W naturze chlor występuje w stanie gazowym i tylko w postaci związków z innymi gazami. W warunkach zbliżonych do normalnych jest zielonkawym, trującym, żrącym gazem. Ma większą wagę niż powietrze. Ma słodki zapach. Cząsteczka chloru zawiera dwa atomy. Nie pali się w spoczynku, ale w wysokich temperaturach oddziałuje z wodorem, po czym możliwa jest eksplozja. W rezultacie uwalniany jest fosgen. Bardzo trujący. Tak więc, nawet przy niskim stężeniu w powietrzu (0,001 mg na 1 dm3) może spowodować śmierć. Główną cechą chloru niemetalicznego jest to, że jest cięższy od powietrza, dlatego zawsze będzie znajdować się blisko podłogi w postaci żółtawo-zielonej mgiełki.
Fakty historyczne
Po raz pierwszy w praktyce substancja ta została otrzymana przez K. Schelee w 1774 roku przez połączenie kwasu solnego i piroluzytu. Jednak dopiero w 1810 roku P. Davy był w stanie scharakteryzować chlor i ustalić, żeoddzielny pierwiastek chemiczny.
Warto zauważyć, że w 1772 roku Joseph Priestley zdołał uzyskać chlorowodór - związek chloru z wodorem, ale chemik nie mógł oddzielić tych dwóch elementów.
Chemiczna charakterystyka chloru
Chlor jest pierwiastkiem chemicznym z głównej podgrupy VII grupy układu okresowego. Jest w trzecim okresie i ma liczbę atomową 17 (17 protonów w jądrze atomowym). Reaktywny niemetal. Oznaczone literami Cl.
Jest typowym przedstawicielem halogenów. Są to gazy, które nie mają koloru, ale mają ostry, ostry zapach. Zwykle toksyczny. Wszystkie halogeny są dobrze rozpuszczalne w wodzie. Zaczynają palić pod wpływem wilgotnego powietrza.
Zewnętrzna konfiguracja elektroniczna atomu Cl 3s2Зр5. Dlatego w związkach pierwiastek chemiczny wykazuje poziomy utlenienia -1, +1, +3, +4, +5, +6 i +7. Promień kowalencyjny atomu wynosi 0,96 Å, promień jonowy Cl wynosi 1,83 Å, powinowactwo atomu do elektronu wynosi 3,65 eV, poziom jonizacji 12,87 eV.
Jak wspomniano powyżej, chlor jest dość aktywnym niemetalem, co pozwala na tworzenie związków z prawie każdym metalem (w niektórych przypadkach przez podgrzanie lub użycie wilgoci, wypierając brom) i niemetalami. W postaci proszku reaguje z metalami tylko pod wpływem wysokich temperatur.
Maksymalna temperatura spalania - 2250 °C. Z tlenem może tworzyć tlenki, podchloryny, chloryny i chlorany. Wszystkie związki zawierające tlen stają się wybuchowe podczas interakcji z utlenianiemSubstancje. Warto zauważyć, że tlenki chloru mogą eksplodować losowo, podczas gdy chlorany eksplodują tylko pod wpływem jakichkolwiek inicjatorów.
Charakterystyka chloru według pozycji w układzie okresowym:
• prosta substancja;
• element siedemnastej grupy układu okresowego;
• trzeci okres trzeciego rzędu;
• siódma grupa głównej podgrupy;
• liczba atomowa 17;
• oznaczona symbolem Cl;
• reaktywny niemetal;
• należy do grupy halogenów;
• w warunkach zbliżonych do normalnych jest to trujący gaz o żółto-zielonym kolorze i ostrym zapachu;
• cząsteczka chloru ma 2 atomy (wzór Cl2).
Właściwości fizyczne chloru:
• Temperatura wrzenia: -34,04 °С;
• Temperatura topnienia: -101,5 °С;
• Gęstość gazowa - 3,214 g/l;
• gęstość chlor płynny (podczas wrzenia) - 1,537 g/cm3;
• gęstość chloru stałego - 1,9 g/cm 3;
• objętość właściwa – 1,745 x 10-3 l/rok.
Chlor: charakterystyka zmian temperatury
W stanie gazowym ma tendencję do łatwego upłynniania. Przy ciśnieniu 8 atmosfer i temperaturze 20 ° C wygląda jak zielonkawo-żółta ciecz. Posiada bardzo wysokie właściwości korozyjne. Jak pokazuje praktyka, ten pierwiastek chemiczny może utrzymywać stan ciekły do temperatury krytycznej (143 ° C), pod warunkiem wzrostu ciśnienia.
