17 elektrona u 3 orbite.
Sl. 1. Shema strukture atoma klora.
Raspodjela elektrona među orbitalama je sljedeća:
17Cl) 2) 8) 7 ;
1s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 5 .
Vanjska energetska razina atoma klora sadrži sedam elektrona, a svi se smatraju valentnim elektronima. Energetski dijagram osnovnog stanja ima sljedeći oblik:
Prisutnost jednog nesparenog elektrona ukazuje da je klor sposoban pokazati oksidacijsko stanje +1. Nekoliko pobuđenih stanja također je moguće zbog prisutnosti praznog 3 d-orbitale. Prvo se pare elektroni 3 str-podnivo i zauzeti slobodno d-orbitale, a zatim - elektroni 3 s-podnivo:
To objašnjava prisutnost klora u još tri oksidacijska stanja: +3, +5 i +7.
Primjeri rješavanja problema
PRIMJER 1
| Vježbajte | Dana su dva elementa s nuklearnim nabojem Z=17 i Z=18. Jednostavna tvar koju tvori prvi element je otrovni plin oštrog mirisa, a drugi je netoksičan plin bez mirisa koji se ne diše. Napiši elektroničke formule za atome obaju elemenata. Koji od njih proizvodi otrovni plin? |
| Riješenje | Elektronske formule zadanih elemenata bit će zapisane na sljedeći način: 17 Z 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 5 ; 18 Z 1 s 2 2s 2 2str 6 3s 2 3str 6 . Naboj jezgre atoma kemijskog elementa jednak je njegovom atomskom broju u periodnom sustavu elemenata. Dakle, to je klor i argon. Dva atoma klora tvore molekulu jednostavne tvari - Cl 2, koja je otrovni plin oštrog mirisa |
| Odgovor | Klor i argon. |
Klor(od grčkog χλωρ?ς - "zeleno") - element glavne podskupine sedme skupine, trećeg razdoblja periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, s atomskim brojem 17. Označeno simbolom Cl(lat. klor). Kemijski aktivan nemetal. Dio je skupine halogena (izvorno je njemački kemičar Schweiger upotrijebio naziv "halogen" za klor [doslovno, "halogen" se prevodi kao sol), ali se nije primijenio, a kasnije je postao zajednički za grupu VII elemenata, što uključuje klor).
Jednostavna tvar klor (CAS broj: 7782-50-5) u normalnim uvjetima je otrovni plin žućkastozelene boje, oštrog mirisa. Molekula klora je dvoatomna (formula Cl 2).
Povijest otkrića klora
Plinoviti bezvodni klorovodik prvi je skupio J. Prisley 1772. godine. (preko tekuće žive). Klor je prvi put dobio 1774. godine Scheele, koji je opisao njegovo oslobađanje tijekom interakcije piroluzita s klorovodičnom kiselinom u svojoj raspravi o piroluzitu:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele je zamijetio miris klora, sličan mirisu aqua regia, njegovu sposobnost da reagira sa zlatom i cinoberom, te njegova svojstva izbjeljivanja.
Međutim, Scheele je, u skladu s teorijom flogistona koja je tada bila dominantna u kemiji, pretpostavio da je klor deflogizirana klorovodična kiselina, odnosno oksid klorovodične kiseline. Berthollet i Lavoisier sugerirali su da je klor oksid elementa Muria, međutim, pokušaji da se izolira ostali su neuspješni sve do rada Davyja, koji je elektrolizom uspio razgraditi kuhinjsku sol na natrij i klor.
