Газообразного хлора

Газообразного хлора

Хлор (от греч. χλωρ? ς — «зеленый») — элемент главной подгруппы седьмой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 17. Обозначается символом Cl (лат хлор). Нереактивный металл. Он относится к группе галогенов (первоначально название «галоген» использовал немецкий химик Швайгер для хлора [дословно] «галоген» переводится как соль), но не прижился и позже стал общим для VII группы элементов, в состав которого входит хлор [2]).

Простое вещество хлор (номер CAS: 7782-50-5) при нормальных условиях представляет собой желтовато-зеленый ядовитый газ с резким запахом. Молекула хлора двухатомная (формула Cl2).

История открытия хлора

Впервые газообразный безводный хлороводород собрал Дж. Присли в 1772 г. (на жидкой ртути). Впервые хлор был получен в 1774 г. Шееле, описавшим его выделение при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой в своем трактате о пиролюзите:

Шееле отмечал запах хлора, похожий на запах царской водки, его способность взаимодействовать с золотом и киноварью, а также его отбеливающие свойства.

Однако Шееле, в соответствии с господствовавшей в то время в химии теорией флогистона, предположил, что хлор представляет собой дефлогистированную соляную кислоту, то есть оксид соляной кислоты. Бертолле и Лавуазье предположили, что хлор является оксидом элемента мурион, но попытки его выделения не увенчались успехом до работы Дэви, которому удалось электролизом расщепить поваренную соль на натрий и хлор.

Распространение в природе

В природе существует два изотопа хлора 35 Cl и 37 Cl. Хлор — самый распространенный галоген в земной коре. Хлор очень активен: он напрямую соединяется почти со всеми элементами таблицы Менделеева. Поэтому в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов: галита NaCl, сильвина KCl, сильвинита KCl NaCl, бишофита MgCl2 6H2O, карналлита KCl MgCl2 6H2O, каинита KCl MgSO4 3H2O. Наибольшие запасы хлора содержатся в солях вод морей и океанов (содержание в морской воде 19 г/л [3]). На долю хлора приходится 0,025 % от общего числа атомов в земной коре, хлорное число Кларка равно 0,017 %, а в организме человека содержится 0,25 % ионов хлора по массе. У людей и животных.

Физические и физико-химические свойства

В нормальных условиях хлор представляет собой зеленовато-желтый газ с удушливым запахом. Некоторые его физические свойства представлены в таблице.

Газообразный хлор относительно легко сжижается. От давления 0,8 МПа (8 атмосфер) хлор уже будет жидким при комнатной температуре. При охлаждении до температуры -34°С хлор также становится жидкостью при нормальном атмосферном давлении. Жидкий хлор представляет собой зеленовато-желтую жидкость с очень сильным коррозионным действием (из-за высокой концентрации молекул). Повышением давления можно добиться существования жидкого хлора до температуры +144 °С (критическая температура) при критическом давлении 7,6 МПа.

При температуре ниже -101 °C жидкий хлор кристаллизуется в орторомбической решетке с пространственной группой Cmca и параметрами a=6,29 Å, b=4,50 Å, c=8,21 Å. Ниже 100 К орторомбическая модификация кристаллического хлора переходит в тетрагональную модификацию с пространственной группой P42/ncm и параметрами решетки a=8,56 Å и c=6,12 Å.

Растворимость

РастворительРастворимость г/100 г Бензол Растворимый Вода [8] (0°C) 1,48 Вода (20°С) 0,96 Вода (25°С) 0,65 Вода (40°С) 0,46 Вода (60°С) 0,38 Вода (80°С) 0,22 Четыреххлористый углерод (0 ° C) 31,4 Четыреххлористый углерод (19 ° C) 17,61 Четыреххлористый углерод (40 ° C) 11 Хлороформ Хорошо растворимый TiCl4, SiCl4, SnCl4 Растворимый

Степень диссоциации молекулы хлора Cl2 → 2Cl. При 1000 К она составляет 2,07·10–4 %, а при 2500 К – 0,909 %.

По электропроводности жидкий хлор относится к сильнейшим изоляторам: он проводит ток почти в миллиард раз хуже, чем дистиллированная вода, и в 10 22 раза хуже, чем серебро. Скорость звука в хлоре примерно в полтора раза меньше, чем в воздухе.

Химические свойства

Строение электронной оболочки

Валентный уровень атома хлора содержит 1 неспаренный электрон: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, поэтому валентность 1 для атома хлора очень стабильна. Из-за наличия незанятой орбитали d-подуровня у атома хлора атом хлора может проявлять и другие валентности. Схема образования возбужденных состояний атома:

ВаленсияВозможностепени окисленияЭлектронный статусуровень валентностиПример подключения Я +1, -1 3с 2 3п 5 NaCl, NaClO В третьих +3 3с 2 3п 4 3д 1 NaClO2 В +5 3с 2 3п 3 3д 2 KClO3 7-й +7 3с 1 3п 3 3д 3 KClO4

Известны также соединения хлора, в которых атом хлора формально имеет валентность 4 и 6, такие как ClO2 и Cl2O6. Однако эти соединения являются радикалами, а это означает, что они имеют неспаренный электрон.

Взаимодействие с металлами

Хлор реагирует непосредственно почти со всеми металлами (с некоторыми только в присутствии влаги или при нагревании):

Взаимодействие с неметаллами

С неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода и инертных газов) образует соответствующие хлориды.

На свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом) с водородом по радикальному механизму. Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3% водорода, при облучении взрываются с образованием хлороводорода. Смесь хлора и водорода в малых концентрациях горит бесцветным или зеленовато-желтым пламенем. Максимальная температура хлороводородного пламени 2200 °С.:

С кислородом хлор образует оксиды, в которых он имеет степень окисления от +1 до +7: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7. Они имеют резкий запах, термически и фотохимически неустойчивы, склонны к взрывному разложению.

