Використання хлору. Хлор дуже сильний окисник. Як отримують хлор
![Використання хлору. Хлор дуже сильний окисник. Як отримують хлор](https://i2.wp.com/syl.ru/misc/i/ai/339304/1975823.jpg)
Хлор(Лат. chlorum), cl, хімічний елемент vii групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 17, атомна маса 35,453; відноситься до сімейства галогенів.За нормальних умов (0°С, 0,1 Мн/м 2або 1 кгс/см 2) жовто-зелений газ із різким дратівливим запахом. Природний Х. складається з двох стабільних ізотопів: 35 cl (75,77%) та 37 cl (24,23%). Штучно отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 та періодами напіврозпаду ( t 1/2) відповідно 0,31; 2,5; 1,56 сік; 3 , 1? 10 5 років; 37,3, 55,5 та 1,4 хв. 36 cl та 38 cl використовуються як ізотопні індикатори.
Історична довідка. Х. отримано вперше у 1774 До. Шеєлевзаємодією соляної кислоти з піролюзитом mno 2 . Однак лише у 1810 р. Девівстановив, що хлор – елемент і назвав його chlorine (від грец. chlor o s – жовто-зелений). У 1813 Ж. Л. Гей-Люссакзапропонував при цьому елемента назву Х.
Поширення у природі. Х. зустрічається у природі лише як сполук. Середній вміст Х. у земній корі (кларк) 1,7? 10 -2 % за масою, у кислих вивержених породах - гранітах та ін. 2,4? 10 -2 , в основних та ультраосновних 5 ? 10-3. Основну роль історії Х. в земної корі грає водна міграція. У вигляді іона cl він міститься у Світовому океані (1,93%), підземних розсолах та соляних озерах. Число власних мінералів (переважно хлоридів природних) 97, головний з них галить naci . Відомі також великі родовища хлоридів калію та магнію та змішаних хлоридів: сильвін kcl, сильвініт(na, k) ci, карналіт kci? mgcl 2? 6h 2 o, каїніт kci? mgso 4? 3h 2 o, бішофіт mgci 2? 6h 2 o. В історії Землі велике значення мало надходження що міститься у вулканічних газах hcl у верхні частини земної кори.
Фізичні та хімічні властивості. Х. має t kіп -34,05 ° С, t nл - 101°С. Щільність газоподібного Х. за нормальних умов 3,214 г/л; насиченої пари при 0°С 12,21 г/л; рідкого Х. при температурі кипіння 1,557 г/см 3 ; твердого Х. при - 102°C 1,9 г/см 3 . Тиск насиченої пари Х. при 0°С 0,369; при 25°C 0,772; при 100°c 3,814 Мн/м 2або відповідно 3,69; 7,72; 38,14 кгс/см 2 . Теплота плавлення 90,3 кдж/кг (21,5 кал/г); теплота випаровування 288 кдж/кг (68,8 кал/г); теплоємність газу при постійному тиску 0,48 кдж/(кг? До) . Критичні константи Х.: температура 144 ° c, тиск 7,72 Мн/м 2 (77,2 кгс/см 2) , щільність 573 г/л, питомий обсяг 1,745? 10 -3 л/г. Розчинність (в г/л) Х. при парціальному тиску 0,1 Мн/м 2 , або 1 кгс/см 2 , у воді 14,8 (0 ° С), 5,8 (30 ° c), 2,8 (70 ° c); у розчині 300 г/л naci 1,42 (30 ° c), 0,64 (70 ° c). Нижче 9,6 ° С у водних розчинах утворюються гідрати Х. змінного складу cl? n h 2 o (де n = 6? 8); це жовті кристали кубічної сингонії, що розкладаються при підвищенні температури на Х. та воду. Х. добре розчиняється в ticl 4 , sic1 4 , sncl 4 та деяких органічних розчинниках (особливо в гексані c 6 h 14 і чотирихлористому вуглеці ccl 4). Молекула Х. двоатомна (cl 2). Ступінь термічної дисоціації cl 2 + 243 кдж u 2cl при 1000 До дорівнює 2,07? 10 -40%, при 2500 К 0,909%. Зовнішня електронна конфігурація атома cl 3 s 2 3 p 5 . Відповідно до цього Х. у сполуках виявляє ступеня окислення -1, +1, +3, +4, +5, +6 та +7. Ковалентний радіус атома 0,99 ?, іонний радіус cl - 1,82 ?, спорідненість атома Х. до електрона 3,65 ев,енергія іонізації 12,97 ев.
Хімічно Х. дуже активний, безпосередньо з'єднується майже з усіма металами (з деякими тільки у присутності вологи або при нагріванні) та з неметалами (крім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), утворюючи відповідні хлориди,вступає в реакцію з багатьма сполуками, заміщає водень у граничних вуглеводнях та приєднується до ненасичених сполук. Х. витісняє бром та йод з їх сполук з воднем та металами; із сполук Х. з цими елементами він витісняється фтором. Лужні метали у присутності слідів вологи взаємодіють із Х. із запаленням, більшість металів реагує із сухим Х. тільки при нагріванні. Сталь, а також деякі метали стійки в атмосфері сухого Х. в умовах невисоких температур, тому їх використовують для виготовлення апаратури та сховищ для сухого Х. Фосфор спалахує в атмосфері Х., утворюючи pcl 3 а при подальшому хлоруванні - pcl 5 ; сірка з Х. при нагріванні дає s 2 cl 2 , scl 2 та ін. n cl m. Миш'як, сурма, вісмут, стронцій, телур енергійно взаємодіють з Х. Суміш Х. з воднем горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям з утворенням хлористого водню(це ланцюгова реакція),
Максимальна температура воднево-хлорного полум'я 2200°C. Суміші Х. з воднем, що містять від 5,8 до 88,5% h 2 вибухонебезпечні.
З киснем Х. утворює оксиди: cl 2 o, clo 2 , cl 2 o 6 , cl 2 o 7 , cl 2 o 8 , а також гіпохлорити (солі хлорнуватистої кислоти) , хлорити, хлоратита перхлорати. Всі кисневі сполуки хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з речовинами, що легко окислюються. Окиси Х. малостійкі і можуть спонтанно вибухати, гіпохлорити при зберіганні повільно розкладаються, хлорати та перхлорати можуть вибухати під впливом ініціаторів.
Х. у воді гідролізується, утворюючи хлорнуватисту і соляну кислоти: cl 2 + h 2 o u hclo + hcl. При хлоруванні водних розчинів лугів на холоді утворюються гіпохлорити та хлориди: 2naoh + cl 2 = nacio + naci + h 2 o, а при нагріванні – хлорати. Хлоруванням сухого гідроксиду кальцію отримують хлорне вапно.
При взаємодії аміаку з Х. утворюється трихлористий азот . При хлоруванні органічних сполук Х. або заміщує водень: r-h + ci 2 = rcl + hci, або приєднується по кратних зв'язках утворюючи різні органічні сполуки, що містять хлор. .
Х. утворює з ін. галогенами міжгалогенні з'єднання.Фториди clf, clf 3 clf 5 дуже реакційноздатні; наприклад, в атмосфері clp 3 скляна вата самозаймається. Відомі сполуки хлору з киснем і фтором - оксифториди Х.: clo 3 f, clo 2 f 3 , clof, clof 3 і перхлорат фтору fclo 4 .
Отримання. Х. почали виробляти в промисловості в 1785 взаємодією соляної кислоти з двоокисом марганцю або піролюзитом. У 1867 р. англійський хімік Г. Дікон розробив спосіб отримання Х. окисленням hcl киснем повітря в присутності каталізатора. З кінця 19 – початку 20 ст. Х. одержують електролізом водних розчинів хлоридів лужних металів. За цими методами в 70-х роках. 20 ст. виробляється 90-95% Х. у світі. Невеликі кількості Х. виходять попутно при виробництві магнію, кальцію, натрію та літію електролізом розплавлених хлоридів. У 1975 р. світове виробництво Х. становило близько 25 млн. дол. т.Застосовуються два основні методи електролізу водних розчинів naci: 1) в електролізерах з твердим катодом і пористою фільтруючої діафрагмою; 2) в електролізерах з ртутним катодом. За обома методами на графітовому або окисному титано-рутенієвому аноді виділяється газоподібний Х. За першим методом на катоді виділяється водень і утворюється розчин naoh і nacl, з якого подальшою переробкою виділяють товарну каустичну соду. За другим методом на катоді утворюється амальгама натрію, при її розкладанні чистою водою в окремому апараті виходять розчин naoh, водень і чиста ртуть, яка знову йде у виробництво. Обидва методи дають на 1 тХ. 1,125 т naoh.