Rasprostranjenost u prirodi
U prirodi se nalaze dva izotopa klora: 35 Cl i 37 Cl. U zemljinoj kori klor je najčešći halogen. Klor je vrlo aktivan - izravno se spaja s gotovo svim elementima periodnog sustava. Stoga se u prirodi nalazi samo u obliku spojeva u mineralima: halit NaCl, silvit KCl, silvinit KCl NaCl, bišofit MgCl 2 6H2O, karnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. rezerve klora sadržane su u solima voda mora i oceana (sadržaj u morskoj vodi je 19 g/l). Klor čini 0,025% od ukupnog broja atoma u zemljinoj kori, Clarkeov broj klora je 0,017%, a ljudsko tijelo sadrži 0,25% iona klora po masi. U ljudskom i životinjskom tijelu klor se nalazi uglavnom u međustaničnim tekućinama (uključujući krv) i ima važnu ulogu u regulaciji osmotskih procesa, kao i u procesima povezanim s funkcioniranjem živčanih stanica.
Fizikalna i fizikalno-kemijska svojstva
U normalnim uvjetima klor je žutozeleni plin zagušljivog mirisa. Neka od njegovih fizičkih svojstava prikazana su u tablici.
Neka fizikalna svojstva klora
| Vlasništvo |
Značenje |
|---|---|
| Boja (plin) | Žuto-zelena |
| Temperatura vrenja | −34 °C |
| Temperatura topljenja | −100 °C |
| Temperatura raspadanja (disocijacije na atome) |
~1400 °C |
| Gustoća (plin, n.s.) | 3,214 g/l |
| Elektronski afinitet atoma | 3,65 eV |
| Prva energija ionizacije | 12,97 eV |
| Toplinski kapacitet (298 K, plin) | 34,94 (J/mol K) |
| Kritična temperatura | 144 °C |
| Kritični pritisak | 76 atm |
| Standardna entalpija stvaranja (298 K, plin) | 0 (kJ/mol) |
| Standardna entropija stvaranja (298 K, plin) | 222,9 (J/mol K) |
| Entalpija taljenja | 6,406 (kJ/mol) |
| Entalpija vrenja | 20,41 (kJ/mol) |
| Energija homolitičkog cijepanja X-X veze | 243 (kJ/mol) |
| Energija heterolitičkog cijepanja X-X veze | 1150 (kJ/mol) |
| Energija ionizacije | 1255 (kJ/mol) |
| Energija afiniteta prema elektronu | 349 (kJ/mol) |
| Atomski radijus | 0,073 (nm) |
| Elektronegativnost prema Paulingu | 3,20 |
| Elektronegativnost prema Allred-Rochowu | 2,83 |
| Stabilna oksidacijska stanja | -1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7 |
Plinoviti klor relativno se lako ukapljuje. Počevši od tlaka od 0,8 MPa (8 atmosfera), klor će biti tekući već na sobnoj temperaturi. Kada se ohladi na -34 °C, klor također postaje tekući pri normalnom atmosferskom tlaku. Tekući klor je žuto-zelena tekućina koja je vrlo korozivna (zbog visoke koncentracije molekula). Povećanjem tlaka moguće je postići postojanje tekućeg klora do temperature od +144 °C (kritična temperatura) pri kritičnom tlaku od 7,6 MPa.
Na temperaturama ispod −101 °C, tekući klor kristalizira u ortorombsku rešetku s prostornom grupom Cmca i parametri a=6,29 Å b=4,50 Å, c=8,21 Å. Ispod 100 K, ortorombska modifikacija kristalnog klora postaje tetragonalna, s prostornom skupinom P4 2/ncm i parametri rešetke a=8,56 Å i c=6,12 Å.
Topljivost
Stupanj disocijacije molekule klora Cl 2 → 2Cl. Na 1000 K iznosi 2,07×10 −4%, a na 2500 K iznosi 0,909%.
Prag za percepciju mirisa u zraku je 0,003 (mg/l).
Što se tiče električne vodljivosti, tekući klor spada među najjače izolatore: provodi struju gotovo milijardu puta lošije od destilirane vode, a 10 22 puta lošije od srebra. Brzina zvuka u kloru je otprilike jedan i pol puta manja nego u zraku.
