На каких химических свойствах хлора основано
В периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева хлор находится в 3 периоде, VII группе, главной (А) подгруппе. Из уроков химии мы знаем, что в эту группу входят элементы с самой высокой окислительной активностью. В электронном облаке хлора находится 17 электронов и до завершения внешнего электронного уровня ему нахватает лишь одного электрона. Любыми способами он пытается отнять его у других элементов, чем и объясняется его высокая химическая активность. Вот что знают о хлоре большинство учеников среднестатистических школ. Однако, данный элемент куда интереснее.
Начнем с истории открытия хлора, но прежде чем перейти к ней позвольте напомнить, что одно из важнейших соединений хлора – хлороводород, было получено Джозефом Пристли в 1772 г. Спустя всего пару лет после этого события (в 1774 г) шведский химик Карл Вильгельм Шееле получил хлор при взаимодействие пиролюзита с вышеупомянутой хлороводородной кислотой:
4HCl + MnO2 = MnCl2 + Cl2 + 2H2O
При этом, Шееле отметил схожесть запаха хлора с запахом царской водки (смесью концентрированных азотной и соляной кислот, взятых в соотношение 1:3) и способность вещества взаимодействовать с золотом (Au) и киноварью (HgS). Так же он обратил внимание на его отбеливающие свойства. Однако, он не догадался отнести хлор к простым веществам.
Спустя время, элементарную природу хлора доказал Гемфри Дэви, путем электролиза поваренной соли:
2NaCl = 2Na + Cl2
В 1811 г. Дэви предложил назвать данный элемент «хлорином». Но спустя всего год Ж. Гей-Люссак «сократил» его название до хлора. Кстати, в том же 1811 г. физик Иоган Швейгер предлагал для хлора название «галоген» (рождающий соли), но в итоге это название закрепилось за всеми элементами VII А группы.
В 1826 г. атомная масса хлора была с высокой точностью определена шведским химиков Йенсом Якобом Берцелиусом. Она отличается от современных данных буквально на 0.1%. В настоящее время в школьных учебниках химии, под хлором указывается масса 35.453.
При нормальных условиях, хлор — токсичный удушливый газ, который при попадании в лёгкие вызывает ожог лёгочной ткани и удушье. Не удивительно, что он стал одним из первых химических отравляющих веществ, использованных Германией в Первую мировую войну. Так, 22 апреля 1915 года немецкая армия распылила 168 тонн хлора около бельгийского города Ипр. Атака началась в 17:00, когда подул слабый восточный ветер. Газ стал двигаться в сторону французских позиций в виде облаков желтовато-зелёного цвета. Надо заметить, что немецкая пехота также пострадала от газов и, не имея достаточного подкрепления, не смогла использовать полученное преимущество до прихода британско-канадских сил. Антанта сразу заявила о том, что Германия нарушила принципы международного права, однако Берлин парировал это заявление тем, что Гаагская конвенция запрещала лишь применение химических снарядов, но не газов.
Отрывок, демонстрирующий разрушительный потенциал хлора во всех красках: “Вся зелень в крепости и в ближайшем районе по пути движения газов была уничтожена, листья на деревьях пожелтели, свернулись и опали, трава почернела и легла на землю, лепестки цветов облетели. Все медные предметы на плацдарме крепости — части орудий и снарядов, умывальники, баки и прочее — покрылись толстым зелёным слоем окиси хлора; предметы продовольствия, хранящиеся без герметической укупорки — мясо, масло, сало, овощи, оказались отравленными и непригодными для употребления.” С.А. Хмельков «Борьба за Осовец»
Интересно, что во Второй мировой войне, несмотря на то, что обе противоборствующие стороны обладали большими запасами отравляющих газов, в боевых действиях они не использовались.
Сейчас, во многих городах водоочистные системы применяют хлор для уничтожения бактерий, путем хлорирования воды. При этом в среднем на один миллион частей воды используют четыре-пять частей хлора. Это количество безвредно для человека, однако иногда после этого вода может иметь привкус хлора.
