در غرب فلاندر یک شهر کوچک قرار دارد. با این وجود، نام آن در سراسر جهان شناخته شده است و به عنوان نماد یکی از بزرگترین جنایات علیه بشریت در حافظه بشریت باقی خواهد ماند. این شهر Ypres. کرسی (در نبرد کرسی در سال 1346، نیروهای انگلیسی برای اولین بار در اروپا از آن استفاده کردند. سلاح گرم.) ایپرس هیروشیما نقاط عطف در مسیر تبدیل جنگ به یک ماشین غول پیکر تخریب است.
در آغاز سال 1915، به اصطلاح برجسته Ypres در خط مقدم غرب شکل گرفت. نیروهای متفقین انگلیسی-فرانسوی در شمال شرق ایپرس به قلمرو اشغال شده توسط ارتش آلمان نفوذ کردند. فرماندهی آلمان تصمیم گرفت ضد حمله ای را آغاز کند و خط مقدم را هموار کند. در صبح روز 22 آوریل، با یک دمیدن مداوم نور عید پاک، آلمانی ها آماده سازی غیرمعمول برای یک حمله را آغاز کردند - آنها اولین حمله گازی در تاریخ جنگ را انجام دادند. در بخش Ypres جلو، 6000 سیلندر کلر به طور همزمان باز شد. در عرض پنج دقیقه ابری عظیم به وزن 180 تن و زهرآلود و سبز رنگ تشکیل شد که به آرامی به سمت سنگرهای دشمن حرکت کرد.
هیچکس انتظار این را نداشت. سربازان فرانسوی و انگلیسی خود را برای حمله آماده می کردند، برای گلوله باران توپخانه، سربازان به طور امن حفاری می کردند، اما در مقابل ابر مخرب کلر کاملاً غیر مسلح بودند. گاز کشنده به تمام شکاف ها و همه پناهگاه ها نفوذ کرد. نتایج اولین حمله شیمیایی (و اولین نقض کنوانسیون 1907 لاهه در مورد عدم استفاده از مواد سمی!) خیره کننده بود: کلر به حدود 15 هزار نفر ضربه زد و حدود 5 هزار نفر جان باختند. و همه اینها برای تسطیح خط مقدم به طول 6 کیلومتر! دو ماه بعد، آلمانی ها حمله ای با کلر در جبهه شرقی انجام دادند. و دو سال بعد، Ypres شهرت خود را افزایش داد. در یک نبرد سخت در 12 ژوئیه 1917 برای اولین بار در منطقه این شهر از ماده سمی که بعدها گاز خردل نام گرفت استفاده شد. گاز خردل از مشتقات کلر، دی کلرودی اتیل سولفید است.
ما این اپیزودهای تاریخ مرتبط با یک شهر کوچک و یک عنصر شیمیایی را به یاد می آوریم تا نشان دهیم عنصر شماره 17 چقدر می تواند در دست دیوانگان مبارز باشد. این تاریک ترین فصل در تاریخ کلر است.
اما اینکه کلر را فقط به عنوان یک ماده سمی و ماده اولیه برای تولید سایر مواد سمی بدانیم کاملاً اشتباه است...
تاریخچه کلر
تاریخچه کلر عنصری نسبتا کوتاه است و به سال 1774 برمی گردد. تاریخچه ترکیبات کلر به قدمت جهان است. کافی است به یاد داشته باشید که کلرید سدیم نمک خوراکی است. و ظاهراً حتی در دوران ماقبل تاریخ نیز به توانایی نمک در حفظ گوشت و ماهی توجه شده بود.
قدیمی ترین یافته های باستان شناسی شواهدی مبنی بر استفاده انسان از نمک به حدود 3 تا 4 هزار سال قبل از میلاد برمی گردد. و بیشترین توصیف باستانیاستخراج سنگ نمک در نوشته های هرودوت مورخ یونانی (قرن پنجم قبل از میلاد) یافت می شود. هرودوت استخراج سنگ نمک در لیبی را توصیف می کند. در واحه سیناچ در مرکز صحرای لیبی معبد معروف خدای آمون-را وجود داشت. به همین دلیل است که لیبی را "آمونیاک" می نامیدند و اولین نام سنگ نمک "sal ammoniacum" بود. بعدها، از حدود قرن سیزدهم شروع شد. پس از میلاد، این نام به کلرید آمونیوم اختصاص یافت.
Pliny the Elder's Natural History روشی را برای جداسازی طلا از فلزات پایه با تکلیس با نمک و خاک رس توصیف می کند. و یکی از اولین توصیفات تصفیه سدیم کلرید در آثار پزشک و کیمیاگر بزرگ عرب جابر بن حیان (به املای اروپایی گبر) یافت می شود.
بسیار محتمل است که کیمیاگران با کلر عنصری نیز مواجه شده باشند، زیرا در کشورهای شرق در قرن نهم و در اروپا در قرن سیزدهم. "Aqua regia" شناخته شده بود - مخلوطی از اسیدهای هیدروکلریک و نیتریک. در کتاب ون هلمونت هلندی، Hortus Medicinae که در سال 1668 منتشر شد، آمده است که وقتی کلرید آمونیوم و اسید نیتریک با هم گرم می شوند، گاز خاصی به دست می آید. با توجه به توضیحات، این گاز بسیار شبیه به کلر است.
کلر اولین بار توسط شیمیدان سوئدی Scheele در رساله خود در مورد پیرولوزیت به تفصیل توصیف شد. Scheele در حین گرم کردن پیرولوزیت معدنی با اسید هیدروکلریک متوجه بوی مشخصه آبزیان شد، گاز زرد مایل به سبزی را که باعث ایجاد این بو شده بود را جمع آوری و بررسی کرد و برهمکنش آن را با مواد خاصی مطالعه کرد. Scheele اولین کسی بود که تأثیر کلر بر طلا و سینابر (در حالت دوم، سابلیمیت تشکیل می شود) و خواص سفید کنندگی کلر را کشف کرد.
شیل گاز تازه کشف شده را یک ماده ساده نمی دانست و آن را «اسید کلریدریک دفلوژنیزه» نامید. صحبت كردن زبان مدرن Scheele و پس از او دانشمندان دیگر آن زمان معتقد بودند که گاز جدید اکسید هیدروکلریک اسید است.
کمی بعد، Bertholet و Lavoisier پیشنهاد کردند که این گاز را اکسید یک عنصر جدید "موریوم" در نظر بگیرند. به مدت سه دهه و نیم، شیمیدان ها تلاش کردند تا موریا ناشناخته را جدا کنند.
در ابتدا، دیوی همچنین از طرفداران "اکسید موریا" بود و در سال 1807 تجزیه شد. شوک الکتریکینمک سفره به فلز قلیایی سدیم و گاز زرد-سبز وارد می شود. با این حال، سه سال بعد، پس از تلاش های بی ثمر فراوان برای به دست آوردن موریا، دیوی به این نتیجه رسید که گاز کشف شده توسط شیل یک ماده ساده، یک عنصر است و آن را گاز کلر یا کلر (از یونانی χλωροζ زرد-سبز) نامید. و سه سال بعد، Gay-Lussac به عنصر جدید نام کوتاه تری داد - کلر. درست است، در سال 1811، شیمیدان آلمانی شوایگر نام دیگری را برای کلر پیشنهاد کرد - "هالوژن" (به معنای واقعی کلمه نمک ترجمه شده است)، اما این نام در ابتدا مورد توجه قرار نگرفت و بعداً برای یک گروه کامل از عناصر رایج شد که شامل کلر می شود. .
"کارت شخصی" کلر
به این سوال که کلر چیست، می توانید حداقل ده ها پاسخ بدهید. اولا، هالوژن است. دوم، یکی از قوی ترین عوامل اکسید کننده. سوم، گاز بسیار سمی چهارم اینکه مهمترین محصول محصول اصلی است صنایع شیمیایی; پنجم، مواد خام برای تولید پلاستیک و آفت کش ها، لاستیک و الیاف مصنوعی، رنگ و دارو. ششم، ماده ای که با آن تیتانیوم و سیلیکون، گلیسیرین و فلوروپلاستیک به دست می آید. هفتم، وسیله ای برای تصفیه آب آشامیدنی و سفید کردن پارچه ها...
این لیست قابل ادامه است.
در شرایط عادی، کلر عنصری یک گاز نسبتاً سنگین زرد-سبز با بوی قوی و مشخص است. وزن اتمی کلر 35.453 و وزن مولکولی 70.906 است، زیرا مولکول کلر دو اتمی است. یک لیتر گاز کلر در شرایط عادی (دمای 0 درجه سانتیگراد و فشار 760 میلی متر جیوه) 3.214 گرم وزن دارد. هنگامی که تا دمای 34.05 درجه سانتیگراد خنک شود، کلر به مایع زرد رنگ متراکم می شود (چگالی 1.56 گرم بر سانتی متر مکعب) و در در دمای 101.6 درجه سانتیگراد سفت می شود. در فشارهای بالا، کلر را می توان به مایع و در دماهای بالاتر تا 144+ درجه سانتی گراد تبدیل کرد. کلر در دی کلرو اتان و برخی دیگر از حلال های آلی کلردار بسیار محلول است.
عنصر شماره 17 بسیار فعال است، تقریباً با تمام عناصر جدول تناوبی مستقیماً ترکیب می شود. بنابراین در طبیعت فقط به صورت ترکیبات یافت می شود. رایج ترین کانی های حاوی کلر عبارتند از هالیت NaCl، سیلوینیت KCl NaCl، بیشوفیت MgCl 2 6H 2 O، کارنالیت KCl MgCl 2 6H 2 O، کاینیت KCl MgSO 4 3H 2 O. ) که محتوای کلر در پوسته زمین 0.20 درصد وزنی است. برخی از مواد معدنی نسبتا کمیاب حاوی کلر، به عنوان مثال نقره شاخ AgCl، برای متالورژی غیر آهنی بسیار مهم هستند.
از نظر رسانایی الکتریکی، کلر مایع در زمره قوی ترین عایق ها قرار می گیرد: جریانی که تقریباً یک میلیارد برابر بدتر از آب مقطر است و 10 22 برابر بدتر از نقره است.
سرعت صوت در کلر تقریباً یک و نیم برابر کمتر از هوا است.
و بالاخره در مورد ایزوتوپ های کلر.
در حال حاضر 9 ایزوتوپ از این عنصر شناخته شده است، اما تنها دو ایزوتوپ در طبیعت یافت می شود: کلر-35 و کلر-37. اولی تقریباً سه برابر بزرگتر از دومی است.
هفت ایزوتوپ باقی مانده به صورت مصنوعی به دست می آیند. کوتاه ترین آنها، 32 کلر، نیمه عمر 0.306 ثانیه و طولانی ترین آنها 36 Cl 310 هزار سال است.
کلر چگونه تولید می شود؟
اولین چیزی که هنگام ورود به یک کارخانه کلر متوجه می شوید، خطوط متعدد برق است. تولید کلر برق زیادی مصرف می کند، برای تجزیه ترکیبات طبیعی کلر لازم است.
به طور طبیعی ماده خام اصلی کلر سنگ نمک است. اگر یک کارخانه کلر در نزدیکی رودخانه قرار داشته باشد، نمک توسط آن تحویل داده نمی شود راه آهن، اما در بارج ها مقرون به صرفه تر است. نمک یک محصول ارزان قیمت است، اما مقدار زیادی از آن مصرف می شود: برای دریافت یک تن کلر، به حدود 1.7 ... 1.8 تن نمک نیاز دارید.
نمک به انبارها می رسد. سه منبع شش ماهه مواد خام تولید کلر، معمولاً در مقیاس بزرگ، در اینجا ذخیره می شود.
نمک خرد شده و در آب گرم حل می شود. این آب نمک از طریق یک خط لوله به کارگاه تصفیه پمپ می شود، جایی که در مخازن عظیمی به ارتفاع یک ساختمان سه طبقه، آب نمک از ناخالصی های نمک های کلسیم و منیزیم تمیز می شود و شفاف می شود (اجازه ته نشین شدن). محلول غلیظ خالص کلرید سدیم به کارگاه اصلی تولید کلر به کارگاه الکترولیز پمپ می شود.
