Каким свойством обладает хлор
В природе хлор встречается в газообразном состоянии и только в виде соединений с другими газами. В условиях, приближенных к нормальным, это ядовитый едкий газ зеленоватого цвета. Имеет больший вес, чем воздух. Обладает сладким запахом. Молекула хлора содержит два атома. В спокойном состоянии не горит, но при высоких температурах входит во взаимодействие с водородом, после чего возможен взрыв. В результате выделяется газ фосген. Очень ядовит. Так, даже при малой концентрации в воздухе (0,001 мг на 1 дм3) может вызвать летальный исход. Основная характеристика неметалла хлора гласит, что он тяжелее воздуха, следовательно, всегда будет находиться у самого пола в виде желтовато-зеленой дымки.
Исторические факты
Впервые на практике это вещество было получено К. Шелее в 1774 г. путем соединения соляной кислоты и пиролюзита. Однако лишь в 1810 г. П. Дэви смог дать характеристику хлору и установить, что это отдельный химический элемент.
Стоит отметить, что в 1772 г. Джозеф Пристли смог получить хлороводород – соединение хлора с водородом, однако разделить эти два элемента химик не смог.
Химическая характеристика хлора
Хлор – химический элемент основной подгруппы VII группы таблицы Менделеева. Находится в третьем периоде и имеет атомный номер 17 (17 протонов в атомном ядре). Химически активный неметалл. Обозначается буквами Cl.
Является типичным представителем галогенов. Это газы, не имеющие цвета, но обладающие резким едким запахом. Как правило, токсичны. Все галогены хорошо разбавляются в воде. При контакте с влажным воздухом начинают дымиться.
Внешняя электронная конфигурация атома Cl 3s2Зр5. Следовательно, в соединениях химический элемент проявляет уровни окисления -1,+1, +3, +4, +5, +6 и +7. Ковалентный радиус атома 0,96Å, ионный радиус Cl- 1.83 Å, сродство атома к электрону 3,65 эв, уровень ионизации 12,87 эв.
Как указано выше, хлор представляет собой довольно активный неметалл, что позволяет создавать соединения практически с любыми металлами (в отдельных случаях при помощи нагревания или с помощью влаги, вытесняя при этом бром) и неметаллами. В порошкообразной форме реагирует с металлами только под действием высоких температур.
Максимальная температура горения – 2250 °С. С кислородом способен образовывать оксиды, гипохлориты, хлориты и хлораты. Все соединения, содержащие кислород, становятся взрывоопасными в условиях взаимодействия с окисляющимися веществами. Стоит отметить, что оксиды хлора могут произвольно взрываться, в то время как хлораты взрываются лишь при воздействии на них какими-либо инициаторами.
Характеристика хлора по положению в периодической системе:
• простое вещество;
• элемент семнадцатой группы периодической таблицы;
• третий период третьего ряда;
• седьмая группа главной подгруппы;
• атомный номер 17;
• обозначается символом Cl;
• химически активный неметалл;
• находится в группе галогенов;
• в условиях, приближенных к нормальным, это ядовитый газ желтовато-зелёного цвета с едким запахом;
• молекула хлора имеет 2 атома (формула Cl2).
Физические свойства хлора:
• температура кипения: -34,04 °С;
• температура плавления: -101,5 °С;
• плотность в газообразном состоянии – 3 ,214 г/л;
• плотность жидкого хлора (в период кипения) – 1,537 г/см3;
• плотность твердого хлора – 1,9 г/см3;
• удельный объем – 1,745 х 10-3 л/г.
Хлор: характеристика температурных изменений
В газообразном состоянии имеет свойство легко сжижаться. При давлении в 8 атмосфер и температуре 20 °С выглядит как зеленовато-желтая жидкость. Обладает очень высокими коррозионными свойствами. Как показывает практика, этот химический элемент может сохранять жидкое состояние вплоть до критической температуры (143 °С), при условии увеличения давления.
