Wszystko o chlorze. Chlor jest bardzo silnym utleniaczem. Analiza chloru

Chlor (χλωρ?ς - zielony) jest pierwiastkiem głównej podgrupy siódmej grupy, trzeciego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 17. Chemicznie aktywny niemetal. Część grupy halogenowej.

Prosta substancja chlor w normalnych warunkach jest trującym gazem o żółtawo-zielonym zabarwieniu i ostrym zapachu. Cząsteczka chloru jest dwuatomowa (wzór Cl 2).

W przyrodzie występują dwa izotopy chloru: 35 Cl i 37 Cl. W skorupie ziemskiej chlor jest najpowszechniejszym halogenem. Największe zasoby chloru zawarte są w solach mórz i oceanów.

W przyrodzie występują 2 stabilne izotopy chloru: o liczbach masowych 35 i 37. W normalnych warunkach chlor jest żółto-zielonym gazem o duszącym zapachu. Niektóre jego właściwości fizyczne przedstawiono w tabeli.

Niektóre właściwości fizyczne chloru

Chlor po ochłodzeniu przechodzi w ciecz w temperaturze około 239 K, a następnie poniżej 113 K krystalizuje w sieć ortorombową z grupą przestrzenną. Poniżej 100 K rombowa modyfikacja krystalicznego chloru staje się tetragonalna.

Pod względem przewodności elektrycznej ciekły chlor należy do najsilniejszych izolatorów: przewodzi prąd prawie miliard razy gorzej niż woda destylowana i 10 22 razy gorzej niż srebro. Prędkość dźwięku w chlorze jest około półtora razy mniejsza niż w powietrzu.

Budowa powłoki elektronowej

Poziom wartościowości atomu chloru zawiera 1 niesparowany elektron: 1S² 2S² 2p 6 3S² 3p 5, więc wartościowość 1 dla atomu chloru jest bardzo stabilna. Ze względu na obecność niezajętego orbitalu podpoziomu d w atomie chloru, atom chloru może wykazywać inne wartościowości.

Znane są również związki chloru, w których atom chloru formalnie wykazuje wartościowość 4 i 6, na przykład ClO 2 i Cl 2 O 6. Jednakże związki te są rodnikami, co oznacza, że mają jeden niesparowany elektron.

Interakcja z metalami

Chlor reaguje bezpośrednio z prawie wszystkimi metalami (z niektórymi tylko w obecności wilgoci lub po podgrzaniu):

Cl2 + 2Na → 2NaCl

3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3

3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3

Oddziaływanie z niemetalami

Z niemetalami (z wyjątkiem węgla, azotu, tlenu i gazów obojętnych) tworzy odpowiednie chlorki.

Pod wpływem światła lub po podgrzaniu reaguje aktywnie (czasami z eksplozją) z wodorem zgodnie z radykalnym mechanizmem.

Cl2 + H2 → 2HCl

5Cl 2 + 2P → 2PCl 5

2S + Cl 2 → S 2 Cl 2

Z tlenem chlor tworzy tlenki, w których wykazuje stopień utlenienia od +1 do +7: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Mają ostry zapach, są niestabilne termicznie i fotochemicznie oraz są podatne na wybuchowy rozkład.

Podczas reakcji z fluorem nie powstaje chlorek, ale fluor:

Cl 2 + 3F 2 (przykł.) → 2ClF 3

Inne właściwości

Chlor wypiera brom i jod z ich związków z wodorem i metalami:

Cl2 + 2HBr → Br2 + 2HCl

Cl2 + 2NaI → I2 + 2NaCl

Podczas reakcji z tlenkiem węgla powstaje fosgen:

Cl 2 + CO → COCl 2

Po rozpuszczeniu w wodzie lub zasadach chlor ulega dysmutacji, tworząc kwasy podchlorawy (a po podgrzaniu nadchlorowy) i kwas solny lub ich sole:

Cl2 + H2O → HCl + HClO

3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O

Chlorowanie suchego wodorotlenku wapnia daje wybielacz:

Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl (OCl) + H 2 O

Wpływ chloru na amoniak, trójchlorek azotu można uzyskać:

4NH3 + 3Cl2 → NCl3 + 3NH4Cl

Utleniające właściwości chloru

Chlor jest bardzo silnym utleniaczem.

Jest szeroko stosowany w przemyśle, rolnictwie, na potrzeby lecznicze i domowe. Roczna produkcja chloru na świecie wynosi 55,5 mln ton: ze względu na tak szerokie rozpowszechnienie tej substancji wypadki związane z jej wyciekiem są dość częste (występują zarówno w obiektach przemysłowych, jak i podczas transportu chloru).

Często zniszczeniu ulega nie tylko obiekt przemysłowy, ale także tereny poza nim (ze względu na właściwości fizykochemiczne chloru: jest on 2,5 razy cięższy od powietrza, dlatego gromadzi się na terenach nizinnych, źródła wody narażone są na skażenie, gdyż chlor jest bardzo dobrze rozpuszczalny w wodzie).

Dlatego wiedza na temat obiektów gospodarczych wytwarzających lub stosujących chlor, objawów zatrucia chlorem, umiejętności udzielania pierwszej pomocy, a także znajomość środków ochrony indywidualnej stosowanych na skażonym terenie jest dziś szczególnie aktualna.

