CHLORAS: ISTORIJA, SAVYBĖS, STRUKTŪRA, RIZIKA, NAUDOJIMO BŪDAI - CHEMIJA - 2025

Chloro yra cheminis elementas, kuris yra aprašomas simbolis Cl. Iš halogeno pakaitus antra, yra patalpinta žemiau fluoro, ir yra trečias labiausiai Elektroujemny elementas iš visų. Jo pavadinimas kilo dėl gelsvai žalios spalvos, kuri yra intensyvesnė nei fluoras.

Liaudiškai tariant, kai kas nors išgirsta jūsų vardą, pirmiausia jie galvoja apie drabužių balinimo produktus ir vandenį baseinuose. Nors tokiuose pavyzdžiuose chloras veikia efektyviai, balinimą ir dezinfekavimą veikia ne jo dujos, o jo junginiai (ypač hipochloritas).

Apvali kolba, kurios viduje yra dujinis chloras. Šaltinis: Larenmclane

Viršutiniame paveikslėlyje pavaizduota apvali kolba su chloro dujomis. Jo tankis yra didesnis nei oro, o tai paaiškina, kodėl jis lieka kolboje ir neišeina į atmosferą; kaip atsitinka su kitomis lengvesnėmis dujomis, pasakyti heliu arba azotu. Esant tokiai būsenai, tai ypač toksiška medžiaga, nes ji gamina druskos rūgštį plaučiuose.

Štai kodėl elementinis arba dujinis chloras, išskyrus kai kurias sintezes, nėra daug naudojamas. Tačiau jo junginiai, nesvarbu, ar jie būtų druskos, ar chlorintos organinės molekulės, apima gerą naudojimo repertuarą, peržengiant baseinus ir ypač baltus drabužius.

Taip pat jo atomai, esantys chloridų anijonų pavidalu, randami mūsų kūne ir reguliuoja natrio, kalcio ir kalio kiekį, taip pat skrandžio sultyse. Priešingu atveju natrio chlorido nurijimas būtų dar mirtinas.

Chloras gaunamas elektrolizuojant sūrymą, kuriame gausu natrio chlorido. Tai pramoninis procesas, kurio metu taip pat gaunamas natrio hidroksidas ir vandenilis. Kadangi jūros yra beveik neišsemiamas šios druskos šaltinis, galimi šio elemento rezervai hidrosferoje yra labai dideli.

Istorija

Pirmieji požiūriai

Senovės civilizacijos dėl didelio chloro dujų reaktyvumo niekada neįtarė apie jo egzistavimą. Tačiau jo junginiai nuo seniausių laikų buvo žmonijos kultūros dalis; jos istorija pradėta sieti su įprasta druska.

Kita vertus, chloras kilo dėl ugnikalnių išsiveržimų ir kai kažkas ištirpino auksą vandens regijoje; Bet nė vieno iš šių pirmųjų požiūrių net nepakako suformuluoti minčiai, kad minėtos gelsvai žalios dujos yra elementas ar junginys.

Atradimas

Chloro atradimas priskiriamas švedų chemikui Carlui Wilhelmui Scheelei, kuris 1774 m. Atliko mineralinio pirolito ir druskos rūgšties (tuomet dar vadintos muriato rūgštimi) reakciją.

Scheele gauna kreditą, nes jis buvo pirmasis mokslininkas, tyrinėjęs chloro savybes; nors tai anksčiau (1630 m.) pripažino Janas Baptistas van Helmontas.

Eksperimentai, kurių metu Scheele pateikė savo pastebėjimus, yra įdomūs: jis įvertino balinimo chloro poveikį raudonai ir melsvai žiedlapių žiedlapiams, taip pat augalų ir vabzdžių, kurie akimirksniu mirė, lapams.

Taip pat jis pranešė apie didelį metalų reagavimo greitį, uždususį kvapą ir nepageidaujamą poveikį plaučiams ir kad, ištirpus vandenyje, jo rūgštingumas padidėjo.

