塩素

Cl、メンデレーエフの周期系のグループVIIの化学元素。 原子番号、17;原子量、35.453。 ハロゲンファミリーの一員。

通常の条件下(0℃および0.1メガニュートン/m2、または1キログラム-フォース/cm2)では、塩素は黄緑色のガスであり、刺激性の刺激臭があります。 35Cl(75.77%)と37Cl(24.23%)の2つの安定同位体の形で自然に発生します。 放射性塩素同位体の数は、質量数で、人工的に得られています32, 33, 34, 36, 38, 39, の半減期を有し、それぞれ、0.31秒、2.5秒、1.56秒、3.1×105年、37.3分、55.5分、および1.4分の半減期を有する。 36Clおよび38Clは同位体トレーサとして使用されます。

塩素は1774年にk.Scheeleによって塩酸とピロルサイト（二酸化マンガン）との反応によって最初に得られた。 しかし、1810年にH.Davyがそれを元素として確立し、それを塩素（ギリシャのchloros、”黄緑色”から）と命名したのは、それだけでした。 1813年、J.L. Gay-Lussacは、ロシア語の名前khlorが由来するこの要素のためにフランス語の名前chloreを提案しました。

自然界での分布。 塩素は、化合物の成分としてのみ天然に存在する。 地球の地殻（クラーク）中の塩素の平均含有量は1.7×10-2重量％である。 花崗岩などの酸性火成岩の平均含有量は2.4×l0–2であり、塩基性および超塩基性岩では5×10-3である。 水の移動は、地球の地殻における塩素の歴史において主要な役割を果たしています。 Cl–イオンの形態では、塩素は地球の海洋の成分である（1。93パーセント）、地下塩水、および塩湖。 97の塩素鉱物、主に天然の塩化物があり、その中で最も重要なのは岩塩、NaCl（および岩塩を参照）です。 珪岩、kcl、sylvinite、(Na,K)Cl、carnallite、kcl·Mgcl2·6H2O、カイナイト、KCl·Mgso4·3H2O、およびビスコファイトMgcl2·6H2O火山ガスに含まれるHClの地殻上部への移動は、地球の地質学的歴史の中で大きな意義を持っていた。

物理的および化学的性質。 塩素の沸点は-34.05℃、融点は-101℃であり、通常の状態での塩素ガスの密度は3.214g/リットル（g/l）であり、0℃での飽和蒸気の密度は12.21g/lであり、沸点での液体塩素の密度は1.557g/cm3であり、-102℃での固体塩素の密度は1.9g/cm2である。 飽和塩素蒸気の圧力は、0℃では0.369メガニュートン/m2(MN/m2)、つまり3.69キログラム力(kgf/cm2)、25℃では0.772MN/m2(7.72kgf/cm2)、100℃では3.814MN/m2(38.14kgf/cm2)である。 融解熱は90.3キロジュール/kg（kJ/kg）、または21.5cal/gであり、蒸発熱は288kJ/kg（68.8cal/g）である。 一定圧力での塩素ガスの熱容量は、0.48kJ/（kg・°K）、または0.11cal/（g・°C）です。 塩素の臨界定数は、臨界温度144°C、臨界圧力7.72MN/m2(77.2kgf/cm2)、臨界密度573g/l、臨界体積1.745×10–3l/gであり、0.1MN/m2(1kgf/cm2)の分圧での塩素の水への溶解度は14.8g/l、0°Cで5.8g/l、30°cで2である。70℃で8g/l、300g/l NaCl溶液では30℃で1.42g/l、70℃で0.64g/lである

水溶液では9.6℃以下で塩素の水和物が変化する組成Cl2·nh2o（nは6から8の範囲）で形成され、温度の上昇とともに塩素と水に分解する等角系の黄色結晶の形をしている。 塩素は、Ticl4、Sicl4、Sncl4、およびいくつかの有機溶媒、特にヘキサン、C6H14、および四塩化炭素、Ccl4に容易に溶解する。 塩素分子は二原子（Cl2）である。 Cl2+243kJ≤2clの熱解離度は2.07×10-4%で1000°K、0.909%で2500°Kである。

塩素原子の外側の電子配置は3s23p5である。 その結果、その化合物において、塩素はの酸化状態を有することができる-1, +1, +3, +4, +5, +6, と+7。 塩素原子の共有結合半径は0.99Åであり、Cl–のイオン半径は1.82Åである。 塩素原子の電子親和力は3.65eVであり、イオン化エネルギーは12.97eVである。

