Как выглядит хлор в химии

Хлор как химический элемент таблицы Менделеева

Как был открыт Хлор

История такого химичнского элемента как хлор начинается очень давно. Известно, что о каменной соли, которая является соединением натрия и хлора было известно еще в 3 тысячелетии до нашей эры. В тоже время рассол из каменной соли использовался около 8000 лет назад. В какой то период времени каменная соль использовалась в качестве валюты. Есть подтверждения того, что во времена Римской Империи с генералами за услучи расчитывались именно каменной солью. Элементарный хлор впервые был выделен в районе 1200 года с открытием царской водки. Это умозаключение сделано из соображений того, что в это время было открыто расщепление золота царской водкой. Как известно одним из продуктов этой химической реакции является именно газообразный хлор. В то время никто не установил, что образовавшийся желто-зеленый газ является новым химическим веществом.

Сегодня большая часть ученого мира приписывает открытие именно Карлу Шееле. Это обосновывается тем, что он назвал этот газ «дефлорированным воздухом» или воздухом из соляной кислоты. В те времена общепринятая химическая теория гласила, что кислота подразумевает собой соединение с кислородом. Поэтому в будующем такие ученые как Клод Бертолле, Джозеф Луи Гей-Люссак и Луи Жак Тенар пытались отделить из этого газа новый химический элемент. Успехом эти эксперименты не закончились. В 1810 году сэр Хэмфри Дэви попробовал сам провести этот эксперимент и сделал заключение что желтовато-зеленый газ является не соединением, а новым химическим элементом.

Где и как добывают Хлор

Хлор является одним из важнейших коммерческих химических элементов на нашей планете. Его годовое производство составляет около 90 млн тонн. Способов получения хлора большое множество, но почти все они основываются на электрохимических реакциях. В небольших количествах его можно получить и химическими способами, но для масштабного производства ни один из них не применяется. Хлор является побочным продуктом при производстве таких металлов как натрий и магний.

Исходным материалом для производства хлора электрохимическими методами являются водные растворы хлорида натрия. Различаются только конструктивное исполнение установок для производства. Самым важным моментом является то, чтобы анод на котором образуется хлор был отделен от катода, на котором образуются ионы водорода и гидроксида. Если они будут объединены в сосуде, то при химической реакции будет образовываться взрывоопасная смесь оксигидрохлорид хлора.

На сегодняшний день самым распространенным методом получения хлора является «диафрагменный метод». На установке между электродами находится асбестовая диафрагма, которая пропускает через себя ионы натрия, но оставляет ионы хлора и гидроксида. Этот метод составляет около 49% рынка производства хлора.

Следующим по популярности идет «мембранный процесс». Отличием является то, что вместо асбестовой диафрагмы используется пластиковая мембрана. Доля этого процесса на мировом рынке составляет около 28%.

Ну и заключительным процессом является «процесс амальгамы». Этот процесс используется значительно реже, чем остальные. Доля его рынка составляет около 18% от общего, но отличия тут более существенные. В этом процессе электроды полностью разделены. Для этого используется ртутный катод, который из-за высокого перенапряжения позволяет образовывать натрий вместо водорода, который присутствует в виде амальгамы натрия. Этот метод позволяет получить продукт хорошей чистоты, но он требует больших затрат защитные меры из-за опасности ртути.

Существует еще очень много методов получения хлора, но эти три на сегодняшний день делят большие доли рынка.

Распространенность Хлора

Хлор является довольно распространенным химическим веществом. Во Вселенной масса его молекул ориентировочно составляет 0,0001% от общей массы. Если рассматривать Землю, то тут его процент содержания еще выше. Из-за его высокой реакционной способности в свободном виде он почти не встречается. В свободном виде его можно встретить только в вулканическом газе и в озоновом слое. Его концентрация даже там очень невелика.

На Земле хлор встречается в основном в виде хлоридов. В пример можно поставить те же хлорид натрия и хлорид магния. По распространенности среди химических элементов он занимает 19 позицию. Многие хлориды хорошо растворяются в воде и поэтому хлор является очень распостраненным элементом в Мировом океане. По предварительным оценкам масса атомов хлора составляет около 2% от общей массы Мирового океана. Самая высокая концентрация хлора среди морей и океанов наблюдается в «Мертвом море». Что же касается хлоросодержащих минералов, то тут самыми популярными являются галит, сильвин, карналлит, бишофит и каинит. Хлоросодержащих минералов известно более 2200 вариаций, но самыми ценными являются галит и сильвин.

