Clor

Substanța simplă clorul (în condiții normale ) este un gaz diatomic asfixiant otrăvitor (formula - Cl 2 ) de culoare verde-gălbui, mai greu decât aerul, cu miros înțepător și gust dulceag, „metalic”.

Istoria descoperirii clorului

Compusul cu hidrogen - clorură de hidrogen gazoasă - a fost obținut pentru prima dată de Joseph Priestley în 1772. Clorul a fost obținut în 1774 de chimistul suedez Carl Wilhelm Scheele , care a descris eliberarea acestuia în timpul interacțiunii piroluzitului cu acidul clorhidric în tratatul său despre piroluzit:

{\mathsf {4HCl+MnO_{2}\rightarrow MnCl_{2}+Cl_{2}\uparrow +2H_{2}O))

Scheele a remarcat mirosul de clor, similar cu cel al acva regiei , capacitatea sa de a interacționa cu aurul și cinabru , precum și proprietățile sale de albire. Cu toate acestea, Scheele , în conformitate cu teoria flogistului care domina chimia acea vreme , a sugerat că clorul este acid muriic (clorhidric) deflogistic . Berthollet și Lavoisier , în cadrul teoriei oxigenului acizilor, au susținut că noua substanță trebuie să fie un oxid al elementului ipotetic murium . Cu toate acestea, încercările de a-l izola au rămas fără succes până la lucrările lui G. Davy , care a reușit să descompună sarea de masă în sodiu și clor prin electroliză , dovedind natura elementară a acestuia din urmă.

În 1811, Davy a propus denumirea de „ clor ” pentru noul element . Un an mai târziu, J. Gay-Lussac a „scurtat” numele francez la clor ( chlore ), deși în engleză a rămas același. În același 1811, fizicianul german Johann Schweiger a propus denumirea de „ halogen ” pentru clor (literalmente , ser fiziologic ), dar mai târziu acest termen a fost atribuit întregului grup al 17-lea (VIIA) de elemente, care include clorul [4] .

În 1826, masa atomică a clorului a fost determinată cu mare precizie de chimistul suedez Jöns Jakob Berzelius (diferă de datele moderne cu nu mai mult de 0,1%) [5] .

Distribuția în natură

Clorul este cel mai comun halogen din scoarța terestră. Clorul este foarte activ - se combină direct cu aproape toate elementele tabelului periodic. Prin urmare, în natură, apare numai sub formă de compuși din compoziția mineralelor: halit NaCl, sylvin KCl, sylvinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H 2 O, carnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H A. Cele mai mari rezerve de clor sunt conținute în sărurile apelor mărilor și oceanelor (conținutul în apa de mare este de 19 g/l [6] ). Clorul reprezintă 0,025 % din numărul total de atomi din scoarța terestră ; numărul Clarke de clor este de 0,017%. Corpul uman conține 0,25% ioni de clorură din masă. La oameni și animale, clorul se găsește în principal în fluidele intercelulare (inclusiv în sânge) și joacă un rol important în reglarea proceselor osmotice, precum și în procesele asociate cu funcționarea celulelor nervoase.

Compoziție izotopică

În natură, există 2 izotopi stabili ai clorului: cu un număr de masă de 35 și 37. Proporțiile conținutului lor sunt respectiv 75,78% și respectiv 24,22% [7] . Proprietățile izotopilor stabili și ale unor izotopi radioactivi ai clorului sunt enumerate în tabel (vezi [1] , [8] :

Izotop	Masa relativă, a. mânca.	Jumătate de viață	Tip de dezintegrare	spin nuclear
35Cl _	34,968852721	grajd	—	3/2
36Cl _	35,9683069	301 mii de ani	Dezintegrarea β în 36 Ar	2
37Cl _	36.96590262	grajd	—	3/2
38Cl _	37,9680106	37,2 minute	Dezintegrarea β în 38 Ar	2
39Cl _	38,968009	55,6 minute	Dezintegrarea β în 39 Ar	3/2
40Cl _	39,97042	1,38 minute	Dezintegrarea β în 40 Ar	2
41Cl _	40,9707	34 c	Dezintegrarea β în 41 Ar
42Cl _	41,9732	46,8 s	Dezintegrarea β în 42 Ar
43Cl _	42,9742	3,3 s	Dezintegrarea β în 43 Ar

Proprietăți fizice și chimice

În condiții normale, clorul este un gaz galben-verzui cu un miros înțepător. Unele dintre proprietățile sale fizice sunt prezentate în tabel.