Deguonies rūgštis

Iki to laiko chemikai rūgštimi laikė bet kurį junginį, kuris turėjo deguonies; taigi jie klaidingai manė, kad chloras turi būti dujinis oksidas. Taip jie vadino „oksimuriátiko rūgštį“ (sūrio rūgšties oksidą), vardą, kurį sukūrė garsus prancūzų chemikas Antoine'as Lavoisier.

Tada 1809 m. Joseph Louis Gay-Lussac ir Louis Jacques Thénard bandė sumažinti šią rūgštį medžio anglimi; reakcija, su kuria jie iš metalų gavo oksidus. Tokiu būdu jie norėjo išgauti tariamo oksi-muratinės rūgšties cheminį elementą (kurį jie vadino „muriatic rūgšties deflogenizuotu oru“).

Tačiau Gay-Lussac ir Thénard nepavyko eksperimentuoti; tačiau jie teisingai svarstė galimybę, kad minėtos gelsvai žalios dujos turi būti cheminis elementas, o ne junginys.

Pripažinimas kaip elementas

Chloras buvo pripažintas cheminiu elementu dėka sero Humphry Davy, kuris 1810 m. Pats atliko eksperimentus su anglies elektrodais ir padarė išvadą, kad toks murozinės rūgšties oksidas neegzistuoja.

Be to, būtent Davy sukūrė šio elemento pavadinimą „chloras“ iš graikiško žodžio „chloros“, kuris reiškia gelsvai žalią.

Tyrinėdami chemines chloro savybes, daugelis jo junginių buvo fiziologinio tirpalo; todėl jie pavadino jį „halogenu“, kuris reiškia druskos susidarymą. Tada terminas halogenas buvo naudojamas su kitais tos pačios grupės elementais (F, Br ir I).

Michaelas Faradėjus netgi sugebėjo suskystinti chlorą į kietą medžiagą, kuri, užteršta vandeniu, sudarė hidratą Cl ₂ · H ₂ O.

Likusi chloro istorija yra susijusi su jo dezinfekavimo ir balinimo savybėmis iki pramoninio sūrymo elektrolizės proceso vystymosi, kad būtų gautas didžiulis chloro kiekis.

Fizinės ir cheminės savybės

Fizinė išvaizda

Tai yra tankios, nepermatomos gelsvai žalios dujos, turinčios dirginantį aštrų kvapą (ypač patobulintas komercinio chloro variantas), taip pat ypač nuodingos.

Atominis skaičius (Z)

17

Atominis svoris

35.45 u.

Nebent nurodyta kitaip, iš savybių poilsio atitinka kiekius, išmatuotų molekulinės chloro, Cl ₂ .

Virimo taškas

-34,04 ºC

Lydymosi temperatūra

-101,5 ºC

Tankis

-Normaliomis sąlygomis, 3,2 g / L

- Tiesiog virimo taške 1,5624 g / ml

Atminkite, kad skystas chloras yra maždaug penkis kartus tankesnis nei jo dujos. Be to, jo garų tankis yra 2,49 karto didesnis nei oro. Štai kodėl pirmame paveikslėlyje chloras nėra linkęs išbristi iš apvalios kolbos, nes yra tankesnis už orą ir yra apačioje. Ši savybė padaro jas dar pavojingesnėmis dujomis.

Lydymosi šiluma

6,406 kJ / mol

Garinimo šiluma

20,41 kJ / mol

Molinės šilumos talpa

33,95 J / (mol K)

Tirpumas vandenyje

1,46 g / 100 ml 0 ° C temperatūroje

Garų slėgis

7,67 atm, esant 25 ° C temperatūrai. Šis slėgis yra palyginti žemas, palyginti su kitomis dujomis.

Elektronegatyvumas

3.16 pagal Paulingo skalę.

Jonizacijos energijos

-Pirma: 1251,2 kJ / mol

-Antra: 2298 kJ / mol

-Trečia: 3822 kJ / mol

Šilumos laidumas

8,9 10 ^{-3 v} / m (m K)

Izotopai

Chloras gamtoje randamas pirmiausia kaip du izotopai: ³⁵ Cl, kuriame yra 76%, ir ³⁷ Cl, kuriuose yra 24%. Taigi atominis svoris (35,45 u) yra šių dviejų izotopų atominių masių vidurkis su atitinkamais jų gausos procentais.