Применение Хлора

Не смотря на широкую распространенность хлора, его применение не очень однозначное. С одной стороны, большая часть добываемого хлора (около 85%) поступает в химическую промышленность. В которой его используют для производства других хлоросодержащих соединений. С другой стороны из хлора создаются более 15000 соединений, которые применяются почти повсеместно. Они затрагивают такие отрасли как медицина, пищевая промышленность, военная промышленность, строительная деятельность и многие другие. Около 63% хлора уходит на производство органических соединений, 18% на производство неорганических соединений, а оставшиеся 19% на отбеливание и дезинфекцию. Если не углубляться, то самыми популярными веществами производимыми из хлора являются винилхлорид, поливинилхлорид(ПВХ), метилхлорид, хлороформ, хлорбензол, гипохлорит натрия и кальция. Последние два (гипохлорит натрия и кальция) используются для дезинфекции помещений. В пример можно поставить бассейны, места общего пользования, а также все помещения больниц и тюрем.

Интересные факты

Интересных фактов связанных с таким химическим элементом как хлор достаточно много. Стоит начать с того, что хлор является важным элементом для организма человека. Если быть конкретнее, то он играет важную роль в обмене веществ. Хлор необходим для образования и воспроизведения соляной кислоты в желудке человека, а так же для насосных функций в клетках организма. С другой стороны хлор является токсичным газом, который может нанести значительный вред организму человека. Хлор атакует в первую очередь слизистые оболочки организма, такие как дыхательные пути, глаза и кожу.

Источник

Как выглядит хлор в химии

Хлор ( χλωρός — зелёный) — элемент главной подгруппы седьмой группы, третьего периода периодической системы химических элементов Д. И. Менделеева, с атомным номером 17. Обозначается символом Cl (лат. Chlorum). Химически активный неметалл. Входит в группу галогенов (первоначально название «галоген» использовал немецкий химик Швейгер для хлора [дословно «галоген» переводится как солерод], но оно не прижилось, и впоследствии стало общим для VII группы элементов, в которую входит и хлор).

Простое вещество хлор (CAS-номер: 7782-50-5) при нормальных условиях — ядовитый газ желтовато-зелёного цвета, с резким запахом. Молекула хлора двухатомная (формула Cl₂).

Впервые хлор был получен в 1772 г. Шееле, описавшим его выделение при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой в своём трактате о пиролюзите:

Шееле отметил запах хлора, схожий с запахом царской водки, его способность взаимодействовать с золотом и киноварью, а также его отбеливающие свойства.

Однако Шееле, в соответствии с господствовавшей в химии того времени теории флогистона, предположил, что хлор представляет собой дефлогистированную соляную кислоту, то есть оксид соляной кислоты. Бертолле и Лавуазье предположили, что хлор является оксидом элемента мурия, однако попытки его выделения оставались безуспешными вплоть до работ Дэви, которому электролизом удалось разложить поваренную соль на натрий и хлор.

Распространение в природе

Изотопный состав

В природе встречаются 2 стабильных изотопа хлора: с массовым числом 35 и 37. Доли их содержания соответственно равны 75,78 % и 24,22 %.

Физические и физико-химические свойства

При нормальных условиях хлор — жёлто-зелёный газ с удушающим запахом. Некоторые его физические свойства представлены в таблице.

Некоторые физические свойства хлора

1400°С

При охлаждении хлор превращается в жидкость при температуре около 239 К, а затем ниже 113 К кристаллизуется в орторомбическую решётку 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, имеющую пространственную группу P4₂/ncm и параметры решётки a=8,56 Å и c=6,12 Å.

Растворимость

Порог восприятия запаха в воздухе равен 0,003 (мг/л).

В реестре CAS — номер 7782-50-5.

По электропроводности жидкий хлор занимает место среди самых сильных изоляторов: он проводит ток почти в миллиард раз хуже, чем дистиллированная вода, и в 10 22 раз хуже серебра. Скорость звука в хлоре примерно в полтора раза меньше, чем в воздухе.

Химические свойства

Строение электронной оболочки

Также известны соединения хлора, в которых атом хлора формально проявляет валентность 4 и 6, например ClO₂ и Cl₂O₆. Однако, эти соединения являются радикалами, то есть у них есть один неспаренный электрон.

Взаимодействие с металлами

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

Взаимодействие с неметаллами

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, взрываются при облучении с образованием хлороводорода. Смесь хлора с водородом в небольших концентрациях горит бесцветным или желто-зелёным пламенем. Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200 °C.:

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

При реакции с фтором, образуется не хлорид, а фторид:

Другие свойства

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

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

Действие хлора на аммиак можно получить трёххлористый азот:

Окислительные свойства хлора

Хлор очень сильный окислитель.