Proprietate	Valoare [9]
Culoare (gaz)	galben verde
Temperatura de fierbere	-34°C
Temperatură de topire	-100°C
Temperatura de descompunere (disocierea în atomi)	~1400 °C
Densitate (gaz, n.s.a. )	3,214 g/l
Afinitatea pentru electronul unui atom	3,65 eV
Prima energie de ionizare	12,97 eV
Capacitate termică (298 K, gaz)	34,94 J/(mol K)
Temperatura critica	144°C
presiune critică	76 atm
Entalpia standard de formare (298 K, gaz)	0 kJ/mol
Entropia standard de formare (298 K, gaz)	222,9 J/(mol K)
Entalpia de fuziune	6,406 kJ/mol
Entalpia de fierbere	20,41 kJ/mol
Energia de rupere homolitică a legăturii X-X	243 kJ/mol
Energia de perturbare heterolitică a legăturii X-X	1150 kJ/mol
Energie de ionizare	1255 kJ/mol
Energia afinității electronice	349 kJ/mol
Raza atomică	0,073 nm
Electronegativitatea după Pauling	3.20
Electronegativitatea Allred-Rochov	2,83
Stări stabile de oxidare	−1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7

Clorul gazos este relativ ușor de lichefiat. Pornind de la o presiune de 0,8 MPa (8 atmosfere), clorul va fi lichid deja la temperatura camerei. Când este răcit la o temperatură de -34 ° C, clorul devine, de asemenea, lichid la presiunea atmosferică normală. Clorul lichid este un lichid galben-verzui cu efect coroziv foarte mare (datorită concentrației mari de molecule). Prin creșterea presiunii, se poate realiza existența clorului lichid până la o temperatură de +144 ° C (temperatura critică) la o presiune critică de 7,6 MPa.

La temperaturi sub -101 °C, clorul lichid cristalizează într- o rețea ortorombic cu grup spațial Cmca și parametri a = 6,29 Å , b = 4,50 Å , c = 8,21 Å [10] . Sub 100 K, modificarea ortorombică a clorului cristalin se transformă într- una tetragonală , având grupa spațială P 4 2 / ncm și parametrii de rețea a = 8,56 Å și c = 6,12 Å [10] .

Solubilitate

Solvent	Solubilitate g/100 g
Benzen	Solubil
Apă [11] (0 °C)	1.48
Apă (20°C)	0,96
Apă (25°C)	0,65
Apa (40°C)	0,46
Apă (60°C)	0,38
Apa (80°C)	0,22
tetraclorura de carbon (0 °C)	31.4
tetraclorură de carbon (19 °C)	17.61
tetraclorură de carbon (40 °C)	unsprezece
Cloroform	Foarte solubil
TiCI4 , SiCI4 , SnCI4 _ _ _	Solubil

Gradul de disociere al moleculei de clor Cl 2 → 2Cl la 1000 K este de 2,07⋅10 −4 %, iar la 2500 K este de 0,909%.

Pragul de percepție a mirosului în aer este de 2-3 mg/m³.

În ceea ce privește conductivitatea electrică , clorul lichid se numără printre cei mai puternici izolatori (datorită afinității sale puternice cu electroni, ceea ce duce la absența aproape completă a purtătorilor de sarcină liberi): conduce curentul de aproape un miliard de ori mai rău decât apa distilată și de 10 22 de ori . mai rău decât argintul . Viteza sunetului în clorul gazos este de aproximativ o dată și jumătate mai mică decât în aer.

Proprietăți chimice

Structura învelișului de electroni

Nivelul de valență al atomului de clor conține 1 electron nepereche : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 , deci valența , egală cu 1 pentru atomul de clor, este foarte stabilă. Datorită prezenței unui orbital neocupat al subnivelului d în atomul de clor, atomul de clor poate prezenta și alte stări de oxidare. Schema formării stărilor excitate ale atomului:

Valenţă	Posibile stări de oxidare	Starea electronică a nivelului de valență	Exemplu de conexiune
eu	+1, -1, 0	3s 2 3p 5	NaCI , NaClO , CI2
III	+3	3s 2 3p 4 3d 1	NaClO2 _
V	+5	3s 2 3p 3 3d 2	KClO3 _
VII	+7	3s 1 3p 3 3d 3	KClO4 _

De asemenea, sunt cunoscuți compuși de clor în care atomul de clor prezintă în mod formal valențe IV și VI , de exemplu , Cl02 și CI206 . Cu toate acestea , oxidul de clor (IV) este un radical stabil , adică are un electron nepereche, iar oxidul de clor (VI) conține doi atomi de clor cu stări de oxidare de +5 și +7.

Interacțiunea cu metalele

Clorul reacționează direct cu aproape toate metalele (cu unele doar în prezența umezelii sau când este încălzit):

{\mathsf {2Na+Cl_{2}\rightarrow 2NaCl))

{\mathsf {2Sb+3Cl_{2}\rightarrow 2SbCl_{3))}

\mathsf{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}

Interacțiunea cu nemetale

Cu nemetale (cu excepția carbonului , azotului , fluorului , oxigenului și gazelor inerte ) se formează clorurile corespunzătoare .

{\mathsf {5Cl_{2}+2P\rightarrow 2PCl_{5}}},

{\mathsf {2S+Cl_{2}\rightarrow S_{2}Cl_{2))}

{\mathsf {S+Cl_{2}\rightarrow SCl_{2}}}.

La lumină sau la încălzire, reacţionează activ (uneori cu o explozie) cu hidrogenul printr-un mecanism de lanţ radical . Amestecuri de clor cu hidrogen, care conțin de la 5,8 la 88,3% hidrogen, explodează atunci când sunt iradiate cu formarea de acid clorhidric . Un amestec de clor și hidrogen în concentrații mici arde cu o flacără incoloră [12] sau galben-verde. Temperatura maximă a flăcării cu hidrogen-clor este de 2200 °C.

