Хлор является химическим элементом периодической таблицы Д.И. Менделеева с атомным номером 17 и условным обозначением Cl. В свободном виде такой химический элемент как хлор существует в газообразном состоянии в виде двухатомной молекулы Cl2.
Открытие
Такой химический элемент как хлор был известен человечеству с давних времен. Еще средневековые алхимики использовали хлорсодержащие соединения в своих экспериментах, которые обычно включали нагревание хлоридных солей с получением других элементов.
Природа газообразного свободного хлора как отдельного вещества была признана только около 1630 года Яном Баптистом ван Гельмонтом. Карл Вильгельм Шееле в 1774 году описал газообразный хлор, предполагая, что это оксид нового элемента. В 1809 году химики предположили, что газ может быть чистым элементом, и это было подтверждено сэром Хамфри Дэви в 1810 году, который назвал его в честь древнегреческого χλωρός ( khlōrós , «бледно-зеленый») из-за его цвета.
Из-за своей большой реакционной способности весь хлор в земной коре находится в форме ионных хлоридных соединений, к которым относится поваренная соль. Это второй по распространенности галоген (после фтора) и двадцать первый по распространенности химический элемент в земной коре. Тем не менее, эти отложения земной коры затмеваются огромными запасами хлоридов в морской воде.
Интересное:
Характеристики
| Физические характеристики | |
|---|---|
| Состояние при Н.У. | Газообразное |
| Температура плавления | -101 ° С |
| Точка кипения | -34,04°С |
| Плотность при Н.У. | 3,2 г/см 3 |
| Твердость по шкале Мооса | — |
| Критическая точка | 143,75 °C, 7991 МПа |
| Мол. теплота плавления | 6,406 кДж/моль |
| Мол. теплота испарения | 20,41 кДж/моль |
| Мол. теплоемкость | 33,949 Дж/(моль·К) |
| Молярный объем | 17,39 · 10 -6 м 3 ·моль -1 |
| Химические характеристики | |
|---|---|
| Атомный номер(Z) | 17 |
| Атомная масса | 35,45 |
| Электронная конфигурация | 3s²3p⁵ |
| Радиус атома | 100 пм |
| Ковалентный радиус | 102 пм |
| Степени окисления | −1 , 0, +1 , +2, +3 , +4, +5 , +6, +7 |
| Радиус иона | 27 пм |
| Электроотрицательность | 3.16 (шкала Полинга) |
| Энергия ионизации | 1251,2 кДж/моль |
| Изотопы | ³⁵Cl, ³⁶Cl, ³⁷Cl |
Интересное:
Добыча и производство
Хлор является одним из наиболее важных химических веществ на нашей планете. Ежегодное производство данного химического элемента оценивается в 60 миллионов тонн. Он является одним из наиболее крупномасштабно производимых химических веществ. Технически в промышленных масштаба хлор производится почти исключительно посредством различных электрохимических процессов, а в меньших масштабах его можно получать и химическим путем. Он является побочным продуктом электрохимического производства натрия и магния из соответствующих хлоридов.
В промышленности элементарный хлор обычно получают электролизом растворенного в воде хлорида натрия. Этот метод, который принято называть хлорщелочным процессом, промышленно реализованным в 1892 году, в настоящее время обеспечивает большую часть промышленного газообразного хлора. Наряду с хлором в результате этого метода получаются газообразный водород и гидроксид натрия, который является наиболее ценным продуктом. Процесс протекает по следующему химическому уравнению:
2NaCl + 2H2O → 2NaOH + Cl2 + H2
Во всех процессах производства хлора важно то, что анод, где производится хлор, отделен от катода, где образуются ионы водорода и гидроксида. Если бы их соединить в сосуде, образовалась бы взрывоопасная смесь хлора с водородом и произошла бы реакция хлора с гидроксид-ионами с образованием гипохлорита.
Известны различные процессы, с помощью которых хлор можно получить из хлористого водорода путем химического окисления (процесс Уэлдона и процесс Дикона).
Химическая формула процесса Уэлдона:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H2O
Химическая формула процесса Дикона:
4HCl + O2 -450°C→ 2Cl2 + 2H2O
В промышленных масштабах эти методы не применяются так как с экономической точки зрения метод электролиза более выгодный.
Интересное:
Применение
Применение такого химического элемента как хлор является очень широким и разнообразным. Наибольшее число известных применений хлор находит в качестве соединений. Хлорид натрия является наиболее распространенным соединением хлора и основным источником хлора для нужд химической промышленности. На рынке находится около 15 000 хлорсодержащих соединений, в числе которых находится хлорированный метан, этаны, винилхлорид, поливинилхлорид (ПВХ), трихлорид алюминия для катализа, хлориды магния, титана, циркония и гафния, которые являются предшественниками хлорсодержащих соединений производя чистую форму этих элементов.
В количественном отношении из всего производимого элементарного хлора около 63% используется в производстве органических соединений, а 18% — в производстве неорганических соединений хлора. Около 15 000 соединений хлора используются в коммерческих целях. Остальные 19% производимого хлора используется для производства отбеливателей и дезинфицирующих средств. Наиболее значимыми из органических соединений по объему производства являются 1,2-дихлорэтан и винилхлорид, как полупродукты в производстве ПВХ. Другими особенно важными хлорорганическими соединениями являются метилхлорид, метиленхлорид, хлороформ, винилиденхлорид, трихлорэтилен, перхлорэтилен, аллилхлорид, эпихлоргидрин, хлорбензол, дихлорбензолы и трихлорбензолы. Основными неорганическими соединениями являются HCl, Cl2O, HOCl, NaClO3, AlCl3, SiCl4, SnCl4, PCl3, PCl5, POCl3, AsCl3, SbCl3, SbCl5, BiCl3 и ZnCl2.
Хлор в основном используется для производства других химических веществ. К примеру винилхлорид является исходным материалом для производства пластикового поливинилхлорида, который производится миллионами тонн в год. Другие простые хлорорганические соединения также получают путем взаимодействия хлора и соответствующих углеводородов. Они служат в первую очередь промежуточным продуктом для производства пластмасс, фармацевтических препаратов или пестицидов. В частности около 85% всех фармацевтических препаратов производятся с использованием хлора в той или иной степени. В процессе производства хлор часто выделяют в чистом виде, чтобы получить конечные продукты, не содержащие хлора. Примером является производство глицерина с помощью аллилхлорида и эпихлоргидрина или хлоргидриновый процесс производства оксида пропилена.
Интересное:
Безопасность
Хлор является токсичный газом, который поражает дыхательную систему, глаза и кожу. Поскольку он плотнее воздуха, он имеет тенденцию скапливаться внизу плохо вентилируемых помещений. Газообразный хлор является сильным окислителем, который может вступать в реакцию с легковоспламеняющимися материалами.
Хлор обнаруживается с помощью измерительных приборов в концентрациях всего 0,2 частей на миллион (ppm) и по запаху при 3 ppm. Кашель и рвота могут возникнуть при концентрации 30 частей на миллион, а повреждение легких – при концентрации 60 частей на миллион. Около 1000 частей на миллион могут быть смертельными после нескольких глубоких вдохов газа. Концентрация хлора непосредственно опасная для жизни и здоровья составляет 10 ppm. Вдыхание более низких концентраций может ухудшить работу дыхательной системы, а воздействие газа может вызвать раздражение глаз. При вдыхании хлора в концентрациях более 30 частей на миллион он вступает в реакцию с водой в легких, образуя соляную кислоту (HCl) и хлорноватистую кислоту (HOCl).