化学的には、塩素は非常に反応性が高く、ほとんどすべての金属（一部の金属では、水分の存在下または加熱時にのみ反応する）と非金属（炭素、窒素、酸素、不活性ガスを除く）と直接結合し、対応する塩化物を形成する。 それは多くの化合物と反応し、飽和炭化水素中の水素を置換し、不飽和化合物と結合する。 塩素は、それらの化合物からの臭素およびヨウ素を水素および金属で置換し、それ自体がその化合物からのフッ素によってこれらの元素で置換さ

少量の水分の存在下で、アルカリ金属は燃焼によって塩素と反応する。 ほとんどの金属は、加熱時にのみ乾燥塩素と反応する。 鋼だけでなく、いくつかの金属は、適度な温度で乾燥塩素の存在下で安定しているため、乾燥塩素を貯蔵するための乾燥塩素とタンクで使用される装置の建設のために使用されています。 リンは塩素中で発火し、Pcl3を形成し、さらに塩素化するとPcl5を形成する。 硫黄は塩素と反応して、S2Cl2、Scl2、および一般式SnClmを有する他の化合物を生成する。 ヒ素、アンチモン、ビスマス、ストロンチウム、テルルは塩素と激しく反応する。

塩素と水素の混合物は無色または黄緑色の炎で燃え、連鎖反応により塩化水素を生成します。 水素-塩素炎の最高温度は2200℃であり、5.8-88.5パーセントの水素を含む塩素と水素の混合物は爆発性である。

塩素は酸素と一緒に、Cl2O、Clo2、O2O6、Cl2O7、Cl2O8の酸化物と、次亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、亜塩素酸塩、過塩素酸塩を形成します。 過塩素酸塩素のすべての酸素化合物。 塩素のすべての酸素化合物は、容易に酸化可能な化合物と爆発性混合物を形成する。 塩素酸化物は安定性が低く、自発的に爆発する可能性があります。 貯蔵時の次亜塩素酸塩はゆっくりと分解するが、塩素酸塩および過塩素酸塩は開始剤の作用下で爆発する可能性がある。

塩素は水中で加水分解し、次亜塩素酸および塩酸を形成する：Cl2+H2O≤HClO+HCl。 次亜塩素酸塩および塩化物は冷たいアルカリ水溶液の塩素処理に形作られます:2NaOH+Cl2=NaClO+NaCl+H2。 塩素酸塩は加熱すると形成される。 塩素化石灰は、乾燥水酸化カルシウムの塩素化によって形成される（参照）。

アンモニアと塩素の反応で三塩化窒素が形成される。 有機化合物の塩素化では、塩素は水素、例えばR—H+Cl2=RCl+HClを置換するか、または多重結合を介して結合するかのいずれかである。,

様々な塩素含有有機化合物（有機塩化物）を形成する。

他のハロゲンでは、塩素はハロゲン間化合物を形成する。 フッ化物ClF、Clf3、およびClf5は非常に反応性があります。; 例えば、グラスウールはClf3の存在下で自発的にingnites。 塩素と酸素およびフッ素との化合物には、Ｃｌｏ３Ｆ、Ｃｌｏ２Ｆ３、Ｃｌｏｆ、およびＣｌｏｆ３などの塩素酸化フッ化物、ならびに過塩素酸フッ素、Ｆｃｌｏ４が含まれる。

塩素の工業的生産は、塩酸と二酸化マンガン、またはピロルサイトとの反応に基づいて1785年に開始されました。 1867年、イギリスの化学者H.Deaconは、触媒の存在下で大気中の酸素を用いてHClを酸化することによって塩素を製造する方法を開発した。 20世紀の変わり目に、塩素はアルカリ金属の塩化物の水溶液の電気分解によって生成された。 塩素の世界の生産の約90-95パーセントは1970年代にこれらの方法によって得られました。 1975年の世界の塩素生産量は約25万トンであった。