{\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\rightarrow 2HCl}}.

Cu oxigen, clorul formează oxizi ), în care prezintă o stare de oxidare de la +1 la +7: Cl 2 O , ClO 2 , Cl 2 O 5 , Cl 2 O 7 . Au un miros înțepător, sunt instabile din punct de vedere termic și fotochimic și sunt predispuse la descompunere explozivă. Clorul nu reacționează direct cu oxigenul.

Când reacționează cu fluor , nu se formează clorură, ci fluoruri :

{\mathsf {Cl_{2}+F_{2}\rightarrow 2ClF}},

{\mathsf {Cl_{2}+3F_{2}\rightarrow 2ClF_{3}}},

{\mathsf {Cl_{2}+5F_{2}\rightarrow 2ClF_{5}}}.

Sunt cunoscute fluorura de clor (I) , fluorura de clor (III) și fluorura de clor (V) (ClF, ClF 3 și ClF 5 ) Pot fi sintetizate din elemente, starea de oxidare a clorului variază în funcție de condițiile de sinteză. Toate sunt gaze grele toxice incolore la temperatura camerei cu un miros puternic iritant. Oxidanți puternici, reacționează cu apa și sticla. Sunt folosiți ca agenți de fluorurare.

Alte proprietăți

Clorul înlocuiește bromul și iodul din compușii lor cu hidrogen și metale:

{\mathsf {Cl_{2}+2HBr\rightarrow Br_{2}+2HCl))

{\mathsf {Cl_{2}+2NaI\rightarrow I_{2}+2NaCl))

Când reacţionează cu monoxidul de carbon , se formează fosgen :

{\mathsf {Cl_{2}+CO\rightarrow COCl_{2))}

Când este dizolvat în apă sau alcalii, clorul este disproporționat , formând acizi hipocloroși (și când este încălzit hipocloros ) și acizi clorhidric sau sărurile acestora:

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}O\rightleftarrows HCl+HClO))

{\mathsf {Cl_{2}+2NaOH\rightarrow NaCl+NaClO+H_{2}O))

{\mathsf {3Cl_{2}+6NaOH\rightarrow 5NaCl+NaClO_{3}+3H_{2}O))

(atunci cand este incalzit)

Clorul reacţionează cu apa în prezenţa sărurilor de cobalt :

{\mathsf {2H_{2}O+2Cl_{2}}}\xrightarrow {h\nu ,\,{\textrm {CoCl}}_{2}} {\mathsf {4HCl\uparrow +O_{ 2}\uparrow}}

Prin clorurarea hidroxidului de calciu uscat, se obține înălbitor :

{\mathsf {Cl_{2}+Ca(OH)_{2}\rightarrow CaCl(OCl)+H_{2}O))

Prin acțiunea clorului asupra amoniacului se poate obține triclorura de azot :

{\mathsf {4NH_{3}+3Cl_{2}\rightarrow NCl_{3}+3NH_{4}Cl))

Proprietățile oxidante ale clorului

Clorul este un agent oxidant foarte puternic :

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}S\rightarrow 2HCl\uparrow +S)}

O soluție de clor în apă este folosită pentru albirea țesăturilor și hârtiei.

Reacții cu substanțe organice

Cu compuși saturați :

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+Cl_{2}\rightarrow C_{2}H_{5}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\rightarrow CH_{3}Cl+HCl))

(obținând cloroform, reacția este în mai multe etape cu formarea de tetraclorură de carbon CCl 4 )

Se atașează la compușii nesaturați prin legături multiple:

{\mathsf {CH_{2}{\text{=}}CH_{2}+Cl_{2}\rightarrow Cl{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{ \text{-}}Cl}}

Compușii aromatici înlocuiesc un atom de hidrogen cu clor în prezența catalizatorilor (de exemplu, AlCl 3 sau FeCl 3 ):

{\mathsf {C_{6}H_{6}+Cl_{2}\rightarrow C_{6}H_{5}Cl+HCl))

Modalități de obținere

Metode chimice

Metodele chimice de obținere a clorului sunt ineficiente și costisitoare. Astăzi au o importanță istorică în principal.

Metoda lui Scheele

Inițial, metoda industrială de producere a clorului s-a bazat pe metoda Scheele , adică reacția oxidului de mangan (IV) ( piroluzit ) cu acidul clorhidric :

{\mathsf {MnO_{2}+4HCl\rightarrow MnCl_{2}+Cl_{2}\uparrow +2H_{2}O))

Metoda Diaconului

În 1867, Deacon a dezvoltat o metodă de producere a clorului prin oxidarea catalitică a clorurii de hidrogen cu oxigenul atmosferic . Procesul Deacon este utilizat în prezent în recuperarea clorului din clorura de hidrogen , un produs secundar al clorării industriale a compușilor organici.

{\mathsf {4HCl+O_{2}\rightarrow 2H_{2}O+2Cl_{2}\uparrow ))

Metode moderne de laborator

Datorită disponibilității clorului, clorul lichefiat îmbuteliat este utilizat în mod obișnuit în practica de laborator.