Kemijska svojstva
Građa elektronske ljuske
Razina valencije atoma klora sadrži 1 nespareni elektron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, tako da je valencija 1 za atom klora vrlo stabilna. Zbog prisutnosti nezauzete orbitale d-podrazine u atomu klora, atom klora može pokazivati druge valencije. Shema nastanka pobuđenih stanja atoma:
Također su poznati spojevi klora u kojima atom klora formalno pokazuje valenciju 4 i 6, na primjer ClO 2 i Cl 2 O 6. Međutim, ovi spojevi su radikali, što znači da imaju jedan nespareni elektron.
Interakcija s metalima
Klor reagira izravno s gotovo svim metalima (s nekima samo u prisutnosti vlage ili pri zagrijavanju):
Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
Međudjelovanje s nemetalima
S nemetalima (osim ugljika, dušika, kisika i inertnih plinova) tvori odgovarajuće kloride.
Na svjetlu ili pri zagrijavanju aktivno (ponekad i eksplozijom) reagira s vodikom prema radikalnom mehanizmu. Smjese klora s vodikom, koje sadrže od 5,8 do 88,3% vodika, eksplodiraju nakon zračenja i nastaju klorovodik. Smjesa klora i vodika u malim koncentracijama gori bezbojnim ili žutozelenim plamenom. Maksimalna temperatura plamena vodik-klor 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2
S kisikom klor stvara okside u kojima ima oksidacijsko stanje od +1 do +7: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Imaju oštar miris, toplinski i fotokemijski su nestabilni i skloni su eksplozivnom raspadanju.
Prilikom reakcije s fluorom ne nastaje klorid, već fluorid:
Cl 2 + 3F 2 (npr.) → 2ClF 3
Ostala svojstva
Klor istiskuje brom i jod iz njihovih spojeva s vodikom i metalima:
Cl 2 + 2HBr → Br 2 + 2HCl Cl 2 + 2NaI → I 2 + 2NaCl
Prilikom reakcije s ugljikovim monoksidom nastaje fosgen:
Cl 2 + CO → COCl 2
Kada se otopi u vodi ili lužinama, klor dismutira, tvoreći hipokloričnu (a kada se zagrijava perklornu) i solnu kiselinu ili njihove soli:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O
Kloriranje suhog kalcijevog hidroksida proizvodi izbjeljivač:
Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O
Učinak klora na amonijak, dušikov triklorid može se dobiti:
4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Oksidirajuća svojstva klora
Klor je vrlo jak oksidans.
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + S
Reakcije s organskim tvarima
Sa zasićenim spojevima:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl
Spaja se na nezasićene spojeve višestrukim vezama:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Aromatski spojevi zamjenjuju atom vodika klorom u prisutnosti katalizatora (na primjer, AlCl 3 ili FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Metode dobivanja
Industrijske metode
U početku se industrijska metoda proizvodnje klora temeljila na Scheeleovoj metodi, odnosno reakciji piroluzita s klorovodičnom kiselinom:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
Godine 1867. Deacon je razvio metodu za proizvodnju klora katalitičkom oksidacijom klorovodika s atmosferskim kisikom. Proces Deacon trenutno se koristi za dobivanje klora iz klorovodika, nusproizvoda industrijskog kloriranja organskih spojeva.
4HCl + O 2 → 2H 2 O + 2Cl 2
Danas se klor proizvodi u industrijskim razmjerima zajedno s natrijevim hidroksidom i vodikom elektrolizom otopine kuhinjske soli:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anoda: 2Cl − — 2e − → Cl 2 0 Katoda: 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH −
Budući da se elektroliza vode odvija paralelno s elektrolizom natrijeva klorida, ukupna jednadžba može se izraziti na sljedeći način:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Koriste se tri varijante elektrokemijske metode za dobivanje klora. Dvije od njih su elektroliza s čvrstom katodom: metode dijafragme i membrane, a treća je elektroliza s katodom od tekuće žive (metoda proizvodnje žive). Među elektrokemijskim metodama proizvodnje najjednostavnija i najprikladnija metoda je elektroliza sa živinom katodom, ali ova metoda uzrokuje značajnu štetu okolišu zbog isparavanja i istjecanja metalne žive.
