chlor

Cl, pierwiastek chemiczny z grupy VII układu okresowego Mendelejewa . Liczba atomowa, 17; masa atomowa, 35.453. Członek rodziny halogenów.

w normalnych warunkach (0°C i 0,1 meganewton/m2 lub 1 kilogram siły/cm2) chlor jest żółtawozielonym gazem o ostrym, drażniącym zapachu. Występuje naturalnie w postaci dwóch stabilnych izotopów: 35Cl (75,77%) i 37cl (24,23%). Sztucznie otrzymano szereg radioaktywnych izotopów chloru, o numerach masowych 32, 33, 34, 36, 38, 39, i 40, które mają okres półtrwania odpowiednio 0,31 s, 2,5 s, 1,56 s, 3,1 × 105 yr, 37,3 min, 55,5 min i 1,4 min. 36Cl i 38Cl są stosowane jako znaczniki izotopowe.

Historia. Chlor został po raz pierwszy otrzymany w 1774 roku przez K. Scheele w reakcji kwasu solnego z piroluzytem (dwutlenkiem manganu). Jednak dopiero w 1810 roku H. Davy ustalił go jako pierwiastek i nazwał chlorem (z greckiego chloros, “żółtawy zielony”). W 1813 J. L. Gay-Lussac zaproponował francuską nazwę chlore dla tego pierwiastka, od której pochodzi rosyjska nazwa khlor.

dystrybucja w przyrodzie. Chlor występuje w przyrodzie tylko jako składnik związków. Średnia zawartość chloru w skorupie ziemskiej (clarke) wynosi 1,7 × 10-2% wagowych. Średnia zawartość w kwaśnych skałach magmowych, takich jak granity, wynosi 2,4 × l0–2, a w skałach zasadowych i ultrabasowych 5 × 10-3. Migracja wody odgrywa ważną rolę w historii chloru w skorupie ziemskiej. W postaci jonu Cl chlor jest składnikiem ziemskich oceanów (1.93 procent), podziemne solanki i słone jeziora. Istnieje 97 minerałów chloru, głównie naturalnych chlorków, z których najważniejszym jest Halit, NaCl(zob. i sól kamienna). Znane są liczne rozległe złoża chlorków potasu i magnezu oraz chlorków mieszanych: sylwit, KCl, sylwinit, (Na, K)CL, karnalit, KCl · MgCl2 · 6H2Ó, kainit, KCl · MgSO4 · 3H2O i bischofit MgCl2 · 6H2O. migracja HCL zawartego w gazach wulkanicznych do górnych części skorupy ziemskiej miała duże znaczenie w historii geologicznej Ziemi.

właściwości fizyczne i chemiczne. Temperatura wrzenia chloru wynosi -34,05°C, a temperatura topnienia -101°C. gęstość chloru w normalnych warunkach wynosi 3,214 g/litr (g/l), podczas gdy gęstość pary nasyconej w 0°C wynosi 12,21 g/l. gęstość ciekłego chloru w temperaturze wrzenia wynosi 1,557 g/cm3, podczas gdy gęstość stałego chloru w -102°C wynosi 1,9 g/cm2. Ciśnienie pary nasyconego chloru wynosi 0,369 meganewton/m2 (MN/m2) lub 3,69 kg siły (kgf/cm2), w 0″C, 0,772 MN/m2 (7,72 kgf/cm2) w 25°C i 3,814 MN/m2 (38,14 kgf/cm2) w 100°C. Ciepło fuzji wynosi 90,3 kilodżuli/kg (kJ/kg), czyli 21,5 cal/G, podczas gdy ciepło odparowania wynosi 288 kJ/kg (68,8 cal / g). Pojemność cieplna chloru gazowego przy stałym ciśnieniu wynosi 0,48 kJ / (kg · °K) lub 0,11 cal / (g · °C). Stałe krytyczne chloru są następujące: temperatura krytyczna, 144°C; ciśnienie krytyczne, 7,72 MN/m2 (77,2 kgf/cm2); gęstość krytyczna, 573 g/l; i krytyczna objętość, 1,745 × 10–3L/g. rozpuszczalność chloru przy ciśnieniu częściowym 0,1 MN/m2 (1 kgf/cm2) w wodzie wynosi 14,8 g/l w 0°C, 5,8 g / l w 30°C i 2,5.8 g/l w 70°C, podczas gdy w roztworze 300 g/l NaCl jego rozpuszczalność wynosi 1,42 G/L w 30°C i 0,64 G / L w 70°C.

