В природата хлорът се среща в газообразно състояние и само под формата на съединения с други газове. При условия, близки до нормалните, той е зеленикав, отровен, каустик. Има по-голяма тежест от въздуха. Има сладка миризма. Молекулата на хлора съдържа два атома. Не гори в покой, но при високи температури взаимодейства с водорода, след което е възможна експлозия. В резултат на това се отделя газ фосген. Много отровен. Така че дори при ниска концентрация във въздуха (0,001 mg на 1 dm3) може да причини смърт. Основната характеристика на неметалния хлор е, че той е по-тежък от въздуха, следователно винаги ще бъде близо до пода под формата на жълтеникаво-зелена мъгла.
Исторически факти
За първи път в практиката това вещество е получено от К. Шели през 1774 г. чрез комбиниране на солна киселина и пиролузит. Въпреки това едва през 1810 г. П. Дейви успява да характеризира хлора и да установи, че тойотделен химичен елемент.
Заслужава да се отбележи, че през 1772 г. Джоузеф Пристли успява да получи хлороводород - съединение на хлор с водород, но химикът не може да раздели тези два елемента.
Химична характеристика на хлор
Хлорът е химичен елемент от основната подгрупа на група VII на периодичната таблица. Той е в третия период и има атомен номер 17 (17 протона в атомното ядро). Реактивен неметал. Обозначен с букви Cl.
е типичен представител на халогените. Това са газове, които нямат цвят, но имат остра остра миризма. Обикновено токсичен. Всички халогени са силно разтворими във вода. Те започват да пушат, когато са изложени на влажен въздух.
Външна електронна конфигурация на атома Cl 3s2Зр5. Следователно в съединенията химичният елемент показва нива на окисление от -1, +1, +3, +4, +5, +6 и +7. Ковалентният радиус на атома е 0,96Å, йонният радиус на Cl е 1,83 Å, афинитетът на атома към електрона е 3,65 eV, нивото на йонизация е 12,87 eV.
Както бе споменато по-горе, хлорът е доста активен неметал, който ви позволява да създавате съединения с почти всеки метал (в някои случаи чрез нагряване или използване на влага, като същевременно измества брома) и неметали. В прахообразна форма, той реагира с метали само когато е изложен на високи температури.
Максимална температура на горене - 2250 °C. С кислород може да образува оксиди, хипохлорити, хлорити и хлорати. Всички съединения, съдържащи кислород, стават експлозивни при взаимодействие с окисляваневещества. Струва си да се отбележи, че хлорните оксиди могат да експлодират произволно, докато хлоратите експлодират само когато са изложени на някакви инициатори.
Характеризиране на хлора по позиция в периодичната таблица:
• просто вещество;
• елемент от седемнадесетата група на периодичната таблица;
• трети период от третия ред;
• седма група от основната подгрупа;
• атомен номер 17;
• означен със символа Cl;
• реактивен неметал;
• е в халогенната група;
• при почти нормални условия, това е отровен газ жълтеникаво-зелен цвят с остър мирис;
• хлорната молекула има 2 атома (формула Cl2).
Физични свойства на хлора:
• Точка на кипене: -34,04 °С;
• Точка на топене: -101,5 °С;
• Плътност на газ - 3,214 g/l;
• плътност на течен хлор (по време на кипене) - 1,537 g/cm3;
• плътност на твърд хлор - 1,9 g/cm 3;
• специфичен обем – 1,745 x 10-3 л/година.
Хлор: характеристики на температурните промени
В газообразно състояние има тенденция да се втечнява лесно. При налягане от 8 атмосфери и температура 20 ° C изглежда като зеленикаво-жълта течност. Има много високи корозионни свойства. Както показва практиката, този химичен елемент може да поддържа течно състояние до критична температура (143 ° C), подложено на повишаване на налягането.
Ако се охлади до -32 °C,той ще промени агрегатното си състояние в течно, независимо от атмосферното налягане. При по-нататъшно понижаване на температурата настъпва кристализация (при -101 ° C).
Хлор в природата
Земната кора съдържа само 0,017% хлор. Основната част е във вулканични газове. Както беше посочено по-горе, веществото има висока химическа активност, в резултат на което се среща в природата в съединения с други елементи. Въпреки това, много минерали съдържат хлор. Характеристиката на елемента позволява образуването на около сто различни минерала. По правило това са метални хлориди.
Освен това голямо количество от него е в океаните - почти 2%. Това се дължи на факта, че хлоридите се разтварят много активно и се пренасят от реки и морета. Възможен е и обратният процес. Хлорът се измива обратно на брега, а след това вятърът го носи наоколо. Ето защо най-високата му концентрация се наблюдава в крайбрежните зони. В сухите райони на планетата газът, който разглеждаме, се образува от изпаряването на водата, в резултат на което се появяват солени блата. Около 100 милиона тона от това вещество се добиват годишно в света. Което обаче не е изненадващо, защото има много находища, съдържащи хлор. Характеристиките му обаче до голяма степен зависят от географското му местоположение.