Metoda dijafragme s čvrstom katodom
Šupljina elektrolizatora podijeljena je poroznom azbestnom pregradom - dijafragmom - na katodni i anodni prostor, gdje se nalaze katoda i anoda elektrolizatora. Stoga se takav elektrolizator često naziva dijafragma, a proizvodna metoda je dijafragma elektroliza. Tok zasićenog anolita (otopina NaCl) kontinuirano ulazi u anodni prostor membranskog elektrolizera. Kao rezultat elektrokemijskog procesa, na anodi se zbog razgradnje halita oslobađa klor, a na katodi zbog razgradnje vode vodik. U ovom slučaju, zona blizu katode je obogaćena natrijevim hidroksidom.
Membranska metoda s čvrstom katodom
Membranska metoda je u biti slična metodi dijafragme, ali su anodni i katodni prostori odvojeni polimernom membranom za kationsku izmjenu. Metoda proizvodnje membrane je učinkovitija od metode dijafragme, ali je teža za korištenje.
Živina metoda s tekućom katodom
Proces se odvija u elektrolitičkoj kupelji koja se sastoji od elektrolizatora, razlagača i živine pumpe, međusobno povezanih komunikacijama. U elektrolitičkoj kupelji živa cirkulira pod djelovanjem živine pumpe, prolazeći kroz elektrolizator i razlagač. Katoda elektrolizera je strujanje žive. Anode - grafitne ili slabo habajuće. Zajedno sa živom kroz elektrolizator kontinuirano teče struja anolita, otopine natrijeva klorida. Kao rezultat elektrokemijske razgradnje klorida, na anodi nastaju molekule klora, a na katodi se oslobođeni natrij otapa u živi, tvoreći amalgam.
Laboratorijske metode
U laboratorijima se za proizvodnju klora obično koriste postupci koji se temelje na oksidaciji klorovodika s jakim oksidansima (na primjer, mangan (IV) oksid, kalijev permanganat, kalijev dikromat):
2KMnO 4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 +8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl → 3Cl 2 + 2KCl + 2CrCl 3 + 7H 2 O
Skladištenje klora
Proizvedeni klor pohranjuje se u posebne "spremnike" ili se pumpa u visokotlačne čelične cilindre. Cilindri s tekućim klorom pod pritiskom imaju posebnu boju - močvarnu boju. Treba napomenuti da se tijekom dugotrajnog korištenja boca s klorom u njima nakuplja iznimno eksplozivan dušikov triklorid, te se stoga s vremena na vrijeme boce s klorom moraju podvrgnuti rutinskom pranju i čišćenju od dušikovog klorida.
Standardi kvalitete klora
Prema GOST 6718-93 „Tekući klor. Tehničke specifikacije" proizvode se sljedeće vrste klora
Primjena
Klor se koristi u mnogim industrijama, znanosti i kućanskim potrebama:
- U proizvodnji polivinil klorida, plastičnih masa, sintetičkog kaučuka, od kojih izrađuju: žičane izolacije, prozorske profile, materijale za pakiranje, odjeću i obuću, linoleum i gramofonske ploče, lakove, opremu i pjenastu plastiku, igračke, dijelove instrumenata, građevinski materijal . Polivinil klorid se proizvodi polimerizacijom vinil klorida, koji se danas najčešće proizvodi iz etilena klor-balansiranom metodom preko međuproizvoda 1,2-dikloroetana.
- Svojstva izbjeljivanja klora poznata su već dugo, iako sam klor nije taj koji "izbjeljuje", već atomski kisik koji nastaje razgradnjom hipokloričaste kiseline: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Ova metoda izbjeljivanja tkanina, papira, kartona koristi se nekoliko stoljeća.
- Proizvodnja organoklornih insekticida - tvari koje ubijaju insekte štetne za usjeve, ali su sigurne za biljke. Značajan dio proizvedenog klora troši se za dobivanje sredstava za zaštitu bilja. Jedan od najvažnijih insekticida je heksaklorocikloheksan (često zvan heksakloran). Ovu tvar prvi je sintetizirao Faraday 1825. godine, ali je praktičnu primjenu našla tek više od 100 godina kasnije - 30-ih godina dvadesetog stoljeća.
