V přírodě se chlor vyskytuje v plynném stavu a pouze ve formě sloučenin s jinými plyny. Za podmínek blízkých normálu je to nazelenalý, jedovatý, žíravý plyn. Má větší váhu než vzduch. Má sladkou vůni. Molekula chloru obsahuje dva atomy. V klidu nehoří, ale při vysokých teplotách interaguje s vodíkem, po kterém je možný výbuch. V důsledku toho se uvolňuje plynný fosgen. Velmi jedovatý. Takže i při nízké koncentraci ve vzduchu (0,001 mg na 1 dm3) může způsobit smrt. Hlavní charakteristikou nekovového chlóru je, že je těžší než vzduch, proto bude vždy blízko podlahy ve formě žlutozeleného zákalu.
Historická fakta
Poprvé v praxi tuto látku získal K. Schelee v roce 1774 spojením kyseliny chlorovodíkové a pyrolusitu. Teprve v roce 1810 však P. Davy dokázal charakterizovat chlór a prokázat, že anosamostatný chemický prvek.
Za zmínku stojí, že v roce 1772 se Josephu Priestleymu podařilo získat chlorovodík – sloučeninu chloru s vodíkem, ale chemik nedokázal tyto dva prvky oddělit.
Chemická charakterizace chlóru
Chlor je chemický prvek hlavní podskupiny skupiny VII periodické tabulky prvků. Je ve třetí periodě a má atomové číslo 17 (17 protonů v atomovém jádře). Reaktivní nekov. Označeno písmeny Cl.
Je typickým zástupcem halogenů. Jsou to plyny, které nemají barvu, ale mají ostrý štiplavý zápach. Obvykle toxické. Všechny halogeny jsou vysoce rozpustné ve vodě. Když jsou vystaveni vlhkému vzduchu, začnou kouřit.
Vnější elektronická konfigurace atomu Cl 3s2Зр5. Proto ve sloučeninách chemický prvek vykazuje oxidační úrovně -1, +1, +3, +4, +5, +6 a +7. Kovalentní poloměr atomu je 0,96 Å, iontový poloměr Cl je 1,83 Å, afinita atomu k elektronu je 3,65 eV, úroveň ionizace je 12,87 eV.
Jak již bylo zmíněno výše, chlor je poměrně aktivní nekov, což umožňuje vytvářet sloučeniny s téměř jakýmkoli kovem (v některých případech zahřátím nebo použitím vlhkosti při vytlačování bromu) a nekovy. V práškové formě reaguje s kovy pouze při vystavení vysokým teplotám.
Maximální teplota spalování - 2250 °C. S kyslíkem může tvořit oxidy, chlornany, chloritany a chlorečnany. Všechny sloučeniny obsahující kyslík se při interakci s oxidací stávají výbušnýmilátek. Stojí za zmínku, že oxidy chloru mohou explodovat náhodně, zatímco chlorečnany explodují pouze tehdy, jsou-li vystaveny jakýmkoli iniciátorům.
Charakterizace chlóru podle pozice v periodické tabulce:
• jednoduchá látka;
• prvek sedmnácté skupiny periodické tabulky;
• třetí perioda třetí řady;
• sedmá skupina hlavní podskupiny;
• atomové číslo 17;
• označeno symbolem Cl;
• reaktivní nekov;
• je ve skupině halogenu;
• za téměř normálních podmínek je to jedovatý plyn žlutozelené barvy se štiplavým zápachem;
• molekula chloru má 2 atomy (vzorec Cl2).
Fyzikální vlastnosti chlóru:
• Bod varu: -34,04 °С;
• Bod tání: -101,5 °С;
• Hustota plynu - 3,214 g/l;
• hustota kapalný chlor (při varu) - 1,537 g/cm3;
• hustota pevného chloru - 1,9 g/cm 3;
• specifický objem – 1,745 x 10-3 l/rok.
Chlor: charakteristiky teplotních změn
V plynném stavu má tendenci snadno zkapalňovat. Při tlaku 8 atmosfér a teplotě 20 °C vypadá jako zelenožlutá kapalina. Má velmi vysoké korozní vlastnosti. Jak ukazuje praxe, tento chemický prvek může udržovat kapalné skupenství až do kritické teploty (143 °C) za zvýšeného tlaku.