Методи за получаване на хлор
Днес има редица методи за получаване на хлор, от които най-често срещаните са следните:
1. диафрагма. Той е най-простият и най-евтиният. солнаразтворът при диафрагмената електролиза навлиза в анодното пространство. По-нататък стоманената катодна решетка се влива в диафрагмата. Съдържа малко количество полимерни влакна. Важна характеристика на това устройство е противотокът. Той е насочен от анодното пространство към катодното пространство, което прави възможно получаването на хлор и луга поотделно.
2. Мембрана. Най-енергийно ефективният, но труден за прилагане в организация. Подобно на диафрагмата. Разликата е, че анодното и катодното пространство са напълно разделени от мембрана. Следователно изходът е два отделни потока.
Заслужава да се отбележи, че характеристиката на хим. елемент (хлор), получен по тези методи, ще бъде различен. Мембранният метод се счита за по-„чист“.
3. Живачен метод с течен катод. В сравнение с други технологии, тази опция ви позволява да получите най-чистия хлор.
Принципната схема на инсталацията се състои от електролизатор и взаимосвързани помпа и декомпозитор на амалгама. Живакът, изпомпван от помпата, заедно с разтвор на готварска сол, служи като катод, а въглеродните или графитните електроди служат като анод. Принципът на работа на инсталацията е следният: от електролита се отделя хлор, който се отстранява от електролизатора заедно с анолита. Примесите и остатъците от хлор се отстраняват от последния, насищат се с халит и се връщат отново на електролиза.
Изисквания за индустриална безопасност и производствена нерентабилност доведоха до замяната на течния катод с твърд.
Използването на хлор в промишленосттацели
Свойствата на хлора позволяват активното му използване в индустрията. С помощта на този химичен елемент се получават различни хлорорганични съединения (винилхлорид, хлор-каучук и др.), лекарства и дезинфектанти. Но най-голямата ниша, заета от индустрията, е производството на солна киселина и вар.
Методите за пречистване на питейната вода са широко използвани. Днес те се опитват да се отдалечат от този метод, като го заменят с озониране, тъй като веществото, което разглеждаме, влияе негативно върху човешкото тяло, освен това хлорираната вода разрушава тръбопроводите. Това се дължи на факта, че в свободно състояние Cl влияе неблагоприятно на тръбите, изработени от полиолефини. Въпреки това, повечето страни предпочитат метода на хлориране.
Също така, хлорът се използва в металургията. С негова помощ се получават редица редки метали (ниобий, тантал, титан). В химическата промишленост различни хлорорганични съединения се използват активно за борба с плевелите и за други селскостопански цели, елементът се използва и като белина.
Поради химическата си структура, хлорът унищожава повечето органични и неорганични багрила. Това се постига чрез пълното им обезцветяване. Такъв резултат е възможен само при наличие на вода, тъй като процесът на избелване се случва поради атомен кислород, който се образува след разграждането на хлора: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Този метод е използван от двойкапреди векове и все още е популярен днес.
Употребата на това вещество е много популярна за производството на хлорорганични инсектициди. Тези селскостопански препарати убиват вредните организми, оставяйки растенията непокътнати. Значителна част от целия добит хлор на планетата отива за селскостопански нужди.
Използва се и в производството на пластмасови съединения и каучук. С тяхна помощ се правят изолация на проводници, канцеларски материали, оборудване, черупки на домакински уреди и др. Има мнение, че получените по този начин каучуци вредят на човек, но това не се потвърждава от науката.
Заслужава да се отбележи, че хлорът (характеристиките на веществото бяха разкрити подробно от нас по-рано) и неговите производни, като иприт и фосген, също се използват за военни цели за получаване на химически бойни агенти.
Хлорът като ярък представител на неметалите
Неметалите са прости вещества, които включват газове и течности. В повечето случаи те провеждат електрически ток по-лошо от металите и имат значителни разлики във физико-механичните характеристики. С помощта на високо ниво на йонизация те са в състояние да образуват ковалентни химични съединения. По-долу ще бъде дадена характеристика на неметал, използвайки примера за хлор.
Както споменахме по-горе, този химичен елемент е газ. При нормални условия той напълно няма свойства, подобни на тези на металите. Без външна помощ не може да взаимодейства с кислород, азот, въглерод и т.н.проявява окислителни свойства в връзки с прости вещества и някои сложни. Отнася се за халогени, което е ясно отразено в неговите химични характеристики. В съединения с други представители на халогените (бром, астатин, йод) той ги измества. В газообразно състояние хлорът (неговата характеристика е пряко потвърждение за това) се разтваря добре. Той е отличен дезинфектант. Убива само живи организми, което го прави незаменим в селското стопанство и медицината.
Използвайте като отровно вещество
Характеристиката на хлорния атом позволява да се използва като отровен агент. За първи път газът е използван от Германия на 22 април 1915 г., по време на Първата световна война, в резултат на което загиват около 15 хиляди души. В момента не се използва като отровно вещество.
