Хімічний елемент хлор

Размещено на http://www.allbest.ru/

План

хлор хімічний електроліз розчин атом

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

1. 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.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

Размещено на Allbest.ru