Przed uznaniem chloru za substancję niebezpieczną, rozpoznaniem objawów zatrucia tą substancją chemiczną oraz określeniem, czym jest pomoc przedmedyczna i pierwsza, należy zapoznać się z jego ogólną charakterystyką i obszarami zastosowania.

Chlor (z greckiego „zielony”). Wzór chemiczny – Cl2 (masa cząsteczkowa – 70,91). Związek z chlorem (gazowy chlorowodór) został po raz pierwszy przygotowany przez D. Priestleya w 1772 roku. Chlor w „czystej postaci” otrzymał dwa lata później K.V. Scheele.

Gęstość ciekłego chloru wynosi 1560 kg/m3. Jest niepalny i reaktywny: pod wpływem światła w podwyższonej temperaturze (np. podczas pożaru) wchodzi w interakcję z wodorem (eksplozja), w wyniku czego może powstać bardziej niebezpieczny gaz – fosgen.

Chlor znajduje zastosowanie w wielu dziedzinach przemysłu, nauki i często w życiu codziennym. Podajemy obszary zastosowań chloru w przemyśle:

– wykorzystuje się go do produkcji polichlorku winylu, kauczuku syntetycznego, mieszanek tworzyw sztucznych (materiały te wykorzystywane są do produkcji linoleum, odzieży, obuwia, izolacji przewodów itp.);

– w przemyśle celulozowo-papierniczym chlor stosuje się do bielenia papieru i tektury (stosuje się go także do bielenia tkanin);

– zajmuje się produkcją insektycydów chloroorganicznych (w rolnictwie wykorzystuje się te substancje, które niszczą szkodliwe owady na uprawach);

– stosowany jest w procesie dezynfekcji („chlorowania”) wody pitnej i oczyszczania ścieków;

– ma szerokie zastosowanie w chemicznej produkcji soli bertholletowej, leków, wybielaczy, trucizn, kwasu solnego, chlorków metali;

– w hutnictwie stosowany do produkcji czystych metali;

– substancja ta wykorzystywana jest jako wskaźnik neutrin słonecznych.

Chlor magazynowany jest w zbiornikach cylindrycznych (10...250 m3) i kulistych (600...2000 m3) pod ciśnieniem własnym pary (do 1,8 MPa). Upłynnia się pod ciśnieniem w normalnej temperaturze. Transportowany w kontenerach, butlach, cysternach, które pełnią funkcję tymczasowego magazynu.

W tej części omówiono właściwości, zastosowanie chloru, jego wpływ na organizm człowieka, zachowanie się w atmosferze po uwolnieniu, szkodliwe skutki oraz klasyfikację substancji niebezpiecznych, zachowanie chloru w zależności od sposobu przechowywania, a także przykłady wypadków w stacjach uzdatniania wody. uważany za.

1.3.1 Chlor jako niespodzianka, jego właściwości i zastosowanie

Chlor stracił obecnie na znaczeniu jako substancja toksyczna, ale jest bardzo szeroko stosowany w różnych gałęziach przemysłu. Ze względu na swoje toksyczne właściwości chlor jest klasyfikowany jako awaryjna substancja chemiczna (HAS). Substancje niebezpieczne – substancje lub związki chemiczne, które rozlane lub uwolnione ze zbiornika do środowiska mogą spowodować masywne obrażenia ludzi i zwierząt, zanieczyszczenie powietrza, gleby, wody, roślin i różnych dóbr materialnych powyżej wartości dopuszczalnych. Wraz ze wzrostem produkcji, z roku na rok pojawia się coraz więcej tego typu niebezpiecznych substancji. Obecnie w systemie RSChS na liście substancji niebezpiecznych znajdują się ponad 34 substancje.

Zgodnie z klasyfikacją kliniczną chlor jest substancją niebezpieczną pierwszej grupy - substancją o działaniu głównie duszącym z wyraźnym działaniem kauteryzującym.

Charakterystyka fizykochemiczna. Chlor jest zielonkawo-żółtym gazem o ostrym, duszącym zapachu. Jest słabo rozpuszczalny w wodzie, ale rozpuszczalny w niektórych rozpuszczalnikach organicznych. W warunkach praktycznych rozpuszczalność chloru w wodzie jest niewielka i wynosi 3 kg na 1 tonę wody. Pod normalnym ciśnieniem skrapla się w temperaturze -34°C, tworząc oleistą ciecz o żółtawo-zielonym kolorze, która krzepnie w temperaturze -101°C. Stały chlor to bladożółte kryształy. Pod ciśnieniem chlor ulega skropleniu nawet w normalnej temperaturze. Temperatura wrzenia skroplonego chloru wynosi –34,1°C, dlatego nawet zimą chlor występuje w stanie gazowym. Po odparowaniu tworzy białą mgłę z parą wodną. Z jednego kilograma ciekłego chloru powstaje 0,315 m 3 gazu. Jest dobrze adsorbowany przez węgiel aktywny. Chemicznie bardzo aktywny.

Niebezpieczeństwo pożaru i wybuchu chloru. Niepalny, ale łatwopalny, wspomaga spalanie wielu substancji organicznych. Wybuchowy po zmieszaniu z wodorem. Kiedy pojemnik się nagrzeje, eksploduje.