Електроліз з діафрагмою вимагає менших капіталовкладень в організацію виробництва Х., дає більш дешевий naoh. Метод з ртутним катодом дозволяє отримувати дуже чистий naoh, але втрати ртуті забруднюють довкілля. У 1970 за методом з ртутним катодом вироблялося 62,2% світового виробітку Х., з твердим катодом 33,6% та ін. способами 4,2%. Після 1970 року почали застосовувати електроліз з твердим катодом та іонообмінною мембраною, що дозволяє отримувати чистий naoh без використання ртуті.
Застосування. Однією з найважливіших галузей хімічної промисловості є хлорна промисловість. Основні кількості Х. переробляються на місці його виробництва в сполуки, що містять хлор. Зберігають і перевозять Х. рідкому вигляді в балонах, бочках, ж.-д. цистернах або у спеціально обладнаних суднах. Для індустріальних країн характерно наступне зразкове споживання Х.: на виробництво органічних сполук, що містять хлор, - 60-75%; неорганічних сполук, що містять Х. - 10-20%; на відбілювання целюлози та тканин - 5-15%; на санітарні потреби та хлорування води - 2-6% від загального виробітку.
Х. застосовується також для хлорування деяких руд з метою отримання титану, ніобію, цирконію та ін.
Л. М. Якименко.
Х. в організмі. Х. - один із біогенних елементів,постійний компонент тканин рослин та тварин. Зміст Х. в рослинах (багато Х. в галофітах) - від тисячних часток відсотка до цілих відсотків, у тварин - десяті та соті частки відсотка. Добова потреба дорослої людини в Х. (2-4 г) покривається рахунок харчових продуктів. З їжею Х. надходить зазвичай надлишку у вигляді хлориду натрію і хлориду калію. Особливо багаті Х. хліб, м'ясні та молочні продукти. В організмі тварин Х. - основна осмотично активна речовина плазми крові, лімфи, спинномозкової рідини та деяких тканин. Відіграє роль у водно-сольовому обміні,сприяючи утриманню тканинами води. Регуляція кислотно-лужної рівноваги в тканинах здійснюється поряд з ін. процесами шляхом зміни в розподілі Х. між кров'ю та ін тканинами. Х. бере участь в енергетичному обміні у рослин, активуючи як окисне фосфорилювання,так і фотофосфорилування. Х. позитивно впливає на поглинання корінням кисню. Х. необхідний для утворення кисню у процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами.До складу більшості поживних середовищ для штучного культивування рослин Х. не входить. Можливо, у розвиток рослин достатні дуже малі концентрації Х.
М. Я. Школяр.
Отруєння Х . можливі в хімічній, целюлозно-паперовій, текстильній, фармацевтичній промисловості та ін. Х. дратує слизові оболонки очей та дихальних шляхів. До первинних запальних змін зазвичай приєднується вторинна інфекція. Гостро отруєння розвивається майже негайно. При вдиханні середніх та низьких концентрацій Х. відзначаються сором і біль у грудях, сухий кашель, прискорене дихання, різь в очах, сльозотеча, підвищення вмісту лейкоцитів у крові, температури тіла тощо. Можливі бронхопневмонія, токсичний набряк легень, депресивні стани, судоми. У легенях одужання настає через 3-7 добу.Як віддалені наслідки спостерігаються катари верхніх дихальних шляхів, рецидивний бронхіт, пневмосклероз та ін; можлива активізація туберкульозу легень. При тривалому вдиханні невеликих концентрацій Х. спостерігаються аналогічні, але повільно розвиваються форми захворювання. Профілактика отруєнь: герметизація виробничого обладнання, ефективна вентиляція, при необхідності використання протигазу. Гранично допустима концентрація Х. у повітрі виробничих приміщень 1 мг/м 3 . Виробництво Х., хлорного вапна та ін. хлорвмісних сполук відноситься до виробництв зі шкідливими умовами праці, де по сов. законодавству обмежено застосування праці жінок та неповнолітніх.
А. А. Каспаров.
Літ.:Якименко Л. М., Виробництво хлору, каустичної соди та неорганічних хлорпродуктів, М., 1974; Некрасов Би. Ст, Основи загальної хімії, 3 видавництва, [т.] 1, М., 1973; Шкідливі речовини у промисловості, під ред. Н. Ст, Лазарєва, 6 видавництво, т. 2, Л., 1971; сприятливі ворганічної хімічної, ed. j. c. bailar, v. 1-5, oxf. - , 1973.
реферат
(за Полінгом)
/см³
Хлор (χλωρός - Зелений) - елемент головної підгрупи сьомої групи, третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 17. Позначається символом Cl (лат. Chlorum). Хімічно активний неметал. Входить до групи галогенів (спочатку назву галоген використовував німецький хімік Швейгер для хлору [дослівно галоген перекладається як солерод], але воно не прижилося, і згодом стало загальним для VII групи елементів, в яку входить і хлор).
Проста речовина хлор (CAS-номер: 7782-50-5) за нормальних умов - отруйний газ жовтувато-зеленого кольору, з різким запахом. Молекула хлору двоатомна (формула Cl 2).
Схема атома хлору
Вперше хлор був отриманий у 1772 р. Шееле, який описав його виділення при взаємодії піролюзиту з соляною кислотою у своєму трактаті про піролюзит:
4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Шееле відзначив запах хлору, схожий із запахом царської горілки, його здатність взаємодіяти із золотом і кіновар'ю, а також його відбілюючі властивості.
Проте Шееле, відповідно до теорії флогістона, що панувала в хімії того часу, припустив, що хлор являє собою дефлогістовану соляну кислоту, тобто оксид соляної кислоти. Бертолле і Лавуазьє припустили, що хлор є оксидом елемента мурію, проте спроби його виділення залишалися безуспішними аж до робіт Деві, якому електроліз вдалося розкласти кухонну сіль на натрій і хлор.
Поширення у природі
У природі зустрічаються два ізотопи хлору 35 Cl і 37 Cl. У земній корі хлор найпоширеніший галоген. Хлор дуже активний він безпосередньо з'єднується майже з усіма елементами періодичної системи. Тому в природі він зустрічається тільки у вигляді сполук у складі мінералів: галіту NaCI, сильвіну KCl, сильвініту KCl · NaCl, бішофіту MgCl 2 · 6H2O, карналіту KCl · MgCl 2 · 6Н 2 O, каїніту KCl · MgSO 4 · 3Н 2 . Найбільші запаси хлору містяться у складі солей вод морів та океанів.
Перед хлору припадає 0,025 % від загальної кількості атомів земної кори, кларковое число хлору — 0,19%, а людський організм містить 0,25 % іонів хлору за масою. В організмі людини та тварин хлор міститься в основному в міжклітинних рідинах (у тому числі в крові) і відіграє важливу роль у регуляції осмотичних процесів, а також у процесах, пов'язаних із роботою нервових клітин.
Ізотопний склад
У природі зустрічаються 2 стабільні ізотопи хлору: з масовим числом 35 і 37. Частки їх вмісту відповідно дорівнюють 75,78% і 24,22%.