Visi chloro radioizotopai yra dirbtiniai, tarp kurių ³⁶ Cl išsiskiria kaip stabiliausias, jo pusinės eliminacijos laikas yra 300 000 metų.

Oksidacijos skaičiai

Chloras gali turėti skirtingą oksidacijos skaičių ar būsenas, kai jis yra junginio dalis. Būdamas vienas labiausiai elektroneigiamų atomų periodinėje lentelėje, jis paprastai turi neigiamus oksidacijos skaičius; išskyrus tuos atvejus, kai jis patenka į deguonį ar fluorą, kurio oksidų ir fluoridų sudėtyje, atitinkamai, jis turi „prarasti“ elektronus.

Remiantis jų oksidacijos skaičiavimais, daroma prielaida, kad jonų yra arba jie yra tokio paties dydžio. Taigi, mes turime: -1 (Cl ^- , garsųjį chlorido anijoną), +1 (Cl ⁺ ), +2 (Cl ²⁺ ), +3 (Cl ³⁺ ), +4 (Cl ⁴⁺ ), +5 ( Cl ⁵⁺ ), +6 (Cl ⁶⁺ ) ir +7 (Cl ⁷⁺ ). Iš visų jų -1, +1, +3, +5 ir +7 yra labiausiai paplitę chloruotuose junginiuose.

Pavyzdžiui, ClF ir ClF ₃ chloro oksidacijos skaičiai yra +1 (Cl ⁺ F ^- ) ir +3 (Cl ³⁺ F ₃ ^- ). CL ₂ O, tai yra 1 (Cl ₂ ⁺ O ^2- ); o ClO ₂ , Cl ₂ O ₃ ir Cl ₂ O ₇ yra 4 (Cl ⁴⁺ O ₂ ^2- ), 3 (Cl ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ) ir 7 (Cl ₂ ^{7 +} Arba ₇ ² ).

Visuose chloriduose, priešingai, chloro oksidacijos skaičius yra -1; kaip ir NaCl (Na ⁺ Cl ^- ) atveju, kai teisinga sakyti, kad Cl ^- egzistuoja atsižvelgiant į šios druskos joniškumą.

Struktūra ir elektroninė konfigūracija

Chloro molekulė

Diatominė chloro molekulė pavaizduota naudojant erdvinį užpildymo modelį. Šaltinis: „Benjah-bmm27“ per Vikipediją.

Chloro atomai, esantys pagrindinėje būsenoje, turi tokią elektroninę konfigūraciją:

3s ² 3p ⁵

Todėl kiekvienas iš jų turi septynis valentinius elektronus. Jei jie nebus perkrauti energija, erdvėje bus atskiri Cl atomai, tarsi jie būtų žali marmurai. Tačiau natūralus jų polinkis yra sudaryti kovalentinius ryšius tarp jų, taip užbaigiant valentinius oktetus.

Atkreipkite dėmesį, kad jiems tereikia vieno elektrono, kad būtų aštuoni valentiniai elektronai, taigi jie sudaro vieną paprastą jungtį; tai yra, vienas, kad prisijungia du Cl atomus, siekiant sukurti CL ₂ molekulę (viršutinė vaizdo), CL-Cl. Štai kodėl chloras normaliomis ir (arba) sausumos sąlygomis yra molekulinės dujos; nėra vienatūris, kaip ir su taurosiomis dujomis.

Tarpmolekulinės sąveikos

Cl ₂ molekulė yra homonuklearinė ir apoliarinė, todėl jos tarpmolekulinę sąveiką reguliuoja Londono išsibarstymo jėgos ir jos molekulinės masės. Dujinėje fazėje atstumas Cl ₂ –Cl ₂ yra palyginti trumpas, palyginti su kitomis dujomis, dėl kurių, pridėjus savo masę, dujos tampa tris kartus tankesnės už orą.