Wpływ chloru na organizm. Ze względu na swoje fizjologiczne działanie na organizm chlor należy do grupy substancji o działaniu duszącym. W momencie kontaktu działa silnie drażniąco na błonę śluzową dróg oddechowych i oczu. Oznaki uszkodzeń pojawiają się natychmiast po narażeniu, dlatego chlor jest substancją niebezpieczną szybko działającą. Wnikając do głębokich dróg oddechowych, chlor niszczy tkankę płuc, powodując obrzęk płuc. W zależności od stężenia (toksodozy) chloru nasilenie zatrucia może być różne. Pod wpływem chloru nawet w małych stężeniach obserwuje się zaczerwienienie spojówek oczu, podniebienia miękkiego i gardła, a także zapalenie oskrzeli, lekką duszność, chrypkę i uczucie ucisku w klatce piersiowej. Przebywaniu w atmosferze zawierającej chlor w stężeniach 1,5–2 g/m 3 towarzyszy pojawienie się bólu górnych dróg oddechowych, pieczenia i bólu za mostkiem (uczucie silnego ściskania w klatce piersiowej), pieczenia i bólu oczu, łzawienie, bolesny suchy kaszel. Po 2–4 godzinach pojawiają się objawy obrzęku płuc. Zwiększa się duszność, puls przyspiesza i rozpoczyna się wydzielanie pienistej żółtawej lub czerwonawej plwociny. Narażenie na działanie chloru w wysokim stężeniu przez 10–15 minut może spowodować oparzenia chemiczne płuc i śmierć. Wdychanie chloru w bardzo dużych stężeniach powoduje śmierć w ciągu kilku minut w wyniku paraliżu ośrodka oddechowego. Nie ma antidotum na chlor. Maksymalne dopuszczalne stężenie chloru w powietrzu obszaru roboczego obiektu przemysłowego wynosi 1 mg/m3, ale człowiek zaczyna odczuwać chlor w powietrzu atmosferycznym, gdy stężenie przekracza 3 mg/m3. W związku z tym, jeśli poczujesz ostry, duszący zapach chloru, praca bez sprzętu ochronnego jest już niebezpieczna. Działanie drażniące występuje już przy stężeniu około 10 mg/m3. Narażenie na działanie chloru w stężeniu 100–200 mg/m 3 przez 30–60 minut zagraża życiu. Maksymalne dopuszczalne stężenie chloru w powietrzu atmosferycznym obszarów zaludnionych wynosi: średnio dobowo 0,03 mg/m 3 ; maksymalna pojedyncza dawka 0,1 mg/m3.

Oznaki uszkodzenia chloru. Silne pieczenie, ból oczu; łzawienie; szybkie oddychanie; bolesny suchy kaszel; silne podniecenie; strach; w ciężkich przypadkach zatrzymanie oddechu. W przypadku wycieku lub rozlania chloru nie należy dotykać rozlanej substancji, gdyż chlor pozostający w rozlanej cieczy stygnie do temperatury -34°C.

Stosowanie. Znajduje szerokie zastosowanie do wybielania tkanin i masy papierniczej, przy produkcji tworzyw sztucznych, gumy, pestycydów, dichloroetanu, w metalurgii metali nieżelaznych, a także w służbach komunalnych do dezynfekcji wody. Chlor jest magazynowany i transportowany do miejsc konsumpcji wyłącznie w stanie skroplonym. Najpowszechniejszą metodą magazynowania i transportu ciekłego chloru jest magazynowanie pod ciśnieniem odpowiadającym ciśnieniu nasyconych par chloru w temperaturze otoczenia. Przeważnie magazynuje się go w zbiornikach cylindrycznych (10–250 m3) i kulistych (600–2000 m3) w stanie skroplonym pod własnym ciśnieniem pary, którego wartość zależy od temperatury ciekłego chloru. W temperaturze 25°C wynosi 8 kgf/cm2, a w temperaturze 60°C – 18 kgf/cm2. Chlor skroplony transportowany jest w cysternach, kontenerach i butlach kolejowych, które mogą pełnić także funkcję tymczasowego magazynu.

Zachowanie w atmosferze. W przypadku zniszczenia pojemnika następuje szybkie (w zależności od ciśnienia) odparowanie chloru. Udział natychmiast odparowanego chloru zależy od temperatury zmagazynowanego ciekłego chloru. Im wyższa temperatura, tym większa ilość chloru, który odparowuje niemal natychmiast podczas awaryjnego wyzwalania (20% przy 20°C i 30% przy 40°C). Tworzy się w tym przypadku tzw. chmura pierwotna, której stężenia znacznie przekraczają stężenia śmiertelne. Czas trwania szkodliwego działania chmury chloru pierwotnego w niewielkich odległościach od miejsca wypadku będzie wynosić od kilkudziesięciu sekund do kilku minut. Chmura wtórna, powstająca podczas odparowania chloru z obszaru rozlewni, charakteryzuje się stężeniem tej substancji w niej o 2–3 rzędy wielkości niższym niż w chmurze pierwotnej. Jednak czas działania w tej chmurze chloru jest znacznie dłuższy i zależy od czasu odparowania rozlanej cieczy. Parowanie następuje pod wpływem ciepła panującej lub znajdującej się pod spodem powierzchni, a także otaczającego powietrza. Czas odparowania zależy od ilości substancji, charakteru rozlewu: do miski lub swobodnie (do nasypu) oraz od warunków meteorologicznych. Parowanie może trwać kilka godzin lub nawet dni. Chlor gazowy jest 2,5 razy cięższy od powietrza, dlatego chmura chloru przemieszcza się w kierunku wiatru blisko ziemi. Posiada dobrą zdolność penetracji nieszczelnych struktur. Może gromadzić się w niskich pomieszczeniach, piwnicach domów, studniach, tunelach i konstrukcjach ochronnych, które nie są wyposażone w ochronę chemiczną. Za zewnętrzną granicę strefy zakażenia przyjmuje się linię średniego progu toksodozy wywołującej początkowe objawy zmiany (0,6).