Jeśli jest schłodzony do -32 °C,zmieni swój stan skupienia na ciekły, niezależnie od ciśnienia atmosferycznego. Wraz z dalszym spadkiem temperatury następuje krystalizacja (przy -101°C).
Chlor w naturze
Skorupa ziemska zawiera tylko 0,017% chloru. Większość znajduje się w gazach wulkanicznych. Jak wskazano powyżej, substancja wykazuje dużą aktywność chemiczną, w wyniku czego występuje w naturze w związkach z innymi pierwiastkami. Jednak wiele minerałów zawiera chlor. Charakterystyka pierwiastka pozwala na powstanie około stu różnych minerałów. Z reguły są to chlorki metali.
Ponadto duża jego ilość znajduje się w oceanach - prawie 2%. Wynika to z faktu, że chlorki są bardzo aktywnie rozpuszczane i przenoszone przez rzeki i morza. Możliwy jest również proces odwrotny. Chlor jest wyrzucany z powrotem na brzeg, a wiatr go niesie. Dlatego najwyższe jego stężenie obserwuje się w strefach przybrzeżnych. W suchych regionach planety gaz, który rozważamy, powstaje w wyniku parowania wody, w wyniku czego pojawiają się słone bagna. Na świecie wydobywa się rocznie około 100 milionów ton tej substancji. Co jednak nie jest zaskakujące, ponieważ istnieje wiele złóż zawierających chlor. Jego cechy zależą jednak w dużej mierze od położenia geograficznego.
Metody pozyskiwania chloru
Obecnie istnieje wiele metod pozyskiwania chloru, z których najbardziej rozpowszechnione są następujące:
1. membrana. Jest najprostszy i najtańszy. chlorowodorekroztwór w elektrolizie membranowej wchodzi do przestrzeni anodowej. Dalej stalowa siatka katodowa wpływa do membrany. Zawiera niewielką ilość włókien polimerowych. Ważną cechą tego urządzenia jest przeciwprąd. Kierowany jest z przestrzeni anodowej do przestrzeni katodowej, co umożliwia oddzielne pozyskiwanie chloru i ługu.
2. Membrana. Najbardziej energooszczędny, ale trudny do wdrożenia w organizacji. Podobny do przepony. Różnica polega na tym, że przestrzenie anody i katody są całkowicie oddzielone membraną. Dlatego wyjściem są dwa oddzielne strumienie.
Warto zauważyć, że charakterystyka chemii. pierwiastek (chlor) otrzymany tymi metodami będzie inny. Metoda membranowa jest uważana za bardziej „czystą”.
3. Metoda rtęciowa z katodą ciekłą. W porównaniu z innymi technologiami ta opcja pozwala uzyskać najczystszy chlor.
Główny schemat instalacji składa się z elektrolizera i połączonej pompy oraz rozkładacza amalgamatu. Pompowana przez pompę rtęć wraz z roztworem soli kuchennej służy jako katoda, a elektrody węglowe lub grafitowe służą jako anoda. Zasada działania instalacji jest następująca: z elektrolitu uwalniany jest chlor, który wraz z anolitem usuwany jest z elektrolizera. Zanieczyszczenia i pozostałości chloru są usuwane z tego ostatniego, nasycane halitem i ponownie poddawane elektrolizie.
Wymogi bezpieczeństwa przemysłowego i nieopłacalność produkcji doprowadziły do zastąpienia katody płynnej katodą stałą.
Zastosowanie chloru w przemyślecele
Właściwości chloru pozwalają na jego aktywne wykorzystanie w przemyśle. Za pomocą tego pierwiastka chemicznego uzyskuje się różne związki chloroorganiczne (chlorek winylu, chlorokauczuk itp.), leki i środki dezynfekujące. Jednak największą niszą zajmowaną przez przemysł jest produkcja kwasu solnego i wapna.
Szeroko stosowane są metody oczyszczania wody pitnej. Dziś próbują odejść od tej metody, zastępując ją ozonowaniem, ponieważ rozważana przez nas substancja negatywnie wpływa na organizm ludzki, poza tym chlorowana woda niszczy rurociągi. Wynika to z faktu, że w stanie wolnym Cl niekorzystnie wpływa na rury wykonane z poliolefin. Jednak większość krajów preferuje metodę chlorowania.
Ponadto chlor jest używany w metalurgii. Z jego pomocą uzyskuje się szereg rzadkich metali (niob, tantal, tytan). W przemyśle chemicznym różne związki chloroorganiczne są aktywnie wykorzystywane do zwalczania chwastów i do innych celów rolniczych, pierwiastek jest również używany jako wybielacz.
