Хлор

План

1 Історична довідка.

2. Поширення в природі.

3. Фізичні й хімічні властивості.

4. Отримання хлору.

5. Застосування хлору.

6. Хлор в організмі.

7. Отруєння хлором.

ІСТОРИЧНА ДОВІДКА

Хлор (лат. Chhrum), Сl — хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 17, атомна маса 34,453; належить до сімейства гало­генів. За нормальних умов хлор — жовто-зелений газ із різким подразливим за­пахом. Природний хлор складається з двох стабільних ізотопів: 35С1 (75,77 %) і 37Сl (24,23 %). Штучно отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 32, 33, 34. 36, 38, 39, 40 і періодами піврозпаду Т1/2 відповідно 0,31; 2,5; 1,56 с; 3,1-105 років, 37,3; 55,5 і 1,4 хв. 36С1 і 38Сl використовуються як ізотопні індикатори.

Хлор отриманий вперше в 1774 p. K. Шеєле взаємодією соляної кислоти з піролюзитом МпО2. Однак тільки в 1810 році Г. Деві встановив, що Хлор — елемент, і назвав його chlorine (від грецьк. слова chloros — жовто-зелений). У 1813 році Ж. Л. Гей-Люссак запропонував для цього елемента назву Хлор.

ПОШИРЕННЯ В ПРИРОДІ

Хлор зустрічається в природі тільки у вигляді сполук, середній вміст Хло­ру в земній корі 1,7 10"2 % за масою, у кислих вивержених породах — гранітах — 2,4 10"2 %, в основних і ультраосновних — 5 • 10° %. Основний шлях, за яким Хлор потрапляє в земну кору — водна міграція. У вигляді іона СГ він міститься у Світо­вому океані (1,93 %), підземних розсолах і соляних озерах. Число власних міне­ралів (переважно природних хлоридів) — 97, головний з них — кам'яна сіль NaCl. Відомі також великі родовища калій та магній хлоридів і змішаних хлоридів: сильвін КС1, сильвініт (Na, К) СІ, корналіт КС1 • MgCl2 • 6Н20, каїніт КС1 • MgS04 • ЗН20, бішофіт MgCl2 6Н20 В історії Землі велике значення мало надходження НСІ, шо містився у вулканічних газах, у верхні частини земної кори

ФІЗИЧНІ Й ХІМІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Хлор має температуру кипіння 34.05 °С, температуру плавлення 101 С Густина газоподібного хлору за нормальних умов 3.214 г/дм1: насиченої пари при 0 °С — 12,21 г/дм3; рідкого хлору при температурі кипіння — 1.557 г/см3 твердого хлору при 102 °С — 1.9 г/см3 Тиск насичених парів хлору при 0° С 0,369 МПа, при 25 °С - 0,772 МПа. при 100 °С - 3,814 Мпа. Теплота плавлення — 90,3 кДж/кг. теплота випаровування — 288 кДж/кг. теплоємність газу при постійному тиску 0,48 кДж/(кгК) Хлор добре розчиняється в ТіСІ4, SiCl4, SnCl4 і в деяких органічних розчинниках (особливо в гексані і чотири хлористому вуглеці).

Молекула хлору двохатомна (С12) Ступінь термічної дисоціації СІ, 243 кДж -> 2С1 при 1 000 К дорівнює 2,07 104 %, при 2 500 К - 0,909 %

Зовнішня електронна конфігурація атома СІ Зs2Зр5 Відповідно до цього Хлор у сполуках виявляє ступені окиснювання —1, +1, +3, +4, +5, +6 і +7 Ковалентний радіус атома 0,99 Е, іонний радіус СІ 1,82 Е, споршненість атома Хлору до електрона 3,65 еВ, енергія іонізації 12,97 еВ

Хімічно хлор дуже активний, безпосередньо з’єднується майже з усіма мета­лами (із деякими тільки в присутності вологи або при нагріванні) і з неметалами (крім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), утворюючи відповідні хлориди

з металами:

nСІ, + 2Me → 2МеС1n,

з неметалами:

Si + 2С12 → SiCl4 + Q .

2S + Cl2 → S2Cl2,

І2 + ЗС12 → 21С13

Хлор вступає в реакцію з багатьма сполуками

заміщає ОН у граничних вуглеводнях:

ROH + СH- ↔ RC1 + ОН ,

приєднується до ненасичених сполук

Хлор витісняє бром і йод з їхніх сполук із воднем і металами

MgBr, + С12 → MgCl2+ Br2,

2КІ + СІ2 → 2КС1 + І2,

2ННаІ + С12 → 2НС1 + Hal2 (Hal = Br, I).

Зі сполук хлору з цими елементами він витісняється фтором

2МеС1n + nF2 → 2MeFn + nС12Т.

Лужні метали в присутності вологи взаємодіють зі хлором із спалахуванням, більшість металів реагують із сухим хлором тільки при нагріванні. Сталь, а також деякі інші метали стійкі в атмосфері сухого хлору в умовах невисоких температур, тому їх використовують для виготовлення апаратури та сховищ для сухого хлору Фосфор спалахує в атмосфері хлору, утворюючи РС1,, а при подальшому хлору­ванні — РС15:

2Р + С12 -> 2РС15.

Сірка з хлором при нагріванні дає S2C12, SC12 й інші SnClm. Миш'як, сурма, вісмут, стронцій, телур енергійно взаємодіють із хлором. Суміш хлору з воднем горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям з утворенням хлористого кар­бону (це ланцюгова радикальна реакція):

Н2 + С12 ↔ 2НСІ.

Максимальна температура воднево-хлористого полум'я — 2200 °С. Суміші хлору з воднем, що містять від 5,8 до 88,3 % Н2, вибухонебезпечні.

З киснем хлор утворює оксиди: С120, С12, С1206, С1207, Cl2Og, а також гіпохло­рити (солі хлорнуватистої кислоти НС1O), хлорити (солі хлористої кислоти НС120), хлорати (солі хлорнуватої кислоти НС1O3) і перхлорати (солі хлорної кислоти НСЮ4). Усі кисневі сполуки Хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з речо­винами, що легко окиснюються. Оксиди хлору малостійкі й можуть самодовільно вибухати, гіпохлорити при зберіганні повільно розкладаються, хлорати й перхлорати можуть вибухати під впливом ініціаторів.

Хлор у воді гідролізується, утворюючи хлорнувату й соляну кислоти:

С12 + Н20 -> НС1O + НСІ.

При хлоруванні сухого гідроокису кальцію одержують хлорне вапно:

2С12 + 2Са(ОН)2 -> Са(ОС1)2 + СаС12 + 2Н20.

хлорне

вапно

При хлоруванні органічних сполук хлор або замішає водень:

R - Н + С12 = RC1 + НСІ,

або приєднується за кратними зв'язками:

утворюючи різні хлорвмісні органічні сполуки.

Хлор утворює з іншими галогенами міжгалогенні сполуки. Фториди OF, C1F3, C1F5 дуже реактивноздатні; наприклад, в атмосфері C1F3 скляна вата самозай­мається. Відомі сполуки хлору з киснем і фтором — оксифториди хлору: C1F3F, C1F2F3,ClOF, C10F3 і перхлорат фтору FC1F4.

ОТРИМАННЯ ХЛОРУ

Хлор почали одержувати в промисловості в 1785 році взаємодією соляної кислоти з манган (IV) оксидом або піролюзитом:

НСІ + Мn02→МnС12 + Cl2↑ + 2H20.

У 1867 році англійський хімік Г. Дікон розробив спосіб отримання хлору окиснюванням НСІ киснем повітря за присутності каталізатора. З кінця XIX — початку XX ст. хлор одержують електролізом водних розчинів хлоридів лужних металів. За цими методами у 70-х роках XX ст. вироблялося 90—95 % хлору у світі. Невелику кількість хлору одержують попутно при виробництві магнію, кальцію, натрію й літію електролізом розплавлених хлоридів. У 1975 році світо­ве виробництво хлору складало близько 23 млн тонн.

Застосовуються два основні методи електролізу водних розчинів NaCl: у електролізерах із твердим катодом і пористою фільтруючою діафрагмою; в електролізерах із ртутним катодом. За обома методами на графітовому або ок­сидному титано-рутенієвому аноді виділяється газоподібний хлор. За першим етодом на катоді виділяється водень і утворюється розчин NaOH і NaCl. із якого наступною 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 нa тонну хлору 1.125 тон­ни NaOH.

