Хлор

ХЛОР.

ХЛОР (латів. Chlorum), Cl — хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 17, атомна маса 35,453; належить до сімейству галогенів. При нормальних умов (0 °З, 0,1 Мн/м2) жёлтозелений газ з різким подразнюючим запахом. Природний хлор і двох стабільних ізотопів: 35Cl (75,77%) і 37Cl (24,23%). Штучно отримані радіоактивні ізотопи із масовими числами 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 і періодами піврозпаду Т½ відповідно 0,31; 2,5; 1,56 сік; 3,1*105 років; 37,3; 55,5 і 1,4 хв. 36Cl і 38Cl використовують як ізотопні индикаторы.

Історична справка.

Xлор отримано вперше у 1774 До. Шееле взаємодією соляної кислоти з пиролюзитом МnO2. Проте, лише у 1810 Р. Деві встановив, що хлор — елемент і назвав би chlorine (від грецького chloros — жёлто-зелёный). У 1813 Ж.Л. Гей-Люссак запропонував при цьому елемента назва хлор.

Поширення в природе.

Xлор є у природі лише у вигляді сполук. Середній вміст хлору в земної корі 1,7*10−2% щодо маси, в кислих вивержених породах — гранітах 2,4*10−2, в основних та ультраосновных 5*10−3. Основну роль історії хлору в земної корі грає водна міграція. У нинішньому вигляді іона Clвін міститься у Світовому океані (1,93%), підземних рассолах і соляних озерах. Кількість власних мінералів (переважно природних хлоридів) 97, головний їх — галит NаCl. Відомі також великі родовища хлоридів калію і магнію і змішаних хлоридів: сильвін КCl, сильвинит (Nа, До) Cl, карналлит КCl*МgCl2*6Н2О, каїніт КCl*МgSO4*ЗН2О, бишофит МgCl2*6Н2О. У історії Землі велике значення мало надходження що міститься в вулканічних газах НCl в верхні частини земної коры.

Фізичні і хімічні свойства.

Xлор має tкип — 34,05 °З, tпл — 101 °З. Щільність газоподібного хлору при нормальних умов 3,214 г/л; насиченого пара при 0 °З 12,21 г/л; рідкого хлору при температурі кипіння 1,557 г/см3; твердого хлору при -102 °З 1,9 г/см3. Тиск насичених парів хлору при 0 °З 0,369; при 25 °З 0,772; при 100 °З 3,814 Мн/м2 чи відповідно 3,69; 7,72; 38,14 кгс/см2. Теплота плавлення 90,3 кдж/кг (21,5 кал/г); теплота випаровування 288 кдж/кг (68,8 кал/г); теплоёмкость газу при постійному тиску 0,48 кдж/(кг*К) [0,11 кал/(г*°С)]. Xлор добре розчиняється в ТiСl4, SiCl4, SnCl4 та деяких менших органічних розчинниках (особливо у гексане і четырёххлористом вуглеці). Молекула хлору двухатомна (Cl2). Ступінь термічної дисоціації Cl2+243 кдж (2Cl при 1000 До дорівнює 2,07*10−4%, при 2500 До 0.909%.

Зовнішня електронна конфігурація атома Сl Зs2 3р5. Відповідно до цим хлор в з'єднаннях виявляє ступеня окислення -1, +1, +3, +4, +5, +6 і +7. Ковалентный радіус атома 0,99А, іонний радіус Сl- 1,82А, спорідненість атома хлору до електрону 3,65 ев, енергія іонізації 12,97 эв.