poniżej 9,6°C w roztworach wodnych powstają hydraty chloru o zmiennym składzie Cl2 · nh2o (gdzie n waha się od 6 do 8), które są w postaci żółtych kryształów układu izometrycznego, które rozkładają się wraz ze wzrostem temperatury na chlor i wodę. Chlor jest łatwo rozpuszczalny w TiCl4, SiCl4, SnCl4 i niektórych rozpuszczalnikach organicznych, zwłaszcza heksanie, C6H14 i tetrachlorku węgla, CCl4. Cząsteczka chloru jest dwuatomowa (Cl2). Stopień dysocjacji termicznej Cl2 + 243 kJ ⇄ 2CL wynosi 2,07 × 10-4 procent przy 1000 ° K i 0,909 procent przy 2500°K.

zewnętrzna konfiguracja elektronowa atomu chloru wynosi 3s23p5. W związku z tym chlor w swoich związkach może mieć stany utleniania -1, +1, +3, +4, +5, +6, i + 7. Promień kowalencyjny atomu chloru wynosi 0,99 Å, podczas gdy promień jonowy Cl-wynosi 1,82 Å. Powinowactwo elektronowe atomu chloru wynosi 3,65 eV, natomiast energia jonizacji 12,97 EV.

chemicznie chlor jest bardzo reaktywny i łączy się bezpośrednio z prawie wszystkimi metalami (z niektórymi metalami reaguje tylko w obecności wilgoci lub podczas ogrzewania) i z niemetalami (z wyjątkiem węgla, azotu, tlenu i gazów obojętnych), tworząc odpowiednie chlorki. Reaguje z wieloma związkami, zastępuje wodór w węglowodorach nasyconych i łączy się ze związkami nienasyconymi. Chlor zastępuje brom i jod z ich związków wodorem i metalami, a sam jest zastąpiony fluorem z jego związków z tymi pierwiastkami.

w obecności niewielkich ilości wilgoci metale alkaliczne reagują z chlorem przez spalanie. Większość metali reaguje z suchym chlorem tylko po podgrzaniu. Stal, a także niektóre metale, są stabilne w obecności suchego chloru w umiarkowanych temperaturach i dlatego są wykorzystywane do budowy urządzeń z suchym chlorem i zbiorników do przechowywania suchego chloru. Fosfor zapala się w chlorze, tworząc PCl3, a po dalszej chlorowaniu PCl5. Siarka reaguje z chlorem, otrzymując S2Cl2, SCl2 i inne związki o ogólnym wzorze SnClm. Arsen, antymon, bizmut, stront i tellur reagują energicznie z chlorem.

mieszanina chloru i wodoru spala się bezbarwnym lub żółtawozielonym płomieniem, wytwarzając chlorowodór w reakcji łańcuchowej. Maksymalna temperatura płomienia wodorowo-chlorowego wynosi 2200°C. mieszaniny chloru i wodoru zawierające od 5,8 do 88,5% wodoru są wybuchowe.

z tlenem chlor tworzy tlenki Cl2O, ClO2, O2O6, Cl2O7 i Cl2O8, a także podchloryny (sole kwasu podchlorowego), chloryny, chlorany i nadchlorany. Wszystkie związki tlenowe nadchloranów chloru. Wszystkie związki tlenowe chloru tworzą wybuchowe mieszaniny z łatwo utleniającymi się związkami. Tlenki chloru mają niską stabilność i mogą wybuchać samoistnie. Podchloryny podczas przechowywania rozkładają się powoli, podczas gdy chlorany i nadchlorany mogą eksplodować pod działaniem inicjatorów.