При взаимодействии с фтором образуется не хлорид, а фторид:

Другие свойства

Хлор вытесняет бром и йод из их соединений с водородом и металлами:

При взаимодействии с окисью углерода образуется фосген:

При растворении в воде или щелочах хлор дисмутирует, образуя хлорноватистую кислоту (а при нагревании — хлорную) и соляную кислоту или их соли:

При хлорировании сухого гидроксида кальция получают щелочь:

Треххлористый азот можно получить действием хлора на аммиак:

Окислительные свойства хлора

Реакции с органическими веществами

Связывается с ненасыщенными соединениями множественными связями:

Ароматические соединения заменяют атом водорода на хлор в присутствии катализаторов (например, AlCl3 или FeCl3):

Способы получения

Промышленные методы

Первоначально в основу промышленного способа получения хлора был положен метод Шееле, то есть реакция пиролюзита с соляной кислотой:

В 1867 году Дикон разработал метод получения хлора каталитическим окислением хлористого водорода кислородом воздуха. Процесс Дикона в настоящее время используется для извлечения хлора из хлористого водорода, побочного продукта промышленного хлорирования органических соединений.

Сегодня хлор производят в промышленных масштабах вместе с гидроксидом натрия и водородом путем электролиза раствора хлорида натрия:

2NaCl + 2H2О → H2↑ + Cl2↑ + 2NaOH Анод: 2Cl – – 2е – → Cl2 0 ↑ Катод: 2H2O + 2e – → H2↑ + 2OH −

Поскольку электролиз воды происходит параллельно с электролизом хлорида натрия, общее уравнение можно выразить следующим образом:

Для получения хлора используют три варианта электрохимического метода. Два из них – электролиз с твердым катодом – диафрагменный и мембранный методы, третий – электролиз с жидким ртутным катодом (метод ртутного производства). Среди электрохимических методов производства наиболее простым и удобным методом является электролиз ртутного катода, однако этот метод наносит значительный ущерб окружающей среде из-за испарения и утечки металлической ртути.

Диафрагменный метод с твёрдым катодом

Полость ячейки разделена пористой асбестовой перегородкой – диафрагмой на катодное и анодное пространство, где соответственно расположены катод и анод ячейки. Поэтому такой электролизер часто называют диафрагменным электролизом, а способ производства – диафрагменным электролизом. В анодное пространство диафрагменной ячейки непрерывно поступает поток насыщенного анолита (раствора NaCl). В результате электрохимического процесса на аноде за счет разложения галита выделяется хлор, а на катоде за счет разложения воды выделяется водород. В этом случае прикатодная область обогащается гидроксидом натрия.

Мембранный метод с твёрдым катодом

Мембранный метод по существу аналогичен диафрагменному, но анодное и катодное пространства разделены катионообменной полимерной мембраной. Мембранный способ производства более эффективен, чем диафрагменный, но сложнее в применении.

Ртутный метод с жидким катодом

Процесс осуществляется в электролитической ванне, которая состоит из электролизера, деструктора и ртутного насоса, соединенных между собой коммуникациями. В электролитической ванне под действием ртутного насоса ртуть циркулирует, проходя через электролизер и разлагатель. Катод электролизера представляет собой поток ртути. Аноды: графитовые или износостойкие. Вместе с ртутью через электролизер непрерывно протекает поток анолита — раствора хлорида натрия. В результате электрохимического разложения хлорида на аноде образуются молекулы хлора, а выделяющийся натрий растворяется в ртути на катоде, образуя амальгаму.

Лабораторные методы

В лабораториях для получения хлора обычно применяют процессы, основанные на окислении хлороводорода сильными окислителями (например, окисью марганца (IV), перманганатом калия, дихроматом калия):

Хранение хлора

Полученный хлор хранится в специальных «цистернах» или закачивается в стальные баллоны высокого давления. Баллоны с жидким хлором под давлением имеют особый цвет – цвет болота. Следует отметить, что при длительном использовании баллонов с хлором в них накапливается крайне взрывоопасный треххлористый азот и поэтому баллоны с хлором время от времени необходимо регулярно промывать и очищать от хлористого азота.

Стандарты качества хлора

По ГОСТ 6718-93 «Хлор жидкий. Технические условия» выпускаются следующие марки хлора

Применение

Хлор используется во многих отраслях промышленности, науки и бытовых нужд:

  • В производстве поливинилхлорида, пластикатов, синтетического каучука, которые используются для изготовления: кабельной изоляции, оконных профилей, упаковочных материалов, одежды и обуви, линолеума и грампластинок, лаков, оборудования и пенопласта, игрушек, деталей приборов, строительных материалов материалы. Поливинилхлорид получают полимеризацией винилхлорида, который сегодня чаще всего получают из этилена методом уравновешивания хлора через промежуточный 1,2-дихлорэтан.
  • Отбеливающие свойства хлора известны с древних времен, хотя «отбеливает» не сам хлор, а атомарный кислород, образующийся при разложении хлорноватистой кислоты: Cl2 + H2O → HCl + HClO → 2HCl + O•. Этот способ отбеливания тканей, бумаги, картона используется уже несколько столетий.
  • Производство хлорорганических инсектицидов: веществ, убивающих насекомых, вредных для сельскохозяйственных культур, но безопасных для растений. Важная часть производимого хлора используется для получения фитосанитарной продукции. Одним из наиболее важных инсектицидов является гексахлорциклогексан (часто называемый гексахлораном). Это вещество было впервые синтезировано в 1825 году Фарадеем, но практическое применение нашло только спустя более 100 лет, в 30-х годах 20 века.
  • Применялся как боевое отравляющее вещество, а также для производства других боевых отравляющих веществ: иприта, фосгена.
  • Для обеззараживания воды – “хлорирование”. Самый распространенный способ обеззараживания питьевой воды; Он основан на способности свободного хлора и его соединений ингибировать ферментативные системы микроорганизмов, катализирующих окислительно-восстановительные процессы. Для обеззараживания питьевой воды применяют хлор, диоксид хлора, хлорамин и хлорную известь. СанПиН 2.1.4.1074-01 [1] устанавливает следующие пределы (коридор) допустимого содержания свободного остаточного хлора в питьевой воде централизованного водоснабжения 0,3 – 0,5 мг/л. Различные ученые и даже политики в России критикуют саму концепцию хлорирования водопроводной воды, но не могут предложить альтернативу последующему обеззараживающему действию соединений хлора. Материалы, из которых изготовлены водопроводные трубы, по-разному взаимодействуют с хлорированной водопроводной водой. Свободный хлор в водопроводной воде значительно снижает срок службы труб на основе полиолефинов – полиэтиленовых труб различных типов, в том числе из сшитого полиэтилена, более известного как РЕХ (PEX, PE-X). В США для контроля допуска труб из полимерных материалов к применению в системах водоснабжения с хлорированной водой вынуждены были принять 3 стандарта: ASTM F2023 для труб из сшитого полиэтилена (РЕХ) и хлорированной горячей воды, ASTM F2263 для всех полиэтиленовых труб и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных (металлополимерных) труб и хлорированной горячей воды. По стойкости при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты полиэтиленовые трубы различных типов, в том числе крупногабаритный сшитый полиэтилен, известный как РЕХ (PEX, PE-X). В США для контроля допуска труб из полимерных материалов к применению в системах водоснабжения с хлорированной водой вынуждены были принять 3 стандарта: ASTM F2023 для труб из сшитого полиэтилена (РЕХ) и хлорированной горячей воды, ASTM F2263 для всех полиэтиленовых труб и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных (металлополимерных) труб и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты полиэтиленовых труб различных типов, в том числе из крупносшитого полиэтилена, известного как РЕХ (PEX, ПЕ-Х). В США для контроля допуска труб из полимерных материалов к применению в системах водоснабжения с хлорированной водой вынуждены были принять 3 стандарта: ASTM F2023 для труб из сшитого полиэтилена (РЕХ) и хлорированной горячей воды, ASTM F2263 для всех полиэтиленовых труб и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных (металлополимерных) труб и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты. В США для контроля допуска труб из полимерных материалов к применению в системах водоснабжения с хлорированной водой вынуждены были принять 3 стандарта: ASTM F2023 для труб из сшитого полиэтилена (РЕХ) и хлорированной горячей воды, ASTM F2263 для всех труб из полиэтилена и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных труб (металлический полимер) и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты. В США для контроля допуска труб из полимерных материалов к использованию в системах водоснабжения с хлорированной водой вынуждены были принять 3 стандарта: ASTM F2023 для труб из сшитого полиэтилена (РЕХ) и хлорированной горячей воды, ASTM F2263 для всех полиэтиленовых труб и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных (металлополимерных) труб и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты. ASTM F2263 для всех труб из полиэтилена и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных труб (металлический полимер) и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты. ASTM F2263 для всех труб из полиэтилена и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных труб (металлический полимер) и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты. ASTM F2263 для всех труб из полиэтилена и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных труб (металлический полимер) и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты. ASTM F2263 для всех труб из полиэтилена и хлорированной воды и ASTM F2330 для многослойных труб (металлический полимер) и хлорированной горячей воды. По долговечности при взаимодействии с хлорированной водой медные водопроводные трубы показывают положительные результаты.
  • Зарегистрирован в пищевой промышленности как пищевая добавка Е925.
  • В химическом производстве соляная кислота, хлорная известь, бертолетовая соль, хлориды металлов, яды, лекарства, удобрения.
  • В металлургии для получения чистых металлов: титана, олова, тантала, ниобия.
  • Как индикатор солнечных нейтрино в хлор-аргоновых детекторах.

Многие развитые страны стремятся ограничить использование хлора в быту, в том числе потому, что при сжигании мусора, содержащего хлор, образуется значительное количество диоксинов.

Биологическая роль

Хлор является одним из важнейших биогенных элементов и входит в состав всех живых организмов.

У животных и человека ионы хлора участвуют в поддержании осмотического равновесия, ион хлора имеет оптимальный радиус для проникновения через клеточную мембрану. Этим объясняется их совместное участие с ионами натрия и калия в создании постоянного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Под влиянием ГАМК (нейромедиатора) ионы хлора оказывают тормозящее действие на нейроны, снижая потенциал действия. В желудке ионы хлора создают благоприятную среду для действия протеолитических ферментов желудочного сока. Хлоридные каналы присутствуют во многих типах клеток, митохондриальных мембранах и скелетных мышцах. Эти каналы выполняют важные функции в регуляции объема жидкости, трансэпителиальный транспорт ионов и стабилизация мембранных потенциалов, а также участвуют в поддержании клеточного рН. Хлор накапливается в тканях внутренних органов, коже и скелетных мышцах. Хлор всасывается в основном в толстом кишечнике. Абсорбция и экскреция хлора тесно связаны с ионами натрия и бикарбонатами, в меньшей степени с активностью минералокортикоидов и Na+/K+-АТФ-азы. Клетки накапливают 10-15% всего хлора, из этого количества – от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия, и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) этого количества, от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлоридов связана с ионами натрия и калия, а обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) этого количества, от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс). Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлоридов связана с ионами натрия и калия, а обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) этого количества, от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс). Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлоридов связана с ионами натрия и калия, а обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) этого количества, от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) с калом (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлоридов связана с ионами натрия и калия, а обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) этого количества, от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) с калом (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлоридов связана с ионами натрия и калия, а обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс) этого количества, от 1/3 до 1/2 – в эритроцитах. Около 85% хлора находится во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс). Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс). Хлор выводится из организма в основном с мочой (90-95%), фекалиями (4-8%) и через кожу (до 2%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия и обратно с HCO3 – (кислотно-щелочной баланс).