Реакции с органическими веществами

Присоединяется к ненасыщенным соединениям по кратным связям:

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

Хлор способы получения хлора

Промышленные методы

Первоначально промышленный способ получения хлора основывался на методе Шееле, то есть реакции пиролюзита с соляной кислотой:

В 1867 году Диконом был разработан метод получения хлора каталитическим окислением хлороводорода кислородом воздуха. Процесс Дикона в настоящее время используется при рекуперации хлора из хлороводорода, являющегося побочным продуктом при промышленном хлорировании органических соединений.

Сегодня хлор в промышленных масштабах получают вместе с гидроксидом натрия и водородом путём электролиза раствора поваренной соли:

Так как параллельно электролизу хлорида натрия проходит процесс электролиз воды, то суммарное уравнение можно выразить следующим образом:

1,80 NaCl + 0,50 H₂O → 1,00 Cl₂↑ + 1,10 NaOH + 0,03 H₂↑

Применяется три варианта электрохимического метода получения хлора. Два из них электролиз с твердым катодом: диафрагменный и мембранный методы, третий — электролиз с жидким ртутным катодом (ртутный метод производства). В ряду электрохимических методов производства самым легким и удобным способом является электролиз с ртутным катодом, но этот метод наносит значительный вред окружающей среде в результате испарения и утечек металлической ртути.

Диафрагменный метод с твердым катодом

Полость электролизера разделена пористой асбестовой перегородкой — диафрагмой — на катодное и анодное пространство, где соответственно размещены катод и анод электролизёра. Поэтому такой электролизёр часто называют диафрагменным, а метод получения — диафрагменным электролизом. В анодное пространство диафрагменного электролизера непрерывно поступает поток насыщенного анолита (раствора NaCl). В результате электрохимического процесса на аноде за счёт разложения галита выделяется хлор, а на катоде за счёт разложения воды — водород. При этом прикатодная зона обогащается гидроксидом натрия.

Мембранный метод с твердым катодом

Мембранный метод по сути, аналогичен диафрагменному, но анодное и катодное пространства разделены катионообменной полимерной мембраной. Мембранный метод производства эффективнее, чем диафрагменный, но сложнее в применении.

Ртутный метод с жидким катодом

Процесс проводят в электролитической ванне, которая состоит из электролизера, разлагателя и ртутного насоса, объединённых между собой коммуникациями. В электролитической ванне под действием ртутного насоса циркулирует ртуть, проходя через электролизёр и разлагатель. Катодом электролизера служит поток ртути. Аноды — графитовые или малоизнашивающиеся. Вместе с ртутью через электролизер непрерывно течет поток анолита — раствора хлорида натрия. В результате электрохимического разложения хлорида на аноде образуются молекулы хлора, а на катоде выделившийся натрий растворяется в ртути образуя амальгаму.

Лабораторные методы

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

Хранение хлора

Производимый хлор хранится в специальных «танках» или закачивается в стальные баллоны высокого давления. Баллоны с жидким хлором под давлением имеют специальную окраску — болотный цвет. Следует отметить что при длительной эксплуатации баллонов с хлором в них накапливается чрезвычайно взрывчатый треххлористый азот, и поэтому время от времени баллоны с хлором должны проходить плановую промывку и очистку от хлорида азота.

Стандарты качества хлора

Согласно ГОСТ 6718-93 «Хлор жидкий. Технические условия» производятся следующие сорта хлора

Применение

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

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

Биологическая роль хлора

Хлор относится к важнейшим биогенным элементам и входит в состав всех живых организмов.

Человек потребляет 5-10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. Младенец получает необходимое количество хлора через молоко матери, 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 участие хлора в возникновении отдельных заболеваний у человека изучено недостаточно хорошо, главным образом из-за малого количества исследований. Достаточно сказать, что не разработаны даже рекомендации по норме суточного потребления хлора. Мышечная ткань человека содержит 0,20-0,52 % хлора, костная — 0,09 %; в крови — 2,89 г/л. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) 95 г хлора. Ежедневно с пищей человек получает 3-6 г хлора, что с избытком покрывает потребность в этом элементе.

Ионы хлора жизненно необходимы растениям. Хлор участвует в энергетическом обмене у растений, активируя окислительное фосфорилирование. Он необходим для образования кислорода в процессе фотосинтеза изолированными хлоропластами, стимулирует вспомогательные процессы фотосинтеза, прежде всего те из них, которые связаны с аккумулированием энергии. Хлор положительно влияет на поглощение корнями кислорода, соединений калия, кальция, магния. Чрезмерная концентрация ионов хлора в растениях может иметь и отрицательную сторону, например, снижать содержание хлорофилла, уменьшать активность фотосинтеза, задерживать рост и развитие растений.