Na skalę przemysłową chlor wytwarza się razem z wodorotlenkiem sodu i wodorem poprzez elektrolizę roztworu soli kuchennej:

2NaCl + 2H 2O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH

Anoda: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0

Katoda: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -

W stacjach uzdatniania wody chlor jest magazynowany w specjalnych „zbiornikach” lub pompowany do stalowych butli pod wysokim ciśnieniem. Butle z ciekłym chlorem pod ciśnieniem mają specjalny kolor - kolor bagienny. Należy pamiętać, że podczas długotrwałego użytkowania butli z chlorem gromadzi się w nich niezwykle wybuchowy trójchlorek azotu, dlatego też co jakiś czas butle z chlorem muszą zostać poddane rutynowemu myciu i czyszczeniu chlorkiem azotu.

Maksymalne dopuszczalne stężenia chloru w powietrzu atmosferycznym wynoszą: średniodobowe – 0,03 mg/m3; maksymalna jednorazowa - 0,1 mg/m3; w pomieszczeniach pracy przedsiębiorstwa przemysłowego - 1 mg/m3.

DEFINICJA

Chlor znajduje się w trzecim okresie grupy VII głównej podgrupy (A) układu okresowego.

Należy do elementów rodziny p. Niemetalowe. Pierwiastki niemetaliczne zawarte w tej grupie nazywane są wspólnie halogenami. Oznaczenie - kl. Numer seryjny - 17. Względna masa atomowa - 35,453 amu.

Budowa elektronowa atomu chloru

Atom chloru składa się z dodatnio naładowanego jądra (+17), składającego się z 17 protonów i 18 neutronów, wokół którego 17 elektronów porusza się po 3 orbitach.

Ryc.1. Schematyczna budowa atomu chloru.

Rozkład elektronów pomiędzy orbitalami jest następujący:

17Cl) 2) 8) 7;

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 5 .

Zewnętrzny poziom energii atomu chloru zawiera siedem elektronów, z których wszystkie są uważane za elektrony walencyjne. Schemat energetyczny stanu podstawowego przyjmuje następującą postać:

Obecność jednego niesparowanego elektronu wskazuje, że chlor może wykazywać stopień utlenienia +1. Możliwe jest również kilka stanów wzbudzonych ze względu na obecność wolnego 3 D-orbitale. Najpierw elektrony 3 są parowane P-podpoziom i zajmują wolne D-orbitale, a następnie elektrony 3 S-podpoziom:

Wyjaśnia to obecność chloru na trzech kolejnych stopniach utlenienia: +3, +5 i +7.

Przykłady rozwiązywania problemów

PRZYKŁAD 1

Ćwiczenia

Dane są dwa pierwiastki o ładunkach jądrowych Z=17 i Z=18. Prosta substancja utworzona przez pierwszy pierwiastek to trujący gaz o ostrym zapachu, a drugi to nietoksyczny, bezwonny i nie powodujący oddychania gaz. Zapisz wzory elektroniczne atomów obu pierwiastków. Który z nich wytwarza trujący gaz?

Rozwiązanie

Wzory elektroniczne danych elementów zostaną zapisane w następujący sposób:

17 Z 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 5 ;

18 Z 1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 .

Ładunek jądra atomu pierwiastka chemicznego jest równy jego liczbie atomowej w układzie okresowym. Dlatego jest to chlor i argon. Dwa atomy chloru tworzą cząsteczkę prostej substancji - Cl 2, która jest trującym gazem o ostrym zapachu

Odpowiedź

Chlor i argon.

Chlor(z greckiego χλωρ?ς - „zielony”) - element głównej podgrupy siódmej grupy, trzeciego okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D. I. Mendelejewa, o liczbie atomowej 17. Oznaczone symbolem kl(łac. Chlor). Chemicznie aktywny niemetal. Należy do grupy halogenów (pierwotnie nazwy „halogen” używał niemiecki chemik Schweiger w odniesieniu do chloru [dosłownie „halogen” tłumaczy się jako sól), jednak nie przyjęła się, a później stała się powszechna w grupie VII pierwiastków, w tym chloru).

Prosta substancja chlor (numer CAS: 7782-50-5) w normalnych warunkach jest trującym gazem o żółtawo-zielonym zabarwieniu i ostrym zapachu. Cząsteczka chloru jest dwuatomowa (wzór Cl 2).

Historia odkrycia chloru

Gazowy bezwodny chlorowodór po raz pierwszy zebrał J. Prisley w 1772 roku. (nad ciekłą rtęcią). Chlor został po raz pierwszy uzyskany w 1774 roku przez Scheele, który w swoim traktacie o piroluzycie opisał jego uwalnianie podczas interakcji piroluzytu z kwasem solnym:

4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O

Scheele zauważył zapach chloru podobny do zapachu wody królewskiej, jego zdolność do reagowania ze złotem i cynobrem oraz właściwości wybielające.