В сутки человек потребляет 5-10 г NaCl. Минимальная потребность человека в хлоре составляет примерно 800 мг в день. Младенец получает необходимое количество хлора через грудное молоко, в котором содержится 11 ммоль/л хлора. NaCl необходим для выработки в желудке соляной кислоты, которая способствует пищеварению и уничтожению болезнетворных бактерий. В настоящее время роль хлора в развитии некоторых заболеваний у человека изучена недостаточно, в основном из-за малого количества исследований. Достаточно сказать, что рекомендации по суточному приему хлора даже не разработаны. В мышечной ткани человека содержится 0,20-0,52% хлора, в костях – 0,09%; в крови – 2,89 г/л. В организме среднестатистического человека (масса тела 70 кг) 95 г хлора.

Ионы хлора жизненно важны для растений. Хлор участвует в энергетическом обмене растений, активируя окислительное фосфорилирование. Необходим для образования кислорода в процессе фотосинтеза изолированными хлоропластами, стимулирует вспомогательные процессы фотосинтеза, в основном связанные с накоплением энергии. Хлор положительно влияет на усвоение корнями кислорода, соединений калия, кальция и магния. Чрезмерная концентрация ионов хлора в растениях может иметь и отрицательную сторону, например, снижение содержания хлорофилла, снижение активности фотосинтеза и задержку роста и развития растений.

Но есть растения, которые в процессе эволюции приспособились к засолению почвы или в борьбе за пространство заняли пустынные болота, где нет конкуренции. Растения, произрастающие на засоленных почвах, называются галофитами, они накапливают хлориды в течение вегетационного периода, а затем удаляют излишки посредством листопада или выделяют хлориды на поверхность листьев и ветвей и получают двойную выгоду от защиты поверхности от солнечного света.

Среди микроорганизмов известны также галофилы – галобактерии, обитающие в сильно засоленных водах или почвах.

Особенности работы и меры предосторожности

Хлор — ядовитый и удушающий газ, который при попадании в легкие вызывает ожоги легочной ткани, удушье. Он оказывает раздражающее действие на дыхательные пути при концентрации в воздухе около 0,006 мг/л (т. е вдвое превышает порог запаха хлора). Хлор был одним из первых боевых отравляющих веществ, использованных Германией в Первой мировой войне. При работе с хлором следует надевать защитную одежду, противогазы и перчатки. На короткое время защитить органы дыхания от попадания хлора можно тряпичной повязкой, смоченной раствором сульфита натрия Na2SO3 или тиосульфата натрия Na2S2O3.

ПДК хлора в атмосферном воздухе составляет: среднесуточная – 0,03 мг/м³; максимально однократно – 0,1 мг/м³; в рабочих помещениях промышленного предприятия – 1 мг/м³.

Газообразного хлора

ХЛОР, химический элемент VII группы периодической системы, относится к галогенам. Атомный номер 17, относительная атомная масса 35 453. Природный хлор состоит из смеси двух изотопов: хлора-35 (75,77%) и хлора-37 (24,23%).

История получения.

Хлор, вероятно, был получен алхимиками, но его открытие и ранние исследования неразрывно связаны с именем знаменитого шведского химика Карла Вильгельма Шееле. Шееле открыл пять химических элементов: барий и марганец (вместе с Йоханом Ганом), молибден, вольфрам, хлор и независимо от других химических элементов (хотя и позже) еще три: кислород, водород и азот. Ни один химик не смог впоследствии повторить это достижение. В то же время Шееле, уже избранный в Шведскую королевскую академию наук, был простым фармацевтом в Кёпинге, хотя мог бы занять и более почетный и престижный пост. Фридрих II Великий, король Пруссии, сам предложил ему должность профессора химии в Берлинском университете. Отвергая такие заманчивые предложения, Шееле говорил: «Я не могу есть больше, чем мне нужно».

Конечно, многие соединения хлора были известны задолго до Шееле. Этот элемент входит в состав многих солей, в том числе самой известной – поваренной соли. В 1774 году Шееле выделил свободный хлор, нагревая черный минерал пиролюзит с концентрированной соляной кислотой: MnO2 + 4HCl ® Cl2 + MnCl2 + 2H2O.

Сначала химики рассматривали хлор не как элемент, а как химическое соединение неизвестного элемента murium (от лат muria — рассол) с кислородом. Считалось, что соляная кислота (ее называли соляной) содержит химически связанный кислород. Об этом «свидетельствовал», в частности, такой факт: при оставлении раствора хлора на свет выделялся кислород, а в растворе оставалась соляная кислота. Однако многочисленные попытки «вырвать» кислород из хлора не увенчались успехом. Так никому не удалось получить углекислый газ нагреванием хлора с углеродом (который при высоких температурах «удаляет» кислород из многих содержащих его соединений). В результате аналогичных экспериментов Гемфри Дэви, Жозефа Луи Гей-Люссака и Луи Жака Тенара.