Хімічно хлор дуже активний, безпосередньо з'єднується майже з усіма металами (з декотрими лише у присутності вологи або за нагріванні) і з неметаллами (крім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), створюючи відповідні хлориди, входить у реакцію з багатьма сполуками, заміщає водень в граничних вуглеводнях і приєднується до ненасыщенным сполукам. Хлор витісняє бром і йод з їхньої сполук з воднем і металами; з сполук хлору з тими елементами він витісняється фтором. Лужні метали у присутності слідів вологи взаємодіють із хлором з воспламенением, більшість металів реагує з сухим хлором лише за нагріванні. Сталь, і навіть деякі метали стійки у атмосфері сухого хлору за умов невисоких температур, тому їх використовують із виготовлення апаратури і сховищ для сухого хлору. Фосфор воспламеняется у атмосфері хлору, створюючи РСl3, а при подальшому хлоруванні - РСl5; сірка з хлором при нагріванні дає S2Сl2, SСl2 та інші SnClm. Миш’як, сурма, вісмут, стронцій, телур енергійно взаємодіють із хлором. Суміш хлору з воднем горить безбарвним чи жовто-зеленим полум’ям із заснуванням хлористого водню (це ланцюгова реакция).

Максимальна температура водородно-хлорного полум’я 2200 °З. Суміші хлору з воднем, містять від 5,8 до 88,3% Н2, взрывоопасны.

З киснем хлор утворює окисли: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, а також гіпохлорити (солі хлорнуватистої кислоти), хлориты, хлораты і перхлораты. Усі кисневі сполуки хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з легко окисляющимися речовинами. Окисли хлору малостойки і може спонтанно вибухати, гіпохлорити при зберіганні повільно розкладаються, хлораты і перхлораты можуть вибухати під впливом инициаторов.

Xлор у питній воді гидролизуется, створюючи хлорноватистую і соляну кислоти: Сl2 + Н2О (НСlО + НСl. При хлоруванні водних розчинів лугів на холоду утворюються гіпохлорити і хлориди: 2NаОН + Сl2 = NаСlO + NаСl + Н2О, а при нагріванні - хлораты. Хлоруванням сухий гідроокису кальцію отримують хлорну вапно. При взаємодії аміаку з хлором утворюється трёххлористый азот. При хлоруванні обмежених сполук хлор або заміщає водень: R—Н + Сl2 = RСl + НСl, або приєднується по кратним связям:

С=С + Сl2 (СlС—ССl.

створюючи різні хлорсодержащие органічні соединения.

Xлор утворює коїться з іншими галогенами межгалогенные сполуки. Фториди СlF, СlF3, СlF5 дуже реакционноспособны; наприклад, у атмосфері СlF3 скляна вата самозаймається. Відомі сполуки хлору з киснем до фтором — оксифториды хлору: СlО3 °F, СlО2F3, СlOF, СlОF3 і перхлорат фтору FСlO4.

Получение.

Xлор почали робити у промисловості в 1785 взаємодією соляної кислоти з двоокисом марганцю чи пиролюзитом. У 1867 англійський хімік Р. Дікон розробив спосіб отримання хлору окисленням НСl киснем повітря п присутності каталізатора. З кінця XIX — початку 20 століть хлор отримують електроліз водних розчинів хлоридів лужних металів. За цією методам в 70-ті роки 20 століття виробляється 90 — 95% хлору у світі. Невеликі кількості хлору виходять попутно під час виробництва магнію, кальцію, натрію і літію електроліз розплавлених хло ридов. У 1975 року світова продукція хлору становила близько 23 млн. тонн. Застосовуються дві основні методу електролізу водних розчинів NаСl: 1) в электролизёрах з твердим катодом і пористої фільтруючій діафрагмою; 2) в электролизёрах з ртутним катодом. По обом методам на графитовом чи окисном титано-рутениевом аноді виділяється газоподібний хлор. З першого методу на катоді виділяється водень і утворюється розчин NаОН і NаСl, з яких наступної переробкою виділяють товарну каустичну соду. За другим методу на катоді утворюється амальгама натрію, при її розкладанні чистої водою в окремому апараті виходять розчин NаОН, водень та чиста ртуть, яка знову йде на виробництво. Обидва методу дають на 1 тонну хлору 1,125 тонни NаОН.