در یک محلول آبی، مولکول های نمک خوراکی به یون های Na + و Cl تبدیل می شوند. تفاوت یون کلر با اتم کلر فقط در این است که یک الکترون اضافی دارد. یعنی برای به دست آوردن کلر عنصری باید این الکترون اضافی حذف شود. این در یک الکترولیز روی یک الکترود با بار مثبت (آند) اتفاق می افتد. گویی الکترون ها از آن "مکیده" می شوند: 2Cl → Cl 2 + 2ē. آندها از گرافیت ساخته شده اند، زیرا هر فلزی (به جز پلاتین و آنالوگ های آن)، که الکترون های اضافی را از یون های کلر می گیرد، به سرعت خورده و تجزیه می شود.
دو نوع طراحی تکنولوژیکی برای تولید کلر وجود دارد: دیافراگم و جیوه. در حالت اول، کاتد یک ورق آهن سوراخ‌دار است و فضاهای کاتد و آند الکترولیز توسط یک دیافراگم آزبست از هم جدا می‌شوند. در کاتد آهن، یون های هیدروژن تخلیه شده و محلول آبی هیدروکسید سدیم تشکیل می شود. اگر جیوه به عنوان کاتد استفاده شود، یون های سدیم روی آن تخلیه شده و آمالگام سدیم تشکیل می شود که سپس توسط آب تجزیه می شود. هیدروژن و سود سوزآور به دست می آید. در این مورد، نیازی به دیافراگم جداکننده نیست و قلیایی بیشتر از الکترولیزهای دیافراگمی متمرکز است.
بنابراین، تولید کلر به طور همزمان تولید سود سوزآور و هیدروژن است.
هیدروژن از طریق لوله های فلزی و کلر از طریق لوله های شیشه ای یا سرامیکی حذف می شود. کلر تازه تهیه شده با بخار آب اشباع شده است و بنابراین بسیار تهاجمی است. سپس ابتدا سرد می شود آب سرد V برج های بلند، داخل آن را با کاشی و سرامیک پوشانده و با یک نازل سرامیکی (به اصطلاح حلقه های راشیگ) پر کرده و سپس با اسید سولفوریک غلیظ خشک می کنند. این تنها خشک کننده کلر و یکی از معدود مایعاتی است که کلر با آن واکنش نمی دهد.
کلر خشک دیگر آنقدر تهاجمی نیست؛ مثلاً تجهیزات فولادی را از بین نمی برد.
کلر معمولاً به صورت مایع در مخازن یا سیلندرهای راه آهن و تحت فشار تا 10 اتمسفر حمل می شود.
در روسیه، تولید کلر برای اولین بار در سال 1880 در کارخانه Bondyuzhsky سازماندهی شد. سپس کلر در اصل به همان روشی به دست آمد که شیله در زمان خود آن را با واکنش اسید کلریدریک با پیرولوزیت به دست آورده بود. تمام کلر تولید شده برای تولید سفید کننده استفاده شد. در سال 1900، در کارخانه Donsoda، برای اولین بار در روسیه، یک فروشگاه تولید کلر الکترولیتی راه اندازی شد. ظرفیت این کارگاه تنها 6 هزار تن در سال بود. در سال 1917، تمام کارخانه های کلر در روسیه 12 هزار تن کلر تولید کردند. و در سال 1965 اتحاد جماهیر شوروی حدود 1 میلیون تن کلر تولید کرد.
یکی از بسیاری
همه انواع کاربردهای عملی کلر را می توان بدون کشش زیاد در یک عبارت بیان کرد: کلر برای تولید محصولات کلر ضروری است، به عنوان مثال. مواد حاوی کلر "محصول" اما وقتی در مورد همین محصولات کلر صحبت می کنید، نمی توانید از یک عبارت دور شوید. آنها هم از نظر خواص و هم از نظر هدف بسیار متفاوت هستند.
فضای محدود مقاله ما به ما اجازه نمی دهد در مورد تمام ترکیبات کلر صحبت کنیم، اما بدون صحبت در مورد حداقل برخی از موادی که برای تولید کلر نیاز دارند، "پرتره" ما از عنصر شماره 17 ناقص و غیرقابل قبول خواهد بود.
به عنوان مثال، حشره کش های ارگانکلر را در نظر بگیرید - موادی که حشرات مضر را می کشند، اما برای گیاهان بی خطر هستند. بخش قابل توجهی از کلر تولید شده برای به دست آوردن محصولات حفاظت از گیاهان مصرف می شود.
یکی از مهم ترین حشره کش ها هگزاکلروسیکلو هگزان (که اغلب هگزاکلران نامیده می شود) است. این ماده اولین بار در سال 1825 توسط فارادی سنتز شد، اما تنها بیش از 100 سال بعد در دهه 30 قرن ما کاربرد عملی پیدا کرد.
هگزاکلران در حال حاضر از طریق کلرزنی بنزن تولید می شود. مانند هیدروژن، بنزن در تاریکی (و در غیاب کاتالیزور) بسیار آهسته با کلر واکنش می دهد، اما در نور روشن واکنش کلرزنی بنزن (C 6 H 6 + 3 Cl 2 → C 6 H 6 Cl 6 ) بسیار سریع انجام می شود. .
هگزاکلران مانند بسیاری از حشره کش های دیگر به صورت گرد و غبار با پرکننده ها (تالک، کائولن) یا به صورت سوسپانسیون و امولسیون و یا در نهایت به صورت آئروسل استفاده می شود. هگزاکلران به ویژه در درمان دانه ها و کنترل آفات محصولات سبزی و میوه موثر است. مصرف هگزاکلران تنها 1...3 کیلوگرم در هکتار است که تأثیر اقتصادی استفاده از آن 10 ... 15 برابر بیشتر از هزینه ها است. متأسفانه هگزاکلران برای انسان بی ضرر نیست...
کلرید پلی وینیل
اگر از هر دانش آموزی بخواهید که پلاستیک های شناخته شده خود را فهرست کند، او یکی از اولین کسانی خواهد بود که پلی وینیل کلراید (که در غیر این صورت به عنوان وینیل پلاستیک شناخته می شود) نام می برد. از دیدگاه یک شیمیدان، پی وی سی (همانطور که پلی وینیل کلرید اغلب در ادبیات به آن اشاره می شود) پلیمری است که در مولکول آن اتم های هیدروژن و کلر روی زنجیره ای از اتم های کربن "ریخته می شوند":
ممکن است چندین هزار حلقه در این زنجیره وجود داشته باشد.
و از نظر مصرف کننده، پی وی سی عایق سیم ها و بارانی ها، صفحات مشمع کف اتاق و گرامافون، لاک های محافظ و مواد بسته بندی، تجهیزات شیمیایی و پلاستیک های فوم، اسباب بازی ها و قطعات ابزار است.
پلی وینیل کلرید از پلیمریزاسیون وینیل کلرید تشکیل می شود که اغلب با تصفیه استیلن با کلرید هیدروژن به دست می آید: HC ≡ CH + HCl → CH 2 = CHCl. راه دیگری برای تولید وینیل کلرید وجود دارد - ترک حرارتی دی کلرواتان.
CH 2 Cl CH 2 Cl → CH 2 = CHCl + HCl. ترکیب این دو روش زمانی مورد توجه است که هیدروکلراید آزاد شده در طی ترک خوردگی دی کلرواتان در تولید وینیل کلرید با استفاده از روش استیلن استفاده شود.
وینیل کلراید یک گاز بی رنگ با بوی اتری مطبوع و تا حدودی مست کننده است و به راحتی پلیمریزه می شود. برای به دست آوردن پلیمر، وینیل کلرید مایع تحت فشار به آب گرم پمپ می شود و در آنجا به صورت قطرات ریز خرد می شود. برای جلوگیری از ادغام آنها، کمی ژلاتین یا پلی وینیل الکل به آب اضافه می شود و برای اینکه واکنش پلیمریزاسیون شروع شود، یک آغازگر پلیمریزاسیون - بنزوئیل پراکسید - در آنجا اضافه می شود. پس از چند ساعت، قطرات سفت می شوند و سوسپانسیونی از پلیمر در آب تشکیل می شود. پودر پلیمر با استفاده از فیلتر یا سانتریفیوژ جدا می شود.
پلیمریزاسیون معمولا در دمای 40 تا 60 درجه سانتیگراد انجام می شود و هر چه دمای پلیمریزاسیون کمتر باشد، مولکول های پلیمری به دست آمده طولانی تر می شوند.
ما فقط در مورد دو ماده صحبت کردیم که برای به دست آوردن آنها به عنصر شماره 17 نیاز است. فقط دو تا از صدها. مثال های مشابه زیادی می توان ذکر کرد. و همه آنها می گویند که کلر نه تنها یک گاز سمی و خطرناک است، بلکه یک عنصر بسیار مهم و بسیار مفید است.
محاسبه ابتدایی
هنگام تولید کلر با الکترولیز محلول نمک خوراکی، هیدروژن و هیدروکسید سدیم به طور همزمان به دست می آیند: 2NACl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2 NaOH. البته هیدروژن یک محصول شیمیایی بسیار مهم است، اما راه‌های ارزان‌تر و راحت‌تری برای تولید این ماده وجود دارد، مثلاً تبدیل گاز طبیعی... اما سود سوزآور تقریباً منحصراً از الکترولیز محلول‌های نمک خوراکی تولید می‌شود. روش ها کمتر از 10 درصد را تشکیل می دهند. از آنجایی که تولید کلر و NaOH کاملاً به هم مرتبط هستند (به شرح زیر از معادله واکنش، تولید یک گرم مولکول 71 گرم کلر همیشه با تولید دو مولکول گرم 80 گرم قلیایی الکترولیتی همراه است)، با دانستن بهره وری کارگاه (یا کارخانه، یا حالت) برای قلیایی، شما به راحتی می توانید محاسبه کنید که چه مقدار کلر تولید می کند. هر تن NaOH با 890 کیلوگرم کلر "همراه" است.
خوب، لوب!
اسید سولفوریک غلیظ عملا تنها مایعی است که با کلر واکنش نمی دهد. بنابراین کارخانه ها برای فشرده سازی و پمپاژ کلر از پمپ هایی استفاده می کنند که اسید سولفوریک در آنها به عنوان سیال عامل و در عین حال روان کننده عمل می کند.
نام مستعار فردریش ویلر
بررسی برهمکنش مواد آلی با کلر، شیمیدان فرانسوی قرن نوزدهم. ژان دوما کشف شگفت انگیزی کرد: کلر می تواند جایگزین هیدروژن در مولکول های ترکیبات آلی شود. به عنوان مثال، هنگامی که اسید استیک کلر می شود، ابتدا یک هیدروژن از گروه متیل با کلر جایگزین می شود، سپس دیگری، یک سوم... اما جالب ترین چیز این بود که خواص شیمیایی اسیدهای کلرواستیک با خود اسید استیک کمی تفاوت داشت. طبقه واکنش های کشف شده توسط دوما با فرضیه الکتروشیمیایی و نظریه برزلیوس رادیکال هایی که در آن زمان غالب بودند کاملاً غیرقابل توضیح بود (به قول لوران شیمی دان فرانسوی، کشف اسید کلرواستیک مانند شهاب سنگی بود که کل قدیم را نابود کرد. مدرسه). برزلیوس و شاگردان و پیروانش به شدت صحت کار دوما را به چالش کشیدند. نامه تمسخرآمیز شیمیدان مشهور آلمانی فردریش ولر با نام مستعار S.S.N در مجله آلمانی Annalen der Chemie und Pharmacie منتشر شد. ویندیر (در آلمانی "Schwindler" به معنای "دروغگو"، "فریبکار" است). گزارش شده است که نویسنده موفق به جایگزینی تمام اتم های کربن در فیبر (C 6 H 10 O 5) شده است. هیدروژن و اکسیژن به کلر تبدیل شد و خواص فیبر تغییر نکرد. و اکنون در لندن پدهای گرم شکم را از پشم پنبه می سازند که از کلر خالص تشکیل شده است.