В 1811 году Дэви предложил для нового элемента название «хлор», от греч. «хлорос» — зеленовато-желтый. Это цвет хлора. Тот же корень в слове «хлорофилл» (от греческого «хлорос» и «филлон» — лист). Через год Гей-Люссак «сокращил» название до «хлор». Но до сих пор англичане (и американцы) называют этот элемент «хлором» (chlorine), а французы — хлором (chlorine). Немцы, «законодатели» химии, также приняли укороченное название на протяжении большей части XIX века. (по-немецки chloro — Хлор). В 1811 году немецкий физик Иоганн Швайгер предложил для хлора название «галоген» (от греческого «hals» — соль и «gennao» — рождаю). Впоследствии.

В 1826 году шведский химик Йонс Якоб Берцелиус, уточнив ранее полученные им данные, определил для хлора атомную массу 35,41, которая отличается от современной всего на 0,1%! Это удивительный результат, учитывая качество оборудования, с которым работал знаменитый химик. Основным прибором для определения атомных масс являются весы. Когда-то каждый экземпляр точных аналитических весов изготавливался мастером вручную, а хорошие весы стоили очень дорого. Поэтому такими весами могли похвастаться лишь немногие очень богатые химики. У самого Берцелиуса в молодости была плохо оборудованная лаборатория с довольно грубыми гирями, поэтому для получения достоверных результатов он был вынужден повторять один и тот же анализ 20-30 раз! Через 10 лет Берцелиус опубликовал результаты анализа 2000 соединений, состоящих из 43 элементов, и труд, затраченный им на эту колоссальную работу, превосходит все воображение. Почти столетие спустя другой известный химик, один из первых лауреатов Нобелевской премии по химии Вильгельм Оствальд, увидев в музее оборудование, с которым работал Берцелиус, сказал: «Мне стало совершенно ясно, как мало зависит от прибора и как многое на человеке, который перед ним сидит».

Хлор в природе.

Хлора в земной коре немного, всего 0,017 %, а в свободном состоянии он содержится лишь в небольших количествах в вулканических газах. В списке наиболее распространенных элементов хлор находится в конце второго десятилетия. Хлора меньше, чем даже ванадия и циркония (но больше, чем хрома, никеля, цинка, меди и азота). В то же время хлор высокодисперсен: небольшие количества этого элемента входят в состав многих различных минералов и горных пород. Очень высокая химическая активность хлора приводит к тому, что в природе он встречается, как правило, в виде соединений, в сочетании с натрием, калием, магнием и кальцием.

Хлор образует около сотни минералов; в основном это хлориды легких, щелочных и щелочноземельных металлов. Наиболее распространенным среди них является галит NaCl. Реже встречаются хлориды калия, кальция, магния. Из них наиболее распространены бишофит MgCl2 6H2O, карналлит KCl MgCl2 6H2O, сильвинит KCl, сильвинит NaCl KCl, каинит KCl MgSO4 3H2O и тахигидрит CaCl2 2MgCl2 12H2O. В виде таких соединений хлор содержится в солевых слоях, образовавшихся при высыхании древних морей. Особенно мощные месторождения состоят из галита и калийных солей; его запасы исчисляются гигантской цифрой: более 10 миллиардов тонн!

В морской воде содержится много хлора, в среднем 1,9%. Происходит это потому, что добываемый из горных пород хлор не может нигде оставаться (почти все хлориды металлов растворимы) и реки несут его в моря и океаны. Но не следует думать, что хлор, попавший в морскую воду, уже не может вернуться на континенты. В обратной миграции хлора важную роль играет ветер, увлекающий соленую пыль с поверхности океанов, морей и соленых озер. Так хлор участвует в круговороте веществ. Но в засушливых и пустынных районах в результате интенсивного испарения воды концентрация хлора в подземных водах резко возрастает. Так образуются солончаки, особенно в низинах.

Растворы хлоридов являются важным компонентом живых организмов. Содержание хлора в организме человека составляет 0,25 %, в плазме крови — 0,35 %. В организме взрослого человека содержится более 200 г хлорида натрия, из которых 45 г растворено в крови. Часто хлора в продуктах питания и природной воде не хватает для нормального развития человека, поэтому люди издревле подсаливают пищу. Хлор также попадает в корма для животных. Растения, в отличие от животных, никогда не испытывают дефицита хлора.

Получение хлора.

Метод Шееле в настоящее время используется редко, за исключением лекционных демонстраций. В лабораториях для получения хлора используют более сильный окислитель – перманганат калия, который окисляет соляную кислоту уже при комнатной температуре: 2KMnO4 + 16HCl ® 2KCl + 2MnCl2 + 8H2O + 5Cl2. Этот метод был предложен немецким химиком Карлом Гребе. Аналогично протекает реакция с бихроматом калия:

K2Cr2O7 + 14HCl® 2KCl + 2CrCl3 + 3Cl2 + 7H2O. Хлор также выделяется при действии соляной кислоты на щелочь: Ca(OCl)Cl + 2HCl ® CaCl2 + Cl2 + H2O. Может окислять соляную кислоту до свободного хлора, а концентрированный раствор перекиси водорода — пергидроль (реакция лучше проходит при ярком свете). В 1867 году английский технолог Генри Дикон разработал непрерывный метод получения хлора путем каталитического окисления хлористого водорода кислородом воздуха на медном катализаторе (процесс Дикона): 4HCl + O2 ® 2Cl2 + 2H2O. Сейчас этот метод имеет только историческое значение.

