V prírode sa chlór vyskytuje v plynnom stave a iba vo forme zlúčenín s inými plynmi. Za podmienok blízkych normálu je to zelenkastý, jedovatý, žieravý plyn. Má väčšiu váhu ako vzduch. Má sladkú vôňu. Molekula chlóru obsahuje dva atómy. V pokoji nehorí, ale pri vysokých teplotách interaguje s vodíkom, po ktorom je možný výbuch. V dôsledku toho sa uvoľňuje plynný fosgén. Veľmi jedovatý. Takže aj pri nízkej koncentrácii vo vzduchu (0,001 mg na 1 dm3) môže spôsobiť smrť. Hlavnou charakteristikou nekovového chlóru je, že je ťažší ako vzduch, preto bude vždy blízko podlahy vo forme žltkastozeleného zákalu.
Historické fakty
Prvýkrát v praxi túto látku získal K. Schelee v roku 1774 spojením kyseliny chlorovodíkovej a pyrolusitu. Avšak až v roku 1810 bol P. Davy schopný charakterizovať chlór a dokázať, že jesamostatný chemický prvok.
Stojí za zmienku, že v roku 1772 sa Josephovi Priestleymu podarilo získať chlorovodík – zlúčeninu chlóru s vodíkom, ale chemik tieto dva prvky nedokázal oddeliť.
Chemická charakteristika chlóru
Chlór je chemický prvok hlavnej podskupiny skupiny VII periodickej tabuľky. Je v tretej perióde a má atómové číslo 17 (17 protónov v atómovom jadre). Reaktívny nekov. Označené písmenami Cl.
Je typickým predstaviteľom halogénov. Sú to plyny, ktoré nemajú farbu, ale majú ostrý štipľavý zápach. Zvyčajne toxické. Všetky halogény sú vysoko rozpustné vo vode. Keď sú vystavené vlhkému vzduchu, začnú fajčiť.
Vonkajšia elektronická konfigurácia atómu Cl 3s2Зр5. Preto v zlúčeninách chemický prvok vykazuje úrovne oxidácie -1, +1, +3, +4, +5, +6 a +7. Kovalentný polomer atómu je 0,96 Á, iónový polomer Cl je 1,83 Å, afinita atómu k elektrónu je 3,65 eV, úroveň ionizácie je 12,87 eV.
Ako už bolo spomenuté vyššie, chlór je pomerne aktívny nekov, ktorý vám umožňuje vytvárať zlúčeniny s takmer akýmkoľvek kovom (v niektorých prípadoch zahrievaním alebo použitím vlhkosti pri vytláčaní brómu) a nekovmi. Vo forme prášku reaguje s kovmi iba pri vystavení vysokým teplotám.
Maximálna teplota spaľovania - 2250 °C. S kyslíkom môže vytvárať oxidy, chlórnany, chloritany a chlorečnany. Všetky zlúčeniny obsahujúce kyslík sa pri interakcii s oxidáciou stávajú výbušnýmilátok. Stojí za zmienku, že oxidy chlóru môžu explodovať náhodne, zatiaľ čo chlorečnany explodujú iba vtedy, keď sú vystavené akýmkoľvek iniciátorom.
Charakteristika chlóru podľa polohy v periodickej tabuľke:
• jednoduchá látka;
• prvok sedemnástej skupiny periodickej tabuľky;
• tretia perióda tretieho riadku;
• siedma skupina hlavnej podskupiny;
• atómové číslo 17;
• označené symbolom Cl;
• reaktívny nekov;
• je v skupine halogénu;
• za takmer normálnych podmienok je to jedovatý plyn žltozelenej farby s prenikavým zápachom;
• molekula chlóru má 2 atómy (vzorec Cl2).
Fyzikálne vlastnosti chlóru:
• Bod varu: -34,04 °С;
• Teplota topenia: -101,5 °С;
• Hustota plynu - 3,214 g/l;
• hustota kvapalný chlór (počas varu) - 1,537 g/cm3;
• hustota tuhého chlóru - 1,9 g/cm 3;
• špecifický objem – 1,745 x 10-3 l/rok.
Chlór: charakteristiky teplotných zmien
V plynnom stave má tendenciu ľahko skvapalniť. Pri tlaku 8 atmosfér a teplote 20 °C vyzerá ako zelenožltá kvapalina. Má veľmi vysoké korózne vlastnosti. Ako ukazuje prax, tento chemický prvok môže udržiavať kvapalný stav až do kritickej teploty (143 ° C) pri zvýšení tlaku.