کلر و آب
کلر به طور قابل توجهی در آب محلول است. در دمای 20 درجه سانتی گراد، 2.3 حجم کلر در یک حجم آب حل می شود. محلول های آبی کلر (آب کلر) زرد. اما با گذشت زمان، به ویژه هنگامی که در نور ذخیره می شوند، به تدریج تغییر رنگ می دهند. این با این واقعیت توضیح داده می شود که کلر محلول تا حدی با آب تعامل می کند ، اسیدهای کلریدریک و هیپوکلری تشکیل می شوند: Cl 2 + H 2 O → HCl + HOCl. دومی ناپایدار است و به تدریج به HCl و اکسیژن تجزیه می شود. بنابراین محلول کلر در آب به تدریج به محلول اسید کلریدریک تبدیل می شود.
اما کی دمای پایینکلر و آب هیدرات کریستالی با ترکیب غیر معمول Cl 2 · 5 3 / 4 H 2 O را تشکیل می دهند. این کریستال های زرد مایل به سبز (فقط در دمای کمتر از 10 درجه سانتی گراد پایدار هستند) را می توان با عبور کلر از آب یخ به دست آورد. فرمول غیر معمول با ساختار هیدرات کریستالی توضیح داده می شود که در درجه اول توسط ساختار یخ تعیین می شود. در شبکه کریستالی یخ، مولکول‌های H2O را می‌توان به گونه‌ای مرتب کرد که حفره‌هایی با فاصله منظم بین آنها ظاهر شود. یک سلول واحد مکعبی حاوی 46 مولکول آب است که بین آنها هشت فضای خالی میکروسکوپی وجود دارد. در این حفره ها است که مولکول های کلر ته نشین می شوند. بنابراین فرمول دقیق هیدرات کریستالی کلر باید به صورت زیر نوشته شود: 8Cl 2 46H 2 O.
مسمومیت با کلر
وجود حدود 0001/0 درصد کلر در هوا باعث تحریک غشاهای مخاطی می شود. قرار گرفتن مداوم در چنین فضایی می تواند منجر به بیماری برونش شود، اشتها را به شدت کاهش می دهد و رنگ سبزی به پوست می دهد. اگر میزان کلر موجود در هوا 0.1 درجه / درجه سانتیگراد باشد، ممکن است مسمومیت حاد رخ دهد که اولین علامت آن حملات شدید سرفه است. در صورت مسمومیت با کلر استراحت مطلق لازم است. استنشاق اکسیژن یا آمونیاک مفید است (استنشاق آمونیاک) یا جفت الکل با اتر. با توجه به موجود استانداردهای بهداشتیمحتوای کلر در هوای اماکن صنعتی نباید از 001/0 میلی گرم در لیتر تجاوز کند. 0.00003٪.
نه فقط سم
"همه می دانند که گرگ ها حریص هستند." آن کلر هم سمی است. با این حال، در دوزهای کوچک، کلر سمی گاهی اوقات می تواند به عنوان پادزهر عمل کند. بنابراین، به قربانیان سولفید هیدروژن سفید کننده ناپایدار داده می شود تا بو کنند. با تعامل، این دو سم متقابل خنثی می شوند.
تست کلر
برای تعیین محتوای کلر، یک نمونه هوا از جاذب هایی با محلول اسیدی یدید پتاسیم عبور داده می شود. (کلر ید را جابجا می کند، مقدار ید به راحتی با تیتراسیون با استفاده از محلول Na 2 S 2 O 3 تعیین می شود). برای تعیین مقادیر کمی از کلر در هوا، اغلب از یک روش رنگ سنجی استفاده می شود که بر اساس تغییر شدید رنگ برخی ترکیبات (بنزیدین، ارتوتولویدین، متیل اورانژ) در هنگام اکسید شدن با کلر است. به عنوان مثال، محلول اسیدی بی رنگ بنزیدین تبدیل می شود رنگ زرد، و آبی خنثی. شدت رنگ متناسب با مقدار کلر است.
_____________________________________در حال حاضر، «استاندارد طلایی» آندها برای تولید کلر، آندهای ساخته شده از دی اکسید تیتانیوم اصلاح شده با اکسیدهای فلزات پلاتین، عمدتاً دی اکسید روتنیم RuO 2 در نظر گرفته می شود. آندهای اکسید روتنیوم تیتانیوم (ORTA) در ادبیات انگلیسی با نام‌های MMO (اکسید فلز مخلوط) یا DSA (آند پایدار بعدی) شناخته می‌شوند. یک فیلم از دی اکسید تیتانیوم دوپ شده مستقیماً روی سطح پایه فلزی تیتانیوم تولید می شود. با وجود هزینه بالا، ORTA مزایای غیرقابل انکاری نسبت به آندهای گرافیت دارد:
چگالی جریان مجاز چندین برابر بیشتر باعث کاهش اندازه تجهیزات می شود.
- عملاً هیچ محصول خوردگی آندی وجود ندارد که تمیز کردن الکترولیت را بسیار ساده می کند.
- آندها مقاومت در برابر خوردگی عالی دارند و می توانند در شرایط صنعتی بیش از یک سال بدون تعویض (تعمیر) کار کنند.
برای ساخت آند برای تولید کلر، چشم انداز و مواد دیگر. با این حال، این موضوع یک نشریه جداگانه (و بزرگ) است (- یادداشت سردبیر).
با توجه به سمیت و هزینه بالای جیوه، نسخه سوم الکترولیزورها به طور فعال در حال توسعه است - الکترولیزهای غشایی، که در حال حاضر اصلی ترین آنها در کشورهای توسعه یافته است. در این تجسم، فضاهای کاتد و آند توسط یک غشای تبادل یونی از هم جدا می‌شوند که برای یون‌های سدیم نفوذپذیر است، اما برای آنیون‌ها قابل نفوذ نیست. در این حالت، مانند فرآیند جیوه، آلودگی کاتولیت قلیایی با کلرید از بین می رود.
ماده برای ساخت غشاهای تولید کلر Nafion است، یک یونومر مبتنی بر پلی تترا فلوئورواتیلن با گروه‌های پرفلورووینیل سولفونیک اتر پیوندی. این ماده که در دهه 60 قرن گذشته توسط DuPont توسعه یافت، دارای مقاومت شیمیایی، حرارتی و مکانیکی عالی و هدایت رضایت بخش است. تا به امروز، در هنگام ساخت بسیاری از تاسیسات الکتروشیمیایی، این ماده انتخابی باقی مانده است (- یادداشت ویرایشگر).
کلر(از یونانی χλωρ?ς - "سبز") - عنصری از زیر گروه اصلی گروه هفتم، دوره سوم سیستم تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف، با عدد اتمی 17. با نماد نشان داده شده است. Cl(لات. کلروم). غیر فلزی فعال شیمیایی این بخشی از گروه هالوژن ها است (در اصل نام "هالوژن" توسط شیمیدان آلمانی شوایگر برای کلر استفاده می شد [به معنای واقعی کلمه، "هالوژن" به نمک ترجمه می شود)، اما این نام را پیدا نکرد و متعاقباً برای گروه VII رایج شد. عناصر، که شامل کلر است).
ماده ساده کلر (شماره CAS: 7782-50-5) در شرایط عادی گازی سمی به رنگ سبز مایل به زرد و با بوی تند است. مولکول کلر دو اتمی است (فرمول Cl 2).
تاریخچه کشف کلر
هیدروژن کلرید بی آب گازی اولین بار توسط جی پریسلی در سال 1772 جمع آوری شد. (بیش از جیوه مایع). کلر برای اولین بار در سال 1774 توسط Scheele به دست آمد، که در رساله خود در مورد پیرولوزیت، انتشار آن را در طی برهمکنش پیرولوزیت با اسید هیدروکلریک توصیف کرد:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele به بوی کلر، مشابه بوی آبزیا، توانایی آن در واکنش با طلا و سینابر و خواص سفید کنندگی آن اشاره کرد.
با این حال، شیل، مطابق با تئوری فلوژیستون که در آن زمان در شیمی غالب بود، پیشنهاد کرد که کلر یک ماده دفلوژیستیک است. اسید هیدروکلریکیعنی اکسید هیدروکلریک اسید. Berthollet و Lavoisier پیشنهاد کردند که کلر یک اکسید عنصر است موریابا این حال، تلاش برای جداسازی آن تا زمانی که کار دیوی موفق شد نمک خوراکی را با الکترولیز به سدیم و کلر تجزیه کند، ناموفق ماند.
پراکندگی در طبیعت
دو ایزوتوپ کلر در طبیعت یافت می شود: 35 کلر و 37 کلر. در پوسته زمین، کلر رایج ترین هالوژن است. کلر بسیار فعال است - به طور مستقیم با تقریباً تمام عناصر جدول تناوبی ترکیب می شود. بنابراین، در طبیعت فقط به شکل ترکیبات موجود در کانی ها یافت می شود: هالیت NaCl، سیلویت KCl، سیلوینیت KCl NaCl، بیشوفیت MgCl 2 6H2O، کارنالیت KCl MgCl 2 6H 2 O، کاینیت KCl MgSO 4 3H2 بزرگترین. ذخایر کلر در نمک های آب دریاها و اقیانوس ها وجود دارد. آب دریا 19 گرم در لیتر). کلر 0.025٪ از تعداد کل اتم های پوسته زمین را تشکیل می دهد، تعداد کلر کلر 0.017٪ است و بدن انسان حاوی 0.25٪ یون های کلر بر حسب جرم است. در بدن انسان و حیوان، کلر عمدتاً در مایعات بین سلولی (از جمله خون) یافت می شود و نقش مهمی در تنظیم فرآیندهای اسمزی و همچنین در فرآیندهای مرتبط با عملکرد سلول های عصبی دارد.
خواص فیزیکی و فیزیکی و شیمیایی
در شرایط عادی، کلر یک گاز زرد مایل به سبز با بوی خفه کننده است. برخی از خواص فیزیکی آن در جدول ارائه شده است.
برخی از خواص فیزیکی کلر
| ویژگی |
معنی |
|---|---|
| رنگ (گاز) | زرد-سبز |
| دمای جوش | -34 درجه سانتی گراد |
| دمای ذوب | -100 درجه سانتی گراد |
| دمای تجزیه (تجزیه به اتم) |
~1400 درجه سانتیگراد |
| چگالی (گاز، n.s.) | 3.214 گرم در لیتر |
| میل ترکیبی الکترون یک اتم | 3.65 ولت |
| اولین انرژی یونیزاسیون | 12.97 eV |
| ظرفیت حرارتی (298 K، گاز) | 34.94 (J/mol K) |
| دمای بحرانی | 144 درجه سانتی گراد |
| فشار بحرانی | 76 اتمسفر |
| آنتالپی استاندارد تشکیل (298 K، گاز) | 0 (کیلوژول بر مول) |
| آنتروپی استاندارد تشکیل (298 K، گاز) | 222.9 (J/mol K) |
| آنتالپی ذوب | 6.406 (کیلوژول بر مول) |
| آنتالپی جوش | 20.41 (کیلوژول بر مول) |
| انرژی برش همولیتیک پیوند X-X | 243 (کیلوژول بر مول) |
| انرژی برش هترولیتیک پیوند X-X | 1150 (کیلوژول بر مول) |
| انرژی یونیزاسیون | 1255 (کیلوژول بر مول) |
| انرژی میل ترکیبی الکترون | 349 (کیلوژول بر مول) |
| شعاع اتمی | 0.073 (nm) |
| الکترونگاتیوی از نظر پاولینگ | 3,20 |
| الکترونگاتیوی با توجه به آلرد-روچو | 2,83 |
| حالت های اکسیداسیون پایدار | -1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7 |
گاز کلر نسبتاً آسان مایع می شود. با شروع از فشار 0.8 مگاپاسکال (8 اتمسفر)، کلر در حال حاضر مایع خواهد بود دمای اتاق. هنگامی که تا دمای 34- درجه سانتیگراد خنک شود، کلر در دمای معمولی نیز مایع می شود. فشار جو. کلر مایع مایعی به رنگ زرد مایل به سبز است که بسیار خورنده است (به دلیل غلظت بالای مولکول ها). با افزایش فشار می توان به وجود کلر مایع تا دمای 144+ درجه سانتی گراد (دمای بحرانی) در فشار بحرانی 7.6 مگاپاسکال دست یافت.
در دماهای زیر 101- درجه سانتیگراد، کلر مایع به شبکه ای متعامد با گروه فضایی متبلور می شود. Cmcaو پارامترهای a=6.29 Å b=4.50 Å، c=8.21 Å. زیر 100 کلوین، اصلاح متعامد کلر کریستالی چهارضلعی می شود و یک گروه فضایی دارد. P4 2/cmو پارامترهای شبکه a=8.56 Å و c=6.12 Å.