После того, как Алессандро Вольта в 1799 году создал первый химический источник постоянного тока (вольтов столб), многие ученые стали изучать влияние этого источника на различные вещества. Оказалось, что пропуская ток через раствор хлорида натрия, можно получить хлор и едкий натр. Однако промышленное значение этот метод получил только после 1872 г., когда для получения дешевой электроэнергии стали использовать динамо-машины, изобретенные бельгийским мастером З. Т. Граммом. В настоящее время практически весь хлор получают электролизом водных растворов хлорида натрия: 2NaCl + 2H2O®Cl2 + 2NaOH + H2. При этом на аноде выделяется хлор, а на катоде также образуются ценные вещества (водород и гидроксид натрия). По мере увеличения давления, хлор сжижают и заливают в стальные баллоны, где он хранится при давлении около 6 атм. Чтобы выделяющийся при электролизе хлор не разрушал аноды, их изготавливают из титановых сплавов и покрывают оксидами титана и рутения. Это производство потребляет много энергии: на тонну хлора расходуется в среднем 3000 кВтч электроэнергии. В развитых странах на производство хлора расходуется около 2% всей вырабатываемой электроэнергии! Но при этом получают другие ценные продукты — едкий натр и водород. Получите свободный хлор в больших количествах. Так, в начале 21 в только в США ежегодно производилось в количестве более 11 миллионов тонн! Но при этом получают другие ценные продукты — едкий натр и водород. Получите свободный хлор в больших количествах. Так, в начале 21 в только в США ежегодно производилось в количестве более 11 миллионов тонн! Но при этом получают другие ценные продукты — едкий натр и водород. Получите свободный хлор в больших количествах. Так, в начале 21 в только в США ежегодно производилось в количестве более 11 миллионов тонн!

Свойства хлора.

Хлор — тяжелый газ зеленовато-желтого цвета (в 2,5 раза тяжелее воздуха). Молекулы Cl2 легко диссоциируют на атомы при поглощении кванта света, а также при высокой температуре. При 730 °С степень диссоциации составляет около 0,02 %, а при 1730 °С почти 35 %. При низких давлениях хлор приближается к идеальным газам: 1 моль хлора при нормальных условиях занимает объем 22,06 л. При охлаждении до -34°С хлор сжижается, а при -101°С затвердевает. Температуру сжижения газообразного хлора легко увеличить, если увеличить давление; так, при давлении 5 атм хлор уже кипит при +10,3°С.

Хлор хорошо растворяется в воде: при 10 °С в 1 л воды растворяется 3,15 л хлора, при 20 °С — 2,3 л. Полученный раствор широко известен как хлорированная вода. Если холодную воду (ниже 9,6 °С) насытить хлором при атмосферном давлении, из раствора выделяются желтоватые кристаллы состава Cl2·6H2O. Такие же кристаллы гидрата хлора образуются при охлаждении влажного газообразного хлора. Нагревая гидрат хлора в одной части запаянной изогнутой трубки и охлаждая другую часть льдом, Фарадей в 1823 г получил жидкий хлор. Хлор хорошо растворим во многих органических растворителях; Таким образом, в 100 г холодного бензола растворяется около 35 г хлора.

Химически хлор очень активен. Реагирует практически со всеми веществами, в том числе с платиной (при температуре выше 560°С). А золото растворяется в хлорированной воде. В 1869 году Джеймс Альфред Ванклин, профессор химии в Эдинбурге, заметил, что хорошо высушенный хлор не действует на железо и некоторые другие металлы. В результате появилась возможность хранить безводный жидкий хлор в стальных баллонах. Промышленное производство жидкого хлора было налажено в 1888 году немецкой фирмой BASF.

Высокая химическая активность хлора используется для демонстрации зрелищных лекционных экспериментов. Так, если в колбу с хлором насыпать мелкодисперсный порошок металлической сурьмы, он воспламенится на лету красивыми белыми искрами, при этом образуется белый дым SbCl3. Если в емкость с хлоркой поместить тонкую алюминиевую фольгу, то она также самовозгорается и на дно падает «огненный дождь»; в этой реакции образуются капли очень дымящейся жидкости SnCl4. Нагретая железная стружка горит в хлоре красноватым пламенем с образованием красного дыма FeCl3. Красный фосфор, добавленный к хлору, горит слабым зеленоватым пламенем. Очень бурно реагирует с хлором с рядом органических соединений. Итак, если вы бросите кусок ваты, смоченной скипидаром, в цилиндр с хлорной известью, он немедленно воспламеняется, и из цилиндра вырывается пламя и облако копоти. Эффективно горит желтым пламенем в хлориде натрия, образуя на стенках емкости белый слой соли. Этот опыт в молодости провел будущий академик, лауреат Нобелевской премии по химии Н. Н. Семенов. Собрав со стенок сосуда белый налет, он посыпал им кусок черного хлеба и смело съел его; химия не подвела – поваренная соль действительно получилась из ядовитого газа и щелочного металла! Лауреат Нобелевской премии по химии Н. Н. Семенов. Собрав со стенок сосуда белый налет, он посыпал им кусок черного хлеба и смело съел его; химия не подвела – поваренная соль действительно получилась из ядовитого газа и щелочного металла! Лауреат Нобелевской премии по химии Н. Н. Семенов. Собрав со стенок сосуда белый налет, он посыпал им кусок черного хлеба и смело съел его; химия не подвела – поваренная соль действительно получилась из ядовитого газа и щелочного металла!

Хлор активно и с выделением значительного количества теплоты реагирует с водородом:

Cl2 + H2® 2HCl + 184 кДж. Реакция протекает по цепному механизму, и при высокой скорости ее инициирования (сильное освещение ультрафиолетовым или сине-фиолетовым светом, нагрев при высокой температуре) газовая смесь (при содержании хлора более 11,5 и менее 95 %) взрывается (см также ЦЕПНЫЕ РЕАКЦИИ).