chlor hydrolizuje w wodzie, tworząc kwasy podchlorowe i chlorowodorowe: Cl2 + H2O ⇆ HClO + HCl. Podchloryny i chlorki powstają w wyniku chlorowania zimnych alkalicznych roztworów wodnych: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2. Chlorany powstają po podgrzaniu. Wapno chlorowane powstaje w wyniku chlorowania suchego wodorotlenku wapnia (patrz).

trichlorek azotu powstaje w reakcji między amoniakiem i chlorem. W chlorowaniu związków organicznych chlor albo zastępuje Wodór, na przykład R-H + Cl2 = Rcl + HCl, albo przyłącza się poprzez wiązania wielokrotne, na przykład,

tworząc różne związki organiczne zawierające chlor (chlorki organiczne).

z innymi halogenami chlor tworzy związki międzyhalogenowe. Fluorki ClF, ClF3 i ClF5 są bardzo reaktywne; na przykład, wełna szklana ingnites spontanicznie w obecności ClF3. Związki chloru z tlenem i fluorem obejmują oksyfluorki chloru, takie jak ClO3F, ClO2F3, ClOF i ClOF3 oraz nadchloran fluoru, FClO4.

produkcja. Przemysłową produkcję chloru rozpoczęto w 1785 roku w oparciu o reakcję kwasu solnego z dwutlenkiem manganu, czyli piroluzytem. W 1867 roku brytyjski chemik H. Deacon opracował metodę wytwarzania chloru przez utlenianie HCl przy użyciu tlenu atmosferycznego w obecności katalizatora. Na przełomie XIX i XX wieku chlor wytwarzany był w wyniku elektrolizy wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych. Około 90-95 procent światowej produkcji chloru uzyskano tymi metodami w 1970 roku. Niewielkie ilości chloru są uzyskiwane jako produkt uboczny w produkcji magnezu, wapnia, sodu i litu przez elektrolizę stopionych chlorków. W 1975 roku światowa produkcja chloru wynosiła około 25 milionów ton.

dwie główne metody elektrolizy wodnych roztworów NaCl to elektroliza w ogniwie przeponowym z katodą stałą i elektroliza w ogniwie z katodą rtęciową. W obu metodach Gaz chloru jest uwalniany na anodzie grafitowej lub anodzie tlenku tytanu-tlenku rutenu. W pierwszej metodzie Wodór uwalnia się na katodzie i tworzy się roztwór NaOH i NaCl, z którego otrzymuje się komercyjną sodę kaustyczną przez późniejszą obróbkę. W drugiej metodzie na katodzie powstaje amalgamat sodu. Roztwór NaOH, wodór i czysta rtęć powstają w wyniku rozkładu amalgamatu sodu przez czystą wodę w oddzielnym urządzeniu. Czysta rtęć utworzona jest ponownie wykorzystywana w produkcji. Obie metody dają 1,125 Tony NaOH na tonę wyprodukowanego chloru.

elektroliza w ogniwie membranowym jest tańszym procesem i daje tańszy NaOH. Metoda katody rtęciowej pozwala na produkcję bardzo czystego NaOH, chociaż straty rtęci w trakcie produkcji zanieczyszczają środowisko. W 1970 roku, 62.2 procent światowej produkcji chloru było metodą katody rtęciowej, podczas gdy metoda wykorzystująca ogniwo przeponowe stanowiła 33,6 procent, a inne metody 4,2 procent. Począwszy od 1970 roku zastosowano elektrolizę z użyciem stałej katody i membrany jonowymiennej, która umożliwiła produkcję czystego NaOH bez rtęci.