انحلال پذیری
درجه تفکیک مولکول کلر Cl 2 → 2Cl. در 1000 K 2.07×10-4٪ است و در 2500 K 0.909٪ است.
آستانه درک بو در هوا 0.003 (mg/l) است.
از نظر رسانایی الکتریکی، کلر مایع در زمره قوی ترین عایق ها قرار می گیرد: جریانی که تقریباً یک میلیارد برابر بدتر از آب مقطر است و 10 22 برابر بدتر از نقره است. سرعت صوت در کلر تقریباً یک و نیم برابر کمتر از هوا است.
خواص شیمیایی
ساختار پوسته الکترونی
سطح ظرفیت یک اتم کلر حاوی 1 الکترون جفت نشده است: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5، بنابراین ظرفیت 1 برای اتم کلر بسیار پایدار است. به دلیل وجود یک اوربیتال d-sublevel اشغال نشده در اتم کلر، اتم کلر می تواند ظرفیت های دیگری از خود نشان دهد. طرح شکل گیری حالت های برانگیخته اتم:
ترکیبات کلر نیز شناخته شده اند که در آنها اتم کلر به طور رسمی ظرفیت 4 و 6 را نشان می دهد، به عنوان مثال ClO 2 و Cl 2 O 6. با این حال، این ترکیبات رادیکال هستند، یعنی یک الکترون جفت نشده دارند.
تعامل با فلزات
کلر به طور مستقیم با تقریباً همه فلزات واکنش نشان می دهد (با مقداری فقط در حضور رطوبت یا هنگام گرم شدن):
Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
تعامل با غیر فلزات
با غیر فلزات (به جز کربن، نیتروژن، اکسیژن و گازهای بی اثر)، کلریدهای مربوطه را تشکیل می دهد.
در نور یا هنگامی که گرم می شود، به طور فعال (گاهی با انفجار) با هیدروژن مطابق یک مکانیسم رادیکال واکنش نشان می دهد. مخلوط کلر با هیدروژن، حاوی 5.8 تا 88.3٪ هیدروژن، پس از تابش منفجر می شود و کلرید هیدروژن را تشکیل می دهد. مخلوطی از کلر و هیدروژن در غلظت های کم با شعله ای بی رنگ یا سبز مایل به زرد می سوزد. حداکثر دمای شعله هیدروژن کلر 2200 درجه سانتیگراد:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2
با اکسیژن، کلر اکسیدهایی را تشکیل می دهد که در آنها حالت اکسیداسیون از 1+ تا 7+ را نشان می دهد: Cl 2 O، ClO 2، Cl 2 O 6، Cl 2 O 7. آنها بوی تند دارند، از نظر حرارتی و فتوشیمیایی ناپایدار هستند و مستعد تجزیه انفجاری هستند.
هنگام واکنش با فلوئور، کلرید ایجاد نمی شود، بلکه فلوراید تشکیل می شود:
Cl 2 + 3F 2 (مثلاً) → 2ClF 3
سایر خواص
کلر برم و ید را از ترکیبات آنها با هیدروژن و فلزات جابجا می کند:
Cl 2 + 2HBr → Br 2 + 2HCl Cl 2 + 2NaI → I 2 + 2NaCl
هنگام واکنش با مونوکسید کربن، فسژن تشکیل می شود:
Cl 2 + CO → COCl 2
هنگامی که در آب یا مواد قلیایی حل می شود، کلر تغییر شکل می دهد و اسیدهای هیپوکلری (و هنگام گرم شدن، پرکلریک) و هیدروکلریک یا نمک های آنها را تشکیل می دهد:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O
کلرزنی هیدروکسید کلسیم خشک باعث تولید سفید کننده می شود:
Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O
اثر کلر بر آمونیاک، تری کلرید نیتروژن را می توان به دست آورد:
4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
خواص اکسید کننده کلر
کلر یک عامل اکسید کننده بسیار قوی است.
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + S
واکنش با مواد آلی
با ترکیبات اشباع:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl
از طریق پیوندهای متعدد به ترکیبات غیراشباع متصل می شود:
CH 2 = CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
ترکیبات معطر در حضور کاتالیزورها (به عنوان مثال AlCl 3 یا FeCl 3) اتم هیدروژن را با کلر جایگزین می کنند.
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
روش های به دست آوردن
روش های صنعتی
در ابتدا روش صنعتی تولید کلر بر اساس روش Scheele بود، یعنی واکنش پیرولوزیت با اسید هیدروکلریک:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
در سال 1867، دیکن روشی را برای تولید کلر از طریق اکسیداسیون کاتالیزوری کلرید هیدروژن با اکسیژن اتمسفر ایجاد کرد. فرآیند Deacon در حال حاضر برای بازیابی کلر از کلرید هیدروژن، محصول جانبی کلرزنی صنعتی ترکیبات آلی استفاده می شود.
4HCl + O 2 → 2H 2 O + 2Cl 2
امروزه کلر در مقیاس صنعتی همراه با هیدروکسید سدیم و هیدروژن از طریق الکترولیز محلول نمک خوراکی تولید می شود:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2 NaOH آند: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 کاتد: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
از آنجایی که الکترولیز آب به موازات الکترولیز کلرید سدیم اتفاق می افتد، معادله کلی را می توان به صورت زیر بیان کرد:
1.80 NaCl + 0.50 H 2 O → 1.00 Cl 2 + 1.10 NaOH + 0.03 H 2
سه نوع از روش الکتروشیمیایی برای تولید کلر استفاده می شود. دو مورد از آنها الکترولیز با کاتد جامد است: روش های دیافراگمی و غشایی، سومی الکترولیز با کاتد جیوه مایع (روش تولید جیوه). در بین روش‌های تولید الکتروشیمیایی، آسان‌ترین و راحت‌ترین روش، الکترولیز با کاتد جیوه است، اما این روش در نتیجه تبخیر و نشت جیوه فلزی، آسیب قابل توجهی به محیط زیست وارد می‌کند.
روش دیافراگمی با کاتد جامد
حفره الکترولیز توسط یک پارتیشن آزبست متخلخل - یک دیافراگم - به فضاهای کاتد و آند تقسیم می شود که به ترتیب کاتد و آند الکترولیز در آن قرار دارند. بنابراین، چنین الکترولیزری اغلب دیافراگم نامیده می شود و روش تولید، الکترولیز دیافراگمی است. جریانی از آنولیت اشباع (محلول NaCl) به طور مداوم وارد فضای آند الکترولیز دیافراگمی می شود. در نتیجه فرآیند الکتروشیمیایی، کلر در آند به دلیل تجزیه هالیت و هیدروژن در کاتد به دلیل تجزیه آب آزاد می شود. در این حالت، ناحیه نزدیک به کاتد با هیدروکسید سدیم غنی می شود.
روش غشایی با کاتد جامد
روش غشایی اساساً مشابه روش دیافراگمی است، اما فضای آند و کاتد توسط یک غشای پلیمری تبادل کاتیونی از هم جدا می‌شوند. روش تولید غشاء کارآمدتر از روش دیافراگمی است، اما استفاده از آن دشوارتر است.
روش جیوه با کاتد مایع
این فرآیند در یک حمام الکترولیتی انجام می شود که از یک الکترولیز، یک تجزیه کننده و یک پمپ جیوه تشکیل شده است که توسط ارتباطات به هم متصل شده اند. در حمام الکترولیتی، جیوه تحت عمل یک پمپ جیوه به گردش در می آید و از یک الکترولیز و یک تجزیه کننده عبور می کند. کاتد الکترولیز جریانی از جیوه است. آند - گرافیت یا کم سایش. همراه با جیوه، جریانی از آنولیت، محلولی از کلرید سدیم، به طور مداوم در الکترولیز جریان می یابد. در نتیجه تجزیه الکتروشیمیایی کلرید، مولکول های کلر در آند تشکیل می شوند و در کاتد، سدیم آزاد شده در جیوه حل می شود و یک آمالگام تشکیل می دهد.
روش های آزمایشگاهی
در آزمایشگاه ها، برای تولید کلر، معمولاً از فرآیندهای مبتنی بر اکسیداسیون هیدروژن کلرید با عوامل اکسید کننده قوی (به عنوان مثال، اکسید منگنز (IV)، پرمنگنات پتاسیم، دی کرومات پتاسیم) استفاده می شود:
2KMnO 4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl → 3Cl 2 + 2KCl + 2CrCl 3 + 7H 2 O
ذخیره سازی کلر
کلر تولید شده در "مخازن" مخصوص ذخیره می شود یا به سیلندرهای فولادی فشار قوی پمپ می شود. سیلندرهایی با کلر مایع تحت فشار دارای رنگ خاصی هستند - رنگ باتلاقی. لازم به ذکر است که در طول استفاده طولانی مدت از سیلندرهای کلر، تری کلرید نیتروژن بسیار انفجاری در آنها تجمع می یابد و بنابراین، هر از گاهی سیلندرهای کلر باید شستشوی معمولی و تمیز کردن کلرید نیتروژن را انجام دهند.
استانداردهای کیفیت کلر
طبق GOST 6718-93 "کلر مایع. مشخصات فنی" گریدهای زیر کلر تولید می شود
کاربرد
کلر در بسیاری از صنایع، علوم و نیازهای خانگی استفاده می شود:
- در تولید پلی وینیل کلراید، ترکیبات پلاستیکی، لاستیک مصنوعی، که از آن ساخته می شود: عایق سیم، پروفیل پنجره، مواد بسته بندی، پوشاک و کفش، صفحه مشمع کف اتاق و گرامافون، لاک، تجهیزات و فوم پلاستیک، اسباب بازی، قطعات ابزار، مصالح ساختمانی . پلی وینیل کلراید از پلیمریزاسیون وینیل کلرید تولید می شود که امروزه اغلب از اتیلن به روش متعادل کننده کلر از طریق 1،2-دی کلرواتان واسطه تولید می شود.
- خواص سفید کنندگی کلر برای مدت طولانی شناخته شده است، اگرچه این خود کلر نیست که "سفیدکننده" می کند، بلکه اکسیژن اتمی است که در طی تجزیه اسید هیپوکلرو تشکیل می شود: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl. + O.. چندین قرن است که از این روش سفید کردن پارچه، کاغذ، مقوا استفاده می شود.
- تولید حشره کش های ارگانوکلرین - موادی که حشرات مضر برای محصولات را از بین می برند، اما برای گیاهان بی خطر هستند. بخش قابل توجهی از کلر تولید شده برای به دست آوردن محصولات حفاظت از گیاهان مصرف می شود. یکی از مهم ترین حشره کش ها هگزاکلروسیکلو هگزان (که اغلب هگزاکلران نامیده می شود) است. این ماده برای اولین بار در سال 1825 توسط فارادی سنتز شد، اما تنها بیش از 100 سال بعد - در دهه 30 قرن بیستم - کاربرد عملی پیدا کرد.
- از آن به عنوان یک عامل جنگ شیمیایی و همچنین برای تولید سایر عوامل جنگ شیمیایی استفاده می شد: گاز خردل، فسژن.
- برای ضد عفونی کردن آب - "کلرزنی". رایج ترین روش ضد عفونی آب آشامیدنی؛ مبتنی بر توانایی کلر آزاد و ترکیبات آن در مهار سیستم های آنزیمی میکروارگانیسم هایی است که فرآیندهای ردوکس را کاتالیز می کنند. برای ضد عفونی آب آشامیدنی از مواد زیر استفاده می شود: کلر، دی اکسید کلر، کلرامین و سفید کننده. SanPiN 2.1.4.1074-01 محدودیت های زیر (راهروی) محتوای مجاز کلر باقیمانده آزاد در آب آشامیدنی را تعیین می کند. تامین آب متمرکز 0.3 - 0.5 میلی گرم در لیتر. تعدادی از دانشمندان و حتی سیاستمداران در روسیه از مفهوم کلرزنی آب لوله کشی انتقاد می کنند، اما نمی توانند جایگزینی برای اثرات ضد عفونی کننده ترکیبات کلر ارائه دهند. موادی که لوله های آب از آنها ساخته می شوند با آب لوله کشی کلردار به طور متفاوتی برهمکنش دارند. کلر آزاد در آب لوله کشی به طور قابل توجهی طول عمر خطوط لوله مبتنی بر پلی اولفین را کاهش می دهد: انواع مختلف لوله های پلی اتیلن، از جمله پلی اتیلن متقاطع، همچنین به عنوان PEX (PE-X) شناخته می شود. در ایالات متحده، برای کنترل پذیرش خطوط لوله ساخته شده از مواد پلیمری برای استفاده در سیستم های آبرسانی با آب کلر، آنها مجبور شدند 3 استاندارد را اتخاذ کنند: ASTM F2023 در رابطه با لوله های پلی اتیلن متقاطع (PEX) و آب کلردار داغ، ASTM F2263 در رابطه با کلیه لوله های پلی اتیلن و آب کلردار و ASTM F2330 برای لوله های چند لایه (فلزی پلیمری) و آب کلردار گرم اعمال می شود. از نظر دوام هنگام تعامل با آب کلر، لوله های مسی آب نتایج مثبتی را نشان می دهند.