Если его охладить до температуры -32 °С, он изменит свое агрегатное состояние на жидкое вне зависимости от атмосферного давления. При дальнейшем понижении температуры происходит кристаллизация (при показателе -101 °С).
Хлор в природе
В земной коре хлора содержится всего 0,017 %. Основная масса находится в вулканических газах. Как указано выше, вещество имеет большую химическую активность, вследствие чего в природе встречается в соединениях с другими элементами. При этом множество минералов содержат хлор. Характеристика элемента позволяет образовывать порядка ста различных минералов. Как правило, это хлориды металлов.
Также большое его количество находится в Мировом океане – почти 2 %. Это обусловлено тем, что хлориды очень активно растворяются и разносятся с помощью рек и морей. Возможен и обратный процесс. Хлор вымывается обратно на берег, а далее ветер разносит его по окрестностям. Именно поэтому наибольшая его концентрация наблюдается в прибрежных зонах. В засушливых районах планеты рассматриваемый нами газ образуется при помощи испарения воды, вследствие чего появляются солончаки. Ежегодно в мире добывают порядка 100 млн тонн данного вещества. Что, впрочем, неудивительно, ведь существует много месторождений, содержащих хлор. Характеристика его, однако, во многом зависит именно от его географического положения.
Методы получения хлора
Сегодня существует ряд методов получения хлора, из которых наиболее распространены следующие:
1. Диафрагменный. Является самым простым и менее затратным. Соляной раствор в диафрагменном электролизе поступает в пространство анода. Далее по стальной катодной сетке перетекает в диафрагму. В ней находится небольшое количество полимерных волокон. Важной особенностью этого устройства является противоток. Он направлен из анодного пространства в катодное, что позволяет отдельно получить хлор и щелоки.
2. Мембранный. Наиболее энергоэффективен, но сложноосуществим в организации. Схож с диафрагменным. Различие состоит в том, что анодное и катодное пространства полностью разделены мембраной. Следовательно, на выходе получаются два отдельных потока.
Стоит отметить, что характеристика хим. элемента (хлора), полученного данными методами, будет иной. Более “чистым” принято считать мембранный метод.
3. Ртутный метод с жидким катодом. По сравнению с остальными технологиями, этот вариант позволяет получать наиболее чистый хлор.
Принципиальная схема установки состоит из электролизера и соединенных между собой насоса и разлагателя амальгамы. В качестве катода служит перекачиваемая насосом ртуть вместе с раствором поваренной соли, а в качестве анода – угольные или графитовые электроды. Принцип действия установки следующий: из электролита выделяется хлор, который отводится из электролизера вместе с анолитом. Из последнего удаляют примеси и остатки хлора, донасыщают галитом и снова возвращают на электролиз.
Требования промышленной безопасности и нерентабельность производства привели к замене жидкого катода твердым.
Применение хлора в промышленных целях
Свойства хлора позволяют активно применять его в промышленности. С помощью этого химического элемента получают различные хлорорганические соединения (винилхлорид, хлоро-каучук и др.), лекарственные препараты, дезинфицирующие средства. Но самая большая ниша, занятая в промышленности, это производство соляной кислоты и извести.
Широко применяются методы очищения питьевой воды. На сегодняшний день пытаются отойти от этого метода, заменив его озонированием, поскольку рассматриваемое нами вещество негативно влияет на организм человека, к тому же хлорированная вода разрушает трубопроводы. Вызвано это тем, что в свободном состоянии Cl пагубно влияет на трубы, изготовленные из полиолефинов. Тем не менее большинство стран отдает предпочтение именно методу хлорирования.
Также хлор применяется в металлургии. С его помощью получают ряд редких металлов (ниобий, тантал, титан). В химической промышленности активно используют различные хлорорганические соединения для борьбы против сорняков и для других сельскохозяйственных целей, используется элемент и в качестве отбеливателя.