Ізотоп | Відносна маса, а. | Період напіврозпаду | Тип розпаду | Ядерний спин |
---|---|---|---|---|
35 Cl | 34.968852721 | Стабілен | — | 3/2 |
36 Cl | 35.9683069 | 301000 років | β-розпад у 36 Ar | 0 |
37 Cl | 36.96590262 | Стабілен | — | 3/2 |
38 Cl | 37.9680106 | 37,2 хвилини | β-розпад у 38 Ar | 2 |
39 Cl | 38.968009 | 55,6 хвилини | β-розпад у 39 Ar | 3/2 |
40 Cl | 39.97042 | 1,38 хвилини | β-розпад у 40 Ar | 2 |
41 Cl | 40.9707 | 34 c | β-розпад у 41 Ar | |
42 Cl | 41.9732 | 46,8 c | β-розпад у 42 Ar | |
43 Cl | 42.9742 | 3,3 c | β-розпад у 43 Ar |
Фізичні та фізико-хімічні властивості
За нормальних умов хлор — жовто-зелений газ із задушливим запахом. Деякі його фізичні властивості представлені у таблиці.
Деякі фізичні властивості хлору
Властивість | Значення |
---|---|
Температура кипіння | −34 °C |
Температура плавлення | −101 °C |
Температура розкладання (Дисоціації на атоми) |
~1400°С |
Щільність (газ, н.у.) | 3,214 г/л |
Спорідненість до електрона атома | 3,65 еВ |
Перша енергія іонізації | 12,97 еВ |
Теплоємність (298 К, газ) | 34,94 (Дж/моль·K) |
Критична температура | 144 °C |
Критичний тиск | 76 атм |
Стандартна ентальпія освіти (298 К, газ) | 0 (кДж/моль) |
Стандартна ентропія освіти (298 К, газ) | 222,9 (Дж/моль·K) |
Ентальпія плавлення | 6,406 (кДж/моль) |
Ентальпія кипіння | 20,41 (кДж/моль) |
При охолодженні хлор перетворюється на рідину при температурі близько 239 К, а потім нижче 113 К кристалізується в орторомбічну решітку з просторовою групою Cmcaі параметрами a = 6,29 b = 4,50 c = 8,21 . Нижче 100 К орторомбічна модифікація кристалічного хлору переходить у тетрагональну, яка має просторову групу P4 2/ncmі параметри решітки a = 8,56 і c = 6,12.
Розчинність
Розчинник | Розчинність г/100 г |
---|---|
Бензол | Розчинимо |
Вода (0 °C) | 1,48 |
Вода (20 °C) | 0,96 |
Вода (25 °C) | 0,65 |
Вода (40 °C) | 0,46 |
Вода (60 °C) | 0,38 |
Вода (80 °C) | 0,22 |
Тетрахлорметан (0 °C) | 31,4 |
Тетрахлорметан (19 °C) | 17,61 |
Тетрахлорметан (40 °C) | 11 |
Хлороформ | Добре розчинний |
TiCl 4 , SiCl 4 , SnCl 4 | Розчинимо |
На світлі або під час нагрівання активно реагує (іноді з вибухом) з воднем по радикальному механізму. Суміші хлору з воднем, що містять від 5,8 до 88,3% водню, вибухають при опроміненні з утворенням хлороводню. Суміш хлору з воднем у невеликих концентраціях горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям. Максимальна температура воднево-хлорного полум'я 2200 °C.
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ізб.) → 2ClF 3
Інші властивості
Cl 2 + CO → COCl 2При розчиненні у воді або лугах, хлор дисмутує, утворюючи хлорнуватисту (а при нагріванні хлорну) і соляну кислоти або їх солі:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O 4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Окислювальні властивості хлору
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SРеакції з органічними речовинами
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClПриєднується до ненасичених сполук за кратними зв'язками:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Ароматичні сполуки замінюють атом водню на хлор у присутності каталізаторів (наприклад, AlCl 3 або FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Хлор способи одержання хлору
Промислові методи
Спочатку промисловий спосіб одержання хлору ґрунтувався на методі Шееле, тобто реакції піролюзиту з соляною кислотою:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 Про → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Анод : 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Катод : 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
Так як паралельно електролізу хлориду натрію проходить процес електролізу води, то сумарне рівняння можна виразити наступним чином:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Застосовується три варіанти електрохімічного методу одержання хлору. Два з них електроліз із твердим катодом: діафрагмовий та мембранний методи, третій – електроліз із рідким катодом (ртутний метод виробництва). У ряді електрохімічних методів виробництва найлегшим та зручним способом є електроліз з ртутним катодом, але цей метод завдає значної шкоди навколишньому середовищу внаслідок випаровування та витоків металевої ртуті.
Діафрагмовий метод із твердим катодом
Порожнина електролізера розділена пористою азбестовою перегородкою — діафрагмою — на катодний та анодний простір, де відповідно розміщені катод та анод електролізера. Тому такий електролізер часто називають діафрагмовим, а метод отримання діафрагмовим електролізом. В анодне місце діафрагмового електролізера безперервно надходить потік насиченого аноліту (розчину NaCl). Через війну електрохімічного процесу на аноді рахунок розкладання галіту виділяється хлор, але в катоді рахунок розкладання води — водень. При цьому прикатодна зона збагачується гідроксидом натрію.
Мембранний метод із твердим катодом
Мембранний метод по суті, аналогічний діафрагмовому, але анодні та катодні простори розділені катіонообмінною полімерною мембраною. Мембранний метод виробництва ефективніший, ніж діафрагмовий, але складніший у застосуванні.
Ртутний метод із рідким катодом
Процес проводять в електролітичній ванні, яка складається з електролізера, розкладача та ртутного насоса, об'єднаних між собою комунікаціями. В електролітичній ванні під дією ртутного насоса циркулює ртуть, проходячи через електролізер та розкладач. Катодом електролізера є потік ртуті. Аноди - графітові або малозношувані. Разом з ртуттю через електролізер безперервно тече потік аноліту - розчину хлориду натрію. В результаті електрохімічного розкладання хлориду на аноді утворюються молекули хлору, а на катоді натрій, що виділився, розчиняється в ртуті утворюючи амальгаму .
Лабораторні методи
У лабораторіях для одержання хлору зазвичай використовують процеси, засновані на окисленні хлороводню сильними окислювачами (наприклад, оксидом марганцю (IV), перманганатом калію, дихроматом калію):
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
Зберігання хлору
Хлор, що виробляється, зберігається в спеціальних «танках» або закачується в сталеві балони високого тиску. Балони з рідким хлором під тиском мають спеціальне забарвлення - болотяний колір. Слід зазначити, що при тривалій експлуатації балонів з хлором у них накопичується надзвичайно вибуховий трихлористий азот, і тому час від часу балони з хлором повинні проходити планове промивання та очищення від хлориду азоту.
Стандарти якості хлору
Згідно з ГОСТ 6718-93 «Хлор рідкий. Технічні умови» виробляються такі сорти хлору
Застосування
Хлор застосовують у багатьох галузях промисловості, науки та побутових потреб:
- У виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку, з яких виготовляють: ізоляцію для проводів, віконний профіль, пакувальні матеріали, одяг та взуття, лінолеум та грамплатівки, лаки, апаратуру та пінопласти, іграшки, деталі приладів, Полівінілхлорид виробляють полімеризацією вінілхлориду, який сьогодні найчастіше отримують з етилену збалансованим хлором методом через проміжний 1,2-дихлоретан.
- Відбілюючі властивості хлору відомі з давніх-давен, хоча не сам хлор «відбілює», а атомарний кисень, який утворюється при розпаді хлорнуватистої кислоти: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Цей спосіб відбілювання тканин, паперу, картону використовується вже кілька століть.
- Виробництво хлорорганічних інсектицидів - речовин, що вбивають шкідливих для посівів комах, але безпечні для рослин. На отримання засобів захисту рослин витрачається значна частина хлору, що виробляється. Один із найважливіших інсектицидів - гексахлорциклогексан (часто званий гексахлораном). Ця речовина вперше синтезована ще в 1825 р. Фарадеєм, але практичне застосування знайшло тільки через 100 років — у 30-х роках нашого століття.
- Використовувався як бойова отруйна речовина, а також для виробництва інших бойових отруйних речовин: іприт, фосген.
- Для знезараження води - "хлорування". Найбільш поширений спосіб знезараження питної води; заснований на здатності вільного хлору та його сполук пригнічувати ферментні системи мікроорганізмів, що каталізують окисно-відновні процеси. Для знезараження питної води застосовують: хлор, двоокис хлору, хлорамін та хлорне вапно. СанПіН 2.1.4.1074-01 встановлює такі межі (коридор)допустимого вмісту вільного залишкового хлору в питній воді централізованого водопостачання 0.3 - 0.5 мг/л. Ряд вчених і навіть політиків у Росії критикують саму концепцію хлорування водопровідної води, але альтернативи дезінфікуючій післядії сполук хлору запропонувати не можуть. Матеріали, з яких виготовлені водопровідні труби, по-різному взаємодіють із хлорованою водопровідною водою. Вільний хлор у водопровідній воді істотно скорочує термін служби трубопроводів на основі поліолефінів: поліетиленових труб різного виду, у тому числі зшитого поліетилену, великі відомого як ПЕКС (PEX, PE-X). У США для контролю допуску трубопроводів з полімерних матеріалів до використання у водопроводах з хлорованою водою змушені були прийняти 3 стандарти: ASTM F2023 стосовно труб мембран і скелетних м'язів. Ці канали виконують важливі функції в регуляції обсягу рідини, трансепітеліальному транспорті іонів та стабілізації мембранних потенціалів, беруть участь у підтримці рН клітин. Хлор накопичується у вісцеральній тканині, шкірі та скелетних м'язах. Всмоктується хлор, переважно, у товстому кишечнику. Всмоктування та екскреція хлору тісно пов'язані з іонами натрію та бікарбонатами, меншою мірою з мінералокортикоїдами та активністю Na+/K+-АТФ-ази. У клітинах акумулюється 10-15% всього хлору, від кількості від 1/3 до 1/2 — в еритроцитах . Близько 85% хлору перебувають у позаклітинному просторі. Хлор виводиться з організму в основному із сечею (90-95 %), калом (4-8 %) та через шкіру (до 2 %). Екскреція хлору пов'язана з іонами натрію та калію, і реципрокно з HCO 3 - (кислотно-лужний баланс).
Людина споживає 5-10 г NaCl на добу.Мінімальна потреба людини у хлорі становить близько 800 мг на добу. Немовля отримує необхідну кількість хлору через молоко матері, в якому міститься 11 ммоль/л хлору. NaCl необхідний для вироблення в шлунку соляної кислоти, яка сприяє травленню та знищенню хвороботворних бактерій. В даний час участь хлору у виникненні окремих захворювань у людини вивчена недостатньо добре, головним чином через малу кількість досліджень. Досить сказати, що не розроблені навіть рекомендації щодо норми добового споживання хлору. М'язова тканина людини містить 0,20-0,52% хлору, кісткова – 0,09%; у крові – 2,89 г/л. В організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) 95 г хлору. Щодня з їжею людина отримує 3-6 г хлору, що з надлишком покриває потребу у цьому елементі.
Іони хлору життєво потрібні рослинам. Хлор бере участь в енергетичному обміні у рослин, активуючи окисне фосфорилювання. Він необхідний освіти кисню у процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами , стимулює допоміжні процеси фотосинтезу, передусім ті, які пов'язані з акумулюванням енергії. Хлор позитивно впливає поглинання корінням кисню, сполук калію, кальцію, магнію. Надмірна концентрація іонів хлору в рослинах може мати і негативний бік, наприклад, знижувати вміст хлорофілу, зменшувати активність фотосинтезу, затримувати ріст та розвиток рослин (баскунчак хлору). Хлор був однією з перших хімічних отруйних речовин, використаних
— За допомогою аналітичного лабораторного обладнання, лабораторних та промислових електродів, зокрема: електродів порівняння ЕСр-10101, що аналізують вміст Cl- і К+.
Хлорні запити, нас знаходять за запитами хлор
Взаємодія, отруєння, воді, реакції та одержання хлору
- оксид
- розчин
- кислоти
- з'єднання
- властивості
- визначення
- діоксид
- формула
- маса
- активний
- рідкий
- речовина
- застосування
- дія
- ступінь окислення
- гідроксид
Хоч би як ми негативно ставилися до громадських вбиралень, природа диктує свої правила, і відвідувати їх доводиться. Крім природних (для цього місця) запахів, ще одним звичним ароматом є хлорка, що використовується для дезінфекції приміщення. Свою назву вона отримала через головну діючу речовину в ній - Cl. Дайте дізнаємося про цей хімічний елемент та його властивості, а також дамо характеристику хлору за положенням у періодичній системі.
Як було відкрито цей елемент
Вперше хлоровмісна сполука (HCl) була синтезована в 1772 р. британським священиком Джозефом Прістлі.
Через 2 роки його шведський колега Карл Шееле зумів описати спосіб виділення Cl за допомогою реакції між соляною кислотою та діоксидом марганцю. Однак, цей хімік так і не зрозумів, що в результаті синтезується новий хімічний елемент.
Майже 40 років знадобилося вченим, щоб навчитися видобувати хлор на практиці. Вперше це було зроблено британцем Гемфрі Деві у 1811 р. При цьому він використав іншу реакцію, ніж його попередники-теоретики. Деві за допомогою електролізу розклав на складові NaCl (відомий більшості як кухонна сіль).
Вивчивши отриману речовину, британський хімік усвідомив, що вона є елементарною. Після цього відкриття Деві не тільки назвав його - chlorine (хлорин), але й зміг дати характеристику хлору, правда, вона була дуже примітивною.
Хлорін перетворився на хлор (chlore) завдяки Жозефу Гей-Люссаку і в такому вигляді існує у французькій, німецькій, російській, білоруській, українській, чеській, болгарській та деяких інших мовах і сьогодні. В англійській донині використовується назва "хлорин", а в італійській та іспанській "хлоро".
Докладніше аналізований елемент був описаний Йенсом Берцеліусом в 1826 р. Саме він зміг визначити його атомну масу.
Що таке хлор (Cl)
Розглянувши історію відкриття цього хімічного елемента, варто дізнатися про нього докладніше.
Назва chlorine була утворена від грецького слова χλωρός («зелений»). Дано воно було через жовтувато-зелений колір даної речовини
Самостійно хлор існує як двоатомний газ Cl 2 , проте у такому вигляді у природі він практично не зустрічається. Найчастіше він фігурує у різних з'єднаннях.
Крім відмітного відтінку, для хлору характерний солодкувато-їдкий запах. Він є дуже отруйною речовиною, тому при попаданні в повітря та вдиханні людиною або твариною здатний протягом декількох хвилин призвести до їхньої загибелі (залежить від концентрації Cl).
Оскільки хлор важчий за повітря майже в 2,5 рази, він завжди перебуватиме нижче його, тобто біля самої землі. Тому при підозрі на наявність Cl слід забратися якомога вище, тому що там буде менша концентрація цього газу.
Також, на відміну від деяких інших отруйних речовин, хлорсодержащіе мають характерний колір, що може дозволити візуально їх ідентифікувати і вжити заходів. Більшість стандартних протигазів допомагають захистити органи дихання та слизові оболонки від ураження Cl. Однак для повної безпеки потрібно вживати серйозніших заходів, аж до нейтралізації отруйної речовини.
Варто зазначити, що саме із застосування німцями хлору як отруйного газу в 1915 р. розпочала свою історію хімічна зброя. Внаслідок використання майже 200 тонн речовини було за кілька хвилин отруєно 15 тисяч осіб. Третина з них померла майже миттєво, третина отримала перманентні ушкодження, і лише 5 тисяч вдалося врятуватися.
Чому ж така небезпечна речовина досі не заборонена і щорічно видобувається мільйонами тонн? Вся справа в його особливих властивостях, а щоб їх зрозуміти, варто розглянути характеристику хлору. Найпростіше це зробити за допомогою таблиці Менделєєва.
Характеристика хлору у періодичній системі
![](https://i1.wp.com/syl.ru/misc/i/ai/339304/1975821.jpg)
Хлор як галоген
Крім крайньої токсичності та їдкого запаху (характерних всім представників цієї групи) Cl добре розчиняється у воді. Практичне підтвердження цього - додавання миючих засобів, що містять хлор, у воду для басейнів.
При контакті з вологим повітрям речовина починає димитися.
Властивості Cl як неметалу
Розглядаючи хімічну характеристику хлору, варто звернути увагу на його неметалеві властивості.
Він має здатність утворювати з'єднання практично з усіма металами та неметалами. Як приклад можна навести реакцію з атомами заліза: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3.
Часто щодо реакцій необхідно використовувати каталізатори. У цій ролі може виступати Н2О.
Нерідко реакції з Cl мають ендотермічний характер (поглинають тепло).
Варто зазначити, що у кристалічній формі (як порошку) хлор взаємодіє з металами лише за нагріванні до високих температур.
Реагуючи з іншими неметалами (крім О 2 , N, F, С та інертних газів), Cl утворює сполуки - хлориди.
При реакції з 2 утворюються вкрай нестабільні і схильні до розпаду оксиди. Вони ступінь окислення Cl здатна виявлятися від +1 до +7.
При взаємодії з F утворюються фториди. Ступінь окислення їх може бути різною.
Хлор: характеристика речовини з погляду її фізичних властивостей
Крім хімічних властивостей, елемент має і фізичні.
![](https://i1.wp.com/syl.ru/misc/i/ai/339304/1975820.jpg)
Вплив температури на агрегатний стан Cl
Розглянувши фізичну характеристику елемента хлору, ми розуміємо, що він здатний переходити до різних агрегатних станів. Все залежить від температурного режиму.
У нормальному стані Cl - це газ, що має високі корозійні властивості. Однак він легко здатний скраплюватися. На це впливає температура та тиск. Наприклад, якщо воно дорівнює 8 атмосфер, а температура - +20 градусів за Цельсієм, Cl 2 - кислотно-жовта рідина. Цей агрегатний стан він здатний зберігати до +143 градусів, якщо тиск також продовжує підвищуватися.
При досягненні -32 С стан хлору перестає залежати від тиску, і він продовжує залишатися рідким.
Кристалізація речовини (твердий стан) відбувається при -101 градусі.
Де у природі існує Cl
Розглянувши загальну характеристику хлору, варто дізнатися, де ж у природі може траплятися такий складний елемент.
Через свою високу реакційну активність він практично ніколи не зустрічається в чистому вигляді (тому на початку вивчення вченими цього елемента знадобилися роки, щоб навчитися його синтезувати). Зазвичай Cl знаходиться у складі сполук у різних мінералах: галіт, сильвін, каїніт, бішофіт тощо.
Найбільше він міститься в солях, здобутих із морської чи океанічної води.
Вплив на організм
При розгляді властивості хлору вже неодноразово сказано, що він дуже отруйний. У цьому атоми речовини містяться у мінералах, а й у всіх організмах, починаючи від рослин до людини.
Через особливі властивості іони Cl краще за інших проникають крізь мембрани клітин (тому більше 80% всього хлору в тілі людини знаходиться в міжклітинному просторі).
Разом з К, Cl відповідальний за регуляцію водно-сольового балансу і як наслідок – за осмотичну рівність.
Незважаючи на таку важливу роль в організмі, у чистому вигляді Cl 2 вбиває все живе – від клітин до цілих організмів. Однак у контрольованих дозах та при короткочасному впливі він не встигає заподіяти пошкоджень.
Яскравим прикладом останнього твердження є будь-який басейн. Як відомо, воду в таких установах дезінфікують за допомогою Cl. При цьому, якщо людина рідко відвідує такий заклад (раз на тиждень чи на місяць) - малоймовірно, що він постраждає від наявності цієї речовини у воді. Проте працівники таких установ, особливо ті, хто майже весь день перебувають у воді (рятувальники, інструктори) часто страждають на шкірні захворювання або мають ослаблений імунітет.
У зв'язку з цим після відвідування басейнів обов'язково потрібно прийняти душ - щоб змити можливі залишки хлору зі шкіри і волосся.
Використання Cl людиною
Пам'ятаючи з характеристики хлору, що він є "примхливим" елементом (коли справа доходить до взаємодії з іншими речовинами), цікаво буде дізнатися, що в промисловості він часто використовується.
Насамперед з його допомогою виробляється дезінфекція багатьох речовин.
Також Cl застосовується для виготовлення деяких видів пестицидів, що допомагає рятувати врожай від шкідників.
Здатність цієї речовини взаємодіяти майже з усіма елементами таблиці Менделєєва (характеристика хлору як неметалу) допомагає з його допомогою добувати деякі види металів (Ті, Та та Nb), а також вапно та соляну кислоту.
Крім всього вищезгаданого Cl застосовують при виробництві промислових речовин (полівінілхлорид) та медичних препаратів (хлоргексидин).
Варто згадати, що сьогодні знайдено більш ефективний та безпечний дезінфікуючий засіб – озон (О 3 ). Однак його виробництво більш дороге, ніж хлору, і цей газ ще нестабільніший, ніж хлор (коротка характеристика фізичних властивостей 6-7 п.). Тому застосовувати озонування замість хлорування поки що можуть дозволити собі мало хто.
Як видобувається хлор
Сьогодні відомо чимало способів для синтезу цієї речовини. Усі вони поділяються на дві категорії:
- Хімічні.
- електрохімічні.
У першому випадку Cl одержують внаслідок хімічної реакції. Однак на практиці вони дуже затратні та малопродуктивні.
Тому в промисловості віддають перевагу електрохімічним методам (електролізу). Їх три: діафрагмовий, мембранний та ртутний електроліз.
На заході Фландрії лежить крихітне містечко. Проте його назва відома всьому світу і довго ще зберігатиметься в пам'яті людства як символ одного з найбільших злочинів проти людства. Це містечко – Іпр. Крес - Іпр - Хіросіма - віхи на шляху перетворення війни на гігантську машину знищення.
На початку 1915 р. на лінії західного фронту утворився так званий Іпрський виступ. Союзні англо-французькі війська на північний схід від Іпру вклинилися на територію, зайняту німецькою армією. Німецьке командування вирішило завдати контрудару і вирівняти лінію фронту. Вранці 22 квітня, коли дув рівний норд-ост, німці розпочали незвичайну підготовку до наступу – вони провели першу в історії війн газову атаку. На іпрській ділянці фронту було одночасно відкрито 6000 балонів хлору. Протягом п'яти хвилин утворилася величезна, вагою 180 т, отруйна жовто-зелена хмара, яка повільно рухалася до окопів противника.
Цього ніхто не очікував. Війська французів і англійців готувалися до атаки, до артилерійського обстрілу, солдати надійно окопалися, але перед згубною хмарою вони були абсолютно беззбройними. Смертоносний газ проникав у всі щілини, на всі укриття. Результати першої хімічної атаки (і першого порушення Гаазької конвенції 1907 р. про незастосування отруйних речовин!) були приголомшливими. хлорвразив близько 15 тисяч людей, причому приблизно 5 тисяч – на смерть. І все це – задля того, щоб вирівняти лінію фронту завдовжки 6 км! Через два місяці німці здійснили хлорну атаку і на східному фронті. А за два роки Іпр примножив свою сумну популярність. Під час важкої битви 12 липня 1917 р. в районі цього міста була вперше застосована отруйна речовина, названа згодом іпритом. Іприт – це похідне хлору, дихлордіетилсульфід.
Про ці епізоди історії, пов'язані з одним маленьким містечком і одним хімічним елементом, ми нагадали для того, щоб показати, наскільки небезпечним може бути елемент № 17 у руках войовничих божевільних. Це - найпохмуріша сторінка історії хлору. Але було б зовсім невірно бачити в хлорі тільки отруйну речовину та сировину для виробництва інших отруйних речовин.
Історія елементного хлору порівняно коротка, вона веде початок із 1774 р. Історія сполук хлору стара, як світ. Досить, що хлористий натрій - це кухонна сіль. І, мабуть, ще в доісторичні часи було помічено здатність солі консервувати м'ясо та рибу.
Найдавніші археологічні знахідки - свідчення використання солі людиною відносяться приблизно до 3-4 тисячоліття до н. Але найдавніший опис видобутку кам'яної солі зустрічається у творах грецького історика Геродота (V ст. до н.е.). Геродот описує видобуток кам'яної солі у Лівії. В оазі Сінах у центрі Лівійської пустелі знаходився знаменитий храм бога Аммона-Ра. Тому Лівія і називалася «Ammonia», і перша назва кам'яної солі була «sal ammoniacum». Пізніше, починаючи приблизно з XIII ст. н.е., ця назва закріпилася за хлористим амонієм.
У «Природній історії» Плінія Старшого описано метод відокремлення золота від неблагородних металів при прожарюванні із сіллю та глиною. А один із перших описів очищення хлористого натрію знаходимо у працях великого арабського лікаря та алхіміка Джабір ібн-Хайяна (у європейському написанні – Гебер).
Цілком імовірно, що алхіміки стикалися і з елементним хлором, оскільки в країнах Сходу вже в ІХ, а в Європі в ХІІІ ст. була відома «царська горілка» - суміш соляної та азотної кислот. У випущеній 1668 р. книзі голландця Ван-Гельмонта «Hortus Medicinae» говориться, що з спільному нагріванні хлористого амонію та азотної кислоти виходить якийсь газ. Судячи з опису, цей газ дуже схожий на хлор.
Детально хлор вперше описаний шведським хіміком Шеелеу його трактаті про піролюзит. Нагріваючи мінерал піролюзит із соляною кислотою, Шееле помітив запах, характерний для царської горілки, зібрав і досліджував жовто-зелений газ, що породжував цей запах, і вивчив його взаємодію з деякими речовинами. Шееле першим виявив дію хлору на золото і кіновар (в останньому випадку утворюється сулема) і властивості хлору, що відбілюють.
Шееле не вважав знову відкритий газ простою речовиною та назвав його «дефлогістонованою соляною кислотою». Говорячи сучасною мовою, Шееле, а за ним та інші вчені того часу вважали, що новий газ - це оксид соляної кислоти.
Дещо пізніше Бертоле і Лавуазьє запропонували вважати цей газ оксидом якогось нового елемента «мурію». Протягом трьох із половиною десятиліть хіміки безуспішно намагалися виділити невідомий мурій.
Прихильником «окису мурію» був і Деві, який у 1807 р. розклав електричним струмом кухонну сіль на лужний метал натрій і жовто-зелений газ. Однак, через три роки, після багатьох безплідних спроб отримати мурій Деві дійшов висновку, що газ, відкритий Шееле, - проста речовина, елемент, і назвав його chloric gas або chlorine (від грецької - жовто-зелений). А ще за три роки Гей-Люссак дав новому елементу більш коротке ім'я – хлор. Правда, ще в 1811 р. німецький хімік Швейгер запропонував для хлору іншу назву - «галоген» (дослівно вона перекладається як солерод), але ця назва спочатку не прищепилася, а згодом стала спільною для цілої групи елементів, до якої входить і хлор.
«Особиста картка» хлору
На питання, що ж таке хлор, можна дати щонайменше десяток відповідей. По-перше, це галоген; по-друге, один із найсильніших окислювачів; по-третє, надзвичайно отруйний газ; по-четверте, найважливіший продукт основної хімічної промисловості; по-п'яте, сировина для виробництва пластмас та отрутохімікатів, каучуку та штучного волокна, барвників та медикаментів; по-шосте, речовина, за допомогою якої отримують титан і кремній, гліцерин і фторопласт; по-сьоме, засіб для очищення питної води та відбілювання тканин.
Цей перелік можна було б продовжити.
За звичайних умов елементний хлор – досить важкий жовто-зелений газ з різким характерним запахом. Атомна вага хлору 35,453, а молекулярна - 70,906, тому що молекула хлору двоатомна. Один літр газоподібного хлору за нормальних умов (температура 0°З тиск 760 мм ртутного стовпа) важить 3,214 р. При охолодженні до температури - 34,05°С хлор конденсується в жовту рідину (щільністю 1,56 г/см 3 ), а при температурі - 101,6°С твердне. При підвищеному тиску хлор можна перетворити на рідину і за більш високих температур аж до +144°С. Хлор добре розчиняється в дихлоретані і деяких інших органічних хлорвмісних розчинниках.
Елемент № 17 дуже активний – він безпосередньо з'єднується майже з усіма елементами періодичної системи. Тому у природі він зустрічається лише у вигляді сполук. Найпоширеніші мінерали, що містять хлор, галіт NaCl, сильвініт KCl NaCl, бішофіт MgCl 2 -6H 2 O, карналіт KCl-MgCl 2 -6H 2 O, каїніт KCl-MgSO 4 -3H 2 O. Це їх насамперед «вина» (або «заслуга»), що вміст хлору у земній корі становить 0,20% за вагою. Для кольорової металургії дуже важливі деякі відносно рідкісні мінерали, що містять хлор, наприклад рогове срібло AgCl.
По електропровідності рідкий хлор займає місце серед найсильніших ізоляторів: він проводить струм майже в мільярд разів гірше, ніж дистильована вода, і в 1022 разів гірше за срібло.
Швидкість звуку в хлорі приблизно в півтора рази менша, ніж у повітрі.
І насамкінець - про ізотопи хлору.
Зараз відомі десять ізотопів цього елемента, але в природі зустрічаються лише два - хлор-35 та хлор-37. Першого приблизно втричі більше, ніж другого.
Інші вісім ізотопів отримані штучно. Найкоротший з них - 32 Cl має період напіврозпаду 0,306 секунди, а самий довгоживучий - 36 Cl - 310 тис. років.
ЕЛЕМЕНТАРНИЙ РОЗРАХУНОК. При отриманні хлору електролізом розчину кухонної солі одночасно виходять водень і їдкий натр: 2NaCl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH. Звичайно, водень - дуже важливий хімічний продукт, але є дешевші і зручніші способи виробництва цієї речовини, наприклад конверсія природного газу... А ось їдкий натр одержують майже виключно електролізом розчинів кухонної солі - інших методів припадає менше 10%. Оскільки виробництва хлору і NaOH повністю взаємопов'язані (як випливає з рівняння реакції, отримання однієї грам-молекули - 71 г хлору - незмінно супроводжується одержанням двох грам-молекул - 80 г електролітичного лугу), знаючи продуктивність цеху (або заводу, або держави) по лугу можна легко розрахувати, скільки хлору він виробляє. Кожній тонні NaOH «супроводжують» 890 кг хлору.
НУ І ЗМАЩЕННЯ! Концентрована сірчана кислота - практично єдина рідина, яка не взаємодіє з хлором. Тому для стиснення та перекачування хлору на заводах використовують насоси, в яких роль робочого тіла та одночасно змащення виконує сірчана кислота.
ПСЕВДОНІМ ФРІДРІХА ВЕЛЕРА. Досліджуючи взаємодію органічних речовин із хлором, французький хімік ХІХ ст. Жан Дюма зробив разюче відкриття: хлор здатний заміщати водень у молекулах органічних сполук. Наприклад, при хлоруванні оцтової кислоти спочатку один водень метильної групи заміщається на хлор потім інший, третій. Але найдивовижнішим було те, що за хімічними властивостями хлороцтові кислоти мало чим відрізнялися від оцтової кислоти. Виявлений Дюма клас реакцій був абсолютно незрозумілим, що панували на той час електрохімічною гіпотезою і теорією радикалів Берцеліуса. Берцеліус, його учні та послідовники бурхливо заперечували правильність робіт Дюма. У німецькому журналі "Annalen der Chemie und Pharmacie" з'явився знущальний лист знаменитого німецького хіміка Фрідріха Велера під псевдонімом S. С. Windier (німецькою "Schwindler" означає "брехун", "ошуканець"). У ньому повідомлялося, що автору вдалося замістити в клітковині (C 6 H 10 O 5) всі атоми вуглецю , водню і кисню на хлор, причому властивості клітковини при цьому не змінилися. І що тепер у Лондоні роблять теплі набряки з вати, що складається з чистого хлору.
ХЛОР І ВОДА. Хлор помітно розчиняється у воді. При 20°З одному обсязі води розчиняється 2,3 об'єму хлору. Водні розчини хлору (хлорна вода) – жовтого кольору. Але з часом, особливо при зберіганні на світлі, вони поступово знебарвлюються. Пояснюється це тим, що розчинений хлор частково взаємодіє з водою, утворюються соляна та хлорноваста кислоти: Cl 2 + H 2 O → HCl + HOCl. Остання нестійка і поступово розпадається на HCl та кисень. Тому розчин хлору у воді поступово перетворюється на розчин соляної кислоти.