Clorul poate fi obținut prin acțiunea unui acid asupra hipocloritului de sodiu :

{\mathsf {4NaClO+4CH_{3}COOH\rightarrow 4NaCH_{3}COO+2Cl_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow +2H_{2}O))

De asemenea, eliberează oxigen. Dacă utilizați acid clorhidric, atunci reacția arată diferit:

{\mathsf {NaClO+2HCl\rightarrow NaCl+Cl_{2}\uparrow +H_{2}O))

Pentru obținerea clorului se folosesc de obicei procedee bazate pe oxidarea acidului clorhidric cu agenți oxidanți puternici (cel mai adesea dioxid de mangan sau permanganat de potasiu , dar și clorit de calciu , cromat de potasiu , dicromat de potasiu , dioxid de plumb , sare bartolet etc.) [13] ] :

{\mathsf {2KMnO_{4}+16HCl\rightarrow 2KCl+2MnCl_{2}+5Cl_{2}\uparrow +8H_{2}O))

Dacă este imposibil să se utilizeze cilindri și metode chimice pentru producerea clorului, se pot folosi metode electrochimice - folosind electrolizoare mici cu un electrod convențional sau cu supapă pentru a produce clor.

Metode electrochimice

Astăzi, clorul este produs la scară industrială împreună cu hidroxid de sodiu și hidrogen prin electroliza unei soluții apoase de clorură de sodiu , ale cărei procese principale pot fi reprezentate prin formula rezumativă:

{\mathsf {2NaCl+2H_{2}O+2e^{{-}}\rightarrow 2NaOH+Cl_{2}\uparrow +H_{2}\uparrow }}

Se formează 1,13 tone de hidroxid de sodiu per tonă de clor eliberat [2] . Întrucât clorul este unul dintre cele mai solicitate produse ale industriei chimice, costul energiei electrice pentru producerea sa este foarte remarcabil: în Statele Unite se utilizează aproximativ 2% din toată energia electrică generată și 28% din energia consumată de instalațiile industriale electrochimice. pentru producerea de clor [2] .

Mult mai puțin folosită în industrie este electroliza unei soluții de clorură de potasiu [2] .

Se folosesc trei variante ale metodei electrochimice de producere a clorului. Două dintre ele sunt electroliza cu catod solid: metode cu diafragmă și membrane. Al treilea este electroliza cu un catod de mercur lichid (metoda de producere a mercurului). Calitatea clorului obținut prin metode electrochimice diferă puțin:

	metoda mercurului	metoda diafragmei	Metoda membranei
randament de clor, %	99	96	98,5
Electricitate ( kWh ) per 1 tonă de clor	3150	3260	2520
Puritatea clorului, %	99,2	98	99,3
Fracția de masă a O2 în clor, %	0,1	1-2	0,3
Începutul cererii [2]	secolul al 19-lea	secolul al 19-lea	1975

Metoda diafragmei

Cea mai simplă dintre metodele electrochimice de obținere a clorului, în ceea ce privește organizarea procesului și materialele structurale pentru electrolizor, este metoda diafragmei.

Soluția de sare din celula cu diafragmă este alimentată continuu în spațiul anodic și curge, de regulă, printr-o diafragmă de azbest montată pe o rețea catodică de oțel, la care se adaugă uneori o cantitate mică de fibre polimerice.

Aspirația cu diafragmă se realizează prin pomparea pulpei din fibrele de azbest prin electrolizor, care, blocându-se în grila catodice, formează un strat de azbest care joacă rolul unei diafragme.

În multe modele de electrolizoare, catodul este complet scufundat sub stratul de anolit (electrolitul din spațiul anodic), iar hidrogenul eliberat pe grila catodului este îndepărtat de sub catod folosind conducte de gaz, fără a pătrunde prin diafragmă în spațiul anodic. din cauza contracurentului.

Contrafluxul este o caracteristică foarte importantă a designului unui electrolizor cu diafragmă. Datorită fluxului în contracurent direcționat din spațiul anodic către spațiul catodic printr-o diafragmă poroasă, devine posibilă obținerea separată de leșie și clor. Fluxul în contracurent este conceput pentru a contracara difuzia și migrarea ionilor OH - în spațiul anodic. Dacă cantitatea de contracurent este insuficientă, atunci în spațiul anodic începe să se formeze ion de hipoclorit (ClO - ) în cantități mari, care pot fi apoi oxidați la anod la ionul clorat ClO 3 - . Formarea ionului de clorat reduce serios eficiența actuală a clorului și este principalul proces secundar în această metodă. Eliberarea de oxigen este, de asemenea, dăunătoare, ceea ce duce și la distrugerea anozilor și, dacă sunt fabricați din materiale carbonice, la pătrunderea impurităților de fosgen în clor .

Anod :

{\mathsf {2Cl^{{-}}-2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl_{2}\uparrow }}

- procesul principal

{\mathsf {2H_{2}O-4e^{-}\ {\xrightarrow {}}\ O_{2}\uparrow +4H^{+}}}

{\mathsf {12ClO^{{-}}+6H_{2}O-12e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ 4ClO_{3}^{{-}}+8Cl^{{-} }+3O_{2}\uparrow +6H^{{+}}}}

catod :

{\mathsf {2H_{2}O+2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ H_{2}\uparrow +2OH^{{-}}}}

- procesul principal

{\mathsf {ClO^{{-}}+H_{2}O+2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl^{{-}}+2OH^{{-}}}}

{\mathsf {ClO_{3}^{{-}}+3H_{2}O+6e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl^{{-}}+6OH^{{-} }}}

Electrozii din grafit sau carbon pot fi utilizați ca anod în electrolizoarele cu diafragmă . Până în prezent, aceștia au fost înlocuiți în principal cu anozi de titan cu un strat de oxid de ruteniu-titan (anozi ORTA) sau alți anozi cu consum redus.