Нека дадем кратко описание на химичния елемент като задушаващ агент. Въздейства върху човешкото тяло чрез задушаване. Първо, дразни горните дихателни пътища и лигавиците на очите. Силната кашлица започва с пристъпи на задушаване. Освен това, прониквайки в белите дробове, газът разяжда белодробната тъкан, което води до оток. Важно! Хлорът е бързодействащо вещество.
В зависимост от концентрацията във въздуха, симптомите са различни. При ниско съдържание в човек се наблюдава зачервяване на лигавицата на очите, лек задух. Съдържанието в атмосферата от 1,5-2 g/m3 причинява тежест и тръпка в гърдите, остра болка в горните дихателни пътища. Също така състоянието може да бъде придружено от силно сълзене. След 10-15 минути престой в стаятапри такава концентрация на хлор настъпва тежко изгаряне на белите дробове и смърт. При по-високи концентрации е възможна смърт в рамките на една минута от парализа на горните дихателни пътища.
При работа с това вещество се препоръчва използването на гащеризони, противогази, ръкавици.
Хлорът в живота на организмите и растенията
Хлорът е част от почти всички живи организми. Особеността е, че присъства не в чиста форма, а под формата на съединения.
В организмите на животните и хората хлоридните йони поддържат осмотичното равенство. Това се дължи на факта, че те имат най-подходящия радиус за проникване в клетките на мембраната. Заедно с калиеви йони, Cl регулира водно-солевия баланс. В червата хлоридните йони създават благоприятна среда за действието на протеолитичните ензими на стомашния сок. Хлорните канали са осигурени в много клетки на нашето тяло. Чрез тях се осъществява обмен на междуклетъчна течност и се поддържа рН на клетката. Около 85% от общия обем на този елемент в тялото се намира в междуклетъчното пространство. Изхвърля се от тялото през уретрата. Произвежда се от женското тяло по време на кърмене.
На този етап на развитие е трудно да се каже недвусмислено кои болести са провокирани от хлора и неговите съединения. Това се дължи на липсата на изследвания в тази област.
Също така, хлоридните йони присъстват в растителните клетки. Той активно участва в енергийния обмен. Без този елемент процесът на фотосинтеза е невъзможен. С негова помощкорените активно абсорбират необходимите вещества. Но високата концентрация на хлор в растенията може да има пагубен ефект (забавяне на процеса на фотосинтеза, спиране на развитието и растежа).
Въпреки това, има такива представители на флората, които биха могли да "сприятеляват" или поне да се разбират с този елемент. Характеристиката на неметал (хлор) съдържа такъв елемент като способността на веществото да окислява почвата. В процеса на еволюция споменатите по-горе растения, наречени халофити, заеха празни солници, които бяха празни поради прекомерно изобилие от този елемент. Те абсорбират хлоридни йони и след това се отърват от тях с помощта на падане на листата.
Транспортиране и съхранение на хлор
Има няколко начина за преместване и съхранение на хлор. Характеристиката на елемента предполага необходимостта от специални бутилки с високо налягане. Такива контейнери имат идентификационна маркировка - вертикална зелена линия. Цилиндрите трябва да се изплакват обилно всеки месец. При продължително съхранение на хлор в тях се образува много експлозивна утайка - азотен трихлорид. Спонтанно запалване и експлозия са възможни, ако не се спазват всички правила за безопасност.
Изучаване на хлор
Бъдещите химици трябва да знаят характеристиките на хлора. Според плана 9-класниците могат дори да правят лабораторни опити с това вещество въз основа на основни познания по дисциплината. Естествено, учителят е длъжен да проведе инструктаж за безопасност.
Редът на работа е следният: трябва да вземете колба схлор и изсипете в него дребни метални стърготини. По време на полет чиповете ще пламнат с ярки ярки искри и в същото време се образува лек бял дим SbCl3. Когато калаено фолио се потопи в съд с хлор, то също ще се запали спонтанно и огнени снежинки бавно ще падат на дъното на колбата. При тази реакция се образува опушена течност - SnCl4. Когато железни стърготини се поставят в съда, се образуват червени „капки“и се появява червен дим FeCl3.
Наред с практическата работа, теорията се повтаря. По-специално, такъв въпрос като характеристиката на хлора по позиция в периодичната система (описана в началото на статията).
В резултат на експериментите се оказва, че елементът активно реагира на органични съединения. Ако поставите памучна вата, напоена с терпентин в буркан с хлор, тя незабавно ще се запали и саждите ще паднат рязко от колбата. Натрият ефективно тлее с жълтеникав пламък, а по стените на химически чинии се появяват кристали сол. Студентите ще се интересуват да научат, че още като млад химик, Н. Н. Семенов (по-късно носител на Нобелова награда), след провеждането на такъв експеримент, събра сол от стените на колбата и, поръсвайки хляб с нея, я изяде. Химията се оказа права и не подведе учения. В резултат на експеримента, проведен от химика, обикновената готварска сол наистина се оказа!