Šviesa gali sužadinti ir skatinti elektroninius perėjimus molekulinėse Cl ₂ orbitose ; todėl būdinga gelsvai žalia spalva. Ši spalva sustiprėja skystoje būsenoje, o kietėjant iš dalies išnyksta.

Temperatūrai nukritus (-34 ºC), Cl ₂ molekulės praranda kinetinę energiją ir Cl ₂ -Cl ₂ atstumas mažėja; todėl šie susilieja ir galiausiai apibūdina skystą chlorą. Tas pats atsitinka, kai sistema yra aušinamas net daugiau (-101 ° C), dabar su Cl ₂ molekulių taip arti kartu, kad jie apibrėžia ortorombine kristalą.

Tai, kad chloro kristalai egzistuoja, rodo, kad jų dispersinės jėgos yra pakankamai kryptingos, kad būtų sukurtas struktūrinis modelis; tai yra, molekuliniai Cl ₂ sluoksniai . Šie sluoksniai yra atskirti taip, kad jų struktūra nesikeičia net esant 64 GPa slėgiui, taip pat jie neturi elektros laidumo.

Kur rasti ir gauti

Chlorido druskos

Tvirti halito kristalai, geriau žinomi kaip paprastoji arba stalo druska. Šaltinis: Tėvas Géry

Esant dujinei chlorui, jo negalima rasti niekur Žemės paviršiuje, nes jis yra labai reaktyvus ir linkęs formuoti chloridus. Šie chloridai yra gerai pasklidę visoje žemės plutoje, be to, po milijonų metų, kai lietus juos nuplauna, jie praturtina jūras ir vandenynus.

Iš visų chloridų labiausiai paplitęs ir gausus yra mineralinio halito NaCl (vaizdas iš viršaus); po jų seka mineralų silvinas, KCl ir karnalitas, MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O. Kai saulės masė išgarina vandens mases, jie palieka dykumos druskos ežerus, iš kurių NaCl gali būti tiesiogiai išgaunamas kaip žaliava chloro gamybai.

Sūrymo elektrolizė

NaCl ištirpsta vandenyje, kad susidarytų sūrymas (26%), kuris elektrolizuojamas chloro ir šarmo kameroje. Anodo ir katodo skyriuose vyksta dvi pusinės reakcijos:

2Cl ^- (aq) => Cl ₂ (g) + 2e ^- (anodas)

2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2OH ^- (aq) + H ₂ (g) (katodo)

Ir bendra abiejų reakcijų lygtis yra:

2NaCl (vand) + 2H ₂ O (l) => 2NaOH (aq) + H ₂ (g) + Cl ₂ (g)

Vykstant reakcijai, prie anodo susiformavę Na ⁺ jonai migruoja į katodo skyrių per pralaidžią asbesto membraną. Dėl šios priežasties NaOH yra dešinėje globaliosios lygties pusėje. Abi dujos, Cl ₂ ir H ₂ , surenkamos atitinkamai iš anodo ir katodo.

Žemiau pateiktas paveikslėlis parodo ką tik parašytą:

Chloro gamybos elektrolizės metu sūryme diagrama. Šaltinis: Jkwchui

Atkreipkite dėmesį, kad sūrymo iki pabaigos koncentracija sumažėja 2% (praeiti 24-26%), tai reiškia, kad dalis iš anijonų Cl ^- originalus molekulės tapo Cl ₂ . Galų gale, industrializavus šį procesą, buvo gautas chloro, vandenilio ir natrio hidroksido gavimo būdas.

Rūgštus pirolito tirpinimas

Kaip minėta istorijos skyriuje, chloro dujos gali būti gaminamos tirpinant pirolusito mineralinius mėginius druskos rūgštimi. Ši cheminė lygtis parodo produktus, gautus iš reakcijos:

MnO ₂ (-ai) + 4HCl (vand) => MnCl ₂ (aq) + 2H ₂ O (l) + Cl ₂ (g)

Lydiniai

Chloro lydiniai neegzistuoja dėl dviejų paprastų priežasčių: jų dujinės molekulės negali būti įstrigusios tarp metalinių kristalų, be to, jos yra labai reaktyvios, todėl jos nedelsdamos reaguotų su metalais ir sudarytų atitinkamus chloridus.