Sarea, sulfatul de sodiu și alte impurități, atunci când concentrația lor în soluție crește peste limita lor de solubilitate, precipită. Soluția caustică este decantată din precipitat și transferată ca produs finit în depozit sau se continuă etapa de evaporare pentru a obține un produs solid, urmată de topire, descuamare sau granulare.

Reversul, adică sarea de masă cristalizată într-un precipitat, este returnată la proces, preparând așa-numita saramură inversă din aceasta. Din acesta, pentru a evita acumularea de impurități în soluții, impuritățile sunt separate înainte de a pregăti saramura de retur.

Pierderea de anolit este completată prin adăugarea de saramură proaspătă obținută prin leșierea subterană a straturilor de sare de halit , bischofit și alte minerale care conțin clorură de sodiu, precum și dizolvarea acestora în recipiente speciale la locul de producție. Înainte de a o amesteca cu saramura inversă, saramura proaspătă este curățată de suspensiile mecanice și o parte semnificativă de ioni de calciu și magneziu.

Clorul rezultat este separat de vaporii de apă, comprimat și alimentat fie la producerea de produse care conțin clor, fie la lichefiere.

Datorită simplității sale relative și a costului scăzut, metoda cu diafragmă pentru producerea clorului este încă utilizată pe scară largă în industrie.

Schema unui electrolizor cu diafragmă. Metoda membranei

Metoda cu membrană de producere a clorului este cea mai eficientă energetic, dar dificil de organizat și operat.

Din punct de vedere al proceselor electrochimice, metoda membranei este similară cu metoda diafragmei, dar spațiile anodului și catodic sunt complet separate de o membrană schimbătoare de cationi, impermeabilă la anioni. Prin urmare, într-un electrolizor cu membrană, spre deosebire de un electrolizor cu diafragmă, nu există un singur flux, ci două.

Ca și în metoda cu diafragmă, un flux de soluție de sare intră în spațiul anodic, iar apa deionizată intră în spațiul catodic. Din spațiul anodic curge un flux de anolit epuizat, care conține și impurități de ioni de hipoclorit și clorat, iar clorul iese, iar din spațiul catodic, leșie și hidrogen, care practic nu conțin impurități și sunt aproape de concentrația comercială, ceea ce reduce costurile energetice pentru evaporarea şi purificarea lor.

Cu toate acestea, soluția de alimentare de sare (atât proaspătă, cât și reciclată) și apă sunt curățate în prealabil cât mai mult posibil de orice impurități. O astfel de curățare minuțioasă este determinată de costul ridicat al membranelor polimerice schimbătoare de cationi și de vulnerabilitatea acestora la impuritățile din soluția de alimentare.

În plus, forma geometrică limitată, precum și rezistența mecanică scăzută și stabilitatea termică a membranelor schimbătoare de ioni determină în mare măsură designul relativ complex al instalațiilor de electroliză cu membrană. Din același motiv, instalațiile cu membrane necesită cele mai complexe sisteme automate de control și management.

Schema unui electrolizor cu membrană . Metoda mercurului cu catod lichid

Într-o serie de metode electrochimice de obținere a clorului, metoda mercurului face posibilă obținerea celui mai pur clor.

Schema unui electrolizor cu mercur.

Instalația de electroliză a mercurului este formată dintr-un electrolizor, un descompozitor de amalgam și o pompă de mercur, interconectate prin comunicații conducătoare de mercur.

Catodul electrolizatorului este un flux de mercur pompat de o pompă. Anozi - grafit , carbon sau cu uzură redusă (ORTA, TDMA sau altele). Împreună cu mercurul, un curent de soluție de alimentare cu clorură de sodiu curge continuu prin electrolizor.

La anod, ionii de clor sunt oxidați din electrolit și clorul este eliberat:

{\mathsf {2Cl^{{-}}-2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl_{2}\uparrow }}

- procesul principal

{\mathsf {2H_{2}O-2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ O_{2}\uparrow +4H^{{+}}}}

{\mathsf {12ClO^{{-}}+6H_{2}O-12e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}4ClO_{3}^{{-}}+8Cl^{{-}} +3O_{2}\uparrow +12H^{{+}}}}

Clorul și anolitul sunt îndepărtați din electrolizor. Anolitul care părăsește electrolizorul este saturat cu halit proaspăt, impuritățile introduse cu acesta, precum și spălate din anozi și materiale structurale, sunt îndepărtate din acesta și readuse la electroliză. Înainte de saturare, clorul dizolvat în el este extras din anolit.

Cerințele crescânde pentru siguranța mediului în producție și costul ridicat al mercurului metalic conduc la înlocuirea treptată a metodei mercurului prin metode de obținere a clorului cu catod solid.

