clor

Cl, un element chimic din grupa VII a sistemului periodic al lui Mendeleev. Numărul Atomic, 17; greutatea atomică, 35.453. Un membru al familiei halogen.

în condiții normale (0 C și 0,1 meganewton/m2 sau 1 kilogram-forță/cm2), clorul este un gaz verde gălbui, cu un miros înțepător, iritant. Apare în mod natural sub forma a doi izotopi stabili: 35cl (75,77%) și 37cl (24,23%). Un număr de izotopi radioactivi ai clorului au fost obținuți artificial, cu numere de masă 32, 33, 34, 36, 38, 39, și 40, care au un timp de înjumătățire de 0,31 sec, 2,5 sec, 1,56 sec, 3,1 105 ani, 37,3 min, 55,5 min și, respectiv, 1,4 min. 36cl și 38cl sunt utilizate ca trasoare izotopice.

Istorie. Clorul a fost obținut pentru prima dată în 1774 de K. Scheele prin reacția acidului clorhidric cu piroluzit (dioxid de mangan). Cu toate acestea, abia în 1810 H. Davy l-a stabilit ca element și l-a numit clor (din grecescul chloros, “verde gălbui”). În 1813, J. L. Gay-Lussac a propus numele francez chlore pentru acest element din care derivă numele rus khlor.

distribuție în natură. Clorul se găsește în natură doar ca o componentă a compușilor. Conținutul mediu de clor din scoarța terestră (clarke)este de 1,7% 10-2% în greutate. Conținutul mediu în rocile magmatice acide, cum ar fi granitele, este de 2,4 L0–2, iar în rocile bazice și ultrabazice, 5 10-3. Migrația apei joacă un rol major în istoria clorului din scoarța terestră. Sub formă de Cl– ion, clorul este o componentă a oceanelor Pământului (1.93%), saramuri subterane și lacuri sărate. Există 97 de minerale de clor, în principal cloruri naturale, dintre care cel mai important este halitul, NaCl (vezi și sare de rocă). Sunt cunoscute numeroase depozite extinse de cloruri de potasiu și magneziu și cloruri mixte: silvit, KCl, silvinit, (Na, K)Cl, carnalit, KCl · MgCl2 · 6H2, kainit, KCl · MgSO4 · 3H2O și bischofit MgCl2 · 6h2o. migrarea HCl conținută în gazele vulcanice în porțiunile superioare ale scoarței terestre a avut o mare importanță în istoria geologică a Pământului.

proprietăți fizice și chimice. Punctul de fierbere al clorului este de -34,05% C, iar punctul de topire de -101% C. Densitatea clorului gazos în condiții normale este de 3,214 g/litru (g/l), în timp ce densitatea vaporilor saturați la 0% C este de 12,21 g/l. densitatea clorului lichid la punctul său de fierbere este de 1,557 g/cm3, în timp ce densitatea clorului solid la -102% C este de 1,9 g/cm2. Presiunea vaporilor de clor saturați este de 0,369 meganewton/m2 (MN/m2), sau 3,69 kilograme-forță (kgf/cm2), la 0″C, 0,772 mn/m2 (7,72 kgf/cm2) la 25 CTC și 3,814 mn/m2 (38,14 kgf / cm2) la 100 CTC. Căldura de fuziune este de 90,3 kilojouli/kg (kJ/kg) sau 21,5 cal/g, în timp ce căldura de evaporare este de 288 kJ/kg (68,8 cal / g). Capacitatea termică a clorului gazos la presiune constantă este de 0,48 kJ/(kg · k), sau 0,11 cal / (g · c). Constantele critice ale clorului sunt următoarele: temperatura critică, 144 CTF C; presiunea critică, 7,72 MN/m2 (77,2 kgf/cm2); densitatea critică, 573 g/l; și volumul critic, 1,745 CTF 10–3l/g. solubilitatea clorului la o presiune parțială de 0,1 MN/m2 (1 kgf/cm2) în apă este de 14,8 g/l la 0 CTF c, 5,8 g/l la 30 CTF C, și 2.8 g/l la 70% C, în timp ce într-o soluție de NaCl de 300 g/l, solubilitatea sa este de 1,42 g/l la 30% C și 0,64 g / l la 70% C.

sub 9,6% C în soluții apoase, se formează hidrați de clor cu compoziție variabilă Cl2 · nH2O (unde n variază de la 6 la 8), care sunt sub formă de cristale galbene ale sistemului izometric care se descompun odată cu creșterea temperaturii în clor și apă. Clorul este ușor solubil în TiCl4, Sicl4, SnCl4 și unii solvenți organici, în special hexan, C6H14 și tetraclorură de carbon, CCl4. Molecula de clor este diatomică (Cl2). Gradul de disociere termică a Cl2 + 243 kj 2CL este de 2,07 10-4% la 1000 K și 0,909% la 2500 K.