Електроліз з діафрагмою вимагає менших капіталовкладень для організації виробництва хлору, дає понад дешевий NаОН. Метод з ртутним катодом дає змогу отримувати дуже чистий NаОН, але втрати ртуті забруднюють довкілля. У 1970 методом з ртутним катодом вироблялося 62,2% світової вироблення хлору, з твердим катодом 33,6% та ін способами 4,3%. Після 1970 почали застосовувати електроліз з твердим катодом і ионообменной мембраною, що дозволяє отримувати чистий NаОН без використання ртути.

Применение.

Однією із поважних галузей хімічної промисловості є хлорне промисловість. Основні кількості хлору переробляються дома його виробництва, у хлорсодер жащие сполуки. Бережуть і перевозять хлор в рідкому вигляді у балонах, бочках, залізничних цистернах чи спеціально обладнаних судах. Для індустріальних країн характерно таке зразкову споживання хлору: виробництва хлорсодержа щих органічних сполук — 60 — 75%; неорганічних сполук, містять хлор, -10 — 20%; на отбелку целюлози і тканин — 5 — 15%; на санітарні потреби і хлорування води — 2 — 6% загальної выраобтки.

Xлор застосовується також і хлорування деяких руд з єдиною метою вилучення титану, ніобію, цирконію і других.

Хлор в организме.

Xлор — одне із біогенних елементів, постійний компонент тканин рослин та тварин. Зміст хлору в рослинах (багато хлору в галофитах) — від тисячних часток відсотка до цілих відсотків, у тварин — десяті і соті частки відсотка. Добова потреба дорослої людини у хлорі, (2 — 4 р) покривається рахунок продуктів харчування. З їжею хлор надходить зазвичай, у надлишку як хлориду натрію і хлориду калію. Особливо багаті хлором хліб, м’ясні і молочних продуктів. У організмі тварин хлор — основне осмотически активну речовину плазми крові, лімфи, спинномозковій рідини та деякі тканин. Грає роль водно-солевом обміні, сприяючи утримування тканинами води. Регуляція кислотно-лужної рівноваги в тканинах здійснюється поряд з іншими процесами шляхом зміни у розподілі хлору між кров’ю та інші тканинами, хлор бере участь у енергетичному обміні рослин, активуючи як окислительное фосфорилування, і фотофосфорилирование. Xлор позитивно впливає поглинання корінням кисню. Xлор необхідний освіти кисню у процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами. До складу більшості поживних середовищ для штучного культивування рослин хлор не входить. Можливо, для розвитку рослин достатні дуже малі концентрації хлора.

Отруєння хлором можливі у хімічній, целюлозно-паперової, текстильної, фармацевтичой промисловості. Xлор дратує слизові оболонки очей і дихальних шляхів. До первинним запальним змін зазвичай приєднується вторинна інфекція. Гостре отруєння розвивається майже негайно. При вдиханні середніх і низьких концентрацій хлору відзначаються сором і у грудях, сухий кашель, учащённое подих, різь у власних очах, сльозотеча, підвищення змісту лейкоцитів у крові, температури тіла, і т. п. Можливі бронхопневмонія, токсичний отёк легких, депресивні стану, судоми. У легких випадках одужання настає через 3 — 7 діб. Як віддалені наслідки спостерігаються катари верхніх дихальних шляхів, рецидивирующий броихит, пневмосклероз; можлива активізація туберкульозу легких. При тривалому вдиханні невеликих концентрацій хлору спостерігаються аналогічні, але повільно що розвиваються форми захворювання. Профілактика отруєнь, герметизація виробництв, устаткування, ефективна вентиляція, за необхідності використання протигаза. Гранично припустиму концентрацію хлору повітря виробництв, приміщень 1 мг/м3. Виробництво хлору, хлорному вапну та інших хлорвмісних сполук належить до виробництвам з шкідливими умовами труда.