Електроліз із діафрагмою вимагає менших капіталовкладень для організації виробництва хлору, дає дешевший NaOH Метод із ртутним катодом дозволяє одержувати дуже чистий NaOH, але ртуть забруднює навколишнє середовище. У 1970 році за методом із ртутним катодом вироблялося 62,2% хлору у світі, із твердим катодом - 33,6 % та іншими способами - 4,3 % Після 1970 року почали застосовувати електроліз із твердим катодом і іонообмін­ною мембраною, що дозволяє одержувати чистий NaOH без використання ртуті.

ЗАСТОСУВАННЯ ХЛОРУ

Однією з важливих галузей хімічної промисловості є хлорна промисловість Основні кількості хлору переробляються на міст його виробництва на хлорвмісні сполуки. Зберігають і перевозять хлор у рідкому вигляді в балонах, бочках, залізничних цистернах або в спеціально обладнаних кораблях Для індустріальних країн характерним є таке застосування хлору на виробництво хлорвмісних органічних сполук — 60—75 %, на виробництво неорганічних сполук, що містять хлор, — 10—20%, на вибілювання целюлози і тканин -5—15 %, на санітарні потреби й хлорування води — 2—6 % від загального ви­пуску.

Хлор застосовується також для хлорування деяких руд із метою здобування титану, ніобію, цирконію та ін.

ХЛОР В ОРГАНІЗМІ

Хлор — один із біогенних елементів, постійний компонент тканин рослин і тварин. Вміст його в рослинах — від тисячних часток відсотка до цілих відсотків, у тварин — десяті й соті частки відсотка. Добова потреба дорослої людини в хлорі (2—4 г) покривається за рахунок харчових продуктів 3 їжею він надходить зазвичай в надлишку у вигляді натрій та калій хлориду. Особли­во багаті на хлор хліб, м'ясні й молочні продукти.

В організмі тварин хлор — основна осмотично активна речовина плазми крові, лімфи, спинномозкової рідини і деяких тканин. Він відіграє важливу роль у водно-сольовому обміні, сприяючи утриманню тканинами води Регу­ляція кислотно-лужної рівноваги в тканинах здійснюється поряд з іншими процесами шляхом зміни в розподілі хлору між кров'ю та іншими тканина­ми. Хлор бере участь в енергетичному обміні рослин, активуючи як окисне фосфорилювання, так і фотофосфорилювання. Хлор позитивно впливає на поглинання коренями кисню.

Хлор необхідний для утворення кисню в процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами. До складу більшості поживних середовищ для штучного куль­тивування рослин хлор не входить. Можливо, для розвитку рослин достатніми є досить малі його концентрації.

ОТРУЄННЯ ХЛОРОМ

Отруєння хлором можливе в хімічній, целюлозно-паперовій, текстильній фар­мацевтичній промисловості Хлор подразнює слизові оболонки очей і дихальних шляхів До первинних запальних змін зазвичай додається вторинна інфекція Го­стре отруєння розвивається майже відразу При вдиханні середніх і низьких кон­центрацій хлору з'являються тиск і біль у грудях, сухий кашель, прискорене дихан­ня, різь в очах, сльозотеча, підвищення вмісту лейкоцитів у крові, підвищення температури тіла Можливі бронхопневмонія, токсичний набряк легень, депресив­ний стан, судороги У легких випадках одужання настає через 3- 7 діб. Як віддалені наслідки спостерігаються катари верхніх дихальних шляхів, рецидивний бро­нхіт, пневмосклероз, можлива активізація туберкульозу легень.

При тривалому вдиханні невеликих концентрацій хлору спостерігаються аналогічні, але уповільнені форми захворювання.

Профілактика отруєнь герметизація виробництва й устаткування, ефектив­на вентиляція, при необхідності використання протигаза Гранично припустима концентрація хлору в повітрі виробничих приміщень - 1 мг/м3. Виробництво хлору, хлорного вапна га інших хлорвмісних сполук належить до виробництв її шкідливими умовами праці.