configurația electronică exterioară a atomului de clor este 3s23p5. În consecință, în compușii săi, clorul poate avea stări de oxidare a -1, +1, +3, +4, +5, +6, și + 7. Raza covalentă a atomului de clor este de 0,99%, în timp ce raza ionică a lui Cl– este de 1,82%. Afinitatea electronică a atomului de clor este de 3,65 eV, în timp ce energia de ionizare este de 12,97 eV.

chimic, clorul este foarte reactiv și se combină direct cu aproape toate metalele (cu unele metale, reacționează numai în prezența umidității sau la încălzire) și cu nemetalele (cu excepția carbonului, azotului, oxigenului și gazelor inerte), formând clorurile corespunzătoare. Reacționează cu mulți compuși, înlocuiește hidrogenul în hidrocarburi saturate și se combină cu compuși nesaturați. Clorul înlocuiește bromul și iodul din compușii lor cu hidrogen și metale și este el însuși înlocuit cu fluor din compușii săi cu aceste elemente.

în prezența unor cantități mici de umiditate, metalele alcaline reacționează cu clorul prin ardere. Majoritatea metalelor reacționează cu clorul uscat numai la încălzire. Oțelul, precum și unele metale, sunt stabile în prezența clorului uscat la temperaturi moderate și astfel sunt utilizate pentru construcția echipamentelor utilizate cu clor uscat și rezervoare pentru depozitarea clorului uscat. Fosforul se aprinde în clor, formând PCl3, iar la clorurarea ulterioară, PCl5. Sulful reacționează cu clorul pentru a produce S2Cl2, SCl2 și alți compuși cu formula generală SnClm. Arsenicul, antimoniul, bismutul, stronțiul și telurul reacționează puternic cu clorul.

un amestec de clor și hidrogen arde cu o flacără verde incoloră sau gălbuie, producând clorură de hidrogen printr-o reacție în lanț. Temperatura maximă a unei flăcări hidrogen-clor este de 2200 C. amestecurile de clor și hidrogen care conțin 5,8 până la 88,5% hidrogen sunt explozive.

cu oxigen, clorul formează oxizii Cl2O, ClO2, O2o6, Cl2O7 și Cl2O8, precum și hipocloriți (săruri ale acidului hipocloros), cloriți, clorați și perclorați. Toți compușii de oxigen ai percloraților de clor. Toți compușii de oxigen ai clorului formează amestecuri explozive cu compuși ușor oxidabili. Oxizii de clor au o stabilitate scăzută și pot exploda spontan. Hipocloriții la depozitare se descompun încet, în timp ce clorații și perclorații pot exploda sub acțiunea inițiatorilor.

clorul se hidrolizează în apă, formând acizi hipoclorici și clorhidrici: Cl2 + H2O hclo + HCl. Hipocloritele și clorurile se formează la clorurarea soluțiilor apoase alcaline reci: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2. Clorații se formează la încălzire. Varul clorurat se formează prin clorurarea hidroxidului de calciu uscat (vezi).

triclorura de azot se formează în reacția dintre amoniac și clor. În clorinarea compușilor organici, clorul fie înlocuiește hidrogenul, de exemplu, R—H + Cl2 = RCl + HCl, fie se atașează prin legături multiple, de exemplu,

formarea diferiților compuși organici care conțin clor (cloruri organice).

cu alți halogeni, clorul formează compuși interhalogeni. Fluorurile ClF, ClF3 și ClF5 sunt foarte reactive; de exemplu, vata de sticla ingneste spontan in prezenta ClF3. Compușii de clor cu oxigen și fluor includ oxifluoruri de clor, cum ar fi ClO3F, ClO2F3, ClOF și ClOF3 și perclorat de fluor, FClO4.

producție. Producția industrială de clor a început în 1785 pe baza reacției dintre acidul clorhidric și dioxidul de mangan sau pirolusitul. În 1867, chimistul britanic H. Deacon a dezvoltat o metodă de producere a clorului prin oxidarea HCl folosind oxigenul atmosferic în prezența unui catalizator. La începutul secolului 20, clorul a fost produs prin electroliza soluțiilor apoase ale clorurilor metalelor alcaline. Aproximativ 90-95% din producția mondială de clor a fost obținută prin aceste metode în anii 1970. cantități mici de clor sunt obținute ca produs secundar în producția de magneziu, calciu, sodiu și litiu prin electroliza clorurilor topite. În 1975, producția mondială de clor a fost de aproximativ 25 de milioane de tone.

cele două metode majore pentru electroliza soluțiilor apoase de NaCl sunt electroliza într-o celulă cu diafragmă cu un catod solid și electroliza într-o celulă cu catod de mercur. În ambele metode, gazul de clor este eliberat la anodul de grafit sau la oxidul de titan-anodul de oxid de ruteniu. În prima metodă, hidrogenul este eliberat la catod și se formează o soluție de NaOH și NaCl, din care se obține sodă caustică comercială prin tratament ulterior. În a doua metodă, amalgamul de sodiu se formează la catod. O soluție de NaOH, hidrogen și mercur pur se formează la descompunerea amalgamului de sodiu cu apă pură într-un aparat separat. Mercurul pur format este reutilizat în producție. Ambele metode produc 1,125 tone de NaOH pe tonă de clor produs.

electroliza într-o celulă cu diafragmă este un proces mai puțin costisitor și produce NaOH mai ieftin. Metoda catodului de mercur permite producerea de NaOH foarte pur, deși pierderile de mercur în cursul producției poluează mediul. În 1970, 62.2 la sută din producția mondială de clor a fost prin metoda catodului de mercur, în timp ce metoda care utilizează celula cu diafragmă a reprezentat 33,6 la sută și alte metode pentru 4,2 la sută. Începând din 1970, a fost utilizată electroliza folosind un catod solid și o membrană schimbătoare de ioni, metodă care a făcut posibilă producerea de NaOH pur fără mercur.

utilizări. Producția de clor este una dintre ramurile principale ale industriei chimice. Cea mai mare parte a clorului produs este transformată la locul de producție în compuși care conțin clor. Clorul este depozitat și transportat sub formă lichidă în rezervoare, cilindri, vagoane de cale ferată sau Nave special echipate. Următorul consum de clor este caracteristic țărilor industriale: 60-75% este utilizat pentru producerea compușilor organici care conțin clor, 10-20% pentru producerea compușilor anorganici care conțin clor, 5-15% pentru albirea pulpei și țesăturilor și 2-6% pentru scopuri sanitare și clorinarea apei.

clorul este, de asemenea, utilizat pentru clorurarea unor minereuri pentru a extrage titan, niobiu și zirconiu.

diferiți compuși organici și anorganici care conțin clor sunt discutați în articole separate (a se vedea indexul).

clor în organisme. Clorul este un element biogen și o componentă a țesuturilor vegetale și animale. Conținutul de clor din plante variază de la mii de 1 la sută până la câteva procente (Halofitele conțin cantități mari de clor), în timp ce conținutul de clor la animale variază de la sutimi la zecimi de 1 la sută. Cerința zilnică de clor a unui om adult este de 2-4 g și este îndeplinită pur și simplu cu ingestia de alimente. În alimente, clorul este de obicei prezent în exces sub formă de clorură de sodiu și clorură de potasiu. Pâinea, carnea și produsele lactate sunt deosebit de bogate în clor.

în organismele animale, clorul este o substanță activă osmotic majoră a plasmei sanguine, a limfei, a lichidului spinal și a unor țesuturi. Este important în metabolismul apei-sare, facilitând reținerea apei de către țesuturi. Reglarea echilibrului acido-bazic în țesuturi se realizează, pe lângă alte procese, printr-o modificare a distribuției clorului între sânge și alte țesuturi.

în plante, clorul participă la schimbul de energie, activând atât fosforilarea oxidativă, cât și fotofosforilarea. De asemenea, afectează absorbția oxigenului de către rădăcini și este necesară pentru formarea oxigenului în fotosinteză prin cloroplaste izolate. Clorul nu este inclus în compoziția majorității mediilor nutritive pentru cultivarea artificială a plantelor. Este posibil ca concentrațiile foarte scăzute de clor să fie suficiente pentru dezvoltarea plantelor.

otrăvire. Intoxicația cu clor este posibilă în industria chimică, celuloză și hârtie, textilă și Farmaceutică. Clorul irită membranele mucoase ale ochilor și ale tractului respirator. Infecțiile secundare urmează de obicei modificările inflamatorii primare. Intoxicația acută se dezvoltă aproape imediat. Printre simptomele observate la inhalarea concentrațiilor medii și scăzute de clor se numără strângerea și durerea în piept, tuse uscată, respirație rapidă, senzație de arsură în ochi și rupere, conținut crescut de leucocite în sânge și creșterea temperaturii corpului. Pneumonia bronșică, edemul pulmonar toxic, depresia și convulsiile sunt posibile. În cazuri ușoare, recuperarea are loc după trei până la șapte zile. Catargul tractului respirator superior și bronșita recurentă și pneumoscleroza sunt sechele pe termen lung; este posibilă și activarea tuberculozei pulmonare. La respirația prelungită a concentrațiilor scăzute de clor, se observă tulburări similare, dar care se dezvoltă lent.

măsurile de siguranță pentru prevenirea otrăvirii cu clor includ etanșarea ermetică a echipamentelor de producție, o bună ventilație și, atunci când este necesar, utilizarea măștilor de gaz. Concentrația maximă admisibilă de clor în aer la locurile de producție este de 1 mg/m3. Producția de clor, var clorurat și alți compuși care conțin clor este considerată potențial dăunătoare și, în consecință, legea sovietică restricționează utilizarea muncii feminine și juvenile.