- ثبت شده در صنایع غذایی به عنوان افزودنی های مواد غذایی E925.
- در تولید شیمیایی اسید هیدروکلریک، سفید کننده، نمک برتولیت، کلریدهای فلزی، سموم، داروها، کودها.
- در متالورژی برای تولید فلزات خالص: تیتانیوم، قلع، تانتالیم، نیوبیم.
- به عنوان شاخصی از نوترینوهای خورشیدی در آشکارسازهای کلر-آرگون.
بسیاری از کشورهای توسعه یافته در تلاشند تا استفاده از کلر را در زندگی روزمره محدود کنند، از جمله به این دلیل که احتراق زباله های حاوی کلر باعث تولید مقدار قابل توجهی دیوکسین می شود.
نقش بیولوژیکی
کلر یکی از مهمترین عناصر بیوژنیک است و بخشی از همه موجودات زنده است.
در حیوانات و انسان ها، یون های کلرید در حفظ تعادل اسمزی نقش دارند؛ یون کلرید شعاع بهینه ای برای نفوذ از طریق غشای سلولی دارد. این دقیقاً همان چیزی است که مشارکت مشترک آن با یون های سدیم و پتاسیم را در ایجاد فشار اسمزی ثابت و تنظیم متابولیسم آب و نمک توضیح می دهد. تحت تأثیر GABA (یک انتقال دهنده عصبی)، یون های کلر با کاهش پتانسیل عمل، اثر مهاری بر نورون ها دارند. در معده، یون های کلر یک محیط مساعد برای عمل آنزیم های پروتئولیتیک شیره معده ایجاد می کنند. کانال های کلریدی در بسیاری از انواع سلول ها، غشاهای میتوکندری و ماهیچه های اسکلتی وجود دارند. این کانال ها عملکردهای مهمی را در تنظیم حجم مایع، انتقال یون ترانس اپیتلیال و تثبیت پتانسیل های غشایی انجام می دهند و در حفظ pH سلول نقش دارند. کلر در بافت احشایی، پوست و ماهیچه های اسکلتی تجمع می یابد. کلر عمدتاً در روده بزرگ جذب می شود. جذب و دفع کلر ارتباط نزدیکی با یون‌های سدیم و بی‌کربنات‌ها و به میزان کمتری با مینرالوکورتیکوئیدها و فعالیت Na+/K+-ATPase دارد. 10-15 درصد کل کلر در سلول ها تجمع می یابد که 1/3 تا 1/2 آن در گلبول های قرمز است. حدود 85 درصد کلر در فضای خارج سلولی یافت می شود. کلر عمدتاً از طریق ادرار (95-90%)، مدفوع (4-8%) و از طریق پوست (تا 2%) از بدن دفع می شود. دفع کلر با یون های سدیم و پتاسیم و متقابلا با HCO 3 - (تعادل اسید-باز) همراه است.
یک فرد روزانه 5-10 گرم نمک طعام مصرف می کند. حداقل نیاز انسان به کلر حدود 800 میلی گرم در روز است. کودک دریافت می کند مقدار مورد نیازکلر از طریق شیر مادر که حاوی 11 میلی مول در لیتر کلر است. NaCl برای تولید اسید کلریدریک در معده ضروری است که هضم را بهبود می بخشد و باکتری های بیماری زا را از بین می برد. در حال حاضر، نقش کلر در بروز برخی بیماری ها در انسان به خوبی مورد مطالعه قرار نگرفته است که عمدتاً به دلیل تعداد کم مطالعات است. کافی است بگوییم که حتی توصیه هایی در مورد مصرف روزانه کلر نیز ارائه نشده است. بافت عضلانی انسان حاوی 0.20-0.52٪ کلر، بافت استخوان - 0.09٪ است. در خون - 2.89 گرم در لیتر. بدن یک فرد متوسط (وزن بدن 70 کیلوگرم) حاوی 95 گرم کلر است. هر روز یک فرد 3-6 گرم کلر از غذا دریافت می کند که بیش از آن نیاز به این عنصر را پوشش می دهد.
یون کلر برای گیاهان حیاتی است. کلر در متابولیسم انرژی در گیاهان نقش دارد و فسفوریلاسیون اکسیداتیو را فعال می کند. برای تشکیل اکسیژن در طول فتوسنتز توسط کلروپلاست های جدا شده ضروری است و فرآیندهای کمکی فتوسنتز را تحریک می کند، در درجه اول آنهایی که با تجمع انرژی مرتبط هستند. کلر بر جذب ترکیبات اکسیژن، پتاسیم، کلسیم و منیزیم توسط ریشه تأثیر مثبت دارد. غلظت بیش از حد یون های کلر در گیاهان می تواند داشته باشد جنبه منفیبه عنوان مثال، محتوای کلروفیل را کاهش می دهد، فعالیت فتوسنتز را کاهش می دهد و رشد و نمو گیاهان را به تاخیر می اندازد.
اما گیاهانی هستند که در فرآیند تکامل، یا با شوری خاک سازگار شده‌اند، یا در مبارزه برای فضا، شوره‌زارهای خالی را اشغال کرده‌اند، جایی که رقابتی وجود ندارد. گیاهانی که در خاک‌های شور رشد می‌کنند، هالوفیت نامیده می‌شوند که در طول فصل رشد کلرید را جمع‌آوری می‌کنند و سپس از طریق ریزش برگ از شر مازاد آن خلاص می‌شوند یا کلرید را روی سطح برگ‌ها و شاخه‌ها آزاد می‌کنند و با سایه‌اندازی سطوح در برابر نور خورشید، سود مضاعفی دریافت می‌کنند.
در میان میکروارگانیسم ها، هالوفیل ها - هالوباکتری ها - نیز شناخته شده اند که در آب ها یا خاک های بسیار شور زندگی می کنند.
ویژگی های عملیات و اقدامات احتیاطی
کلر یک گاز سمی و خفه کننده است که اگر وارد ریه شود باعث سوختگی بافت ریه و خفگی می شود. با غلظت 0.006 میلی گرم در لیتر در هوا (یعنی دو برابر آستانه درک بوی کلر) روی دستگاه تنفسی اثر تحریک کننده دارد. کلر یکی از اولین عوامل شیمیایی مورد استفاده آلمان در طول جنگ جهانی اول بود. جنگ جهانی. هنگام کار با کلر، باید از لباس محافظ، ماسک گاز و دستکش استفاده کنید. برای مدت کوتاهی، می توانید با باند پارچه ای مرطوب شده با محلول سولفیت سدیم Na 2 SO 3 یا تیوسولفات سدیم Na 2 S 2 O 3 از اندام های تنفسی در برابر ورود کلر به آنها محافظت کنید.
MPC کلر هوای جویموارد زیر: میانگین روزانه - 0.03 میلی گرم در متر مکعب؛ حداکثر تک دوز - 0.1 میلی گرم در متر مکعب؛ در محل کار یک شرکت صنعتی - 1 میلی گرم در متر مکعب.
تعریف
کلر- عنصر شیمیایی گروه VII دوره 3 جدول تناوبی عناصر شیمیایی D.I. مندلیف. غیر فلز.
به عناصر خانواده p اشاره دارد. هالوژن. شماره سریال 17 است. ساختار سطح الکترونیکی خارجی 3s 2 3 p 5 است. نسبت فامیلی جرم اتمی- 35.5 آمو مولکول کلر دو اتمی است - Cl 2.
خواص شیمیایی کلر
کلر با فلزات ساده واکنش می دهد:
Cl 2 + 2Sb = 2SbCl 3 (t);
Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3;
Cl 2 + 2Na = 2NaCl.
کلر با مواد ساده، غیر فلزات تعامل دارد. بنابراین، هنگام تعامل با فسفر و گوگرد، کلریدهای مربوطه تشکیل می شود، با فلوئور - فلورید، با هیدروژن - کلرید هیدروژن، با اکسیژن - اکسیدها و غیره:
5Cl 2 + 2P = 2HCl 5;
Cl 2 + 2S = SCl 2;
Cl 2 + H 2 = 2HCl.
Cl 2 + F 2 = 2ClF.
کلر قادر است برم و ید را از ترکیبات آنها با هیدروژن و فلزات جابجا کند:
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl;
Cl 2 + 2NaI = I 2 + 2NaCl.
کلر قادر به حل شدن در آب و مواد قلیایی است و واکنش های عدم تناسب کلر رخ می دهد و ترکیب محصولات واکنش بستگی به شرایطی دارد که در آن انجام می شود:
Cl 2 + H 2 O ↔ HCl + HClO;
Cl 2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O.
3 Cl 2 + 6 NaOH = 5 NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O.
کلر با یک اکسید غیر نمک ساز - CO واکنش می دهد تا ماده ای با نام بی اهمیت - فسژن و با آمونیاک برای تشکیل تری کلرید آمونیوم تشکیل شود.
Cl 2 + CO = COCl 2;
3 Cl 2 + 4NH 3 = NCl 3 + 3NH 4 Cl.
در واکنش ها، کلر خواص یک عامل اکسید کننده را نشان می دهد:
Cl 2 + H 2 S = 2HCl + S.
کلر با مواد آلی از کلاس آلکان ها، آلکن ها و آرن ها واکنش می دهد:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 = CH 3 -CH 2 -Cl + HCl (شرایط - تابش UV).
CH 2 = CH 2 + Cl 2 = CH 2 (Cl) -CH 2 -Cl.
C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 -Cl + HCl (kat = FeCl 3، AlCl 3).
C 6 H 6 + 6Cl 2 = C 6 H 6 Cl 6 + 6HCl (شرایط - تابش UV).
خواص فیزیکی کلر
کلر یک گاز زرد مایل به سبز است. از نظر حرارتی پایدار است. هنگامی که آب سرد با کلر اشباع می شود، کلارات جامد تشکیل می شود. به راحتی در آب حل می شود، در تا اندازه زیادیدچار تغییر شکل ("آب کلر") می شود. در تتراکلرید کربن، SiCl 4 مایع و TiCl 4 حل می شود. محلول ضعیف در محلول کلرید سدیم اشباع. با اکسیژن واکنش نمی دهد. عامل اکسید کننده قوی نقطه جوش - -34.1C، نقطه ذوب -101.03C.
دریافت کلر
قبلاً کلر با روش Scheele (واکنش اکسید منگنز (VI) با اسید کلریدریک) یا با روش Deacon (واکنش کلرید هیدروژن با اکسیژن) به دست می آمد.
MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O.
4HCl + O 2 = 2H 2 O + 2 Cl 2 .
امروزه برای تولید کلر از واکنش های زیر استفاده می شود:
NaOCl + 2HCl = NaCl + Cl 2 + H 2 O;
2KMnO 4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl 2 +5 Cl 2 + 8H 2 O;
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + Cl 2 + H 2 (شرایط - الکترولیز).
استفاده از کلر
کلر کاربرد گسترده ای در زمینه های مختلف صنعتی پیدا کرده است، زیرا در تولید مواد پلیمری (پلی وینیل کلراید)، سفید کننده ها، حشره کش های ارگانیک کلر (هگزاکلران)، عوامل جنگ شیمیایی (فسژن)، برای ضد عفونی آب، در صنایع غذایی استفاده می شود. در متالورژی و غیره
نمونه هایی از حل مسئله
مثال 1
مثال 2
| ورزش | هنگامی که 17.4 گرم اکسید منگنز (IV) با اسید کلریدریک بیش از حد واکنش می دهد، چه حجم، جرم و مقدار ماده کلر آزاد می شود (n.s.)؟ |
| راه حل | اجازه دهید معادله واکنش برای برهمکنش اکسید منگنز (IV) با اسید کلریدریک را بنویسیم: 4HCl + MnO 2 = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O. جرم مولی اکسید منگنز (IV) و کلر، با استفاده از جدول عناصر شیمیایی توسط D.I. مندلیف - به ترتیب 87 و 71 گرم در مول. بیایید مقدار اکسید منگنز (IV) را محاسبه کنیم: n(MnO2) = m(MnO2) / M(MnO2); n (MnO 2) = 17.4 / 87 = 0.2 مول. طبق معادله واکنش n(MnO 2): n(Cl 2) = 1:1، بنابراین n(Cl 2) = n(MnO 2) = 0.2 مول. سپس جرم و حجم کلر برابر خواهد بود: m(Cl2) = 0.2 × 71 = 14.2 گرم؛ V(Cl 2) = n(Cl 2) × V m = 0.2 × 22.4 = 4.48 لیتر. |
| پاسخ | مقدار ماده کلر 0.2 مول، وزن 14.2 گرم، حجم 4.48 لیتر است. |
خواص فیزیکی کلر در نظر گرفته می شود: چگالی کلر، هدایت حرارتی آن، گرمای ویژه و ویسکوزیته دینامیکی در دماهای مختلف. خواص فیزیکی Cl 2 در قالب جداول برای حالت های مایع، جامد و گاز این هالوژن ارائه شده است.
خواص فیزیکی اساسی کلر
کلر در گروه VII دوره سوم جدول تناوبی عناصر به شماره 17 قرار دارد. این کلر در زیرگروه هالوژن ها قرار دارد و دارای جرم اتمی نسبی و جرم مولکولی به ترتیب 453/35 و 906/70 است. در دمای بالای 30 درجه سانتی گراد، کلر یک گاز زرد متمایل به سبز با بوی تند و تحریک کننده است. هنگامی که تا -34 درجه سانتیگراد سرد شود، به راحتی تحت فشار معمولی (1.013·10 5 Pa) مایع می شود و مایع کهربایی شفافی را تشکیل می دهد که در -101 درجه سانتیگراد جامد می شود.
کلر آزاد به دلیل فعالیت شیمیایی بالا در طبیعت وجود ندارد و تنها به صورت ترکیبات وجود دارد. این ماده عمدتاً در کانی هالیت () یافت می شود و همچنین بخشی از مواد معدنی مانند سیلویت (KCl)، کارنالیت (KCl MgCl 2 6H 2 O) و سیلوینیت (KCl NaCl) است. محتوای کلر در پوسته زمین به 0.02٪ از تعداد کل اتم های پوسته زمین نزدیک می شود، که در آن به صورت دو ایزوتوپ 35 Cl و 37 Cl در نسبت درصد 75.77٪ 35 Cl و 24.23٪ 37 Cl یافت می شود. .
| ویژگی | معنی |
|---|---|
| نقطه ذوب، درجه سانتیگراد | -100,5 |
| نقطه جوش، درجه سانتیگراد | -30,04 |
| دمای بحرانی، درجه سانتی گراد | 144 |
| فشار بحرانی، Pa | 77.1 10 5 |
| چگالی بحرانی، kg/m3 | 573 |
| چگالی گاز (در 0 درجه سانتیگراد و 1.013 10 5 Pa)، کیلوگرم بر متر مکعب | 3,214 |
| چگالی بخار اشباع (در 0 درجه سانتیگراد و 3.664 10 5 Pa)، کیلوگرم بر متر مکعب | 12,08 |
| چگالی کلر مایع (در 0 درجه سانتی گراد و 3.664 10 5 Pa)، کیلوگرم بر متر مکعب | 1468 |
| چگالی کلر مایع (در 15.6 درجه سانتیگراد و 6.08 105 Pa)، کیلوگرم بر متر مکعب | 1422 |
| چگالی کلر جامد (در -102 درجه سانتیگراد)، کیلوگرم بر متر مکعب | 1900 |
| چگالی نسبی گاز در هوا (در دمای 0 درجه سانتیگراد و 1.013 105 Pa) | 2,482 |
| چگالی نسبی بخار اشباع در هوا (در دمای 0 درجه سانتی گراد و 3.664 10 5 Pa) | 9,337 |
| چگالی نسبی کلر مایع در 0 درجه سانتی گراد (نسبت به آب در دمای 4 درجه سانتی گراد) | 1,468 |
| حجم ویژه گاز (در دمای 0 درجه سانتیگراد و 1.013 10 5 Pa)، m 3 / kg | 0,3116 |
| حجم ویژه بخار اشباع (در دمای 0 درجه سانتیگراد و 3.664 105 Pa)، m 3 / kg | 0,0828 |
| حجم ویژه کلر مایع (در دمای 0 درجه سانتیگراد و 3.664 10 5 Pa)، m 3 / kg | 0,00068 |
| فشار بخار کلر در 0 درجه سانتیگراد، Pa | 3.664 10 5 |
| ویسکوزیته دینامیکی گاز در دمای 20 درجه سانتیگراد، 10-3 Pa s | 0,013 |
| ویسکوزیته دینامیکی کلر مایع در دمای 20 درجه سانتیگراد، 10-3 Pa s | 0,345 |
| گرمای همجوشی کلر جامد (در نقطه ذوب)، kJ/kg | 90,3 |
| گرمای تبخیر (در نقطه جوش)، kJ/kg | 288 |
| گرمای تصعید (در نقطه ذوب)، kJ/mol | 29,16 |
| ظرفیت حرارتی مولی C p گاز (در -73...5727 درجه سانتیگراد)، J/(mol K) | 31,7…40,6 |
| ظرفیت حرارتی مولی C p کلر مایع (در -101...-34 درجه سانتیگراد)، J/(mol K) | 67,1…65,7 |
| ضریب هدایت حرارتی گاز در 0 درجه سانتی گراد، W/(m K) | 0,008 |
| ضریب هدایت حرارتی کلر مایع در دمای 30 درجه سانتی گراد، W/(m K) | 0,62 |
| آنتالپی گاز، kJ/kg | 1,377 |
| آنتالپی بخار اشباع، kJ/kg | 1,306 |
| آنتالپی کلر مایع، kJ/kg | 0,879 |
| ضریب شکست در 14 درجه سانتیگراد | 1,367 |
| هدایت الکتریکی ویژه در -70 درجه سانتیگراد، S/m | 10 -18 |
| میل ترکیبی الکترون، kJ/mol | 357 |
| انرژی یونیزاسیون، kJ/mol | 1260 |
چگالی کلر
در شرایط عادی، کلر یک گاز سنگین با چگالی تقریبا 2.5 برابر بیشتر است. چگالی کلر گازی و مایع در شرایط عادی (در دمای صفر درجه سانتیگراد) به ترتیب برابر با 3.214 و 1468 کیلوگرم بر متر مکعب است.. هنگامی که کلر مایع یا گاز گرم می شود، چگالی آن به دلیل افزایش حجم به دلیل انبساط حرارتی کاهش می یابد.
چگالی گاز کلر
جدول چگالی کلر را در حالت گازی در دماهای مختلف (از 30- تا 140 درجه سانتیگراد) و فشار اتمسفر معمولی (1.013·10 5 Pa) نشان می دهد. چگالی کلر با دما تغییر می کند - با گرم شدن کاهش می یابد. مثلا، در دمای 20 درجه سانتیگراد، چگالی کلر 2.985 کیلوگرم بر متر مکعب استو هنگامی که دمای این گاز به 100 درجه سانتیگراد افزایش می یابد، مقدار چگالی به مقدار 2.328 کیلوگرم بر متر مکعب کاهش می یابد.
| t، °С | ρ, kg/m 3 | t، °С | ρ, kg/m 3 |
|---|---|---|---|
| -30 | 3,722 | 60 | 2,616 |
| -20 | 3,502 | 70 | 2,538 |
| -10 | 3,347 | 80 | 2,464 |
| 0 | 3,214 | 90 | 2,394 |
| 10 | 3,095 | 100 | 2,328 |
| 20 | 2,985 | 110 | 2,266 |
| 30 | 2,884 | 120 | 2,207 |
| 40 | 2,789 | 130 | 2,15 |
| 50 | 2,7 | 140 | 2,097 |
با افزایش فشار، چگالی کلر افزایش می یابد. جداول زیر چگالی گاز کلر را در محدوده دمایی 40- تا 140 درجه سانتیگراد و فشار از 26.6·10 5 تا 213·10 5 Pa را نشان می دهد. با افزایش فشار، چگالی کلر در حالت گازی به نسبت افزایش می یابد. به عنوان مثال، افزایش فشار کلر از 53.2·10 5 به 106.4·10 5 Pa در دمای 10 درجه سانتی گراد منجر به افزایش دو برابری چگالی این گاز می شود.
| ↓ t، °С | P، kPa → | 26,6 | 53,2 | 79,8 | 101,3 |
|---|---|---|---|---|
| -40 | 0,9819 | 1,996 | — | — |
| -30 | 0,9402 | 1,896 | 2,885 | 3,722 |
| -20 | 0,9024 | 1,815 | 2,743 | 3,502 |
| -10 | 0,8678 | 1,743 | 2,629 | 3,347 |
| 0 | 0,8358 | 1,678 | 2,528 | 3,214 |
| 10 | 0,8061 | 1,618 | 2,435 | 3,095 |
| 20 | 0,7783 | 1,563 | 2,35 | 2,985 |
| 30 | 0,7524 | 1,509 | 2,271 | 2,884 |
| 40 | 0,7282 | 1,46 | 2,197 | 2,789 |
| 50 | 0,7055 | 1,415 | 2,127 | 2,7 |
| 60 | 0,6842 | 1,371 | 2,062 | 2,616 |
| 70 | 0,6641 | 1,331 | 2 | 2,538 |
| 80 | 0,6451 | 1,292 | 1,942 | 2,464 |
| 90 | 0,6272 | 1,256 | 1,888 | 2,394 |
| 100 | 0,6103 | 1,222 | 1,836 | 2,328 |
| 110 | 0,5943 | 1,19 | 1,787 | 2,266 |
| 120 | 0,579 | 1,159 | 1,741 | 2,207 |
| 130 | 0,5646 | 1,13 | 1,697 | 2,15 |
| 140 | 0,5508 | 1,102 | 1,655 | 2,097 |
| ↓ t، °С | P، kPa → | 133 | 160 | 186 | 213 |
|---|---|---|---|---|
| -20 | 4,695 | 5,768 | — | — |
| -10 | 4,446 | 5,389 | 6,366 | 7,389 |
| 0 | 4,255 | 5,138 | 6,036 | 6,954 |
| 10 | 4,092 | 4,933 | 5,783 | 6,645 |
| 20 | 3,945 | 4,751 | 5,565 | 6,385 |
| 30 | 3,809 | 4,585 | 5,367 | 6,154 |
| 40 | 3,682 | 4,431 | 5,184 | 5,942 |
| 50 | 3,563 | 4,287 | 5,014 | 5,745 |
| 60 | 3,452 | 4,151 | 4,855 | 5,561 |
| 70 | 3,347 | 4,025 | 4,705 | 5,388 |
| 80 | 3,248 | 3,905 | 4,564 | 5,225 |
| 90 | 3,156 | 3,793 | 4,432 | 5,073 |
| 100 | 3,068 | 3,687 | 4,307 | 4,929 |
| 110 | 2,985 | 3,587 | 4,189 | 4,793 |
| 120 | 2,907 | 3,492 | 4,078 | 4,665 |
| 130 | 2,832 | 3,397 | 3,972 | 4,543 |
| 140 | 2,761 | 3,319 | 3,87 | 4,426 |
چگالی کلر مایع
کلر مایع می تواند در یک محدوده دمایی نسبتاً باریک وجود داشته باشد که مرزهای آن از منفی 100.5 تا مثبت 144 درجه سانتیگراد (یعنی از نقطه ذوب تا دمای بحرانی) قرار دارد. در دمای بالاتر از 144 درجه سانتی گراد، کلر تحت هیچ فشاری به حالت مایع تبدیل نمی شود. چگالی کلر مایع در این محدوده دمایی از 1717 تا 573 کیلوگرم بر متر مکعب متغیر است.
| t، °С | ρ, kg/m 3 | t، °С | ρ, kg/m 3 |
|---|---|---|---|
| -100 | 1717 | 30 | 1377 |
| -90 | 1694 | 40 | 1344 |
| -80 | 1673 | 50 | 1310 |
| -70 | 1646 | 60 | 1275 |
| -60 | 1622 | 70 | 1240 |
| -50 | 1598 | 80 | 1199 |
| -40 | 1574 | 90 | 1156 |
| -30 | 1550 | 100 | 1109 |
| -20 | 1524 | 110 | 1059 |
| -10 | 1496 | 120 | 998 |
| 0 | 1468 | 130 | 920 |
| 10 | 1438 | 140 | 750 |
| 20 | 1408 | 144 | 573 |
ظرفیت گرمایی ویژه کلر
گرمای خاصگاز کلر C p بر حسب kJ/(kg K) در محدوده دمایی 0 تا 1200 درجه سانتیگراد و فشار معمولی اتمسفر را می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
که در آن T دمای مطلق کلر بر حسب درجه کلوین است.