Для хлорирования воды на водопроводных очистных станциях используется жидкий хлор. При введении хлора в воду образуются хлорноватистая и соляная кислоты:
Cl2 + Н2О = НСlO + НСl
Далее происходит диссоциация образовавшейся хлорноватистой кислоты:
НСlO = Н(+) + СlO(-)
Получающиеся в результате диссоциации хлорноватистой кислоты гипохлоритные ионы СlO(-) обладают наряду с недиссоциированными молекулами хлорноватистой кислоты бактерицидным свойством.
Сумму Сl2, НСlO, СlO(-) называют свободным активным хлором.
Количество активного хлора, необходимого для обеззараживания воды, должно определяться не по количеству болезнетворных бактерий, а по всему количеству органических веществ и микроорганизмов (а также и неорганических веществ, способных к окислению), которые могут находиться в хлорируемой воде.
Еще несколько интересных фактов, о хлоре:
– На долю хлора приходится 0.025% от общего числа атомов земной коры.
– Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг. В сутки.
– Очень много получаемого на производстве хлора уходит на изготовление отбеливающих средств. Особенно широко хлор применяется при отбеливание бумаги.
– Хлор входит в состав многих гербицидов (веществ, для уничтожения сорных растений) и дезинфицирующих средств, так как он хорошо уничтожает микробы.
– Жидкий хлор является одним из самых сильных изоляторов электричества. Он проводит ток почти в миллиард раз хуже, чем дистиллированная вода.
Превратить хлор в жидкость можно с помощью охлаждения и высокого давления.
Если вам понравилась данная статья ставьте лайки и не забывайте подписываться на мой канал. А если вы знаете дополнительные интересные факты о хлоре, обязательно напишите об этом в комментариях.
До новых встреч!
Источник
- Обозначение – Cl (Chlorum);
- Период – III;
- Группа – 17 (VIIa);
- Атомная масса – 35,4527;
- Атомный номер – 17;
- Радиус атома = 99 пм;
- Ковалентный радиус = 102±4 пм;
- Распределение электронов – 1s22s22p63s23p5;
- t плавления = 100,95°C;
- t кипения = -34,55°C;
- Электроотрицательность (по Полингу/по Алпреду и Рохову) = 3,16/-;
- Степень окисления: +7, +6, +5, +4, +3, +1, 0, -1;
- Плотность (н. у.) = 3,21 г/см3;
- Молярный объем = 18,7 см3/моль.
- Уравнения окислительно-восстановительных реакций хлора (метод электронного баланса).
- Уравнения окислительно-восстановительных реакций хлора (метод полуреакций).
- Соляная кислота
Хлор в чистом виде впервые выделил шведский ученый Карл Шееле в 1774 году. Своё нынешнее название элемент получил в 1811 году, когда Г.Дэви предложил название “хлорин”, которое вскоре было сокращено до “хлор” с легкой руки Ж. Гей-Люссака. Немецкий ученый Иоганн Швейгер предложил для хлора название “галоген”, но этим термином было решено назвать всю группу элементов, в которую входит и хлор.
Хлор является самым распространенным галогеном в земной коре – на долю хлора приходится 0,025% всей массы атомов земной коры. По причине своей высокой активности хлор не встречается в природе в свободном виде, а только в составе соединений, при этом хлору “по барабану” с каким элементом вступать в реакцию, современной науке известны соединения хлора практически со всей таблицей Менделеева.
Основная масса хлора на Земле содержится в соленой воде Мирового океана (содержание 19 г/л). Из минералов больше всего хлора содержится в галите, сильвине, сильвините, бишофите, карналлите, каините.
Хлор играет важную роль в деятельности нервных клеток, а также в регуляции осмотических процессов, происходящих в организме человека и животных. Также хлор входит в состав зеленого вещества растений – хлорофилла.
Природный хлор состоит из смеси двух изотопов:
- 35Cl – 75,5%
- 37Cl – 24,5%
Хлор в Периодической таблице химических элементов Д. И. Менделеева, стоит под номером “17”, относится к галогенам (См. Атомы элементов 17(VIIa) группы (галогены)).
Рис. Строение атома хлора.
Электронная конфигурация атома хлора – 1s22s22p63s23p5 (см. Электронная структура атомов). В образовании химических связей с другими элементами могут участвовать 5 электронов, находящихся на внешнем 3p-уровне + 2 электрона 3s уровня (всего 7 электронов), поэтому в соединениях хлор может принимать степени окисления от +7 до -1. Как уже было сказано выше, хлор является химически активным галогеном.
Физические свойства хлора:
- при н.у. хлор является ядовитым газом желто-зеленого цвета с резким запахом;
- хлор в 2,5 раза тяжелее воздуха;
- при н.у. в 1 л воды растворяется 2,5 объема хлора – этот раствор называется хлорная вода.
Химические свойства хлора
Взаимодействие хлора с простыми веществами (Cl выступает в роли сильного окислителя):
- с водородом (реакция протекает только при наличии света):
Cl2+H2 = 2HCl
- с металлами с образованием хлоридов:
Cl20+2Na0 = 2Na+1Cl-1
3Cl20+2Fe0 = 2Fe+3Cl3-1 - с неметаллами, менее электроотрицательными, чем хлор:
Cl20+S0 = S+2Cl2-1
3Cl20+2P0 = 2P+3Cl3-1 - с азотом и кислородом хлор не реагирует непосредственно.
Взаимодействие хлора со сложными веществами:
Одной из самых известных реакций хлора со сложными веществами есть взаимодействие хлора с водой – кто живет в большом городе, наверняка, периодически сталкивается с ситуацией, когда, открыв кран с водой, ощущает стойкий запах хлора, после чего многие сетуют, дескать, опять воду хлорировали. Хлорирование воды является одним из основных способов ее обеззараживания от нежелательных микроорганизмов, небезопасных для здоровья человека. Почему так происходит? Разберем реакцию хлора с водой, которая протекает в два этапа:
- На первом этапе происходит образование двух кислот: соляной и хлорноватистой:
Cl20+H2O ↔ HCl-1+HCl+1O
- На втором этапе хлорноватистая кислота разлагается с выделением атомарного кислорода, который окисляет воду (убивая микроорганизмы) + подвергает отбеливающему действию ткани, окрашенные органическими красителями, если их опустить в хлорную воду:
HClO = HCl+[O] – реакция идет на свету
С кислотами хлор не взаимодействует.
Взаимодействие хлора с основаниями:
- на холоде:
Cl20+2NaOH = NaCl-1+NaCl+1O+H2O
- при нагревании:
3Cl20+6KOH = 5KCl-1+KCl+5O3+3H2O
- с бромидами металлов:
Cl3+2KBr = 2KCl+Br2↓
- с йодидами металлов:
Cl2+2KI = 2KCl+I2↓
- с фторидами металлов хлор не реагирует, по причине их более высокой окислительной способности, нежели у хлора.
Хлор “охотно” вступает в реакции с органическими веществами:
Cl2+CH4 → CH3Cl+HCl
Cl2+C6H6 → C6H5Cl+HCl
В результате первой реакции с метаном, которая протекает на свету, образуется хлористый метил и соляная кислота. В результате второй реакции с бензолом, которая протекает в присутствии катализатора (AlCl3), образуется хлорбензол и соляная кислота.
- Уравнения окислительно-восстановительных реакций хлора (метод электронного баланса).
- Уравнения окислительно-восстановительных реакций хлора (метод полуреакций).
Получение и применение хлора
Промышленным способом хлор получают электролизом водного раствора (хлор выделяется на аноде; на катоде – водород) или расплава хлорида натрия (хлор выделяется на аноде; на катоде – натрий):
2NaCl+2H2O → Cl2↑+H2↑+2NaOH
2NaCl → Cl2↑+2Na
В лаборатории хлор получают действием концентрированной HCl на различные окислители при нагревании. В роли окислителей могут выступать оксид марганца, перманганат калия, бертолетова соль:
4HCl-1+Mn+4O2 = Mn+2Cl2+Cl20↑+2H2O
2KMn+7O4+16HCl-1 = 2KCl+2Mn+2Cl2+5Cl20↑+8H2O
KCl+5O3+6HCl-1 = KCl+3Cl20↑+3H2O
Применение хлора:
- отбеливание тканей и бумаги;
- обеззараживание воды;
- производство пластмасс;
- производство хлорной извести, хлороформа, ядохимикатов, моющих средств, каучуков;
- синтез хлороводорода в производстве соляной кислоты.
См. далее: Соляная кислота
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