Depozitarea clorului

Clorul produs este stocat în „rezervoare” speciale sau pompat în cilindri de oțel de înaltă presiune. Cilindrii cu clor lichid sub presiune au o culoare specială - o culoare de protecție cu o dungă verde. Buteliile de clor vor acumula triclorura de azot extrem de explozivă atunci când sunt utilizate pentru perioade lungi de timp și, ca atare, buteliile de clor trebuie spălate în mod obișnuit și purjate de clorură de azot din când în când.

Standarde de calitate a clorului

Conform GOST 6718-93 „Clor lichid. Specificații” sunt produse următoarele grade de clor:

Numele indicatorului GOST 6718-93	Clasa superioara	Clasa întâi
Fracția de volum de clor, nu mai puțin de, %	99,8	99,6
Fracția de masă de apă, nu mai mult de, %	0,01	0,04
Fracția de masă de triclorura de azot , nu mai mult de, %	0,002	0,004
Fracția de masă a reziduului nevolatil, nu mai mult de, %	0,015	0,10

Aplicație

Clorul este utilizat în multe industrii, știință și nevoi casnice:

În producția de clorură de polivinil , compuși din plastic, cauciuc sintetic, care sunt utilizați pentru a face izolații pentru fire, profile de ferestre, materiale de ambalare , haine și încălțăminte, discuri de linoleum și gramofon, lacuri, echipamente și materiale plastice spumă , jucării, piese de instrumente, construcții materiale. Clorura de polivinil este produsă prin polimerizarea clorurii de vinil , care astăzi este cel mai frecvent preparată din etilenă într-un proces echilibrat cu clor printr-un intermediar 1,2-dicloretan.
Proprietățile de albire ale clorului sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri. Clorul distruge mulți coloranți organici , făcându-i incolori, dar acest lucru se întâmplă numai în prezența apei lichide sau gazoase [ 14] , deoarece nu clorul însuși „albiște”, ci oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii acidului hipocloros. [15] :

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}O\rightarrow HCl+HOCl))

{\mathsf {HOCl\rightarrow HCl+O}}

Aceasta este o metodă veche de albire a țesăturilor, hârtiei, cartonului.

Producția de insecticide organoclorurate - substanțe care ucid insectele dăunătoare culturilor, dar sunt sigure pentru plante. O parte semnificativă din clorul produs este cheltuită pentru obținerea de produse de protecție a plantelor. Unul dintre cele mai importante insecticide este hexaclorociclohexanul (deseori denumit hexacloran). Această substanță a fost sintetizată pentru prima dată în 1825 de către Faraday , dar a găsit aplicare practică abia după mai bine de 100 de ani - în anii 30 ai secolului XX.
Clorul a fost folosit ca agent de război chimic , precum și pentru producerea altor agenți de război chimic: gaz muștar , fosgen .
Pentru dezinfecția apei - " clorinare ". Cea mai comună metodă de dezinfectare a apei potabile; se bazează pe capacitatea clorului liber și a compușilor săi de a inhiba sistemele enzimatice ale microorganismelor care catalizează procesele redox. Pentru dezinfectarea apei potabile se folosesc clorul, dioxidul de clor, cloramina si inalbitorul. SanPiN 2.1.4.1074-01 [16] stabilește limitele (coridorul) conținutului admisibil de clor rezidual liber în apa potabilă de alimentare cu apă centralizată de 0,3–0,5 mg/l. O serie de oameni de știință și chiar politicieni din Rusia critică însuși conceptul de clorinare a apei de la robinet . O alternativă este ozonarea . Materialele din care sunt realizate conductele de apă interacționează diferit cu apa clorurată de la robinet. Clorul liber din apa de la robinet reduce semnificativ durata de viață a conductelor pe bază de poliolefine : țevi de polietilenă de diferite tipuri, inclusiv polietilenă reticulata, mai bine cunoscută ca PEX (PEX, PE-X). În SUA, pentru a controla admiterea conductelor din materiale polimerice pentru utilizarea în sistemele de alimentare cu apă cu apă clorurată, aceștia au fost nevoiți să adopte 3 standarde: ASTM F2023 pentru conductele din polietilenă reticulata (PEX) și apă caldă clorinată, ASTM F2263 pentru toate țevile din polietilenă și apă clorurată și ASTM F2330 pentru țevi multistrat (polimer metalic) și apă clorurată fierbinte. În ceea ce privește durabilitatea atunci când interacționează cu apa clorurată, conductele de apă din cupru demonstrează rezultate pozitive .
Înregistrat în industria alimentară ca aditiv alimentar E925 .
În producția chimică de acid clorhidric , înălbitor, sare berthollet , cloruri metalice , otrăvuri, medicamente, îngrășăminte.
În metalurgie pentru producerea de metale pure: titan, staniu, tantal, niobiu.

Multe țări dezvoltate se străduiesc să limiteze utilizarea clorului în casă, și pentru că arderea gunoaielor care conțin clor produce cantități semnificative de dioxine .

Rolul biologic

Clorul este unul dintre cele mai importante elemente biogene și face parte din toate organismele vii sub formă de compuși.