- Koristio se kao kemijsko bojno sredstvo, ali i za proizvodnju drugih kemijskih bojnih sredstava: iperit, fosgen.
- Za dezinfekciju vode - "kloriranje". Najčešći način dezinfekcije vode za piće; temelji se na sposobnosti slobodnog klora i njegovih spojeva da inhibiraju enzimske sustave mikroorganizama koji kataliziraju redoks procese. Za dezinfekciju vode za piće koriste se: klor, klor dioksid, kloramin i izbjeljivač. SanPiN 2.1.4.1074-01 utvrđuje sljedeće granice (koridor) dopuštenog sadržaja slobodnog rezidualnog klora u vodi za piće centralizirane vodoopskrbe 0,3 - 0,5 mg/l. Brojni znanstvenici, pa čak i političari u Rusiji kritiziraju sam koncept kloriranja vode iz slavine, ali ne mogu ponuditi alternativu naknadnom dezinfekcijskom učinku spojeva klora. Materijali od kojih su izrađene vodovodne cijevi različito djeluju na kloriranu vodu iz slavine. Slobodni klor u vodi iz slavine značajno smanjuje životni vijek cjevovoda na bazi poliolefina: raznih vrsta polietilenskih cijevi, uključujući umreženi polietilen, također poznat kao PEX (PE-X). U SAD-u su, kako bi kontrolirali dopuštenje cjevovoda izrađenih od polimernih materijala za korištenje u vodoopskrbnim sustavima s kloriranom vodom, bili prisiljeni usvojiti 3 standarda: ASTM F2023 u odnosu na cijevi od umreženog polietilena (PEX) i toplu kloriranu vodu, ASTM F2263 u odnosu na sve polietilenske cijevi i kloriranu vodu, a ASTM F2330 primijenjen na višeslojne (metalno-polimerne) cijevi i vruću kloriranu vodu. Što se tiče trajnosti u interakciji s kloriranom vodom, bakrene vodovodne cijevi pokazuju pozitivne rezultate.
- Registriran u prehrambenoj industriji kao dodatak hrani E925.
- U kemijskoj proizvodnji klorovodične kiseline, izbjeljivača, bertolitne soli, metalnih klorida, otrova, lijekova, gnojiva.
- U metalurgiji za proizvodnju čistih metala: titan, kositar, tantal, niobij.
- Kao indikator solarnih neutrina u klor-argonskim detektorima.
Mnoge razvijene zemlje nastoje ograničiti upotrebu klora u svakodnevnom životu, uključujući i zato što izgaranje otpada koji sadrži klor proizvodi značajnu količinu dioksina.
Biološka uloga
Klor je jedan od najvažnijih biogenih elemenata i ulazi u sastav svih živih organizama.
Kod životinja i ljudi kloridni ioni sudjeluju u održavanju osmotske ravnoteže, kloridni ion ima optimalan radijus za prodiranje kroz staničnu membranu. Upravo to objašnjava njegovo zajedničko sudjelovanje s ionima natrija i kalija u stvaranju stalnog osmotskog tlaka i regulaciji metabolizma vode i soli. Pod utjecajem GABA (neurotransmitera) ioni klora djeluju inhibicijski na neurone smanjujući akcijski potencijal. U želucu ioni klora stvaraju povoljno okruženje za djelovanje proteolitičkih enzima želučanog soka. Kloridni kanali prisutni su u mnogim tipovima stanica, mitohondrijskim membranama i skeletnim mišićima. Ovi kanali obavljaju važne funkcije u regulaciji volumena tekućine, transportu transepitelnih iona i stabilizaciji membranskih potencijala, te su uključeni u održavanje pH stanice. Klor se nakuplja u visceralnom tkivu, koži i skeletnim mišićima. Klor se apsorbira uglavnom u debelom crijevu. Apsorpcija i izlučivanje klora usko su povezani s natrijevim ionima i bikarbonatima, au manjoj mjeri s mineralokortikoidima i aktivnošću Na + /K + -ATPaze. 10-15% ukupnog klora nakuplja se u stanicama, od čega je 1/3 do 1/2 u crvenim krvnim stanicama. Oko 85% klora nalazi se u izvanstaničnom prostoru. Klor se izlučuje iz organizma uglavnom putem mokraće (90-95%), fecesa (4-8%) i preko kože (do 2%). Izlučivanje klora povezano je s ionima natrija i kalija, a recipročno s HCO 3 − (acidobazna ravnoteža).