Kita vertus, taip pat nepageidautini yra chloridai, nes, ištirpę vandenyje, jie sukelia druskingumo efektą, kuris skatina lydinių koroziją; todėl metalai ištirpsta, sudarydami metalo chloridus. Kiekvieno lydinio korozijos procesas yra skirtingas; kai kurie yra jautresni nei kiti.

Taigi chloras visai nėra geras lydinių priedas; nei kaip Cl ₂ , nei kaip Cl ^- (ir Cl atomų būtų per reaguoja į net egzistuoti).

Pavojai

Nors chloro tirpumas vandenyje yra mažas, mūsų odos ir akių drėgmėje užtenka druskos rūgšties, kuri audinius koroduoja ir sukelia stiprų sudirginimą ir net regėjimo praradimą.

Dar blogiau yra kvėpuoti gelsvai žalsvais garais, nes vieną kartą plaučiuose jis vėl sukuria rūgštis ir pažeidžia plaučių audinį. Dėl to žmogus jaučia gerklę, kosulį ir kvėpavimo sunkumus dėl skysčių, susidariusių plaučiuose.

Jei yra chloro nuotėkis, esate ypač pavojingoje situacijoje: oras negali tiesiog „nuvalyti“ savo garų; jie lieka ten, kol lėtai sureaguoja arba išsisklaido.

Be to, tai yra labai oksiduojantis junginys, todėl įvairios medžiagos gali su juo sprogti, reaguodamos mažiausiu metu; kaip plieninė vata ir aliuminis. Štai kodėl laikant chlorą reikia atsižvelgti į visus būtinus veiksmus, kad būtų išvengta gaisro pavojaus.

Ironiška, kad nors chloro dujos yra mirtinos, jų chlorido anijonas nėra toksiškas; Jis gali būti vartojamas (saikingai), nedega ir nereaguoja, išskyrus su fluoru ir kitais reagentais.

Programos

Sintezė

Apie 81% per metus pagamintų chloro dujų sunaudojama organinių ir neorganinių chloridų sintezei. Priklausomai nuo covalence šių junginių laipsnis, chloro galima rasti vien kaip Cl atomų chlorintų organinių molekulių (su C-Cl obligacijų), arba kaip Cl ^- jonų per kelias chlorido druskų (NaCl, CaCl ₂ , MgCl ₂ , kt.).

Kiekvienas iš šių junginių turi savo pritaikymą. Pavyzdžiui, chloroformo (CHCI ₃ ) ir etilo chlorido (CH ₃ CH ₂ Cl) yra tirpikliai, išeinančių būti naudojamas kaip inhaliacinių anestetikų; dichlormetano (CH ₂ Cl ₂ ) ir anglies tetrachlorido (CCl ₄ ), savo ruožtu, yra tirpikliai plačiai naudojami organinės chemijos laboratorijos.

Kai šie chlorinti junginiai yra skysti, dažniausiai jie naudojami kaip tirpikliai organinėms reakcijų terpėms.

Kituose junginiuose chloro atomų buvimas rodo dipolio momento padidėjimą, kad jie galėtų daugiau sąveikauti su poline matrica; vieną sudaro baltymai, aminorūgštys, nukleorūgštys ir kt., biomolekulės. Taigi chloras taip pat vaidina vaidmenį sintezuojant vaistus, pesticidus, insekticidus, fungicidus ir kt.

Kalbant apie neorganinius chloridus, jie dažniausiai naudojami kaip katalizatoriai, žaliava metalams gauti elektrolizės būdu arba Cl ^- jonų šaltiniai .

Biologinis

Dujinis arba elementinis chloras gyvoms būtybėms neturi jokios įtakos, išskyrus jų audinių naikinimą. Tačiau tai nereiškia, kad jo atomų neįmanoma rasti kūne. Pvz., Cl ^- jonų yra gausu ląstelinėje ir tarpląstelinėje aplinkoje ir jie dažniausiai padeda kontroliuoti Na ⁺ ir Ca ²⁺ jonų lygį .