La animale și la oameni, ionii de clorură sunt implicați în menținerea echilibrului osmotic , ionul de clorură are o rază optimă pentru a pătrunde în membrana celulară . Aceasta explică participarea sa comună cu ionii de sodiu și potasiu la crearea unei presiuni osmotice constante și reglarea metabolismului apă-sare. Sub influența GABA ( un neurotransmițător ), ionii de clorură au un efect inhibitor asupra neuronilor prin reducerea potențialului de acțiune . In stomac , ionii de clorura creeaza un mediu favorabil actiunii enzimelor proteolitice ale sucului gastric . Canalele de clor sunt prezente în multe tipuri de celule, membrane mitocondriale și mușchi scheletici. Aceste canale îndeplinesc funcții importante în reglarea volumului fluidului, transportul de ioni transepiteliali și stabilizarea potențialelor membranare și sunt implicate în menținerea pH -ului celular . Clorul se acumulează în țesutul visceral, piele și mușchii scheletici. Clorul este absorbit în principal în intestinul gros . Absorbția și excreția clorului sunt strâns legate de ionii de sodiu și bicarbonații, într-o măsură mai mică cu mineralocorticoizii și activitatea Na + /K + - ATPazei . Celulele acumulează 10-15% din tot clorul, din această cantitate, de la 1/3 până la 1/2 - în eritrocite . Aproximativ 85% din clor se află în spațiul extracelular. Clorul este excretat din organism în principal prin urină (90-95%), fecale (4-8%) și prin piele (până la 2%). Excreția de clor este asociată cu ionii de sodiu și potasiu, iar reciproc (reciproc) cu ionii de bicarbonat HCO 3 - (echilibrul acido-bazic).

O persoană consumă 5-10 g de NaCl pe zi. Necesarul uman minim de clor este de aproximativ 800 mg pe zi. Copilul primește cantitatea necesară de clor prin laptele matern, care conține 11 mmol/l de clor. NaCl este necesar pentru producerea de acid clorhidric în stomac , care promovează digestia și distrugerea bacteriilor patogene. În prezent, rolul clorului în apariția anumitor boli la om nu este bine înțeles, în principal din cauza numărului mic de studii. Este suficient să spunem că nici măcar recomandări privind aportul zilnic de clor nu au fost elaborate. Țesutul muscular uman conține 0,20-0,52% clor, os - 0,09%; în sânge - 2,89 g / l. În corpul unei persoane medii (greutate corporală 70 kg) 95 g de clor. În fiecare zi cu alimente, o persoană primește 3-6 g de clor, care în exces acoperă nevoia acestui element.

Ionii de clor sunt vitali pentru plante. Clorul este implicat în metabolismul energetic la plante prin activarea fosforilării oxidative . Este necesar pentru formarea oxigenului în procesul de fotosinteză de către cloroplaste izolate , stimulează procesele auxiliare ale fotosintezei, în primul rând cele asociate cu acumularea de energie. Clorul are un efect pozitiv asupra absorbției de către rădăcini a oxigenului, potasiului, calciului și magneziului. O concentrație excesivă de ioni de clorură în plante poate avea și o parte negativă, de exemplu, reduce conținutul de clorofilă , reduce activitatea fotosintezei, întârzie creșterea și dezvoltarea plantelor .

Există însă plante care, în curs de evoluție , fie s-au adaptat la salinitatea solului, fie, în lupta pentru spațiu, au ocupat mlaștini sărate goale , unde nu există concurență. Plantele care cresc în soluri saline sunt numite halofite . Ele acumulează clorură în timpul sezonului de vegetație și apoi elimină excesul de clorură prin căderea frunzelor sau eliberează clorură pe suprafața frunzelor și a crenguțelor și câștigă dublu beneficiu de a umbri suprafețele de lumina soarelui.

Dintre microorganisme, sunt cunoscute și halofilele - halobacteriile - care trăiesc în ape sau soluri foarte sărate.

Toxicitate

Clorul este un gaz asfixiant toxic , un iritant puternic , dacă intră în plămâni , provoacă o arsură a țesutului pulmonar (ca urmare a formării acidului hipocloros și clorhidric în ele), asfixiere .

Are un efect iritant asupra tractului respirator la o concentrație în aer deja de la 1 la 6 mg/m³ (care este aproape de pragul de percepție a mirosului de clor), la 12 mg/m³ este greu de tolerat , concentrațiile mai mari de 100 mg/m³ pun viața în pericol ( decesul prin oprirea respirației are loc în 5-25 de minute, la concentrații mari - instantaneu) [17] .

Concentrația maximă admisă de clor în aerul atmosferic este următoarea: medie zilnică - 0,03 mg/m³; maxim o singură dată - 0,1 mg / m³; în spațiile de lucru ale unei întreprinderi industriale - 1 mg / m³.

Când lucrați cu clor, trebuie folosite îmbrăcăminte de protecție, măști de gaz și mănuși. Pentru o scurtă perioadă de timp, este posibil să se protejeze organele respiratorii de pătrunderea clorului cu un bandaj de cârpă umezit cu o soluție de sulfit de sodiu Na 2 SO 3 sau tiosulfat de sodiu Na 2 S 2 O 3 .

Clorul a fost unul dintre primii agenți de război chimic folosiți în Primul Război Mondial , folosit pentru prima dată de Germania în 1915 în timpul bătăliei de la Ypres .