Благодаря своей химической структуре хлор разрушает большинство органических и неорганических красителей. Достигается это путем полного их обесцвечивания. Такой результат возможен лишь при условии присутствия воды, ведь процесс обесцвечивания происходит благодаря атомарному кислороду, который образуется после распада хлора: Cl2 + H2O → HCl + HClO → 2HCl + O. Данный способ нашел применение пару веков назад и пользуется популярностью и по сей день.
Очень популярно применение этого вещества для получения хлорорганических инсектицидов. Эти сельскохозяйственные препараты убивают вредоносные организмы, оставляя нетронутыми растения. Значительная часть всего добываемого на планете хлора уходит на сельскохозяйственные нужды.
Также используется он при производстве пластикатов и каучука. С их помощью изготавливают изоляцию проводов, канцелярские товары, аппаратуру, оболочки бытовой техники и т. д. Бытует мнение, что каучуки, полученные таким образом, вредят человеку, но это не подтверждено наукой.
Стоит отметить, что хлор (характеристика вещества была подробно раскрыта нами ранее) и его производные, такие как иприт и фосген, применяются и в военных целях для получения боевых отравляющих средств.
Хлор как яркий представитель неметаллов
Неметаллы – простые вещества, которые включают в себя газы и жидкости. В большинстве случаев они хуже проводят электрический ток, чем металлы, и имеют существенные различия в физико-механических характеристиках. При помощи высокого уровня ионизации способны образовывать ковалентные химические соединения. Ниже будет дана характеристика неметалла на примере хлора.
Как уже было сказано выше, этот химический элемент представляет собой газ. В нормальных условиях у него полностью отсутствуют свойства, сходные с таковыми у металлов. Без сторонней помощи не может взаимодействовать с кислородом, азотом, углеродом и др. Свои окислительные свойства проявляет в связях с простыми веществами и некоторыми сложными. Относится к галогенам, что ярко отражается на его химических особенностях. В соединениях с остальными представителями галогенов (бром, астат, йод), вытесняет их. В газообразном состоянии хлор (характеристика его – прямое тому подтверждение) хорошо растворяется. Является отличным дезинфектором. Убивает только живые организмы, что делает его незаменимым в сельском хозяйстве и медицине.
Применение в качестве отравляющего вещества
Характеристика атома хлора позволяет применять его как отравляющее средство. Впервые газ был применен Германией 22.04.1915 г., в ходе Первой мировой войны, вследствие чего погибло порядка 15 тыс. человек. На данный момент как отравляющее вещество не применяется.
Дадим краткую характеристику химического элемента как удушающего средства. Влияет на организм человека посредством удушения. Сначала оказывает раздражение верхних дыхательных путей и слизистой оболочки глаз. Начинается сильный кашель с приступами удушья. Далее, проникая в легкие, газ разъедает легочную ткань, что приводит к отеку. Важно! Хлор является быстродействующим веществом.
В зависимости от концентрации в воздухе, симптоматика бывает разной. При малом содержании у человека наблюдается покраснение слизистой оболочки глаз, легкая одышка. Содержание в атмосфере 1,5-2 г/м3 вызывает тяжесть и острые ощущения в груди, резкую боль в верхних дыхательных путях. Также состояние может сопровождаться сильным слезотечением. После 10-15 минут нахождения в помещении с такой концентрацией хлора наступает сильный ожог легких и смерть. При более плотных концентрациях смерть возможна в течение минуты от паралича верхних дыхательных путей.
При работе с этим веществом рекомендуется использовать спецодежду, противогаз, перчатки.
Хлор в жизни организмов и растений
Хлор входит в состав практически всех живых организмов. Особенность состоит в том, что присутствует он не в чистом виде, а в виде соединений.
В организмах животных и человека ионы хлора поддерживают осмотическое равенство. Вызвано это тем, что они имеют наиболее подходящий радиус для проникновения в мембранные клетки. Наряду с ионами калия Cl регулирует водно-солевой баланс. В кишечнике ионы хлора создают благоприятную среду для действия протеолитических ферментов желудочного сока. Хлорные каналы предусмотрены во многих клетках нашего организма. Посредством их происходит межклеточный обмен жидкостями и поддерживается pH клетки. Порядка 85 % от общего объема этого элемента в организме пребывает в межклеточном пространстве. Выводится из организма по мочеиспускательным каналам. Вырабатывается женским организмом в процессе кормления грудью.