Ze względu na swoją strukturę chemiczną, chlor niszczy większość barwników organicznych i nieorganicznych. Osiąga się to poprzez ich całkowite odbarwienie. Taki wynik jest możliwy tylko przy obecności wody, ponieważ proces bielenia zachodzi dzięki atomowemu tlenowi, który powstaje po rozkładzie chloru: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Ta metoda była używana przez paręwieki temu i nadal jest popularny.
Stosowanie tej substancji jest bardzo popularne w produkcji insektycydów chloroorganicznych. Te preparaty rolnicze zabijają organizmy szkodliwe, pozostawiając rośliny nienaruszone. Znaczna część całego chloru wydobywanego na planecie trafia na potrzeby rolnictwa.
Jest również używany do produkcji mieszanek plastikowych i gumy. Za ich pomocą wykonuje się izolację przewodów, artykuły papiernicze, sprzęt, obudowy sprzętu AGD itp. Istnieje opinia, że uzyskane w ten sposób gumy szkodzą człowiekowi, ale nie jest to potwierdzone naukowo.
Warto zauważyć, że chlor (charakterystyka substancji została szczegółowo ujawniona przez nas wcześniej) i jego pochodne, takie jak gaz musztardowy i fosgen, są również wykorzystywane do celów wojskowych do pozyskiwania chemicznych środków bojowych.
Chlor jako jasny przedstawiciel niemetali
Niemetale to proste substancje zawierające gazy i ciecze. W większości przypadków przewodzą prąd elektryczny gorzej niż metale i mają znaczne różnice we właściwościach fizycznych i mechanicznych. Przy pomocy wysokiego poziomu jonizacji są w stanie tworzyć kowalencyjne związki chemiczne. Poniżej charakterystyka niemetalu zostanie podana na przykładzie chloru.
Jak wspomniano powyżej, ten pierwiastek chemiczny jest gazem. W normalnych warunkach zupełnie nie ma właściwości podobnych do metali. Bez pomocy z zewnątrz nie może wchodzić w interakcje z tlenem, azotem, węglem itp.wykazuje właściwości utleniające w wiązaniach z substancjami prostymi i niektórymi złożonymi. Odnosi się do halogenów, co wyraźnie odzwierciedla ich charakterystyka chemiczna. W związkach z innymi przedstawicielami halogenów (brom, astat, jod) je wypiera. W stanie gazowym chlor (jego charakterystyka jest bezpośrednim potwierdzeniem tego) dobrze się rozpuszcza. Jest doskonałym środkiem dezynfekującym. Zabija tylko żywe organizmy, co czyni go niezbędnym w rolnictwie i medycynie.
Użyj jako substancji trującej
Charakterystyka atomu chloru pozwala na użycie go jako środka trującego. Po raz pierwszy gaz został użyty przez Niemcy 22 kwietnia 1915 r., podczas I wojny światowej, w wyniku której zginęło około 15 tys. osób. W chwili obecnej nie jest używany jako substancja trująca.
Podajmy krótki opis pierwiastka chemicznego jako czynnika duszącego. Wpływa na ludzkie ciało poprzez uduszenie. Po pierwsze podrażnia górne drogi oddechowe i błony śluzowe oczu. Silny kaszel zaczyna się od ataków uduszenia. Ponadto, wnikając do płuc, gaz koroduje tkankę płucną, co prowadzi do obrzęku. Ważny! Chlor jest szybko działającą substancją.
W zależności od stężenia w powietrzu objawy są różne. Przy niskiej zawartości u osoby obserwuje się zaczerwienienie błony śluzowej oczu, lekką duszność. Zawartość w atmosferze 1,5-2 g/m3 powoduje ciężkość i dreszcze w klatce piersiowej, ostry ból w górnych drogach oddechowych. Stanowi może również towarzyszyć silne łzawienie. Po 10-15 minutach przebywania w pokojuprzy takim stężeniu chloru dochodzi do poważnego oparzenia płuc i śmierci. Przy wyższych stężeniach śmierć jest możliwa w ciągu minuty od paraliżu górnych dróg oddechowych.
Podczas pracy z tą substancją zaleca się używanie kombinezonów, masek przeciwgazowych, rękawic.
Chlor w życiu organizmów i roślin
Chlor jest częścią prawie wszystkich żywych organizmów. Osobliwością jest to, że występuje nie w czystej postaci, ale w postaci związków.
