Хлор

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск

Хлор

Химический элемент
Желтовато-зелёный газ
Символ, номер Cl, 17
Атомная масса 35,457 а.е.м.
Электронная конфигурация [Ne] 3s2 3p5
Электроотрицательность 3,16 по шкале Поллинга
Степени окисления 7; 6; 5; 4; 3; 1; 0; −1
Плотность 3,21 г/л (газ)
Температура плавления 172,2 K
Температура кипения 238,6 K
Структура кристаллической решетки орторомбическая
Теплопроводность (300 K) 0,009 Вт/(м·К)
Химия 59. Элемент хлор // Академия занимательных наук
Хлор и его соединения // Городской методический центр

Хлор — химический элемент № 17 в таблице Менделеева. Относится к галогенам, в нормальных условиях — ядовитый газ желтовато-зелёного цвета.

Содержание

[править] История

Впервые хлор был получен в 1774 году шведским химиком Карлом Шееле. Он описал выделение хлора при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой в своем трактате о пиролюзите:

  • 4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O.

Шееле отметил запах хлора, схожий с запахом царской водки, его способность взаимодействовать с золотом и киноварью, а также его отбеливающие свойства. Однако Шееле, согласно господствующей тогда в химии теории флогистона, предположил, что хлор представляет собой дефлогистированую соляную кислоту, то есть оксид соляной кислоты. Бертолле и Лавуазье предположили, что хлор является оксидом элемента мурия, однако попытки его выделения оставались тщетными до времени работ Дэви, которому электролизом удалось разложить поваренную соль на натрий и хлор. В 1810 году ученый Г. Дэви выразил мнение, что этот газ является простым веществом. Через 2 года французский химик и физик Жозеф-Луи Гей-Люссак дал этому газу современное название хлор.

Название происходит от греческого χλωρός — «зеленый».

[править] Распространение в природе

Хлор — достаточно распространенный элемент. В свободном состоянии в природе он не встречается, так как в химическом отношении хлор очень активен. Самым распространенным природным соединением хлора является хлорид натрия NaCl, огромные количества которого растворены в воде морей, океанов и некоторых озер. Во многих местах хлорид натрия в виде минерала галита (или каменной соли) образует мощные залежи. Богатые залежи очень чистой каменной соли расположены в районах Соль-Илецка на Южном Урале и Артёмовска на Донбассе.

Кроме того, очень распространенными соединениями хлора является хлорид калия KCl и хлорид магния MgCl2. Хлорид калия и хлорид натрия образуют минерал сильвинит KCl·NaCl, мощные месторождения которого расположены на Украине (города Калуш и Стебник), а хлорид калия и хлорид магния образуют минерал карналлит KCl·MgCl2·6H2O, большие залежи которого имеются на Урале.

[править] Физические свойства

Хлор — тяжелый газ желтовато-зеленого цвета с резким, удушливым запахом, неметалл. При вдыхании очень раздражает слизистую оболочку и вызывает острый кашель, а в больших количествах — даже смерть.

Под давлением около 6 атмосфер хлор уже при обычной температуре сжижается в желтую тяжелую жидкость, которая под нормальным давлением кипит при −34 °С, а при −102,4 °С замерзает в желтоватую кристаллическую массу. Сжиженный хлор хранят и транспортируют в стальных баллонах.

В воде хлор растворяется хорошо. В одном объеме воды при обычной температуре растворяется более двух объемов хлора. Раствор хлора в воде называют хлорной водой.

[править] Химические свойства

Химически очень активен. Окислитель. Образует соединения почти со всеми элементами. Атомы хлора, имея во внешнем электронном слое семь электронов, легко отнимают валентные электроны от атомов других элементов и превращаются в отрицательно одновалентные ионы Cl. Этим проявляются его резко выраженные окислительные свойства. По своим окислительным свойствам хлор уступает только фтору и примерно равноценен кислороду. Благодаря большому родству его атомов к электрону, хлор непосредственно соединяется со всеми металлами и большинством неметаллов. Причем со многими металлами он реагирует очень энергично с выделением тепла и света. Например, если в наполненный хлором цилиндр внести растертый в порошок сурьмы, он вспыхивает и сгорает, образуя густой белый дым трихлорида сурьмы SbCl3:

  • 2Sb + 3Cl2 = 2SbCl3

Предварительно нагретые кальций, железо, медь и другие металлы тоже энергично сгорают в атмосфере хлора, образуя соответствующие хлориды. Например:

  • Cu + Cl2 = CuCl2

Зажженый на воздухе красный фосфор продолжает энергично гореть в атмосфере хлора:

  • 2Р + 3Cl2 = 2PCl3

С водородом хлор тоже реагирует. Но при обычной температуре реакция идет очень медленно, а при нагревании и под воздействием солнечного света — достаточно быстро и даже со взрывом:

  • Cl2 + Н2 = 2HCl

[править] Реакции с органическими соединениями

[править] Замещения

При высокой температуре хлор может отнимать водород от различных органических соединений. Зажженная свеча продолжает гореть в атмосфере хлора, выделяя много копоти, потому что с хлором сочетается только водород, входящий в состав вещества свечи, а углерод выделяется в виде копоти:

  • CnH2n+2 + (n+1) Cl2 → n C + (2n+2) HCl

Алканы реагируют с хлором при нагревании, реакция проходит по радикальному механизму:

  • CH3-CH3 + Cl2 → C2H6-xClx + HCl

Ароматические соединения реагируют по ионному механизму, в присутствии катализаторов (например, AlCl3, FeCl3):

  • C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl

Кетоны хлорируются гораздо легче, чем соответствующие алканы:

  • CH3-CH2-CO-CH2-CH3 + Cl2 -H+→ CH3-CHCl-CO-CH2-CH3 + HCl
  • CH3-CH2-CO-CH2-CH3 + 4Cl2 -OH-→ CH3-CCl2-CO-CCl2-CH3 + 4HCl

С метилкетонами реакция идет дальше и происходит расщепление

  • CH3-CO-CH3 — Cl2/-OH-→ CHCl3

[править] Присоединения

Хлор присоединяется по двойной связи алкенов

  • CH2=CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl

[править] Окисления

Хлор — сильный окислитель, и редко применяется в этом качестве. Он окисляет спирты (до кислот или кетонов), альдегиды (до кислот).

  • CH3-CH2-OH —Cl2 / OH-→ [CH3-CHO] →CHCl3

[править] Получение

В лабораторных условиях хлор обычно получают взаимодействием соляной кислоты HCl с двуокисью марганца MnO2 (это также и первый промышленный метод получения):

  • 4HCl + MnO2 → MnCl2 + Cl2 ↑ + 2H2O

Также используют другие окислители:

  • 2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ +8H2O
  • K2Cr2O7 + 14HCl → 3Cl2 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O

[править] Промышленное производство

В технике хлор получают электролизом водного раствора хлорида натрия NaCl. Хлорид натрия в водном растворе диссоциирует на ионы натрия и хлора:

  • [math]NaCl \; \overrightarrow {\leftarrow} Na ^ + + Cl ^ -[/math]

Молекулы воды также частично диссоциируют:

  • [math]H_2O \; \overrightarrow {\leftarrow} H ^ + + OH ^ -[/math]

Таким образом, к катоду привлекаются катионы натрия и катионы водорода, а к аноду — анионы хлора и анионы гидроксила. Катионы водорода восстанавливаются легче, чем катионы натрия, а анионы хлора окисляются легче, чем анионы гидроксила. Поэтому на катоде выделяется водород, а аноде — хлор. Электродные реакции можно обозначить такими уравнениями:

  • Катод: 2Н+ + 2е = Н2
  • Анод: 2Cl — ​​2е = Cl2

Катионы натрия и анионы гидроксила все время накапливаются в растворе и образуют гидроксид натрия NaOH. Он реагирует с хлором, частично растворяется в воде, образуя гипохлорит и хлорид натрия

  • NaOH + Cl2 → NaCl + NaOCl

Раствор NaClO используют как отбеливатель.

[править] Применение

В технике хлор применяется очень широко. Используют в производстве хлорорганических соединений (например, винилхлорида, хлоропренового каучука, дихлорэтана и др.), красителей, лекарственных и других веществ, для отбеливания ткани, бумаги, дезинфекции и т. п.

Значительные количества его используют для производства:

  • соляной кислоты
  • хлорной извести

Применение хлора для обеззараживания (хлорирования) питьевой воды пытаются ограничить и заменить озонированием, но на сегодня оно является основным в большинстве стран.

В металлургии хлор применяют для хлорирования руд для получения целого ряда цветных и редких металлов — титана, ниобия, тантала и других — в виде их хлоридов, из которых затем электролизом добывают чистые металлы.

Много хлора потребляет химическая промышленность для получения различных хлорорганических соединений, используемых для борьбы с вредителями и сорняками в сельском хозяйстве, а также для изготовления различных красителей, синтетического каучука, пластмасс и т. п. Самыми известными из них являются:

  • Винилхлорид и его полимер поливинилхлорид (ПВХ), который применяется для производства оконных профилей
  • Хлороформ
  • ДДТ (снято с производства и запрещено к употреблению из-за токсичности)
  • Диоксины

[править] Действие на человека

Ядовит. ПДК в воздухе производственных помещений 1 мг/м3, в атмосфере населенных пунктов одноразовая (кратковременная) — 0,1 мг/м3, среднесуточная — 0,003 мг/м3. Защититься от хлора можно с помощью гражданских или промышленных противогазов.

[править] Литература

  • Глоссарий терминов по химии // Й.Опейда, О.Швайка. Ин-т физико-органической химии и углехимии им. Л. М. Литвиненко НАН Украины, Донецкий национальный университет — Донецк: «Вебер», 2008. — 758 с. ISBN 978-966-335-206-0
  • Горный энциклопедический словарь: в 3 т. / Под ред. В. С. Белецкого. — Донецк: Восточный издательский дом, 2001—2004.
  • Ф. А. Деркач «Химия» Л., 1968.


Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты