Chlór: Charakterizace chemických a fyzikálních vlastností

V přírodě se chlór nachází v plynném stavu a jen ve formě sloučenin s jinými plyny. V podmínkách blízkých normálu je jedovatý, žíravý plyn zelené barvy. Má větší váhu než vzduch. Má sladkou vůni. Molekula chloru obsahuje dva atomy. V klidném stavu nespaluje, ale při vysokých teplotách přichází do styku s vodíkem, po kterém je možné výbuch. Výsledkem je uvolňování plynného fosgenu. Je to velmi toxické. Takže i při nízké koncentraci ve vzduchu (0,001 mg na 1 dm³

Historické fakty

Poprvé v praxi tato látka získala K. Sheleeová v roce 1774 kombinací kyseliny chlorovodíkové a pyrolusitu. Nicméně až v roce 1810 dokázal P. Davy charakterizovat chlór a potvrdil, že jde o samostatný chemický prvek.

Stojí za zmínku, že v roce 1772 Joseph Priestley byl schopen vyrábět chlorovodík, chlór sloučeninu s vodíkem, ale chemik nemohl oddělit tyto dva prvky.

Chemická charakterizace chlóru

Chlor je chemický prvek hlavní podskupiny skupiny VII periodické tabulky. To je ve třetím období a má atomové číslo 17 (17 protonů v atomovém jádru). Chemicky aktivní nekovové. Označeno písmeny Cl.

Je to typický zástupce halogenů. Jedná se o plyny, které nemají barvy, ale mají ostrý pichlavý zápach. Zpravidla jsou toxické. Všechny halogeny jsou dobře zředěny ve vodě. Po kontaktu s vlhkým vzduchem začnou kouřit.

Vnější elektronická konfigurace atomu je Cl3s2Sp5. Proto ve sloučeninách vykazuje chemický prvek oxidační hladiny -1, + 1, +3, +4, +5, +6 a +7. Kovalentní poloměr atomu je 0,96 Å, iontový poloměr je 1,83 Å, afinita atomu k elektronu je 3,65 eV, ionizační úroveň je 12,87 eV.

Jak je uvedeno výše, chlor je poměrně aktivní nekovový, který umožňuje tvorbu sloučenin prakticky s jakýmkoliv kovem (v některých případech ohříváním nebo vlhkostí, přemísťováním bromu) a nekovy. V práškové formě reaguje s kovy pouze pod vlivem vysokých teplot.

Maximální teplota spalování je 2250 ° C. S kyslíkem je schopen tvořit oxidy, chlornany, chlority a chlorečnany. Všechny sloučeniny obsahující kyslík se stanou výbušnými za podmínek interakce s oxidačními látkami. Za to stojí za zmínku oxidy chlóru mohou explodovat podle libosti, zatímco chlorečnany explodují pouze tehdy, když jsou vystaveny působení jakýchkoli iniciátorů.

Charakterizace chloru podle polohy v periodickém systému:

• jednoduchá látka -
• prvek sedmnácté skupiny periodické tabulky -
• třetí období třetího řádku -
• sedmá skupina hlavních sub-
• Atomové číslo 17-
• označený symbolem Cl-
• chemicky aktivní ne-
• je v halogen-
• v podmínkách blízkých normálu je tento jedovatý plyn žlutozelenou barvou se špičatým zápachem,
• molekula chloru má 2 atomy (vzorec Cl₂).

Fyzikální vlastnosti chlóru:

• bod varu: -34,04 ° C-
• Bod tání: -101,5 ° C-
• hustota v plynném stavu je 3, 214 g / l-
• hustota kapalného chloru (během období varu) je 1,537 g / cm³-
• hustota pevného chlóru - 1,9 g / cm³-
• Specifický objem - 1 745 x 10^-3 l / g.

Chlor: Charakterizace teplotních změn

V plynném stavu lze snadno zkapalnit. Při tlaku 8 atmosfér a při teplotě 20 ° C vypadá jako zelenožlutá tekutina. Má velmi vysoké korozní vlastnosti. Jak ukazuje praxe, tento chemický prvek může udržovat kapalný stav až do kritické teploty (143 ° C) za předpokladu, že se tlak zvýší.

Pokud se ochladí na -32 ° C, změní se agregátní stav pro kapalinu bez ohledu na atmosférický tlak. Při dalším poklesu teploty nastává krystalizace (při -101 ° C).

Chlór v přírodě

Zemská kůra obsahuje pouze 0,017% chloru. Většina je ve vulkanických plynech. Jak je uvedeno výše, látka má vysokou chemickou aktivitu, a proto se vyskytuje přirozeně ve směsích s jinými prvky. V tomto případě mnoho minerálů obsahuje chlor. Vlastnost prvku umožňuje vytvořit asi sto různých minerálů. Obvykle se jedná o chloridy kovů.

Velké množství je také ve Světovém oceánu - téměř 2%. To je způsobeno skutečností, že chloridy jsou velmi aktivně rozpuštěny a neseny řekami a moři. Reverzní proces je také možný. Chlor se umyje zpátky k břehu a pak ho vítr nese. Proto je jeho největší koncentrace pozorována v pobřežních zónách. Ve vyprahlých oblastech planety se plyn, který uvažujeme, tvoří s pomocí odpařování vody, v důsledku čehož se objevují solončáci. Každoročně ve světě je těženo zhruba 100 milionů tun této látky. Které však není překvapující, protože existuje mnoho ložisek obsahujících chlór. Jeho charakteristiky však do značné míry závisí na jeho zeměpisné poloze.

Metody výroby chlóru

Dnes existuje řada metod pro získávání chlóru, z nichž nejběžnější jsou:

1. Diafragmatické. Je to nejjednodušší a levnější. Solanka v elektrolýze membrány vstupuje do anodového prostoru. Dále podél ocelové katodové mřížky proudí do membrány. Obsahuje malé množství polymerních vláken. Důležitou vlastností tohoto zařízení je protiproud. To je směrováno z anodového prostoru k katodě, který dovoluje samostatně vyrábět chlor a louhy.

2. Membrána. Nejvíce energeticky efektivní, ale obtížně realizovatelné v organizaci. Stejně jako membrána. Rozdíl je v tom, že prostory anody a katody jsou zcela odděleny membránou. Výsledkem jsou dva samostatné toky.

Je třeba poznamenat, že vlastnosti chemických látek. (chlor) získaný těmito způsoby bude odlišný. Více "čistá" je považována za membránovou metodu.

3. Metoda rtuti s kapalnou katodou. V porovnání s jinými technologiemi vám tato možnost umožňuje získat nejčistší chlór.

Základní schéma elektrárny se skládá z připojeného elektrolyzéru a čerpadla a rozkladače amalgámu. Jako katoda je rtuť čerpána čerpadlem spolu s roztokem obyčejné soli a jako anoda - uhlíková nebo grafitová elektroda. Princip instalace je následující: Chlór je uvolňován z elektrolytu, který je odstraněn z článku spolu s anolytem. Z nich se odstraní nečistoty a zbytky chlóru, naplní se halitem a vrátí se do elektrolýzy.

Požadavky průmyslové bezpečnosti a nevýnosné výroby vedly k nahrazení kapaliny katodou pevnou.

Použití chlóru pro průmyslové účely

Vlastnosti chlóru umožňují jeho aktivní využití v průmyslu. S pomocí tohoto chemického prvku se získají různé organochlorinové sloučeniny (vinylchlorid, chlor-kaučuk atd.), Léky, dezinfekční prostředky. Největším místem v průmyslu je výroba kyselina chlorovodíková a vápno.

Metody čištění pitné vody jsou široce používány. K dnešnímu dni se snažíme odstranit tuto metodu a nahradit ji ozonizací, protože látka, kterou uvažujeme, negativně ovlivňuje lidské tělo, vedle chlorované vody ničí potrubí. To je způsobeno tím, že Cl ve volném stavu nepříznivě ovlivňuje potrubí vyrobené z polyolefinů. Nicméně většina zemí preferuje metodu chlorování.