Čovjek dnevno unosi 5-10 g NaCl. Minimalna ljudska potreba za klorom je oko 800 mg dnevno. Beba dobiva potrebnu količinu klora kroz majčino mlijeko koje sadrži 11 mmol/l klora. NaCl je neophodan za stvaranje klorovodične kiseline u želucu, koja pospješuje probavu i uništava patogene bakterije. Trenutno, uključenost klora u pojavu određenih bolesti kod ljudi nije dobro proučena, uglavnom zbog malog broja studija. Dovoljno je reći da čak ni preporuke o dnevnom unosu klora nisu razvijene. Ljudsko mišićno tkivo sadrži 0,20-0,52% klora, koštano tkivo - 0,09%; u krvi - 2,89 g/l. Tijelo prosječne osobe (tjelesne težine 70 kg) sadrži 95 g klora. Svakodnevno čovjek prima 3-6 g klora iz hrane, što više nego pokriva potrebe za ovim elementom.
Ioni klora vitalni su za biljke. Klor je uključen u energetski metabolizam u biljkama, aktivirajući oksidativnu fosforilaciju. Neophodan je za stvaranje kisika tijekom fotosinteze izoliranih kloroplasta, te potiče pomoćne procese fotosinteze, prvenstveno one povezane s akumulacijom energije. Klor pozitivno utječe na apsorpciju kisika, kalija, kalcija i magnezija u korijenu. Prevelika koncentracija iona klora u biljkama može imati i negativnu stranu, primjerice smanjiti sadržaj klorofila, smanjiti aktivnost fotosinteze te usporiti rast i razvoj biljaka.
Ali postoje biljke koje su se u procesu evolucije ili prilagodile slanosti tla, ili su u borbi za prostor zauzele prazne slane močvare u kojima nema konkurencije. Biljke koje rastu na slanom tlu nazivaju se halofiti; one nakupljaju kloride tijekom vegetacije, a zatim se viška riješe opadanjem lišća ili ispuštaju kloride na površinu lišća i grana i dobivaju dvostruku korist zasjenjivanjem površina od sunčeve svjetlosti.
Među mikroorganizmima poznati su i halofili - halobakterije, koje žive u jako slanim vodama ili tlima.
Značajke rada i mjere opreza
Klor je otrovan, gušljiv plin koji, ako uđe u pluća, uzrokuje opekline plućnog tkiva i gušenje. Nadražujuće djeluje na dišne puteve u koncentraciji u zraku od oko 0,006 mg/l (tj. dvostruko više od praga za osjetilo mirisa klora). Klor je bio jedno od prvih kemijskih sredstava koje je Njemačka koristila u Prvom svjetskom ratu. Pri radu s klorom treba koristiti zaštitnu odjeću, plinsku masku i rukavice. Kratko vrijeme možete zaštititi dišne organe od ulaska klora u njih platnenim zavojem navlaženim otopinom natrijevog sulfita Na 2 SO 3 ili natrijevog tiosulfata Na 2 S 2 O 3.
Maksimalno dopuštene koncentracije klora u atmosferskom zraku su sljedeće: prosječno dnevno - 0,03 mg/m³; najveća pojedinačna doza - 0,1 mg/m³; u radnim prostorijama industrijskog poduzeća - 1 mg/m³.