Pokud se ochladí na -32 °C,změní svůj stav agregace na kapalný, bez ohledu na atmosférický tlak. S dalším poklesem teploty dochází ke krystalizaci (při -101 °C).
Chlor v přírodě
Zemská kůra obsahuje pouze 0,017 % chlóru. Převážná část je v sopečných plynech. Jak je uvedeno výše, látka má vysokou chemickou aktivitu, v důsledku čehož se v přírodě vyskytuje ve sloučeninách s jinými prvky. Mnoho minerálů však obsahuje chlór. Charakteristika prvku umožňuje vznik asi stovky různých minerálů. Zpravidla se jedná o chloridy kovů.
Jeho velké množství je také v oceánech – téměř 2 %. To je způsobeno skutečností, že chloridy jsou velmi aktivně rozpouštěny a přenášeny řekami a moři. Opačný proces je také možný. Chlór je vyplavován zpět na břeh a vítr ho pak nese. Proto je jeho nejvyšší koncentrace pozorována v pobřežních zónách. V suchých oblastech planety plyn, o kterém uvažujeme, vzniká odpařováním vody, v důsledku čehož vznikají slané bažiny. Ročně se na světě vytěží asi 100 milionů tun této látky. Což však není překvapivé, protože ložisek obsahujících chlór je mnoho. Jeho vlastnosti však do značné míry závisí na jeho zeměpisné poloze.
Metody získávání chlóru
Dnes existuje řada způsobů získávání chlóru, z nichž nejběžnější jsou tyto:
1. membrána. Je to nejjednodušší a nejlevnější. chlorovodíkovároztok v diafragmové elektrolýze vstupuje do anodového prostoru. Dále ocelová katodová mřížka proudí do membrány. Obsahuje malé množství polymerních vláken. Důležitou vlastností tohoto zařízení je protiproud. Z anodového prostoru směřuje do katodového prostoru, což umožňuje získat chlór a louh odděleně.
2. Membrána. Energeticky nejúčinnější, ale obtížně realizovatelné v organizaci. Podobné jako bránice. Rozdíl je v tom, že anodový a katodový prostor jsou zcela odděleny membránou. Výstupem jsou tedy dva samostatné streamy.
Za zmínku stojí, že charakteristika chem. prvek (chlór) získaný těmito metodami se bude lišit. Membránová metoda je považována za „čistší“.
3. Rtuťová metoda s kapalnou katodou. V porovnání s jinými technologiemi vám tato možnost umožňuje získat nejčistší chlór.
Hlavní schéma instalace se skládá z elektrolyzéru a vzájemně propojeného čerpadla a rozkladače amalgámu. Jako katoda slouží rtuť čerpaná čerpadlem spolu s roztokem kuchyňské soli a jako anoda uhlíkové nebo grafitové elektrody. Princip fungování zařízení je následující: z elektrolytu se uvolňuje chlór, který se z elektrolyzéru odstraňuje spolu s anolytem. Nečistoty a zbytky chlóru se z ní odstraní, nasytí halitem a znovu se vrátí k elektrolýze.
Požadavky na bezpečnost průmyslu a nerentabilnost výroby vedly k výměně kapalné katody za pevnou.
Použití chlóru v průmysluúčely
Vlastnosti chlóru umožňují jeho aktivní využití v průmyslu. Pomocí tohoto chemického prvku se získávají různé organochlorové sloučeniny (vinylchlorid, chlorokaučuk atd.), léky a dezinfekční prostředky. Ale největší mezera v tomto odvětví je výroba kyseliny chlorovodíkové a vápna.
Metody čištění pitné vody jsou široce používány. Dnes se snaží od této metody upustit a nahradit ji ozonizací, protože látka, kterou zvažujeme, negativně ovlivňuje lidské tělo, kromě toho chlorovaná voda ničí potrubí. To je způsobeno skutečností, že Cl ve volném stavu nepříznivě ovlivňuje trubky vyrobené z polyolefinů. Většina zemí však preferuje metodu chlorace.
Chlor se také používá v metalurgii. S jeho pomocí se získává řada vzácných kovů (niob, tantal, titan). V chemickém průmyslu se různé organochlorové sloučeniny aktivně používají pro hubení plevele a pro jiné zemědělské účely, prvek se také používá jako bělidlo.
Chlor díky své chemické struktuře ničí většinu organických a anorganických barviv. Toho je dosaženo jejich úplným odbarvením. Takový výsledek je možný pouze za přítomnosti vody, protože k procesu bělení dochází díky atomárnímu kyslíku, který vzniká po rozkladu chlóru: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Tuto metodu použilo několikpřed staletími a dodnes je populární.
Použití této látky je velmi oblíbené pro výrobu organochlorových insekticidů. Tyto zemědělské přípravky zabíjejí škodlivé organismy a zanechávají rostliny nedotčené. Významná část veškerého chlóru vytěženého na planetě jde na zemědělské potřeby.
Využívá se také při výrobě plastových směsí a pryže. S jejich pomocí se vyrábí izolace drátů, psací potřeby, vybavení, pláště domácích spotřebičů atd. Existuje názor, že takto získané kaučuky poškozují člověka, ale to není potvrzeno vědou.
Za zmínku stojí, že chlor (charakteristiky látky jsme podrobně zveřejnili dříve) a jeho deriváty, jako je yperit a fosgen, se také používají pro vojenské účely k získávání chemických bojových látek.
Chlor jako jasný zástupce nekovů
Nekovy jsou jednoduché látky, které zahrnují plyny a kapaliny. Ve většině případů vedou elektrický proud hůře než kovy a mají značné rozdíly ve fyzikálních a mechanických vlastnostech. S pomocí vysoké úrovně ionizace jsou schopny tvořit kovalentní chemické sloučeniny. Níže bude uvedena charakteristika nekovu na příkladu chlóru.
Jak bylo uvedeno výše, tento chemický prvek je plyn. Za normálních podmínek zcela postrádá vlastnosti podobné vlastnostem kovů. Bez vnější pomoci nemůže interagovat s kyslíkem, dusíkem, uhlíkem atd.vykazuje oxidační vlastnosti ve vazbách s jednoduchými látkami a některými složitými. Odkazuje na halogeny, což se jasně odráží v jeho chemických vlastnostech. Ve sloučeninách s dalšími zástupci halogenů (brom, astat, jód) je vytěsňuje. V plynném stavu se chlor (jeho charakteristika je toho přímým potvrzením) dobře rozpouští. Je to výborný dezinfekční prostředek. Zabíjí pouze živé organismy, a proto je nepostradatelný v zemědělství a medicíně.
Použití jako jedovatá látka
Charakteristika atomu chloru umožňuje jeho použití jako jedovaté látky. Poprvé byl plyn použit Německem 22. dubna 1915 během první světové války, v jejímž důsledku zemřelo asi 15 tisíc lidí. V současné době se nepoužívá jako jedovatá látka.
Uveďme stručný popis chemického prvku jako dusivé látky. Ovlivňuje lidský organismus dušením. Nejprve dráždí horní cesty dýchací a sliznice očí. Silný kašel začíná záchvaty dušení. Dále, pronikající do plic, plyn koroduje plicní tkáň, což vede k edému. Důležité! Chlór je rychle působící látka.
V závislosti na koncentraci ve vzduchu se příznaky liší. Při nízkém obsahu u člověka je pozorováno zarudnutí sliznice očí, mírná dušnost. Obsah v atmosféře 1,5-2 g/m3 způsobuje tíhu a vzrušení na hrudi, ostrou bolest v horních cestách dýchacích. Stav může být také doprovázen silným slzením. Po 10-15 minutách pobytu v místnostipři takové koncentraci chlóru dochází k těžkému popálení plic a smrti. Při vyšších koncentracích je smrt možná do minuty od ochrnutí horních cest dýchacích.
Při práci s touto látkou se doporučuje používat kombinézy, plynové masky, rukavice.
Chlór v životě organismů a rostlin
Chlór je součástí téměř všech živých organismů. Zvláštností je, že není přítomen ve své čisté formě, ale ve formě sloučenin.
V organismech zvířat a lidí udržují chloridové ionty osmotickou rovnost. Je to dáno tím, že mají nejvhodnější poloměr pro průnik do membránových buněk. Spolu s draselnými ionty reguluje Cl rovnováhu voda-sůl. Ve střevě vytvářejí chloridové ionty příznivé prostředí pro působení proteolytických enzymů žaludeční šťávy. Chlorové kanály se nacházejí v mnoha buňkách našeho těla. Jejich prostřednictvím dochází k výměně mezibuněčné tekutiny a k udržení pH buňky. Asi 85 % celkového objemu tohoto prvku v těle sídlí v mezibuněčném prostoru. Z těla se vylučuje močovou trubicí. Vyrábí se ženským tělem během kojení.
V této fázi vývoje je obtížné jednoznačně říci, která onemocnění jsou vyvolána chlórem a jeho sloučeninami. Důvodem je nedostatek výzkumu v této oblasti.
V rostlinných buňkách jsou také přítomny chloridové ionty. Aktivně se účastní energetické výměny. Bez tohoto prvku je proces fotosyntézy nemožný. S jeho pomocíkořeny aktivně absorbují potřebné látky. Ale vysoká koncentrace chlóru v rostlinách může mít škodlivý účinek (zpomalení procesu fotosyntézy, zastavení vývoje a růstu).
Existují však i takoví zástupci flóry, kteří by se s tímto živlem mohli „skamarádit“nebo se s ním alespoň sžít. Charakteristika nekovu (chlór) obsahuje takovou položku, jako je schopnost látky oxidovat půdy. V procesu evoluce výše zmíněné rostliny, zvané halofyty, obsadily prázdná slaniska, která byla prázdná kvůli nadbytku tohoto prvku. Absorbují chloridové ionty a pak se jich zbavují pomocí opadu listů.
Doprava a skladování chlóru
Existuje několik způsobů, jak přemisťovat a skladovat chlór. Charakteristika prvku předpokládá potřebu speciálních vysokotlakých válců. Takové kontejnery mají identifikační označení - svislou zelenou čáru. Válce se musí každý měsíc důkladně vypláchnout. Při delším skladování chlóru v nich vzniká velmi výbušná sraženina – chlorid dusitý. Při nedodržení všech bezpečnostních pravidel je možné spontánní vznícení a výbuch.
Studium chloru
Budoucí chemici by měli znát vlastnosti chlóru. Žáci 9. ročníku mohou podle plánu s touto látkou dokonce provádět laboratorní pokusy na základě základních znalostí oboru. Učitel je samozřejmě povinen provést bezpečnostní instruktáž.
Pořadí práce je následující: musíte si vzít s sebou baňkuchlór a nasypte do něj malé kovové hobliny. Za letu se třísky rozhoří jasnými jasnými jiskrami a současně se vytvoří lehký bílý kouř SbCl3. Po ponoření alobalu do nádoby s chlórem dojde také k samovolnému vznícení a na dno baňky budou pomalu padat ohnivé sněhové vločky. Během této reakce se tvoří kouřová kapalina - SnCl4. Když se do nádoby vloží železné hobliny, vytvoří se červené „kapky“a objeví se červený kouř FeCl3.
Spolu s praktickou prací se opakuje teorie. Zejména taková otázka, jako je charakterizace chlóru podle polohy v periodickém systému (popsáno na začátku článku).
V důsledku experimentů se ukázalo, že prvek aktivně reaguje na organické sloučeniny. Pokud vložíte vatu namočenou v terpentýnu do sklenice s chlórem, okamžitě se vznítí a z baňky prudce vypadnou saze. Sodík účinně doutná nažloutlým plamenem a na stěnách chemického nádobí se objevují krystalky soli. Studenty bude zajímat, že ještě jako mladý chemik N. N. Semenov (pozdější nositel Nobelovy ceny) po takovém experimentu sbíral sůl ze stěn baňky a posypal jí chléb a jedl. Chemie se ukázala jako správná a vědce nezklamala. Výsledkem experimentu, který provedl chemik, se skutečně ukázala obyčejná kuchyňská sůl!