لازم به ذکر است که در شرایط عادی ظرفیت گرمایی ویژه کلر 471 ژول بر (کیلوگرم کلوین) است و با حرارت دادن افزایش می یابد. افزایش ظرفیت گرمایی در دماهای بالاتر از 500 درجه سانتیگراد ناچیز می شود و در دماهای بالا گرمای ویژه کلر تقریباً بدون تغییر باقی می ماند.
جدول نتایج محاسبه گرمای ویژه کلر را با استفاده از فرمول فوق نشان می دهد (خطای محاسبه حدود 1 درصد است).
| t، °С | C p , J/(kg K) | t، °С | C p , J/(kg K) |
|---|---|---|---|
| 0 | 471 | 250 | 506 |
| 10 | 474 | 300 | 508 |
| 20 | 477 | 350 | 510 |
| 30 | 480 | 400 | 511 |
| 40 | 482 | 450 | 512 |
| 50 | 485 | 500 | 513 |
| 60 | 487 | 550 | 514 |
| 70 | 488 | 600 | 514 |
| 80 | 490 | 650 | 515 |
| 90 | 492 | 700 | 515 |
| 100 | 493 | 750 | 515 |
| 110 | 494 | 800 | 516 |
| 120 | 496 | 850 | 516 |
| 130 | 497 | 900 | 516 |
| 140 | 498 | 950 | 516 |
| 150 | 499 | 1000 | 517 |
| 200 | 503 | 1100 | 517 |
در دماهای نزدیک به صفر مطلق، کلر در حالت جامد است و ظرفیت گرمایی ویژه پایینی دارد (19 J/(kg K)). با افزایش دمای Cl 2 جامد، ظرفیت گرمایی آن افزایش می یابد و در دمای منفی 143 درجه سانتی گراد به مقدار 720 J/(kg K) می رسد.
کلر مایع دارای ظرفیت گرمایی ویژه 918...949 J/(kg K) در محدوده 0 تا 90- درجه سانتیگراد است. با توجه به جدول مشاهده می شود که ظرفیت گرمایی ویژه کلر مایع بیشتر از کلر گازی است و با افزایش دما کاهش می یابد.
هدایت حرارتی کلر
جدول مقادیر ضرایب هدایت حرارتی گاز کلر را در فشار معمولی اتمسفر در محدوده دمایی 70- تا 400 درجه سانتیگراد نشان می دهد.
ضریب هدایت حرارتی کلر در شرایط عادی 0.0079 W/(m deg) است که 3 برابر کمتر از دما و فشار یکسان است. گرم کردن کلر منجر به افزایش هدایت حرارتی آن می شود. بنابراین، در دمای 100 درجه سانتیگراد، مقدار این خاصیت فیزیکی کلر به 0.0114 W/(m deg) افزایش می یابد.
| t، °С | λ، W/(m deg) | t، °С | λ، W/(m deg) |
|---|---|---|---|
| -70 | 0,0054 | 50 | 0,0096 |
| -60 | 0,0058 | 60 | 0,01 |
| -50 | 0,0062 | 70 | 0,0104 |
| -40 | 0,0065 | 80 | 0,0107 |
| -30 | 0,0068 | 90 | 0,0111 |
| -20 | 0,0072 | 100 | 0,0114 |
| -10 | 0,0076 | 150 | 0,0133 |
| 0 | 0,0079 | 200 | 0,0149 |
| 10 | 0,0082 | 250 | 0,0165 |
| 20 | 0,0086 | 300 | 0,018 |
| 30 | 0,009 | 350 | 0,0195 |
| 40 | 0,0093 | 400 | 0,0207 |
ویسکوزیته کلر
ضریب ویسکوزیته دینامیکی کلر گازی در محدوده دمایی 20 ... 500 درجه سانتیگراد را می توان تقریباً با استفاده از فرمول محاسبه کرد:
که در آن ηT ضریب ویسکوزیته دینامیکی کلر در دمای معین T، K است.
η T 0 - ضریب ویسکوزیته دینامیکی کلر در دمای T 0 = 273 K (در شرایط عادی).
C ثابت ساترلند است (برای کلر C = 351).
در شرایط عادی، ویسکوزیته دینامیکی کلر 0.0123·10-3 Pa·s است. وقتی گرم می شود، این دارایی فیزیکیکلر به عنوان یک ویسکوزیته مقادیر بالاتری به خود می گیرد.
ویسکوزیته کلر مایع یک مرتبه بزرگتر از کلر گازی است. به عنوان مثال، در دمای 20 درجه سانتی گراد، ویسکوزیته دینامیکی کلر مایع دارای مقدار 0.345·10 -3 Pa·s است و با افزایش دما کاهش می یابد.
منابع:
- Barkov S. A. هالوژن ها و زیرگروه منگنز. عناصر گروه VII جدول تناوبی D.I. مندلیف. کتابچه راهنما برای دانش آموزان م.: آموزش و پرورش، 1976 - 112 ص.
- جداول مقادیر فیزیکی فهرست راهنما. اد. آکادمی آی کی کیکوینا. م.: اتمیزدات، 1976 - 1008 ص.
- Yakimenko L. M., Pasmanik M. I. Handbook در مورد تولید کلر، سود سوزآور و محصولات پایه کلر. اد. 2، در هر. و دیگران M.: Chemistry, 1976 - 440 p.
کلر احتمالا توسط کیمیاگران به دست آمده است، اما کشف و اولین تحقیقات آن به طور جدایی ناپذیری با نام شیمیدان معروف سوئدی کارل ویلهلم شیله مرتبط است. Scheele پنج عنصر شیمیایی - باریم و منگنز (به همراه یوهان هان)، مولیبدن، تنگستن، کلر، و مستقل از سایر شیمیدانان (البته بعدا) - سه عنصر دیگر: اکسیژن، هیدروژن و نیتروژن را کشف کرد. این دستاورد بعداً توسط هیچ شیمیدانی قابل تکرار نبود. در همان زمان، شیله، که قبلاً به عنوان عضو آکادمی سلطنتی علوم سوئد انتخاب شده بود، یک داروساز ساده در کوپینگ بود، اگرچه می توانست موقعیت شرافتمندانه و معتبرتری داشته باشد. خود فردریک دوم بزرگ، پادشاه پروس، پست استادی شیمی در دانشگاه برلین را به او پیشنهاد داد. شیله با رد چنین پیشنهادهای وسوسه انگیزی گفت: "من نمی توانم بیش از آنچه نیاز دارم بخورم و آنچه در اینجا در کوپینگ به دست می آورم برای خوردن من کافی است."
البته بسیاری از ترکیبات کلر بسیار قبل از Scheele شناخته شده بود. این عنصر بخشی از بسیاری از نمک ها، از جمله معروف ترین - نمک سفره است. در سال 1774، Scheele کلر را به شکل آزاد با حرارت دادن پیرولوزیت معدنی سیاه با اسید هیدروکلریک غلیظ: MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O جدا کرد.
در ابتدا، شیمیدانان کلر را نه به عنوان یک عنصر، بلکه به عنوان یک ترکیب شیمیایی از عنصر ناشناخته muria (از لاتین muria - آب نمک) با اکسیژن در نظر گرفتند. اعتقاد بر این بود که اسید هیدروکلریک (که اسید موریک نامیده می شد) حاوی اکسیژن متصل به شیمیایی است. این به ویژه با این واقعیت "شاهد شد": هنگامی که یک محلول کلر در نور قرار گرفت، اکسیژن از آن آزاد شد و اسید هیدروکلریک در محلول باقی ماند. با این حال، تلاش های متعدد برای "پاره کردن" اکسیژن از کلر به جایی نرسید. بنابراین، هیچ کس نتوانسته است دی اکسید کربن را با گرم کردن کلر با زغال سنگ (که در دماهای بالا، اکسیژن را از بسیاری از ترکیبات حاوی آن می برد) به دست آورد. در نتیجه آزمایش های مشابهی که توسط هامفری دیوی، جوزف لوئیس گی-لوساک و لوئیس ژاک تنارد انجام شد، مشخص شد که کلر حاوی اکسیژن نیست و یک ماده ساده است. آزمایش‌های Gay-Lussac که نسبت کمی گازها را در واکنش کلر با هیدروژن تجزیه و تحلیل کرد، به همین نتیجه منتهی شد.
در سال 1811، دیوی نام "کلرین" را برای عنصر جدید - از یونانی - پیشنهاد کرد. "chloros" - زرد مایل به سبز. این دقیقاً رنگ کلر است. همین ریشه در کلمه "کلروفیل" (از یونانی "chloros" و "phyllon" - برگ) است. یک سال بعد، Gay-Lussac نام را به "کلر" "کوتاه" کرد. اما هنوز بریتانیایی ها (و آمریکایی ها) این عنصر را "کلر" می نامند، در حالی که فرانسوی ها آن را کلر می نامند. آلمانی‌ها، «قانون‌گذاران» شیمی تقریباً در تمام قرن نوزدهم، نام اختصاری را نیز برگزیدند. (در آلمانی کلر کلر است). در سال 1811، یوهان شوایگر، فیزیکدان آلمانی، نام "هالوژن" را برای کلر پیشنهاد کرد (از یونانی "hals" - نمک، و "gennao" - زایمان). پس از آن، این اصطلاح نه تنها به کلر، بلکه به تمام آنالوگ های آن در گروه هفتم - فلوئور، برم، ید، استاتین اختصاص یافت.
نمایش احتراق هیدروژن در فضای کلر جالب است: گاهی اوقات در طول آزمایش یک عارضه جانبی غیر معمول رخ می دهد: صدای وزوز شنیده می شود. در اغلب موارد، شعله هنگامی که یک لوله نازک که از طریق آن هیدروژن تامین می شود، به یک ظرف مخروطی شکل پر از کلر فرو می رود، زمزمه می کند. همین امر برای فلاسک های کروی نیز صادق است، اما در سیلندرها شعله معمولاً زمزمه نمی کند. این پدیده "شعله آواز" نامیده شد.
در یک محلول آبی، کلر به طور جزئی و نسبتاً آهسته با آب واکنش می دهد. در دمای 25 درجه سانتیگراد، تعادل: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl در عرض دو روز برقرار می شود. اسید هیپوکلروس در نور تجزیه می شود: HClO ® HCl + O. این اکسیژن اتمی است که دارای اثر سفید کننده است (کلر کاملاً خشک این توانایی را ندارد).
کلر در ترکیبات آن می تواند تمام حالت های اکسیداسیون - از -1 تا +7 را نشان دهد. با اکسیژن، کلر تعدادی اکسید تشکیل می دهد که همه آنها به شکل خالص ناپایدار و قابل انفجار هستند: Cl 2 O - گاز زرد نارنجی، ClO 2 - گاز زرد (زیر 9.7 درجه سانتیگراد - مایع قرمز روشن)، کلر پرکلرات Cl. 2 O 4 (ClO-ClO 3، مایع زرد روشن)، Cl 2 O 6 (O 2 Cl-O-ClO 3، مایع قرمز روشن)، Cl 2 O 7 - مایع بی رنگ و بسیار انفجاری. در دماهای پایین، اکسیدهای ناپایدار Cl 2 O 3 و ClO 3 به دست آمد. اکسید ClO 2 در مقیاس صنعتی تولید می شود و به جای کلر برای سفید کردن پالپ و ضد عفونی آب آشامیدنی استفاده می شود. فاضلاب. با سایر هالوژن ها، کلر تعدادی از ترکیبات به اصطلاح اینترهالوژن را تشکیل می دهد، به عنوان مثال، ClF، ClF 3، ClF 5، BrCl، ICl، ICl 3.