Také chlór se používá v metalurgii. S jeho pomocí získává řada vzácných kovů (niob, tantal, titan). V chemickém průmyslu se různé sloučeniny organochlorinu aktivně používají k ničení plevele a pro jiné zemědělské účely, tento prvek se také používá jako bělící prostředek.

Díky své chemické struktuře chlór ničí většinu organických a anorganických barviv. Toho je dosaženo jejich úplným zbarvením. Takový výsledek je možný pouze za přítomnosti vody, protože způsobuje odbarvení atomový kyslík, který vzniká po rozkladu chlóru: Cl₂ + H₂O → HCl + HClO → 2HCl + O. Tato metoda byla použita před pár staletími a je stále populární dnes.

Je velmi oblíbené použití této látky při výrobě organochlorních insekticidů. Tyto zemědělské přípravky zabíjejí škodlivé organismy a rostliny zůstávají nedotčeny. Významná část veškerého chlóru produkovaného na planetě jde k zemědělským potřebám.

Používá se také při výrobě plastů a pryže. S jejich pomocí dělají izolaci drátů, papírnictví, zařízení, skořápky domácích spotřebičů apod. Existuje názor, že takto získané kaučuky poškozují člověka, ale to není potvrzeno vědou.

Stojí za zmínku, že chlór (charakteristika látky byla podrobně popsána dříve) a její deriváty, jako je hořčičný plyn a fosgen, se také používají pro vojenské účely k získání bojových chemických látek.

Chlór jako jasný představitel nekovů

Nekovy jsou jednoduché látky, které zahrnují plyny a kapaliny. Ve většině případů vedou elektrický proud horší než kovy a mají významné rozdíly ve fyzikálně-mechanických vlastnostech. S pomocí vysoké úrovně ionizace je možné vytvořit kovalentní chemické sloučeniny. Níže uvedeme popis nekovu na bázi příkladu chloru.

Jak již bylo uvedeno výše, tento chemický prvek je plyn. Za normálních podmínek zcela chybí vlastnosti podobné kovům. Bez vnější pomoci nemůže reagovat s kyslíkem, dusíkem, uhlíkem atd. Jeho oxidační vlastnosti se projevují ve spojení s jednoduchými látkami a složitými látkami. Vztahuje se na halogeny, což se jasně odráží v jeho chemických vlastnostech. Ve sloučeninách se zbývajícími halogeny (brom, atstatin, jod) jsou nahrazeny. V plynném stavu je chlór (jeho charakteristika je přímým potvrzením) snadno rozpustný. Je to vynikající dezinfekční prostředek. Zabíjí pouze živé organismy, což je v zemědělství a medicíně nezastupitelné.

Použití jako jedovatá látka

Charakteristickou vlastností atomu chloru je jeho použití jako jedu. Poprvé byl plyn používán Německem 22. 4. 1915, během první světové války, v důsledku čehož zemřelo asi 15 tisíc lidí. V tuto chvíli oba jedovatá látka neplatí.

Uveďme stručný popis chemického prvku jako dusivého činitele. Ovlivňuje lidské tělo prostřednictvím uškrcení. Nejprve dráždí horní části dýchacího ústrojí a sliznice očí. Násilné kašel začíná udušením. Dále proniká do plic, plyn koroduje plicní tkáň, což vede k edému. Důležité! Chlór je rychle působící látka.

V závislosti na koncentraci ve vzduchu je symptomatologie odlišná. Při malé péči u osoby, které zčervenává sliznici očí, je pozorováno snadné dýchání nebo krátký vítr. Obsah v atmosféře je 1,5-2 g / m³ způsobuje těžkost a akutní pocity na hrudi, silná bolest v horních cestách dýchacích cest. Stav může být doprovázen také silným slzám. Po 10-15 minutách v místnosti s takovou koncentrací chloru dochází k prudkému pálení plic a k smrti. Při hustších koncentracích je možná smrt během jedné minuty paralýzy horních cest dýchacích.

Při práci s touto látkou se doporučuje používat ochranný oděv, plynovou masku, rukavice.

Chlór v životě organismů a rostlin

Chlór je součástí téměř všech živých organismů. Zvláštností je to, že není přítomna v čisté formě, ale ve formě sloučenin.