Comentarii

↑ Gama valorilor masei atomice este indicată datorită eterogenității distribuției izotopilor în natură.

Note

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Greutăți atomice ale elementelor 2011 (Raport tehnic IUPAC ) // Chimie pură și aplicată . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ 1 2 3 4 5 Rosalovsky V. Ya. Chlorine // Enciclopedia chimică : în 5 volume / Cap. ed. N. S. Zefirov . - M . : Marea Enciclopedie Rusă , 1998. - V. 5: Triptofan - Iatrochimie. - S. 280-281. — 783 p. — 10.000 de exemplare. — ISBN 5-85270-310-9 .
↑ Dvoretsky I. Kh. Dicționar grec-rus antic. - M .: Stat. editura straina și națională dicţionare, 1958. - T. II. - S. 1777. - 12.000 de exemplare.
↑ Biblioteca populară de elemente chimice. Cartea unu. Hidrogen - paladiu / I. V. Petryanov-Sokolov (editori responsabili), V. V. Stanzo, M. B. Chernenko (compilatori). - Ed. a 3-a. - M . : Nauka, 1983. - S. 238 -247. — 575 p.
↑ Berzelius, Johann-Yakov // Dicționar enciclopedic al lui Brockhaus și Efron : în 86 de volume (82 de volume și 4 suplimentare). - Sankt Petersburg. , 1890-1907.
↑ JP Riley și Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
↑ Datele izotopilor de clor
↑ Fuller G.H., . Spinul nuclear al Cl-36 // J. Phys. Chim. Ref. Date, : articol. - 1976. - Aprilie ( vol. 5, , nr. 4, ). - C. p. 879. .
↑ Descrierea proprietăților clorului pe site-ul ChemPortal.ru
↑ 1 2 Baza de date cu structuri cristaline anorganice
↑ O soluție saturată de clor în apă se numește „ apă cu clor ”
↑ Interacțiunea clorului cu hidrogenul - experiență video în Colecția Unificată de Resurse Educaționale Digitale
↑ Obținerea clorului - experiență video în Colecția Unificată de Resurse Educaționale Digitale
↑ Yu.V. _ _ - Ed. a XVIII-a. - M . : Educaţie , 1987. - S. 184-187. — 240 s. — 1.630.000 de exemplare.
↑ Interacțiunea clorului cu coloranții organici - experiență video în Colecția Unificată de Resurse Educaționale Digitale
↑ SanPiN 2.1.4.1074-01
↑ Substanțe nocive în industrie / Ed. N. V. Lazareva și I. D. Gadaskina. - M. , 1977. - T. 3. - S. 21-22.

Literatură

Nekrasov B. V. Fundamentele Chimiei Generale, vol. 3. - M .: Chimie, 1970;
Yakimenko L. M. Producția de clor, sodă caustică și produse din clor anorganic, M., 1974;
Decretul Gosgortekhnadzor al Rusiei din 06/05/2003 nr. 48 „Cu privire la aprobarea Regulilor de siguranță pentru producerea, depozitarea, transportul și utilizarea clorului” PB din 06/05/2003 09-594-03;
Legea federală nr. 116-FZO din 21 iulie 1997 privind siguranța industrială a instalațiilor de producție periculoase (modificată la 18 decembrie 2006);
Decretul Gosgortekhnadzor al Rusiei din 18.10.2002 nr. 61-A „Cu privire la aprobarea regulilor generale de siguranță industrială pentru organizațiile care desfășoară activități în domeniul securității industriale a instalațiilor de producție periculoase ” PB din 18.10.2002 nr. 03-517-02;
Ordinul Ministerului Sănătății al Federației Ruse din 28 martie 2003 nr. 126 „Cu privire la aprobarea Listei factorilor de producție nocivi, sub influența cărora se recomandă utilizarea laptelui sau a altor produse alimentare echivalente în scopuri preventive”;
Ordinul Ministerului Resurselor Naturale al Federației Ruse din 2 decembrie 2002 nr. 786 „Cu privire la aprobarea Catalogului Federal de Clasificare a Deșeurilor” (modificat și completat la 30 iulie 2003);
Decretul Comitetului de Stat pentru Muncă al URSS din 25 octombrie 1974 Nr. 298 / P-22 „Cu privire la aprobarea listei industriilor, atelierelor, profesiilor și funcțiilor cu condiții de muncă dăunătoare, munca în care dă dreptul la concediu suplimentar și un zi de lucru mai scurtă” (modificată la 29 mai 1991);
Decretul Ministerului Muncii al Rusiei din 22 iulie 1999 nr. 26 „Cu privire la aprobarea standardelor industriale standard pentru eliberarea gratuită de îmbrăcăminte specială, încălțăminte specială și alte echipamente de protecție individuală pentru lucrătorii din industriile chimice”;
Decretul medicului șef sanitar de stat al Federației Ruse din 30 mai 2003 nr. 116 „Cu privire la intrarea în vigoare a GN 2.1.6.1339-03 „Niveluri indicative de expunere sigură (SLI) pentru poluanții din aerul atmosferic din zonele populate” ” (modificat la 3 noiembrie 2005);
GOST 6718-93 Clor lichid. Specificații.