На данном этапе развития тяжело однозначно сказать, какие именно заболевания провоцирует хлор и его соединения. Связано это с недостатком исследований в этой области.
Также ионы хлора присутствуют в клетках растений. Он активно принимает участие в энергетическом обмене. Без этого элемента невозможен процесс фотосинтеза. С его помощью корни активно впитывают необходимые вещества. Но большая концентрация хлора в растениях способна оказывать пагубное влияние (замедление процесса фотосинтеза, остановка развития и роста).
Однако существуют такие представители флоры, которые смогли “подружиться” или хотя бы ужиться с данным элементом. Характеристика неметалла (хлора) содержит такой пункт, как способность вещества окислять почвы. В процессе эволюции упомянутые выше растения, называемые галофитами, заняли пустые солончаки, которые пустовали из-за переизбытка этого элемента. Они впитывают ионы хлора, а после избавляются от них при помощи листопада.
Транспортировка и хранение хлора
Существует несколько способов перемещать и хранить хлор. Характеристика элемента предполагает необходимость специальных баллонов с высоким давлением. Такие емкости имеют опознавательную маркировку – вертикальную зеленую линию. Ежемесячно баллоны необходимо тщательно промывать. При длительном хранении хлора в них образуется очень взрывоопасный осадок – трихлорид азота. При несоблюдении всех правил безопасности возможно самопроизвольное воспламенение и взрыв.
Изучение хлора
Будущим химикам должна быть известна характеристика хлора. По плану 9-классники могут даже ставить лабораторные опыты с этим веществом на основе базовых знаний по дисциплине. Естественно, преподаватель обязан провести инструктаж по технике безопасности.
Порядок работ следующий: необходимо взять колбу с хлором и насыпать в неё мелкую металлическую стружку. В полете стружка вспыхнет яркими светлыми искрами и одновременно образуется легкий белый дым SbCl3. При погружении в сосуд с хлором оловянной фольги она также самовоспламенится, а на дно колбы медленно опустятся огненные снежинки. Во время этой реакции образуется дымная жидкость – SnCl4. При помещении железной стружки в сосуде образуются красные «капли» и появится рыжий дым FeCl3.
Наряду с практическими работами повторяется теория. В частности, такой вопрос, как характеристика хлора по положению в периодической системе (описана в начале статьи).
В результате опытов выясняется, что элемент активно реагирует на органические соединения. Если поместить в банку с хлором вату, смоченную предварительно в скипидаре, то она мгновенно воспламенится, и из колбы резко повалит сажа. Эффектно тлеет желтоватым пламенем натрий, а на стенках химпосуды появляются кристаллы соли. Ученикам будет небезынтересно узнать, что, будучи ещё молодым химиком, Н. Н. Семенов (впоследствии лауреат Нобелевской премии), проведя такой опыт, собрал со стенок колбы соль и, посыпав ею хлеб, съел его. Химия оказалась права и не подвела ученого. В результате проведенного химиком опыта действительно получилась обычная поваренная соль!
Источник
19 граммов на литр. Таково содержание хлора в морской воде. Норма для водопроводной – не более 1,5 грамма на литр. Для обеззараживания этого достаточно. Почему такая разница? Причина в соли, растворенной в океанах.
По химическому составу она является хлоридом натрия. В одном литре морской воды на него приходятся 35 граммов.
Не удивительно, что 19 из них – хлор. В мире его, как видно, немало. Велика и роль. Кто-то элемент боится, а кто-то понимает, что без него никак. Чтобы утвердиться в принятой позиции, или поменять ее, ознакомимся с фактами.