Але при низьких температурах хлор та йоду утворюють кристалогідрат незвичайного складу - Cl 2 *5 3 / 4 H 2 O. Ці зеленувато-жовті кристали (стійкі тільки при температурах нижче 10 ° С) можна отримати, пропускаючи хлор через воду з льодом. Незвичайна формула пояснюється структурою кристалогідрату, а вона визначається в першу чергу структурою льоду. У кристалічних ґратах льоду молекули H 2 O можуть розташовуватися таким чином, що між ними з'являються закономірно розташовані порожнечі. Елементарний кубічний осередок містить 46 молекул води, між якими є вісім мікроскопічних порожнин. У цих порожнинах і осідають молекули хлору. Точна формула кристалогідрату хлору тому має бути записана так: 8Cl 2 *46H 2 O.
ОТРУЄННЯ ХЛОРОМ. Присутність у повітрі вже близько 0,0001% хлору дратівливо діє слизові оболонки. Постійне перебування в такій атмосфері може призвести до захворювання бронхів, різко погіршує апетит, надає зеленого відтінку шкіри. Якщо вміст хлору повітря становить 0,1%, може наступити гостре отруєння, перша ознака якого - напади найсильнішого кашлю. При отруєнні хлором потрібний абсолютний спокій; корисно вдихати кисень або аміак (нюхаючи нашатирний спирт) або пари спирту з ефіром. За існуючими санітарними нормами вміст хлору повітря виробничих приміщень має перевищувати 0,001 мг/л, т. е. 0,00003%.
HE ТІЛЬКИ ОТРУТ. «Що вовки жадібні, кожен знає». Що хлор отруйний – теж. Однак у невеликих дозах отруйний хлор іноді може бути і отрутою. Так, потерпілим від сірководню дають нюхати нестійке хлорне вапно. Взаємодіючи, дві отрути взаємно нейтралізуються.
АНАЛІЗ НА ХЛОРІ. Для визначення вмісту хлору пробу повітря пропускають через поглиначі з підкисленим розчином йодистого калію. (Хлор витісняє під, кількість останнього легко визначається фільтруванням за допомогою розчину Na 2 S 2 O 3 .) Для визначення мікрокількостей хлору в повітрі часто застосовується колориметричний метод, заснований на різкій зміні забарвлення деяких сполук (бензидину, ортотолуїдину, метилоранжу) при окисленні їх хлор . Наприклад, безбарвний підкислений розчин бензидину набуває жовтого кольору, а нейтральний - синій. Інтенсивність фарбування пропорційна кількості хлору.
Хлор, мабуть, отримували ще алхіміки, та його відкриття і перше дослідження нерозривно пов'язані з ім'ям знаменитого шведського хіміка Карла Вільгельма Шееле . Шееле відкрив п'ять хімічних елементів – барій та марганець (спільно з Юханом Ганом), молібден, вольфрам, хлор, а незалежно від інших хіміків (хоча і пізніше) – ще три: кисень, водень та азот. Це досягнення згодом не зміг повторити жодного хіміка. При цьому Шееле, вже обраний членом Шведської королівської академії наук, був простим аптекарем у Чепінгу, хоча міг зайняти більш почесну та престижну посаду. Сам Фрідріх II Великий, прусський король, пропонував йому обійняти посаду професора хімії Берлінського університету. Відмовляючись від подібних привабливих пропозицій, Шееле говорив: "Я не можу їсти більше, ніж мені потрібно, а того, що я заробляю тут у Чепінгу, мені вистачає на їжу".
Численні сполуки хлору були відомі, звичайно, задовго до Шееле. Цей елемент входить до складу багатьох солей, у тому числі найвідомішої – кухонної солі. У 1774 Шееле виділив хлор у вільному вигляді, нагріваючи чорний мінерал піролюзит з концентрованою соляною кислотою: MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O.
Спочатку хіміки розглядали хлор не як елемент, бо як хімічне з'єднання невідомого елемента мурію (від латинського muria – розсіл) з киснем. Вважалося, як і соляна кислота (її називали муриевой) містить хімічно зв'язаний кисень. Про це свідчив, зокрема, такий факт: при стоянні розчину хлору на світлі з нього виділявся кисень, а в розчині залишалася соляна кислота. Однак численні спроби відірвати кисень від хлору ні до чого не привели. Так, нікому не вдалося отримати вуглекислий газ, нагріваючи хлор з вугіллям (який при високих температурах «віднімає» кисень від багатьох сполук, що його містять). В результаті подібних дослідів, проведених Гемфрі Деві, Жозеф Луї Гей-Люссаком та Луї Жаком Тенаром, стало ясно, що хлор не містить кисню і є простою речовиною. До того ж висновку привели і досліди Гей-Люссака, який проаналізував кількісне співвідношення газів реакції хлору з воднем.
У 1811 році Деві запропонував для нового елемента назву «хлорин» – від грецьк. "хлорос" - жовто-зелений. Саме такий колір має хлор. Той самий корінь – у слові «хлорофіл» (від грецьк. «хлорос» і «філлон» – лист). Через рік Гей-Люссак скоротив назву до хлору. Але досі англійці (та й американці) називають цей елемент «хлорином» (chlorine), тоді як французи – хлором (chlore). Прийняли скорочену назву і німці – «законодавці» хімії протягом майже 19 ст. (німецькою хлор - Chlor). У 1811 німецький фізик Йоганн Швейгер запропонував для хлору назву галоген (від грецьких халс - сіль, і геннао - народжую). Згодом цей термін закріпився як за хлором, а й усіма його аналогами по сьомий групі – фтором, бромом, йодом, астатом.
Цікавою є демонстрація горіння водню в атмосфері хлору: іноді під час досвіду виникає незвичайний побічний ефект: лунає гудіння. Найчастіше полум'я гуде, коли тонку трубку, якою подається водень, опускають у заповнений хлором посудину конічної форми; те саме справедливо для сферичних колб, а ось в циліндрах полум'я зазвичай не гуде. Це явище назвали «співочим полум'ям».
У водному розчині хлор частково та досить повільно реагує з водою; при 25° З рівновагу: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl встановлюється протягом двох діб. Хлорновата кислота на світлі розкладається: HClO ® HCl + O. Саме атомарному кисню приписують відбілюючий ефект (абсолютно сухий хлор такою здатністю не має).
Хлор у своїх сполуках може виявляти всі ступені окислення – від –1 до +7. З киснем хлор утворює ряд оксидів, всі вони в чистому вигляді нестабільні та вибухонебезпечні: Cl 2 O – жовто-жовтогарячий газ, ClO 2 – жовтий газ (нижче 9,7 про С – яскраво-червона рідина), перхлорат хлору Cl 2 O 4 (ClO –ClO 3 , світло-жовта рідина), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3 , яскраво-червона рідина), Cl 2 O 7 – безбарвна вибухова рідина. При низьких температурах отримані нестабільні оксиди Cl 2 O 3 та ClO 3 . Оксид ClO 2 виробляється в промисловому масштабі і використовується замість хлору для відбілювання целюлози та знезараження питної води та стічних вод. З іншими галогенами хлор утворює ряд так званих міжгалогенних сполук, наприклад, ClF, ClF 3 , ClF 5 BrCl, ICl, ICl 3 .
Хлор та його сполуки з позитивним ступенем окиснення – сильні окисники. У 1822 році німецький хімік Леопольд Гмелін шляхом окислення хлором отримав з жовтої кров'яної солі червону: 2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl. Хлор легко окислює броміди та хлориди з виділенням у вільному вигляді брому та йоду.
Хлор у різних ступенях окислення утворює ряд кислот: HCl – хлороводнева (соляна, солі – хлориди), HClO – хлорнуватиста (солі – гіпохлорити), HClO 2 – хлориста (солі – хлорити), HClO 3 – хлорнувата (солі – хлорати) 4 – хлорна (солі – перхлорати). У чистому вигляді із кисневих кислот стійка лише хлорна. З солей кисневих кислот практичне застосування мають гіпохлорити, хлорит натрію NaClO 2 – для відбілювання тканин, для виготовлення компактних піротехнічних джерел кисню («кисневі свічки»), хлорати калію (бертолетова сіль), кальцію та магнію (для боротьби зі шкідниками сільського господарства) компоненти піротехнічних складів та вибухових речовин, у виробництві сірників), перхлорати – компоненти вибухових речовин та піротехнічних складів; перхлорат амонію – компонент твердого ракетного палива.
Хлор реагує з багатьма органічними сполуками. Він швидко приєднується до ненасичених сполук з подвійними та потрійними вуглець-вуглецевими зв'язками (реакція з ацетиленом йде з вибухом), а на світлі – і до бензолу. За певних умов хлор може замінювати атоми водню в органічних сполуках: R–H + Cl 2 ® RCl + HCl. Ця реакція відіграла значну роль історії органічної хімії. У 1840-х французький хімік Жан Батист Дюма виявив, що при дії хлору на оцтову кислоту з дивовижною легкістю йде реакція
СН 3 СООН + Cl 2 ® CH 2 ClCOOH + HCl. При надлишку хлору утворюється трихлороцтова кислота ССl 3 СООН. Однак багато хіміків поставилися до роботи Дюма недовірливо. Адже відповідно до загальноприйнятої тоді теорії Берцеліуса позитивно заряджені атоми водню було неможливо заміститися негативно зарядженими атомами хлору. Цієї думки дотримувалися на той час багато видатних хіміків, серед яких були Фрідріх Велер, Юстус Лібіх і, звичайно, сам Берцеліус.
Щоб висміяти Дюма, Велер передав своєму другові Лібіху статтю від імені якогось Ш.Віндлера (Schwindler – німецькою шахрай) про новий вдалий додаток нібито відкритої Дюма реакції. У статті Велер з явним глузуванням написав про те, як в оцтовокислому марганці Mn(CH 3 COO) 2 вдалося всі елементи, відповідно до їх валентності, замістити на хлор, в результаті чого вийшла жовта кристалічна речовина, що складається з одного тільки хлору. Далі говорилося, що у Англії, послідовно заміщаючи в органічних сполуках всі атоми на атоми хлору, звичайні тканини перетворюють на хлорні, і що у своїй речі зберігають свій зовнішній вигляд. У виносці було зазначено, що лондонські лавки жваво торгують матеріалом, що складається з одного хлору, тому що цей матеріал дуже гарний для нічних ковпаків та теплих штанів.
Реакція хлору з органічними сполуками призводить до утворення безлічі хлорорганічних продуктів, серед яких широко застосовуються розчинники метиленхлорид CH 2 Cl 2 , хлороформ CHCl 3 , чотирихлористий вуглець CCl 4 , трихлоретилен CHCl=CCl 2 , тетрахлоретилен C 2 . У присутності вологи хлор знебарвлює зелене листя рослин, багато барвників. Цим користувалися ще у XVIII ст. для відбілювання тканин.
Хлор як отруйний газ.
Що отримав хлор Шееле відзначив його дуже неприємний різкий запах, утруднення дихання і кашель. Як потім з'ясували, людина відчуває запах хлору навіть у тому випадку, якщо в одному літрі повітря міститься лише 0,005 мг цього газу, і при цьому він вже має подразнюючу дію на дихальні шляхи, руйнуючи клітини слизової оболонки дихальних шляхів та легень. Концентрація 0,012 мг/л переноситься важко; якщо концентрація хлору перевищує 0,1 мг/л, він стає небезпечним життя: дихання частішає, стає судорожним, та був – дедалі рідкіснішим, і вже за 5–25 хвилин відбувається зупинка дихання. Гранично допустимою повітря промислових підприємств вважається концентрація 0,001 мг/л, а повітрі житлових районів – 0,00003 мг/л.
Петербурзький академік Товій Єгорович Ловіц, повторюючи в 1790 досвід Шееле, випадково випустив значну кількість хлору у повітря. Вдихнувши його, він знепритомнів і впав, потім протягом восьми днів страждав від болісного болю в грудях. На щастя, він одужав. Ледве не помер, отруївшись хлором, і знаменитий англійський хімік Деві. Досліди навіть з невеликою кількістю хлору небезпечні, оскільки можуть спричинити сильне ураження легень. Розповідають, що німецький хімік Егон Віберг одну зі своїх лекцій про хлор почав словами: «Хлор – отруйний газ. Якщо я отруюся під час чергової демонстрації, винесіть мене, будь ласка, на свіже повітря. Але лекцію при цьому доведеться, на жаль, перервати». Якщо ж випустити у повітря багато хлору, він стає справжнім лихом. Це зазнали під час Першої світової війни англо-французькі війська. Вранці 22 квітня 1915 року німецьке командування вирішило провести першу в історії війн газову атаку: коли вітер подув у бік супротивника, на невеликій шестикілометровій ділянці фронту в районі бельгійського містечка Іпр були одночасно відкриті вентилі 5730 балонів, кожен з яких містив 30 кг рідкого хлору. Протягом 5 хвилин утворилася величезна жовто-зелена хмара, яка повільно уникала німецьких окопів у бік союзників. Англійські та французькі солдати виявилися повністю беззахисними. Газ проникав через щілини в укриття, від нього не було порятунку: адже протигаз ще не був винайдений. В результаті було отруєно 15 тисяч людей, із них 5 тисяч – на смерть. Через місяць, 31 травня, німці повторили газову атаку на східному фронті – проти російських військ. Це сталося у Польщі біля міста Болімова. На фронті 12 км із 12 тисяч балонів було випущено 264 тонни суміші хлору із значно отруйнішим фосгеном (хлорангідридом вугільної кислоти COCl 2 ). Царське командування знало про те, що сталося при Іпрі, проте російські солдати не мали ніяких засобів захисту! Внаслідок газової атаки втрати склали 9146 осіб, з них лише 108 – внаслідок рушничного та артилерійського обстрілу, решта було отруєно. При цьому майже відразу ж загинуло 1183 особи.
Незабаром хіміки вказали, як рятуватися від хлору: треба дихати через марлеву пов'язку, просочену розчином натрію тіосульфату (ця речовина застосовується у фотографії, її часто називають гіпосульфітом). Хлор дуже швидко реагує з розчином тіосульфату, окислюючи його:
Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ® 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl. Звичайно, сірчана кислота теж не нешкідлива речовина, але її розведений водний розчин набагато небезпечніший, ніж отруйний хлор. Тому в тіосульфату в ті роки з'явилася ще одна назва - "антихлор", але перші протигази тіосульфатні були мало ефективні.
У 1916 р. російський хімік, майбутній академік Микола Дмитрович Зелінський винайшов дійсно ефективний протигаз, в якому отруйні речовини затримували шаром активованого вугілля. Таке вугілля з дуже розвиненою поверхнею могло затримати значно більше хлору, ніж просочена гіпосульфітом марля. На щастя, "хлорні атаки" залишилися лише трагічним епізодом в історії. Після світової війни у хлору залишилися лише мирні професії.
Застосування хлору.
Щороку в усьому світі отримують величезну кількість хлору – десятки мільйонів тонн. Тільки США до кінця 20 в. щорічно шляхом електролізу отримували близько 12 млн. тонн хлору (10 місце серед хімічних виробництв). Основна його маса (до 50%) витрачається на хлорування органічних сполук – для одержання розчинників, синтетичного каучуку, полівінілхлориду та інших пластмас, хлоропренового каучуку, пестицидів, лікарських засобів, багатьох інших корисних та корисних продуктів. Решта споживається для синтезу неорганічних хлоридів, целюлозно-паперової промисловості для відбілювання деревної пульпи, для очищення води. У порівняно невеликих кількостях хлор використовують у металургійній промисловості. З його допомогою одержують дуже чисті метали – титан, олово, тантал, ніобій. Спалюванням водню в хлорі отримують хлороводень, та якщо з нього – соляну кислоту. Хлор застосовують також для виробництва відбілюючих речовин (гіпохлоритів, хлорного вапна) та знезараження води хлоруванням.
Ілля Леєнсон