NaClの水溶液の電気分解のための二つの主要な方法は、固体陰極を有するダイヤフラムセルでの電気分解と水銀陰極セルでの電気分解である。 どちらの方法でも、塩素ガスはグラファイト陽極または酸化チタン-酸化ルテニウム陽極で遊離される。 第一の方法では、水素が陰極で遊離され、NaOHおよびNaClの溶液が形成され、その後の処理によって市販の苛性ソーダが得られる。 第二の方法では、ナトリウムアマルガムが陰極で形成される。 NaOHの解決、水素および純粋な水銀は別の器具の純粋な水によってナトリウムのアマルガムの分解に形作られます。 形成された純粋な水銀は生産に再利用されます。 両方の方法は、生成された塩素のトン当たり1.125トンのNaOHをもたらす。

ダイヤフラムセルでの電気分解は、より安価なプロセスであり、より安価なNaOHを生成する。 水銀陰極法は、非常に純粋なNaOHの製造を可能にするが、生産過程における水銀損失は環境を汚染する。 1970年（昭和62年）世界の塩素生産量の2割は水銀陰極法によるものであり、ダイヤフラムセルを用いた方法は33.6%、その他の方法は4.2%を占めていた。 1970年からは、固体陰極とイオン交換膜を用いた電気分解が行われ、水銀を含まない純粋なNaOHの製造が可能になった。

塩素の生産は化学工業の一流の枝の1つです。 生産された塩素のほとんどは、生産現場で塩素含有化合物に変換されます。 塩素はタンク、シリンダー、鉄道タンク車、または特に装備されていた船の液体の形態で貯えられ、運ばれます。 塩素の消費量は工業国の特徴であり、塩素含有有機化合物の製造には60-75パーセント、塩素含有無機化合物の製造には10-20パーセント、パルプおよび織物の漂白には5-15パーセント、衛生目的および水塩素化には2-6パーセントが使用されている。

塩素は、チタン、ニオブ、ジルコニウムを抽出するために、いくつかの鉱石の塩素化にも使用されます。

様々な塩素含有有機化合物および無機化合物については、別々の記事（索引参照）で議論されている。

生物における塩素。 塩素は生物起源の要素であり、植物および動物組織の成分である。 植物の塩素の内容は1パーセントの千分の一から数パーセントまで及ぶ（好塩菌は多量の塩素を含んでいる）、動物の塩素の内容は百分の一から1パーセントの十分の一まで及ぶ。 大人の人間の毎日の塩素の条件は2-4gで、食糧の摂取と単に満たされます。 食品中では、塩素は通常、塩化ナトリウムおよび塩化カリウムの形態で過剰に存在する。 パン、肉、乳製品は特に塩素が豊富です。

動物の生物では、塩素は血漿、リンパ液、脊髄液、および一部の組織の主要な浸透活性物質です。 それは水-塩代謝において重要であり、組織による水の保持を促進する。 組織における酸-塩基平衡の調節は、他のプロセスに加えて、血液と他の組織との間の塩素分布の変化によって達成される。

植物では、塩素はエネルギー交換に関与し、酸化的リン酸化と光リン酸化の両方を活性化する。 それはまた、根による酸素の吸収に影響を及ぼし、単離された葉緑体による光合成における酸素の形成に必要である。 塩素は、人工植物栽培のためのほとんどの栄養培地の組成には含まれていません。 非常に低い濃度の塩素が植物の発達に十分である可能性がある。

中毒。 塩素中毒は化学、パルプおよびペーパー、織物および製薬産業で可能です。 塩素は目や気道の粘膜を刺激します。 二次感染は、通常、一次炎症性変化に続く。 急性中毒はほぼ直ちに発症する。 中濃度および低濃度の塩素の吸入時に注目される症状の中には、胸の締め付けおよび痛み、乾いた咳、急速な呼吸、目の灼熱感および裂傷、血液中の白血球 気管支肺炎、有毒な肺水腫、うつ病、および痙攣が可能である。 軽い症例では、回復は3〜7日後に起こる。 上気道のカタルおよび再発性気管支炎および肺炎硬化症は長期の後遺症であり、肺結核の活性化も可能である。 低濃度の塩素を長時間呼吸すると、同様ではあるがゆっくりと発症する障害が観察される。

塩素中毒を防止するための安全対策には、生産設備の密閉、換気の良さ、必要に応じてガスマスクの使用などがあります。 製造現場での空気中の塩素の最大許容濃度は1mg/m3です。 塩素、塩素化石灰、およびその他の塩素含有化合物の製造は潜在的に有害であると考えられ、その結果、ソビエト法は女性および少年労働の使用を制限