Свойства хлора
Хлор – элемент газообразный. Цвет у него желто-зеленый. Название 17-го элемента с греческого так и переводиться. Однако, ткани и бумагу вещество отбеливает. Правда, для этого нужна хлорноватистая кислота – итог взаимодействия хлора с водой.
В 18-ом веке, когда 17-е вещество только открыли, говорили «хлорная вода», не зная о том, что имеют дело с кислотой.
В начале 19-го века ей начали ополаскивать свои руки медики. Такая практика была введена, к примеру, в одном из госпиталей Вены. Врачи, конечно, не хотели отбелить руки. Хлорная вода служила обеззараживающим средством.
Способность 17-го элемента убивать болезнетворные бактерии заметили в конце 18-го столетия.
Раствор хлора – одно из примерно 200-от его соединений. В чистом виде элемент не встречается. Причина – высокая химическая активность. Вещество обязательно вступает во взаимодействие с «соседями». Однако, чистый хлор, все же, получен.
Первый удачный опыт проведен в 1774-ом году Карлом Шеелем. Это шведский химик. Он соединил соляную кислоту с пиролюзитом оксида марганца.
Понадобились предосторожности в работе с газом, ведь он токсичен. Если хлор попадает в легкие, то вызывает удушье и ожоги. Поэтому, в дыхательной системе, точнее в ее кровотоках, находят лишь соединения хлора. Общее содержание 17-го вещества в организме человека – 0,25% от массы.
Интересно! Хлор – хим. элемент, обнаруженный в большем количестве в телах профессиональных пловцов. Они, как говорится, не вылезают из бассейнов. Вода в них хлорирована и, видимо, ионы вещества просачиваются в кровоток.
Жидкий хлор – часть соляной кислоты, находящейся в желудке человека. 17-ый элемент в реагенте играет не только обеззараживающую роль, но и расщепляет пищу.
Получается, хлор, опасный в газообразном состоянии, приносит пользу в виде соединений, к примеру, той же поваренной соли.
Съесть ее, кстати, хочется, чтобы поддержать выработку соляной кислоты в желудке. Это подсознательная тяга организма. Не зря же животные в лесах, в частности, лоси, находят солончаки и лижут так называемую «белую смерть». Так смерть ли это?
Как видно, роль хлора весьма относительна. Он может быть благом, а может и ядом. В последнем амплуа элемент использовали немецкие войска.
Они распыляли желтоватый газ на врагов во время первой мировой войны. Это один из дебютных примеров использования химического оружия. Соединение калий-хлор вкупе с кислородом взрывоопасно, что тоже могло бы пригодиться на войне, но используется в другой сфере – пиротехнической.
Вещество – составная фейерверков, выступает не только в роли взрывчатки, но и красителя. Найти соединение хлора с кислородом и калием можно и на некоторых спичках. Впрочем, о применении 17-го элемента поговорим отдельно.
Применение хлора
Хлор – химический элемент, используемый для производства соляной кислоты, не только в желудке.
Соляную кислоту с помощью 17-го вещества получают и вне организма. Соединение пригождается при дублении и окрашивании кож, на производстве активированного угля, синтетических красителей и органических полупродуктов.
Без хлора не обойтись и в гальванопластике. В составе соляной кислоты элемент нужен при изготовлении различных клеев и гидролизного спирта.
Обеззараживающая характеристика элемента пригождается теперь не в госпиталях, а в обработке водопроводной воды.
Ее хлорирование применяется больше века. Появилась альтернатива – озонирование. Хлор воду обеззараживает, но может негативно влиять на организм. Ресурсоснабжающие организации волнует еще и то, что 17-е вещество разъедает трубы.
Следовательно, сети чаще требуют ремонта и замены. Это убытки. Однако, пока, озонирование – лишь перспектива, а не реалии сегодняшнего дня.
Метод затратнее хлорирования, а результаты обработки воды не столь впечатляющие. В металлургии активный хлор участвует в процессах получения ниобия, титана, тантала. Это редкие и ценные металлы, так что у 17-го элемента важная роль. Уважают вещество и аграрии. Они закупают хлорорганические соединения.