Jednakże Scheele, zgodnie z dominującą wówczas w chemii teorią flogistonu, sugerował, że chlor to deflogistykowany kwas solny, czyli tlenek kwasu solnego. Berthollet i Lavoisier zasugerowali, że chlor jest tlenkiem pierwiastka Murii jednakże próby jej wyizolowania zakończyły się niepowodzeniem aż do prac Davy'ego, któremu udało się rozłożyć sól kuchenną na sód i chlor metodą elektrolizy.

Dystrybucja w przyrodzie

W przyrodzie występują dwa izotopy chloru: 35 Cl i 37 Cl. W skorupie ziemskiej chlor jest najpowszechniejszym halogenem. Chlor jest bardzo aktywny – łączy się bezpośrednio z niemal wszystkimi pierwiastkami układu okresowego. Dlatego w przyrodzie występuje wyłącznie w postaci związków w minerałach: halit NaCl, sylwin KCl, sylwinit KCl NaCl, biszofit MgCl 2 6H2O, karnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. Największy Zasoby chloru zawarte są w solach wód mórz i oceanów (zawartość w wodzie morskiej wynosi 19 g/l). Chlor stanowi 0,025% całkowitej liczby atomów w skorupie ziemskiej, liczba Clarke'a chloru wynosi 0,017%, a organizm ludzki zawiera 0,25% masowych jonów chloru. W organizmie człowieka i zwierząt chlor występuje głównie w płynach międzykomórkowych (m.in. we krwi) i odgrywa ważną rolę w regulacji procesów osmotycznych, a także procesów związanych z funkcjonowaniem komórek nerwowych.

Właściwości fizyczne i fizykochemiczne

W normalnych warunkach chlor jest żółto-zielonym gazem o duszącym zapachu. Niektóre jego właściwości fizyczne przedstawiono w tabeli.

Niektóre właściwości fizyczne chloru

Nieruchomość	Oznaczający
Kolor (gaz)	Żółty zielony
Temperatura wrzenia	−34°C
Temperatura topnienia	−100°C
temperatura rozkładu (dysocjacja na atomy)	~1400°C
Gęstość (gaz, n.s.)	3,214 g/l
Powinowactwo elektronowe atomu	3,65 eV
Pierwsza energia jonizacji	12,97 eV
Pojemność cieplna (298 K, gaz)	34,94 (J/mol K)
Krytyczna temperatura	144°C
Krytyczne ciśnienie	76 atm
Standardowa entalpia tworzenia (298 K, gaz)	0 (kJ/mol)
Standardowa entropia tworzenia (298 K, gaz)	222,9 (J/mol K)
Entalpia topnienia	6,406 (kJ/mol)
Entalpia wrzenia	20,41 (kJ/mol)
Energia rozerwania homolitycznego wiązania X-X	243 (kJ/mol)
Energia rozerwania heterolitycznego wiązania X-X	1150 (kJ/mol)
Energia jonizacji	1255 (kJ/mol)
Energia powinowactwa elektronów	349 (kJ/mol)
Promień atomowy	0,073 (nm)
Elektroujemność według Paulinga	3,20
Elektroujemność według Allreda-Rochowa	2,83
Stabilne stany utlenienia	-1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7

Chlor gazowy skrapla się stosunkowo łatwo. Począwszy od ciśnienia 0,8 MPa (8 atmosfer) chlor będzie ciekły już w temperaturze pokojowej. Po schłodzeniu do -34 ° C chlor staje się cieczą również przy normalnym ciśnieniu atmosferycznym. Ciekły chlor jest żółto-zieloną cieczą, która jest bardzo żrąca (ze względu na duże stężenie cząsteczek). Zwiększając ciśnienie, można osiągnąć obecność ciekłego chloru do temperatury +144°C (temperatura krytyczna) przy ciśnieniu krytycznym 7,6 MPa.

W temperaturach poniżej -101 ° C ciekły chlor krystalizuje w rombową siatkę z grupą przestrzenną Cmca i parametry a=6,29 Å b=4,50 Å, c=8,21 Å. Poniżej 100 K rombowa modyfikacja krystalicznego chloru staje się tetragonalna, mająca grupę przestrzenną P4 2/ncm oraz parametry sieci a=8,56 Å i c=6,12 Å.

Rozpuszczalność

Stopień dysocjacji cząsteczki chloru Cl 2 → 2Cl. Przy 1000 K wynosi 2,07×10 −4%, a przy 2500 K 0,909%.

Próg odczuwania zapachu w powietrzu wynosi 0,003 (mg/l).

Właściwości chemiczne

Budowa powłoki elektronowej

Poziom wartościowości atomu chloru zawiera 1 niesparowany elektron: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, więc wartościowość 1 dla atomu chloru jest bardzo stabilna. Ze względu na obecność niezajętego orbitalu podpoziomu d w atomie chloru, atom chloru może wykazywać inne wartościowości. Schemat powstawania stanów wzbudzonych atomu:

Interakcja z metalami

Chlor reaguje bezpośrednio z prawie wszystkimi metalami (z niektórymi tylko w obecności wilgoci lub po podgrzaniu):

Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3

Oddziaływanie z niemetalami

Z niemetalami (z wyjątkiem węgla, azotu, tlenu i gazów obojętnych) tworzy odpowiednie chlorki.

Pod wpływem światła lub po podgrzaniu reaguje aktywnie (czasami z eksplozją) z wodorem zgodnie z radykalnym mechanizmem. Mieszaniny chloru z wodorem, zawierające od 5,8 do 88,3% wodoru, pod wpływem napromieniowania eksplodują, tworząc chlorowodór. Mieszanina chloru i wodoru w małych stężeniach pali się bezbarwnym lub żółto-zielonym płomieniem. Maksymalna temperatura płomienia wodorowo-chlorowego 2200°C:

Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2

Podczas reakcji z fluorem nie powstaje chlorek, ale fluor:

Cl 2 + 3F 2 (przykł.) → 2ClF 3

Inne właściwości

Chlor wypiera brom i jod z ich związków z wodorem i metalami:

Cl 2 + 2HBr → Br 2 + 2HCl Cl 2 + 2NaI → I 2 + 2NaCl

Podczas reakcji z tlenkiem węgla powstaje fosgen:

Cl 2 + CO → COCl 2

Po rozpuszczeniu w wodzie lub zasadach chlor ulega dysmutacji, tworząc kwasy podchlorawy (a po podgrzaniu nadchlorowy) i kwas solny lub ich sole:

Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O

Chlorowanie suchego wodorotlenku wapnia daje wybielacz:

Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl (OCl) + H 2 O

Wpływ chloru na amoniak, trójchlorek azotu można uzyskać:

4NH3 + 3Cl2 → NCl3 + 3NH4Cl

Utleniające właściwości chloru

Chlor jest bardzo silnym utleniaczem.

Cl2 + H2S → 2HCl + S

Reakcje z substancjami organicznymi

Ze związkami nasyconymi:

CH 3-CH 3 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl

Przyłącza się do związków nienasyconych poprzez wiązania wielokrotne:

CH 2 = CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl

Związki aromatyczne zastępują atom wodoru chlorem w obecności katalizatorów (na przykład AlCl 3 lub FeCl 3):

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl

Metody uzyskiwania

Metody przemysłowe

Początkowo przemysłowa metoda wytwarzania chloru opierała się na metodzie Scheele, czyli reakcji piroluzytu z kwasem solnym:

MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

W 1867 roku Deacon opracował metodę wytwarzania chloru poprzez katalityczne utlenianie chlorowodoru tlenem atmosferycznym. Proces Deacona jest obecnie stosowany do odzyskiwania chloru z chlorowodoru, produktu ubocznego przemysłowego chlorowania związków organicznych.

4HCl + O2 → 2H2O + 2Cl2

Obecnie chlor wytwarza się na skalę przemysłową wraz z wodorotlenkiem sodu i wodorem poprzez elektrolizę roztworu soli kuchennej:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anoda: 2Cl − — 2е − → Cl 2 0 Katoda: 2H 2 O + 2e − → H 2 + 2OH −

Ponieważ elektroliza wody zachodzi równolegle z elektrolizą chlorku sodu, ogólne równanie można wyrazić w następujący sposób:

1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2

Stosuje się trzy warianty elektrochemicznej metody wytwarzania chloru. Dwie z nich to elektroliza z katodą stałą: metoda przeponowa i membranowa, trzecia to elektroliza z katodą ciekłej rtęci (metoda wytwarzania rtęci). Spośród elektrochemicznych metod produkcji najłatwiejszą i najwygodniejszą metodą jest elektroliza z katodą rtęciową, jednak metoda ta powoduje znaczne szkody dla środowiska w wyniku odparowania i wycieku rtęci metalicznej.

Metoda membranowa ze stałą katodą

Wnęka elektrolizera jest podzielona porowatą przegrodą azbestową – membraną – na przestrzeń katodową i anodową, w których znajdują się odpowiednio katoda i anoda elektrolizera. Dlatego taki elektrolizer nazywany jest często membraną, a metodą produkcji jest elektroliza membranowa. Strumień nasyconego anolitu (roztwór NaCl) w sposób ciągły wpływa do przestrzeni anodowej elektrolizera membranowego. W wyniku procesu elektrochemicznego na anodzie uwalnia się chlor w wyniku rozkładu halitu, a na katodzie wodór w wyniku rozkładu wody. W tym przypadku strefa przykatodowa jest wzbogacana wodorotlenkiem sodu.

Metoda membranowa ze stałą katodą

Metoda membranowa jest zasadniczo podobna do metody membranowej, ale przestrzenie anodowe i katodowe są oddzielone membraną z polimeru kationowymiennego. Metoda produkcji membran jest bardziej wydajna niż metoda membranowa, ale trudniejsza w zastosowaniu.

Metoda rtęciowa z ciekłą katodą

Proces odbywa się w kąpieli elektrolitycznej, która składa się z elektrolizera, rozkładnika i pompy rtęciowej, połączonych ze sobą komunikacją. W kąpieli elektrolitycznej rtęć krąży pod działaniem pompy rtęciowej, przechodząc przez elektrolizer i rozkładnik. Katodą elektrolizera jest strumień rtęci. Anody - grafitowe lub odporne na zużycie. Wraz z rtęcią przez elektrolizer w sposób ciągły przepływa strumień anolitu, czyli roztworu chlorku sodu. W wyniku elektrochemicznego rozkładu chlorku na anodzie tworzą się cząsteczki chloru, a na katodzie uwolniony sód rozpuszcza się w rtęci, tworząc amalgamat.