Интересная демонстрация горения водорода в атмосфере хлора: во время эксперимента иногда возникает необычный побочный эффект — слышно жужжание. Чаще всего пламя гудит, когда тонкую трубку с водородом опускают в конический сосуд, наполненный хлором; то же самое и с круглодонными колбами, но в цилиндрах пламя обычно не гудит. Это явление получило название «поющее пламя».

В водном растворе хлор частично и довольно медленно реагирует с водой; при 25°C равновесие: Cl2 + H2O HClO + HCl устанавливается за двое суток. Хлорноватистая кислота разлагается на свету: HClO ® HCl + O. Отбеливающее действие приписывается атомарному кислороду (абсолютно сухой хлор такой способностью не обладает).

Хлор в своих соединениях может проявлять все степени окисления от -1 до +7. С кислородом хлор образует ряд оксидов, все из которых в чистом виде неустойчивы и взрывоопасны: Cl2O — желто-оранжевый газ, ClO2 — желтый газ (ниже 9,7 °C — ярко-красная жидкость) перхлорат хлора Cl2O4 (ClO–ClO3, светло-желтая жидкость), Cl2O6 (O2Cl–O–ClO3, ярко-красная жидкость), Cl2O7 — бесцветная взрывоопасная жидкость. Нестабильные оксиды Cl2O3 и ClO3 были получены при низких температурах. Оксид ClO2 производится в промышленных масштабах и используется вместо хлора для отбеливания целлюлозы и обеззараживания питьевой воды и сточных вод. С другими галогенами хлор образует ряд так называемых межгалогенных соединений, например ClF, ClF3, ClF5, BrCl, ICl, ICl3.

Хлор и его соединения с положительной степенью окисления являются сильными окислителями. В 1822 г немецкий химик Леопольд Гмелин получил красную кровяную соль из желтой кровяной соли окислением хлором: 2K4[Fe(CN)6] + Cl2 ® K3[Fe(CN)6] + 2KCl. Хлор легко окисляет бромиды и хлориды с выделением свободного брома и йода.

Хлор в разных степенях окисления образует ряд кислот: HCl — хлористоводородная (соли, соли — хлориды), HClO — хлорноватистая (соли — гипохлориты), HClO2 — хлоридная (соли — хлориты), HClO3 — соляная (соли — хлораты), HClO4 – хлор (соли – перхлораты). В чистом виде из кислородных кислот устойчива только хлорная кислота. Из солей кислородных кислот гипохлориты, хлорит натрия NaClO2 – для отбеливания тканей, для изготовления компактных пиротехнических источников кислорода (“кислородных свечей”), хлораты калия (бертолетовая соль), кальция и магния (для борьбы с сельскохозяйственными вредителями, в качестве компонентов пиротехнических составов и взрывчатых веществ, в производстве спичек), перхлораты – компоненты взрывчатых веществ и пиротехнических составов.

Хлор реагирует со многими органическими соединениями. Он быстро присоединяется к ненасыщенным соединениям с двойными и тройными углерод-углеродными связями (реакция с ацетиленом протекает на ура), а в легких – к бензолу. При определенных условиях хлор может замещать атомы водорода в органических соединениях: R–H + Cl2 ® RCl + HCl. Эта реакция сыграла важную роль в истории органической химии. В 1840-х годах французский химик Жан Батист Дюма обнаружил, что при взаимодействии хлора с уксусной кислотой реакция

CH3COOH + Cl2 ® CH2ClCOOH + HCl. При избытке хлора образуется трихлоруксусная кислота CCl3COOH. Однако многие химики с недоверием отнеслись к работе Дюма. В самом деле, согласно общепринятой тогда теории Берцелиуса, положительно заряженные атомы водорода не могли быть заменены отрицательно заряженными атомами хлора. Такой точки зрения придерживались в то время многие видные химики, в том числе Фридрих Велер, Юстус Либих и, конечно, сам Берцелиус.

Чтобы высмеять Дюма, Велер передал своему другу Либиху статью от имени некоего С. Виндлера (Schwindler по-немецки мошенник) о новом успешном применении реакции, якобы открытой Дюма. В статье Вёлер с явным издевательством писал о том, как в ацетате марганца Mn(CH3COO) 2 удалось заменить все элементы по их валентности хлором, в результате чего получилось желтое кристаллическое вещество, состоящее только из хлора. Далее утверждалось, что в Англии путем последовательной замены всех атомов в органических соединениях атомами хлора обычные ткани становятся хлорными, а вещи сохраняют свой вид. В сноске отмечалось, что лондонские магазины быстро торгуют материалами, содержащими только хлор.

Либиху понравилась шутка, и он опубликовал ее (на французском языке) от имени К. Виндлера через несколько страниц после статьи Дюма. Намек оказался очень прозрачным. Однако Дюма оказался прав.

Реакция хлора с органическими соединениями приводит к образованию многих хлорорганических продуктов, среди которых широко используемые растворители метиленхлорид CH2Cl2, хлороформ CHCl3, четыреххлористый углерод CCl4, трихлорэтилен CHCl=CCl2, тетрахлорэтилен C2Cl4. В присутствии влаги хлор обесцвечивает зеленые листья растений, многие красители. Это использовалось с 18 века для отбеливания тканей.

Хлор как отравляющий газ.

Шееле, получившая отбеливатель, отметила очень неприятный резкий запах, одышку и кашель. Как позже стало известно, человек чувствует запах хлора, даже если в литре воздуха содержится всего 0,005 мг этого газа, и при этом он уже оказывает раздражающее действие на дыхательные пути, разрушая клетки слизистой оболочки дыхательных путей и легкие. Концентрация 0,012 мг/л переносится тяжело; если концентрация хлора превышает 0,1 мг/л, это становится опасным для жизни: дыхание учащается, становится судорожным, а затем все более редким, а через 5-25 мин дыхание останавливается. Предельно допустимая концентрация в воздухе промышленных предприятий составляет 0,001 мг/л, а в воздухе населенных пунктов – 0,00003 мг/л.

Петербургский академик Товий Егорович Ловиц, повторяя опыт Шееле в 1790 г., случайно выпустил в воздух значительное количество хлора. Вдохнув его, он потерял сознание и упал, после чего восемь дней страдал от мучительной боли в груди. К счастью, он выздоровел. Чуть не погиб, отравившись хлором, и знаменитый английский химик Дэви. Эксперименты даже с небольшим количеством хлора опасны, так как могут вызвать серьезное повреждение легких. Говорят, что немецкий химик Эгон Виберг начал одну из своих лекций о хлоре словами: «Хлор — ядовитый газ. Если меня отравят во время очередной демонстрации, пожалуйста, вытащите меня на улицу. Но конференцию, к сожалению, придется прервать. Если вы выпустите слишком много хлора в воздух, он станет настоящим беспорядком. Это испытали во время Первой мировой войны англо-французские войска. Утром 22 апреля 1915 года немецкое командование решило провести первую в истории войн газовую атаку: когда ветер дул в сторону противника, на небольшом фронте в шесть километров вблизи Бельгийский город Ипр, каждый из которых содержит 30 кг жидкого хлора. В течение 5 минут образовалось огромное зеленовато-желтое облако, медленно удалявшееся от немецких окопов в сторону союзников. Английские и французские солдаты были совершенно беззащитны. Газ проник через щели во все укрытия, выхода не было: ведь противогаз еще не изобрели. В результате было отравлено 15 000 человек, из которых 5000 умерли. Через месяц, 31 мая, немцы повторили газовую атаку на Восточном фронте против русских войск. Это произошло в Польше недалеко от города Болимов. На фронте в 12 км из 12 тысяч баллонов было выпущено 264 тонны гораздо более ядовитой смеси хлора с фосгеном (хлорангидрида COCl2). Королевское командование знало, что произошло в Ипре, и все же у русских солдат не было средств защиты! В результате газовой атаки потери составили 9146 человек, из них только 108 в результате обстрелов из ружей и артиллерии, остальные отравились. При этом почти сразу погибли 1183 человека, остальные отравились. При этом почти сразу погибли 1183 человека, остальные отравились. В то же время.

Вскоре химики заметили, как спастись от хлора: дышать надо через марлю, пропитанную раствором тиосульфата натрия (это вещество используется в фотографии, его часто называют гипосульфитом). Хлор очень быстро реагирует с раствором тиосульфата, окисляя его:

Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O® 2H2SO4 + 2NaCl + 6HCl. Конечно, серная кислота тоже не безобидное вещество, но ее разбавленный водный раствор гораздо менее опасен, чем ядовитый хлор. Поэтому тиосульфат в те годы имел другое название — «антихлор», но первые тиосульфатные противогазы были малоэффективны.

В 1916 году русский химик, будущий академик Николай Дмитриевич Зелинский изобрел действительно эффективный противогаз, в котором отравляющие вещества удерживались слоем активированного угля. Такой уголь с сильно развитой поверхностью мог удерживать гораздо больше хлора, чем пропитанная гипосульфитом марля. К счастью, «хлорные атаки» остались лишь трагическим эпизодом в истории. После мировой войны у хлора были только мирные профессии. См также ХИМИЧЕСКОЕ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ.

Применение хлора.

Ежегодно в мире производится огромное количество хлора, десятки миллионов тонн. Только в США в конце 20 века электролизом ежегодно получали около 12 млн т хлора (10 место среди химических производств). Большая его часть (до 50%) расходуется на хлорирование органических соединений: для получения растворителей, синтетического каучука, поливинилхлорида и других пластиков, хлоропренового каучука, пестицидов, лекарств и многих других нужных и полезных продуктов. Остальное расходуется на синтез неорганических хлоридов, в целлюлозно-бумажной промышленности на отбеливание древесной массы, на очистку воды. В относительно небольших количествах хлор используется в металлургической промышленности. С его помощью получают очень чистые металлы: титан, олово, тантал, ниобий. Хлороводород получают путем сжигания водорода в хлоре и из него – соляной кислоты. Хлор применяют также для производства отбеливающих средств (гипохлоритов, хлорной извести) и обеззараживания воды хлорированием.

Якименко Л. М. Производство хлора, едкого натра и хлорнеорганических продуктов. М., Химия, 1974 Барков С. А. Галогены и подгруппа марганца: элементы VII группы периодической системы Д. И. Менделеева. М., Иллюстрация, 1976 г Фурман А. А. Неорганические хлориды. М., Химия, 1980

Каспарова Элина Артуровна -
Главный врач Поликлиники №19 (ГП 19 ДЗМ)
Приём населения:
пн. 15:00-20:00
чт. 09:00-12:00

ГБУЗ ЦЛО ДЗМ Аптечный пункт № 40-3
"Горячая линия" ГП №19: 8 (977) 851-57-76
109451, г. Москва, ул. Верхние поля, д. 34, корп. 4
Оцените статью
Поделиться с друзьями
Городская поликлиника №19 (ГБУЗ №19)
Подписаться
Уведомить о
guest
0 Комментарий
Межтекстовые Отзывы
Посмотреть все комментарии
Adblock
detector