کلر و ترکیبات آن با حالت اکسیداسیون مثبت - عوامل اکسید کننده قوی. در سال 1822، شیمیدان آلمانی، لئوپولد گملین، نمک قرمز را از نمک زرد خون با اکسیداسیون با کلر بدست آورد: 2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl. کلر به راحتی برومیدها و کلریدها را اکسید می کند و برم و ید را به صورت آزاد آزاد می کند.
کلر در حالت های مختلف اکسیداسیون تعدادی اسید را تشکیل می دهد: HCl - هیدروکلریک (کلریدریک، نمک - کلرید)، HClO - هیپوکلری (نمک ها - هیپوکلریت ها)، HClO 2 - کلر (نمک ها - کلریت ها)، HClO 3 - هیپوکلری (نمک ها) HClO 4 – کلر (نمک – پرکلرات). از بین اسیدهای اکسیژن، تنها اسید پرکلریک به شکل خالص خود پایدار است. از نمک های اسیدهای اکسیژن، هیپوکلریت ها در کاربرد عملی استفاده می شوند، کلریت سدیم NaClO 2 - برای سفید کردن پارچه ها، برای ساخت منابع اکسیژن فشرده آتش سوزی ("شمع های اکسیژن")، کلرات های پتاسیم (نمک Bertholometa)، کلسیم منیزیم (برای . کنترل آفات کشاورزی، به عنوان اجزای ترکیبات آتش نشانی و مواد منفجره، در تولید کبریت)، پرکلرات ها - اجزای مواد منفجره و ترکیبات آتش نشانی؛ پرکلرات آمونیوم جزء سوخت جامد موشک است.
کلر با بسیاری از ترکیبات آلی واکنش می دهد. به سرعت به ترکیبات غیراشباع با پیوندهای کربن-کربن مضاعف و سه گانه (واکنش با استیلن به صورت انفجاری ادامه می یابد) و در نور به بنزن می چسبد. تحت شرایط خاص، کلر می تواند جایگزین اتم های هیدروژن در ترکیبات آلی شود: R-H + Cl 2 ® RCl + HCl. این واکنش نقش مهمی در تاریخ شیمی آلی ایفا کرد. در دهه 1840، شیمیدان فرانسوی ژان باپتیست دوما کشف کرد که وقتی کلر با اسید استیک واکنش می دهد، واکنش به راحتی شگفت انگیز رخ می دهد.
CH 3 COOH + Cl 2 ® CH 2 ClCOOH + HCl. با کلر اضافی، اسید تری کلرواستیک CCl 3 COOH تشکیل می شود. با این حال، بسیاری از شیمیدانان به کار دوما بی اعتماد بودند. در واقع، طبق نظریه عمومی پذیرفته شده در آن زمان برزلیوس، اتم های هیدروژن با بار مثبت نمی توانند با اتم های کلر با بار منفی جایگزین شوند. در آن زمان بسیاری از شیمیدانان برجسته، از جمله فردریش ویلر، یوستوس لیبیگ و البته خود برزلیوس، این نظر را داشتند.
ولر برای تمسخر دوما، مقاله‌ای را از طرف یک اس. ویندلر (Schwindler - به آلمانی کلاهبردار) به دوستش Liebig در مورد یک کاربرد موفق جدید واکنشی که ادعا می‌شود توسط دوما کشف شده بود، تحویل داد. در مقاله، وولر با تمسخر آشکار نوشت که چگونه در استات منگنز Mn(CH 3 COO) 2 می‌توان کلر را جایگزین تمام عناصر با توجه به ظرفیت آنها کرد و در نتیجه یک ماده کریستالی زرد رنگ متشکل از کلر ایجاد کرد. همچنین گفته شد که در انگلستان، با جایگزین کردن متوالی تمام اتم‌های موجود در ترکیبات آلی با اتم‌های کلر، پارچه‌های معمولی به کلر تبدیل می‌شوند و در عین حال اشیا خود را حفظ می‌کنند. ظاهر. در پاورقی گفته شد که مغازه‌های لندن تجارت سریعی را در موادی که تنها از کلر تشکیل شده بود می‌فروشند، زیرا این مواد برای کلاه‌های شب و زیرشلواری گرم بسیار مناسب است.
واکنش کلر با ترکیبات آلی منجر به تشکیل بسیاری از محصولات آلی کلر می شود که از جمله آنها می توان به حلال های پرکاربرد متیلن کلرید CH 2 Cl 2 ، کلروفرم CHCl 3 ، تتراکلرید کربن CCl 4 ، تری کلرواتیلن CHCl = CCl 2 ، تتراکلراتیلن کلرید 4 C اشاره کرد. . در مجاورت رطوبت، کلر باعث تغییر رنگ برگهای سبز گیاهان و بسیاری از رنگها می شود. این در قرن 18 مورد استفاده قرار گرفت. برای سفید کردن پارچه ها
کلر به عنوان گاز سمی
Scheele که کلر دریافت کرده بود، به بوی قوی بسیار ناخوشایند، مشکل در تنفس و سرفه اشاره کرد. همانطور که بعداً متوجه شدیم، فرد بوی کلر را حس می کند، حتی اگر یک لیتر هوا حاوی تنها 0.005 میلی گرم از این گاز باشد، و در عین حال اثر تحریک کننده ای روی دستگاه تنفسی دارد و سلول های غشای مخاطی دستگاه تنفسی را از بین می برد. دستگاه و ریه ها تحمل غلظت 0.012 میلی گرم در لیتر دشوار است. اگر غلظت کلر از 0.1 میلی گرم در لیتر بیشتر شود، تهدید کننده زندگی می شود: تنفس سریع می شود، تشنج می شود و سپس به طور فزاینده ای نادر می شود و پس از 5 تا 25 دقیقه تنفس متوقف می شود. حداکثر مجاز در هوا شرکت های صنعتیغلظت 0.001 میلی گرم در لیتر و در هوای مناطق مسکونی - 0.00003 میلی گرم در لیتر در نظر گرفته می شود.
آکادمیک سن پترزبورگ، تووی اگوروویچ لوویتز، با تکرار آزمایش شیل در سال 1790، به طور تصادفی مقدار قابل توجهی کلر در هوا منتشر کرد. پس از استنشاق آن، او هوشیاری خود را از دست داد و به زمین افتاد، سپس به مدت هشت روز از درد شدید قفسه سینه رنج برد. خوشبختانه او بهبود یافت. شیمیدان معروف انگلیسی دیوی تقریباً در اثر مسمومیت با کلر جان خود را از دست داد. آزمایش‌هایی که حتی با مقادیر کم کلر انجام می‌شوند خطرناک هستند، زیرا می‌توانند باعث آسیب شدید ریه شوند. آنها می گویند که شیمیدان آلمانی اگون ویبرگ یکی از سخنرانی های خود را در مورد کلر با این جمله آغاز کرد: "کلر یک گاز سمی است. اگر در تظاهرات بعدی مسموم شدم لطفا مرا به هوای تازه ببرید. اما، متأسفانه، سخنرانی باید قطع شود.» اگر مقدار زیادی کلر در هوا آزاد کنید، به یک فاجعه واقعی تبدیل می شود. این در طول جنگ جهانی اول توسط نیروهای انگلیسی-فرانسوی تجربه شد. در صبح روز 22 آوریل 1915، فرماندهی آلمان تصمیم گرفت اولین حمله گازی در تاریخ جنگ ها را انجام دهد: هنگامی که باد به سمت دشمن می وزید، در یک بخش کوچک شش کیلومتری از جبهه در نزدیکی شهر بلژیک Ypres. دریچه های 5730 سیلندر به طور همزمان باز شد که هر کدام حاوی 30 کیلوگرم کلر مایع بود. در عرض 5 دقیقه، یک ابر بزرگ زرد مایل به سبز تشکیل شد که به آرامی از سنگرهای آلمانی به سمت متفقین دور شد. سربازان انگلیسی و فرانسوی کاملاً بی دفاع بودند. گاز از طریق شکاف ها به تمام پناهگاه ها نفوذ کرد؛ هیچ راه گریزی از آن نبود: بالاخره ماسک گاز هنوز اختراع نشده بود. در نتیجه 15 هزار نفر مسموم شدند که 5 هزار نفر از آنها جان خود را از دست دادند. یک ماه بعد، در 31 مه، آلمانی ها حمله گازی را در جبهه شرقی - علیه نیروهای روسی - تکرار کردند. این اتفاق در لهستان در نزدیکی شهر بولیمووا رخ داد. در جبهه 12 کیلومتری، 264 تن مخلوطی از کلر و فسژن بسیار سمی تر (کلرید اسید کربنیک COCl 2) از 12 هزار سیلندر آزاد شد. فرماندهی تزار از آنچه در یپرس رخ داد می دانست، اما سربازان روسی هیچ وسیله دفاعی نداشتند! در نتیجه حمله گاز، تلفات به 9146 نفر رسید که از این تعداد فقط 108 نفر در اثر شلیک تفنگ و توپ و بقیه مسموم شدند. در همان زمان، 1183 نفر تقریباً بلافاصله جان خود را از دست دادند.
به زودی، شیمیدانان نحوه فرار از کلر را نشان دادند: باید از طریق یک باند گاز آغشته به محلول تیوسولفات سدیم نفس بکشید (این ماده در عکاسی استفاده می شود، اغلب به آن هیپوسولفیت می گویند). کلر خیلی سریع با محلول تیوسولفات واکنش نشان می دهد و آن را اکسید می کند:
Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ® 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl. البته اسید سولفوریک نیز ماده بی ضرری نیست، اما محلول آبی رقیق شده آن بسیار کمتر از کلر سمی خطرناک است. بنابراین، در آن سال ها، تیوسولفات نام دیگری داشت - "آنتی کلر"، اما اولین ماسک های گاز تیوسولفات چندان موثر نبودند.
در سال 1916، نیکولای دیمیتریویچ زلینسکی، شیمیدان روسی و آکادمیک آینده، یک ماسک گاز واقعاً مؤثر اختراع کرد که در آن مواد سمی توسط لایه‌ای از کربن فعال حفظ می‌شد. چنین زغال سنگی با سطح بسیار توسعه یافته می تواند کلر بیشتری نسبت به گاز آغشته به هیپوسولفیت در خود نگه دارد. خوشبختانه، "حملات کلر" تنها یک قسمت غم انگیز در تاریخ باقی ماند. پس از جنگ جهانی، کلر تنها حرفه های صلح آمیز داشت.
استفاده از کلر
هر ساله مقادیر زیادی کلر در سراسر جهان تولید می شود - ده ها میلیون تن. فقط در ایالات متحده آمریکا تا پایان قرن بیستم. سالانه حدود 12 میلیون تن کلر از طریق الکترولیز تولید می شد (مقام دهم در بین تولیدات شیمیایی). بخش عمده ای از آن (تا 50٪) صرف کلرزنی ترکیبات آلی می شود - برای تولید حلال ها، لاستیک مصنوعی، پلی وینیل کلراید و سایر پلاستیک ها، لاستیک کلروپرن، آفت کش ها، داروها، بسیاری دیگر لازم و محصولات سالم. بقیه برای سنتز کلریدهای معدنی، در صنعت خمیر و کاغذ برای سفید کردن خمیر چوب و برای تصفیه آب مصرف می شود. کلر در مقادیر نسبتاً کمی در صنعت متالورژی استفاده می شود. با کمک آن، فلزات بسیار خالص به دست می آید - تیتانیوم، قلع، تانتالیم، نیوبیم. با سوزاندن هیدروژن در کلر، هیدروژن کلرید و از آن اسید کلریدریک به دست می آید. همچنین از کلر برای تولید مواد سفید کننده (هیپوکلریت ها، سفید کننده ها) و ضدعفونی آب با کلرزنی استفاده می شود.
ایلیا لینسون