Metody laboratoryjne

W laboratoriach chlor jest zwykle wytwarzany w procesach polegających na utlenianiu chlorowodoru silnymi utleniaczami (na przykład tlenkiem manganu (IV), nadmanganianem potasu, dwuchromianem potasu):

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

Magazynowanie chloru

Wytwarzany chlor jest magazynowany w specjalnych „zbiornikach” lub pompowany do stalowych butli pod wysokim ciśnieniem. Butle z ciekłym chlorem pod ciśnieniem mają specjalny kolor - kolor bagienny. Należy pamiętać, że podczas długotrwałego użytkowania butli z chlorem gromadzi się w nich niezwykle wybuchowy trójchlorek azotu, dlatego też od czasu do czasu butle z chlorem muszą zostać poddane rutynowemu myciu i czyszczeniu chlorkiem azotu.

Normy jakości chloru

Według GOST 6718-93 „Chlor ciekły. Specyfikacje techniczne” produkowane są następujące gatunki chloru

Aplikacja

Chlor znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, nauce oraz na potrzeby gospodarstwa domowego:

Przy produkcji polichlorku winylu, mieszanek tworzyw sztucznych, kauczuku syntetycznego, z których wykonują: izolacje przewodów, profile okienne, materiały opakowaniowe, odzież i obuwie, linoleum i płyty gramofonowe, lakiery, sprzęt i tworzywa piankowe, zabawki, części instrumentów, materiały budowlane . Polichlorek winylu wytwarza się w wyniku polimeryzacji chlorku winylu, który obecnie jest najczęściej wytwarzany z etylenu metodą zbilansowaną zawartością chloru poprzez związek pośredni 1,2-dichloroetan.
Wybielające właściwości chloru są znane od dawna, chociaż to nie sam chlor „wybiela”, ale tlen atomowy, który powstaje podczas rozkładu kwasu podchlorawego: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Ta metoda bielenia tkanin, papieru, tektury stosowana jest od kilku stuleci.
Produkcja insektycydów chloroorganicznych - substancji zabijających owady szkodliwe dla upraw, ale bezpiecznych dla roślin. Znaczna część produkowanego chloru jest zużywana do otrzymywania środków ochrony roślin. Jednym z najważniejszych środków owadobójczych jest heksachlorocykloheksan (często nazywany heksachloranem). Substancja ta została po raz pierwszy zsyntetyzowana już w 1825 roku przez Faradaya, jednak praktyczne zastosowanie znalazła dopiero ponad 100 lat później – w latach 30. XX wieku.
Stosowano go jako bojowy środek chemiczny, a także do produkcji innych bojowych środków chemicznych: gazu musztardowego, fosgenu.
Do dezynfekcji wody - „chlorowanie”. Najpopularniejsza metoda dezynfekcji wody pitnej; opiera się na zdolności wolnego chloru i jego związków do hamowania układów enzymatycznych mikroorganizmów, które katalizują procesy redoks. Do dezynfekcji wody pitnej stosuje się: chlor, dwutlenek chloru, chloraminę i wybielacz. SanPiN 2.1.4.1074-01 ustala następujące wartości graniczne (korytarz) dopuszczalnej zawartości wolnego chloru resztkowego w wodzie pitnej scentralizowanych wodociągów 0,3 - 0,5 mg/l. Wielu naukowców, a nawet polityków w Rosji krytykuje samą koncepcję chlorowania wody wodociągowej, nie mogą jednak zaoferować alternatywy dla dezynfekującego efektu związków chloru. Materiały, z których wykonane są rury wodociągowe, inaczej oddziałują z chlorowaną wodą kranową. Wolny chlor w wodzie wodociągowej znacznie skraca żywotność rurociągów na bazie poliolefin: różnego rodzaju rur z polietylenu, w tym z polietylenu usieciowanego, znanego również jako PEX (PE-X). W USA w celu kontroli dopuszczenia rurociągów z materiałów polimerowych do stosowania w instalacjach wodociągowych z wodą chlorowaną zmuszono do przyjęcia 3 norm: ASTM F2023 w odniesieniu do rur z polietylenu usieciowanego (PEX) i gorącej wody chlorowanej, ASTM F2263 w odniesieniu do wszystkich rur polietylenowych i wody chlorowanej oraz ASTM F2330 w odniesieniu do rur wielowarstwowych (metalowo-polimerowych) i gorącej wody chlorowanej. Pod względem trwałości w kontakcie z wodą chlorowaną miedziane rury wodociągowe wykazują pozytywne wyniki.
Zarejestrowany w przemyśle spożywczym jako dodatek do żywności E925.
W produkcji chemicznej kwasu solnego, wybielaczy, soli bertholletowej, chlorków metali, trucizn, leków, nawozów.
W metalurgii do produkcji czystych metali: tytanu, cyny, tantalu, niobu.
Jako wskaźnik neutrin słonecznych w detektorach chloru i argonu.

Wiele krajów rozwiniętych dąży do ograniczenia stosowania chloru w życiu codziennym, m.in. dlatego, że podczas spalania odpadów zawierających chlor powstają znaczne ilości dioksyn.

Rola biologiczna

Chlor jest jednym z najważniejszych pierwiastków biogennych i wchodzi w skład wszystkich żywych organizmów.