Taip pat druskos rūgštis yra skrandžio sulčių, su kuriomis maistas virškinamas skrandyje, dalis; jų Cl ^- jonai H ₃ O ⁺ įmonėje apibūdina pH, artimą 1 iš šių sekretų.

Cheminiai ginklai

Chloro dujų tankis daro ją mirtiną medžiagą, išsiliejus ar pilant į uždarus ar atvirus plotus. Būdamas tankesnis už orą, jo srovė lengvai neperneša chloro, todėl išlieka ilgą laiką, kol galiausiai pasiskirsto.

Pavyzdžiui, Pirmajame pasauliniame kare šis chloras buvo naudojamas mūšio laukuose. Išleistas jis įlįs į tranšėjas, kad uždustų kareivius ir priverstų juos išlipti.

Dezinfekavimo priemonė

Baseinai yra chlorinti, kad būtų išvengta mikroorganizmų dauginimosi ir plitimo. Šaltinis: „Pixabay“.

Chlorinti tirpalai, kuriuose chloro dujos buvo ištirpintos vandenyje, o po to padarytos šarminiu buferiu, pasižymi puikiomis dezinfekavimo savybėmis, taip pat slopina audinių puvimo procesą. Jie buvo naudojami dezinfekuoti atviras žaizdas, kad būtų pašalintos patogeninės bakterijos.

Baseino vanduo yra tiksliai chloruotas, kad pašalintų jame esančias bakterijas, mikrobus ir parazitus. Tam tikslui buvo naudojamos chloro dujos, tačiau jo poveikis yra gana agresyvus. Vietoj to naudojami natrio hipochlorito tirpalai (baliklis) arba trichlorizocianuro rūgšties (TCA) tabletės.

Minėti rodo, kad tai nėra Cl ₂ , kad daro dezinfekuojanti veiksmų, tačiau, kad HClO, hipochlorito rūgštis, kuri gamina O radikalus, kurie naikina mikroorganizmus.

Baliklis

Chloras, labai panašus į savo dezinfekavimo poveikį, taip pat balina medžiagas, nes už dažus atsakingi dažikliai yra skaidomi HClO. Taigi, jo chlorinti tirpalai yra idealūs dėmėms pašalinti nuo baltų drabužių arba balinti popieriaus masę.

Polivinilchloridas

Svarbiausias chloro junginys iš visų, kuris sudaro apie 19% likusio chloro dujų pagaminimo, yra polivinilchloridas (PVC). Šis plastikas gali būti daug kartų naudojamas. Su juo gaminami vandens vamzdžiai, langų rėmai, sienų ir grindų dangos, elektros instaliacija, IV krepšiai, paltai ir kt.

Nuorodos

1. Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. (Ketvirtasis leidimas). Mc Graw Hill.
2. Vikipedija. (2019 m.). Chloras. Atkurta iš: en.wikipedia.org
3. Laura H. ir kt. (2018 m.). Kietojo chloro struktūra, esant 1,45 GPaZeitschrift für Kristallographie. Kristalinės medžiagos, 234 tomas, 4 leidimas, 277–280 puslapiai, ISSN (internete) 2196–7105, ISSN (Spausdinti) 2194–4946, DOI: doi.org/10.1515/zkri-2018–2145
4. Nacionalinis biotechnologijų informacijos centras. (2019 m.). Chloras. „PubChem“ duomenų bazė. CID = 24526. Atkurta iš: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Marquesas Miguelis. (sf). Chloras. Atkurta iš: nautilus.fis.uc.pt
6. Amerikos chemijos taryba. (2019 m.). Chloro chemija: Įvadas į chlorą. Atkurta iš: chlorine.americanchemistry.com
7. „Fong-Yuan Ma“ (Nd). Korozinis chloridų poveikis metalams. JTO inžinerijos katedra, NTOU Kinijos Respublika (Taivanas).
8. Niujorko valstija. (2019 m.). Faktai apie chlorą. Atkurta iš: health.ny.gov
9. Dr Doug Stewart. (2019 m.). Chloro elemento faktai. Chemikolas. Atkurta iš: chemicool.com