W organizmach zwierząt i ludzi jony chlorku utrzymują równość osmotyczną. Wynika to z faktu, że mają najbardziej odpowiedni promień do penetracji komórek błonowych. Wraz z jonami potasu, Cl reguluje równowagę wodno-solną. W jelicie jony chlorkowe tworzą sprzyjające środowisko dla działania enzymów proteolitycznych soku żołądkowego. Kanały chlorowe znajdują się w wielu komórkach naszego ciała. Za ich pośrednictwem zachodzi międzykomórkowa wymiana płynów i utrzymywane jest pH komórki. Około 85% całkowitej objętości tego pierwiastka w organizmie znajduje się w przestrzeni międzykomórkowej. Jest wydalany z organizmu przez cewkę moczową. Wytwarzany przez kobiece ciało podczas karmienia piersią.
Na tym etapie rozwoju trudno jednoznacznie stwierdzić, jakie choroby wywołuje chlor i jego związki. Wynika to z braku badań w tym zakresie.
Ponadto jony chlorkowe są obecne w komórkach roślinnych. Aktywnie uczestniczy w wymianie energii. Bez tego pierwiastka proces fotosyntezy jest niemożliwy. Z jego pomocąkorzenie aktywnie wchłaniają niezbędne substancje. Jednak wysokie stężenie chloru w roślinach może mieć szkodliwy wpływ (spowolnienie procesu fotosyntezy, zatrzymanie rozwoju i wzrostu).
Są jednak tacy przedstawiciele flory, którzy mogliby „zaprzyjaźnić się” lub przynajmniej dogadać się z tym żywiołem. Charakterystyka niemetalu (chloru) zawiera taki element, jak zdolność substancji do utleniania gleb. W procesie ewolucji wspomniane rośliny, zwane halofity, zajęły puste słone bagna, które były puste z powodu nadmiaru tego pierwiastka. Pochłaniają jony chlorkowe, a następnie pozbywają się ich za pomocą opadania liści.
Transport i przechowywanie chloru
Istnieje kilka sposobów przenoszenia i przechowywania chloru. Charakterystyka elementu implikuje potrzebę specjalnych butli wysokociśnieniowych. Takie pojemniki posiadają oznaczenie identyfikacyjne - pionową zieloną linię. Butle muszą być dokładnie płukane co miesiąc. Przy długotrwałym przechowywaniu chloru powstaje w nich bardzo wybuchowy osad - trójchlorek azotu. Spontaniczny zapłon i wybuch jest możliwy, jeśli nie są przestrzegane wszystkie zasady bezpieczeństwa.
Badanie chloru
Przyszli chemicy powinni znać właściwości chloru. Zgodnie z planem dziewięcioklasiści mogą nawet przeprowadzać eksperymenty laboratoryjne z tą substancją w oparciu o podstawową wiedzę z danej dyscypliny. Oczywiście nauczyciel jest zobowiązany do przeprowadzenia odprawy BHP.
Kolejność prac jest następująca: należy wziąć butelkę zchlor i wlej do niego małe metalowe wióry. W locie wióry rozbłysną jasnymi, jasnymi iskrami i jednocześnie utworzy się jasny, biały dym SbCl3. Gdy folia aluminiowa zostanie zanurzona w naczyniu z chlorem, również samoczynnie się zapali, a ogniste płatki śniegu powoli opadną na dno kolby. Podczas tej reakcji powstaje zadymiona ciecz - SnCl4. Gdy wióry żelazne zostaną umieszczone w naczyniu, tworzą się czerwone „krople” i pojawia się czerwony dym FeCl3.
Wraz z pracą praktyczną powtarza się teoria. W szczególności takie pytanie jak scharakteryzowanie chloru według pozycji w układzie okresowym (opisane na początku artykułu).
W wyniku eksperymentów okazuje się, że pierwiastek aktywnie reaguje na związki organiczne. Jeśli wsadzisz watę nasączoną terpentyną do słoika z chlorem, natychmiast się zapali, a sadza gwałtownie spadnie z kolby. Sód skutecznie tli się żółtawym płomieniem, a na ściankach naczyń chemicznych pojawiają się kryształki soli. Studenci będą ciekawi, że będąc jeszcze młodym chemikiem N. N. Semenov (późniejszy noblista), po przeprowadzeniu takiego eksperymentu zebrał sól ze ścianek kolby i posypując nią chleb, zjadł. Chemia okazała się słuszna i nie zawiodła naukowca. W wyniku eksperymentu przeprowadzonego przez chemika naprawdę okazała się zwykła sól kuchenna!