С их помощью борются с сорняками. Чтобы отравление хлором «не заработали» и культурные растения, они должны быть двудольными. Реагент пагубно действует лишь на однодольные побеги. Содержат хлор и инсектициды. Эти соединения направлены уже на вредителей-насекомых.
Инсектициды убивают их избирательно, оставляя нетронутыми растения и полезные микроорганизмы. Потребность человеческого организма – 800 миллиграммов в сутки. Получают их не только из соли.
Продукты содержащие хлор
Помогут морская рыба, а так же, яйца, стручковый горох, гречка и рис. Рыбу заменяют устрицами и морскими огурцами.
Ионы хлора из них поддерживают осмотическое равновесие систем организма и регулируют водно-соляной обмен. Орган, в котором сосредоточенна основная масса 17-го элемента – кожа. Хлор в ней должен постоянно обновляться, поскольку выводится с потом и мочой.
В них переходит почти столько же вещества, сколько потребляется. Поэтому, хлор должен присутствовать в рационе всегда.
Добыча хлора
Методы 18-го века в 21-ом не актуальны. Вместо использованного когда-то Карлом Шееле оксида марганца и соляной кислоты применяют обычные соль и воду. Натрий хлор растворяют и подвергают действию электрического тока.
Не нужно ни специального оборудования, ни тары, ни повышенных температур. Современный метод прост и дешев. Сколько хлора произвести диктует спрос. Так, в 1970-е миру требовались 20 000 000 тонн в год.
Тогда, в производстве основных неорганических продуктов 17-ый элемент занял 5-е место. Позиция осталась прежней, но объем потребления вырос. На 2015-ый год — около 28 000 000 тонн. Это и хлор для бассейна, и хлористый винил, и пестициды, и растворители, и хлор в таблетках.
Последние растворяют в воде и используют, как моющее и обеззараживающее средство.
Половину хлора производят в Соединенных Штатах. Это обосновано потребностью в 17-ом веществе самой Америки.
В год внутренняя промышленность потребляет около 12 000 000 тонн реагента. Весома роль на рынке и у Великобритании. Производят, в основном, соединения 17-го элемента, к примеру, кислоты хлора.
Если говорить не об искусственном получении хлора и его производстве, а о добычи в природе, то она сводится к выработке каменной соли. Получается, месторождения 17-го вещества разрабатывали еще 3000-4000 лет назад. Тогда, добывать соль начали на землях современной Ливии.
Общее количество хлора в земных недрах – всего 0,017%. Получается, при активной добыче есть возможность истощения ресурсов. Так что, в далекой перспективе стоимость 17-го элемента может возрасти. А какова она на данный момент?
Цена хлора
Хлор купить в чистом виде можно канистрами. Как правило, это 30-литровая тара. В нее вмещаются 34 килограмма хлора. Это указывает на тяжесть вещества, даже в газообразном состоянии. Цена канистры со сжиженным хлором 1500-1800 рублей.
Остальная продукция основана на соединениях 17-го элемента, поэтому, стоимость, порой, непредсказуема. Ценник зависит от производителя, разрекламированности товара, его транспортировки, затрат на синтез, или добычу основы.
Так, белизну можно купить и за 13, и за 45 рублей. На отбеливающие порошки, собственно, столь же весомый разброс цен. Речь и о стиральных, и о чистящих составах. Средство для плиты, к примеру, предлагают и за 20, и за 80 рублей. Причем, объем одинаков. Обычно, это 500 граммов.
Интересно! Многие хлорсодержащие средства можно использовать в качестве изоляторов.
Сжиженный элемент №17 проводит электрический ток в миллиард раз хуже дистиллированной воды. Можно поаплодировать сему факту. Но, услышать авиации придется с запозданием. Дело в том, что звук тоже «вязнет» в хлоре, распространяясь в полтора раза медленнее, чем в атмосферном воздухе.
Источник