Но существуют растения, которые в процессе эволюции либо приспособились к засолению почв, либо в борьбе за пространство заняли пустующие солончаки на которых нет конкуренции. Растения произрастающие на засоленных почвах называются — галофиты, они накапливают хлориды в течение вегетационного сезона, а потом избавляются от излишков посредством листопада или выделяют хлориды на поверхность листьев и веток и получают двойную выгоду притеняя поверхнисти от солнечного света. В России галофиты произрастают на соляных куполах, выходах соляных отложений и засоленных понижениях вокруг соляных озёр Баскунчак, Эльтон.

Среди микроорганизмов, так же известны галофилы — галобактерии — которые обитают в сильносоленых водах или почвах.

Особенности работы и меры предосторожности

Хлор — токсичный удушливый газ, при попадании в лёгкие вызывает ожог лёгочной ткани, удушье. Раздражающее действие на дыхательные пути оказывает при концентрации в воздухе около 0,006 мг/л (т.е. в два раза выше порога восприятия запаха хлора). Хлор был одним из первых химических отравляющих веществ, использованных Германией в Первую мировую войну. При работе с хлором следует пользоваться защитной спецодеждой, противогазом, перчатками. На короткое время защитить органы дыхания от попадания в них хлора можно тряпичной повязкой, смоченной раствором сульфита натрия Na₂SO₃ или тиосульфата натрия Na₂S₂O₃.

ПДК хлора в атмосферном воздухе следующие: среднесуточная — 0,03 мг/м³; максимально разовая — 0,1 мг/м³; в рабочих помещениях промышленного предприятия — 1 мг/м³.

Источник

Хлор (Cl, Chlorine)

История хлора

В 1774 году Карл Шееле, химик из Швеции, впервые получил хлор, но считалось, что это не отдельный элемент, а разновидность соляной кислоты (calorizator). Элементарный хлор был получен в начале XIX века Г. Дэви, который разложил поваренную соль на хлор и натрий путём электролиза.

Общая характеристика хлора

Хлор (от греческого χλωρός – зелёный) является элементом XVII группы периодической таблицы химических элементов Д.И. Менделеева, имеет атомный номер 17 и атомную массу 35,452. Принятое обозначение Cl ( от латинского Chlorum).

Нахождение в природе

Хлор является самым распространённым в земной коре галогеном, чаще всего в виде двух изотопов. В силу химической активности встречается лишь в виде соединений многих минералов.

Физические и химические свойства

Хлор является ядовитым жёлто-зелёным газом, имеет резкий неприятный запах и сладковатый вкус. Именно хлор после его открытия предложили называть галогеном, в одноимённую группу он входит как один из самых химически активных неметаллов.

Суточная потребность в хлоре

В норме взрослый здоровый человек должен получать в сутки 4-6 г хлора, потребность в нём возрастает при активных физических нагрузках или жаркой погоде (при повышенном потоотделении). Обычно суточную норму организм получает из продуктов питания при сбалансированном рационе.

Продукты питания богатые хлором

Основным поставщиком хлора в организм является поваренная соль – особенно, если она не подвергается термической обработке, поэтому лучше солить уже готовые блюда. Также хлор содержат яйца, морепродукты, мясо, горох, фасоль и чечевица, гречка и рис, оливки.

Взаимодействие с другими

Кислотно-щелочной и водный баланс организма регулируется калием, натрием и хлором.

Признаки нехватки хлора

Нехватка хлора вызвана процессами, приводящими к обезвоживанию организма – сильное потоотделение в жару или при физических нагрузках, рвота, диарея и некоторые заболевания моче-выделительной системы. Признаками недостатка хлора являются вялость и сонливость, слабость в мышцах, явная сухость во рту, потеря вкусовых ощущений, отсутствие аппетита.

Признаки избытка хлора

Признаками избытка хлора в организме являются: повышение кровяного давления, сухой кашель, боль в голове и в груди, резь в глазах, слезотечение, расстройства деятельности желудочно-кишечного тракта. Как правило, переизбыток хлора может быть вызван употреблением обычной воды из-под крана, которая проходит процесс дезинфекции хлором и случается у работников тех отраслей промышленности, которые напрямую связаны с использованием хлора.

Полезные свойства хлора и его влияние на организм

Хлор в организме человека:

Применение хлора в жизни

Основное применение хлора – химическая промышленность, где с его помощью изготавливают поливинилхлорид, пенопласт, материалы для упаковки, также боевые отравляющие вещества и удобрения для растений. Обеззараживание питьевой воды хлором – практически единственный доступный способ очистки воды.

Источник