U zwierząt i ludzi jony chlorkowe biorą udział w utrzymaniu równowagi osmotycznej; jon chlorkowy ma optymalny promień przenikania przez błonę komórkową. To właśnie wyjaśnia jego wspólny udział z jonami sodu i potasu w tworzeniu stałego ciśnienia osmotycznego i regulacji metabolizmu wody i soli. Pod wpływem GABA (neuroprzekaźnika) jony chloru działają hamująco na neurony, zmniejszając potencjał czynnościowy. W żołądku jony chloru tworzą korzystne środowisko dla działania enzymów proteolitycznych soku żołądkowego. Kanały chlorkowe występują w wielu typach komórek, błonach mitochondrialnych i mięśniach szkieletowych. Kanały te pełnią ważne funkcje w zakresie regulacji objętości płynu, przeznabłonkowego transportu jonów i stabilizacji potencjałów błonowych, a także biorą udział w utrzymaniu pH komórki. Chlor gromadzi się w tkance trzewnej, skórze i mięśniach szkieletowych. Chlor wchłaniany jest głównie w jelicie grubym. Wchłanianie i wydalanie chloru są ściśle powiązane z aktywnością jonów i wodorowęglanów sodu, a w mniejszym stopniu z aktywnością mineralokortykoidów i Na+/K+-ATPazy. 10-15% całego chloru gromadzi się w komórkach, z czego 1/3 do 1/2 znajduje się w czerwonych krwinkach. Około 85% chloru znajduje się w przestrzeni zewnątrzkomórkowej. Chlor wydalany jest z organizmu głównie poprzez mocz (90-95%), kał (4-8%) oraz przez skórę (do 2%). Wydalanie chloru jest powiązane z jonami sodu i potasu i odwrotnie z HCO 3 - (równowaga kwasowo-zasadowa).

Człowiek spożywa dziennie 5-10 g NaCl. Minimalne zapotrzebowanie człowieka na chlor wynosi około 800 mg dziennie. Dziecko otrzymuje niezbędną ilość chloru poprzez mleko matki, które zawiera 11 mmol/l chloru. NaCl jest niezbędny do produkcji kwasu solnego w żołądku, który wspomaga trawienie i niszczy bakterie chorobotwórcze. Obecnie udział chloru w występowaniu niektórych chorób u człowieka nie jest dobrze zbadany, głównie ze względu na niewielką liczbę badań. Dość powiedzieć, że nie opracowano nawet zaleceń dotyczących dziennego spożycia chloru. Ludzka tkanka mięśniowa zawiera 0,20-0,52% chloru, tkanka kostna - 0,09%; we krwi – 2,89 g/l. Ciało przeciętnego człowieka (masa ciała 70 kg) zawiera 95 g chloru. Człowiek otrzymuje dziennie 3-6 g chloru z pożywienia, co z nawiązką pokrywa zapotrzebowanie na ten pierwiastek.

Jony chloru są niezbędne dla roślin. Chlor bierze udział w metabolizmie energetycznym roślin, aktywując fosforylację oksydacyjną. Jest niezbędna do tworzenia tlenu podczas fotosyntezy przez izolowane chloroplasty i stymuluje procesy pomocnicze fotosyntezy, przede wszystkim związane z akumulacją energii. Chlor korzystnie wpływa na pobieranie przez korzenie związków tlenu, potasu, wapnia i magnezu. Nadmierne stężenie jonów chloru w roślinach może mieć także swoją negatywną stronę, np. zmniejszyć zawartość chlorofilu, zmniejszyć aktywność fotosyntezy, opóźnić wzrost i rozwój roślin.

Ale są rośliny, które w procesie ewolucji albo przystosowały się do zasolenia gleby, albo w walce o przestrzeń zajmowały puste słone bagna, gdzie nie ma konkurencji. Rośliny rosnące na glebach zasolonych nazywane są halofitami; gromadzą chlorki w okresie wegetacyjnym, a następnie pozbywają się ich nadmiaru poprzez opadanie liści lub uwalniają chlorki na powierzchnię liści i gałęzi, uzyskując podwójną korzyść poprzez zacienienie powierzchni przed światłem słonecznym.

Wśród mikroorganizmów znane są także halofile – halobakterie, które żyją w silnie zasolonych wodach lub glebach.

Cechy działania i środki ostrożności

Chlor jest toksycznym, duszącym gazem, który przedostając się do płuc powoduje oparzenia tkanki płucnej i uduszenie. Działa drażniąco na drogi oddechowe już w stężeniu w powietrzu około 0,006 mg/l (tj. dwukrotnie większym od progu odczuwania zapachu chloru). Chlor był jednym z pierwszych środków chemicznych stosowanych przez Niemcy podczas I wojny światowej. Podczas pracy z chlorem należy nosić odzież ochronną, maskę przeciwgazową i rękawice. Przez krótki czas można chronić narządy oddechowe przed przedostawaniem się do nich chloru za pomocą bandaża z tkaniny zwilżonego roztworem siarczynu sodu Na 2 SO 3 lub tiosiarczanu sodu Na 2 S 2 O 3.

Maksymalne dopuszczalne stężenia chloru w powietrzu atmosferycznym wynoszą: średniodobowe – 0,03 mg/m3; maksymalna pojedyncza dawka - 0,1 mg/m3; w pomieszczeniach pracy przedsiębiorstwa przemysłowego - 1 mg/m3.