V živočišných a lidských organizmech chloridové ionty podporují osmotickou rovnováhu. To je způsobeno skutečností, že mají nejvhodnější poloměr pro průnik do membránových buněk. Spolu s ionty draslíku reguluje Cl rovnováhu vody a soli. Ve střevních iontech chloru vytváří příznivé prostředí pro působení proteolytických enzymů žaludeční šťávy. Chlorové kanály jsou poskytovány v mnoha buňkách našeho těla. Prostřednictvím nich dochází k výměně mezibuněčné tekutiny a udržuje se pH článku. Přibližně 85% celkového objemu tohoto prvku v těle je v intercelulárním prostoru. Vylučuje se z těla uretry. To je produkováno ženským tělem v procesu kojení.

V této fázi vývoje je obtížné jednoznačně říci, které nemoci vyvolávají chlór a jeho sloučeniny. To je způsobeno nedostatkem výzkumu v této oblasti.

Chlorové ionty jsou také přítomny v rostlinných buňkách. Aktivně se účastní výměny energie. Bez tohoto prvku je proces fotosyntézy nemožný. S jeho pomocí kořeny aktivně absorbují potřebné látky. Ale velká koncentrace chloru v rostlinách může mít škodlivý účinek (zpomaluje proces fotosyntézy, zastavuje vývoj a růst).

Existují však zástupci flóry, kteří by mohli "přivézt přátele" nebo alespoň se s tímto prvkem dostat. Vlastnost nekovového (chloru) obsahuje takovou položku, jako je schopnost látky oxidovat půdu. V procesu vývoje se výše zmíněné rostliny, nazývané halofyty, nacházely prázdné solončasy, které byly prázdné kvůli nadbytku tohoto prvku. Chrómové ionty absorbují a zbavují je pomocí pádu listů.

Přeprava a skladování chlóru

Existuje několik způsobů, jak se pohybovat a ukládat chlór. Vlastnost prvku předpokládá potřebu speciálních válců s vysokým tlakem. Takové nádoby mají identifikační označení - vertikální zelenou čáru. Měsíčně musí být lahve důkladně omyty. Pokud je chlór dlouhodobě skladován, vytváří se v nich vysoce výbušná sraženina - chlorid dusičitý. V případě nedodržení všech bezpečnostních pravidel je možné spontánní vznícení a výbuch.

Studium chlóru

Budoucí lékárníci by si měli být vědomi vlastností chlóru. Podle tohoto plánu mohou 9-žáci srovnávat laboratorní experimenty s touto látkou na základě základních znalostí oboru. Samozřejmě je učitel povinen provést pokyny v bezpečnostních opatřeních.

Pořadí práce je následující: musíte si vzít láhev chlóru a nalít do něj malé kovové hobliny. Během letu budou čipy blikat jasnými jiskry a současně lehkým bílým kouřem SbCl₃. Když je ponořen do nádoby s chlorovzdornou fólií, také se spontánně vznítí a na dně baňky pomalu padnou sněhové vločky. Během této reakce byla kouřová kapalina - SnCl₄. Když jsou železné hobliny umístěny v nádobě, vytvářejí se červené "kapky" a červený kouř FeCl₃.

Spolu s praktickou prací se teorie opakuje. Konkrétně, taková otázka jako charakterizace chloru podle polohy v periodickém systému (popsaný na začátku článku).

Výsledkem experimentů je, že tento prvek reaguje aktivně na organické sloučeniny. Pokud vložíte vatovou bavlnu namočenou v terpentinu do nádoby s chlórem, okamžitě se vznítí a saze bude prudce klesat z baňky. Účinně doutnající žlutozelený plamen sodný a na stěnách chemického zařízení jsou krystaly soli. Studenti budou mít zájem dozvědět se, že zatímco ještě mladý chemik, NN Semenov (pozdější nositel Nobelovy ceny), který má takovou zkušenost, shromážděné ze stěn nádoby a sůl, sypané ní chleba a snědl ho. Chemie měla pravdu a vědec nezklamal. Jako výsledek zkušeností chemiků se běžná stolní sůl skutečně ukázala!