Produkcja chloru jest jedną z wiodących gałęzi przemysłu chemicznego. Większość produkowanego chloru jest przekształcana w miejscu produkcji w związki zawierające chlor. Chlor jest przechowywany i transportowany w postaci płynnej w zbiornikach, butlach, cysternach kolejowych lub specjalnie wyposażonych statkach. Następujące zużycie chloru jest charakterystyczne dla krajów przemysłowych: 60-75 procent stosuje się do produkcji związków organicznych zawierających chlor, 10-20 procent do produkcji związków nieorganicznych zawierających chlor, 5-15 procent do bielenia pulpy i tkanin, a 2-6 procent do celów sanitarnych i chlorowania wody.

chlor jest również stosowany do chlorowania niektórych rud w celu ekstrakcji tytanu, niobu i cyrkonu.

różne związki organiczne i nieorganiczne zawierające chlor omówiono w osobnych artykułach (patrz indeks).

chlor w organizmach. Chlor jest pierwiastkiem biogennym i składnikiem tkanek roślinnych i zwierzęcych. Zawartość chloru w roślinach waha się od tysięcznych 1% do kilku procent (halofity zawierają duże ilości chloru), podczas gdy zawartość chloru u zwierząt waha się od setnych do dziesiątych 1%. Dzienne zapotrzebowanie dorosłego człowieka na chlor wynosi 2-4 g i jest zaspokajane po prostu po spożyciu pokarmu. W żywności chlor występuje zwykle w nadmiarze w postaci chlorku sodu i chlorku potasu. Chleb, mięso i produkty mleczne są szczególnie bogate w chlor.

w organizmach zwierzęcych chlor jest główną osmotycznie czynną substancją osocza krwi, limfy, płynu mózgowo-rdzeniowego i niektórych tkanek. Jest ważny w metabolizmie wody i soli, ułatwiając zatrzymywanie wody przez tkanki. Regulacja równowagi kwasowo-zasadowej w tkankach odbywa się, oprócz innych procesów, poprzez zmianę rozkładu chloru między krwią a innymi tkankami.

w roślinach chlor uczestniczy w wymianie energii, aktywując zarówno fosforylację oksydacyjną, jak i fotofosforylację. Wpływa również na wchłanianie tlenu przez korzenie i jest niezbędny do tworzenia tlenu w fotosyntezie przez izolowane chloroplasty. Chlor nie jest zawarty w składzie większości pożywnych mediów do sztucznej uprawy roślin. Możliwe, że bardzo niskie stężenia chloru są wystarczające do rozwoju roślin.

Zatrucie chlorem jest możliwe w przemyśle chemicznym, celulozowo-papierniczym, tekstylnym i farmaceutycznym. Chlor podrażnia błony śluzowe oczu i dróg oddechowych. Wtórne zakażenia zwykle następują po pierwotnych zmianach zapalnych. Ostre zatrucie rozwija się niemal natychmiast. Wśród objawów odnotowanych po wdychaniu średniego i niskiego stężenia chloru są zaostrzenie i ból w klatce piersiowej, suchy kaszel, szybki oddech, uczucie pieczenia w oczach i łzawienie, zwiększona zawartość leukocytów we krwi i podwyższona temperatura ciała. Oskrzelowe zapalenie płuc, toksyczny obrzęk płuc, depresja i drgawki są możliwe. W lekkich przypadkach powrót do zdrowia następuje po trzech do siedmiu dniach. Katar górnych dróg oddechowych i nawracające zapalenie oskrzeli i pneumoskleroza są długotrwałymi następstwami; możliwa jest również aktywacja gruźlicy płuc. Przy długotrwałym oddychaniu o niskim stężeniu chloru obserwuje się podobne, ale powoli rozwijające się zaburzenia.

środki bezpieczeństwa zapobiegające zatruciu chlorem obejmują hermetyczne uszczelnienie urządzeń produkcyjnych, dobrą wentylację i, w razie potrzeby, stosowanie masek gazowych. Maksymalne dopuszczalne stężenie chloru w powietrzu w zakładach produkcyjnych wynosi 1 mg / m3. Produkcja chloru, chlorowanego wapna i innych związków zawierających chlor jest uważana za potencjalnie szkodliwą i w związku z tym radzieckie prawo ogranicza korzystanie z pracy kobiet i nieletnich.