Ak sa ochladí na -32 °C,zmení svoj stav agregácie na kvapalinu bez ohľadu na atmosférický tlak. S ďalším poklesom teploty nastáva kryštalizácia (pri -101 °C).
Chlór v prírode
Zemská kôra obsahuje iba 0,017 % chlóru. Väčšina je v sopečných plynoch. Ako je uvedené vyššie, látka má vysokú chemickú aktivitu, v dôsledku čoho sa v prírode vyskytuje v zlúčeninách s inými prvkami. Mnohé minerály však obsahujú chlór. Charakteristika prvku umožňuje vznik asi stovky rôznych minerálov. Spravidla ide o chloridy kovov.
Veľké množstvo sa ho nachádza aj v oceánoch – takmer 2 %. Je to spôsobené tým, že chloridy sa veľmi aktívne rozpúšťajú a prenášajú riekami a moriami. Je možný aj opačný proces. Chlór sa vyplaví späť na breh a vietor ho potom roznáša. Preto sa jeho najvyššia koncentrácia pozoruje v pobrežných zónach. V suchých oblastiach planéty plyn, o ktorom uvažujeme, vzniká odparovaním vody, v dôsledku čoho vznikajú slané močiare. Ročne sa na svete vyťaží asi 100 miliónov ton tejto látky. Čo však nie je prekvapujúce, pretože existuje veľa ložísk obsahujúcich chlór. Jeho vlastnosti však do značnej miery závisia od jeho geografickej polohy.
Metódy na získanie chlóru
V súčasnosti existuje množstvo spôsobov získavania chlóru, z ktorých najbežnejšie sú tieto:
1. bránica. Je to najjednoduchšie a najmenej nákladné. chlorovodíkovároztok v diafragmovej elektrolýze vstupuje do anódového priestoru. Ďalej oceľová katódová mriežka prúdi do membrány. Obsahuje malé množstvo polymérových vlákien. Dôležitou vlastnosťou tohto zariadenia je protiprúd. Smeruje z anódového priestoru do katódového priestoru, čo umožňuje oddelene získavať chlór a lúh.
2. Membrána. Energeticky najefektívnejší, ale ťažko realizovateľný v organizácii. Podobne ako bránica. Rozdiel je v tom, že anódový a katódový priestor sú úplne oddelené membránou. Výstupom sú teda dva samostatné prúdy.
Za zmienku stojí, že charakteristika chem. prvok (chlór) získaný týmito metódami bude iný. Membránová metóda sa považuje za „čistejšiu“.
3. Ortuťová metóda s kvapalnou katódou. V porovnaní s inými technológiami vám táto možnosť umožňuje získať najčistejší chlór.
Hlavná schéma inštalácie pozostáva z elektrolyzéra a prepojeného čerpadla a rozkladača amalgámu. Ortuť čerpaná čerpadlom spolu s roztokom kuchynskej soli slúži ako katóda a uhlíkové alebo grafitové elektródy slúžia ako anóda. Princíp fungovania zariadenia je nasledovný: z elektrolytu sa uvoľňuje chlór, ktorý sa z elektrolyzéra odstraňuje spolu s anolytom. Nečistoty a zvyšky chlóru sa z nej odstránia, nasýtia halitom a opäť sa vrátia do elektrolýzy.
Požiadavky na priemyselnú bezpečnosť a nerentabilnosť výroby viedli k výmene kvapalnej katódy za pevnú.
Použitie chlóru v priemysleúčely
Vlastnosti chlóru umožňujú jeho aktívne využitie v priemysle. Pomocou tohto chemického prvku sa získavajú rôzne organochlórové zlúčeniny (vinylchlorid, chlórkaučuk atď.), liečivá a dezinfekčné prostriedky. Najväčšou medzerou v tomto odvetví je však výroba kyseliny chlorovodíkovej a vápna.
Metódy na čistenie pitnej vody sú široko používané. Dnes sa snažia od tejto metódy upustiť a nahradiť ju ozonizáciou, pretože látka, o ktorej uvažujeme, negatívne ovplyvňuje ľudské telo, okrem toho chlórovaná voda ničí potrubia. Je to spôsobené tým, že Cl vo voľnom stave nepriaznivo ovplyvňuje rúry vyrobené z polyolefínov. Väčšina krajín však uprednostňuje metódu chlórovania.
Chlór sa používa aj v metalurgii. S jeho pomocou sa získava množstvo vzácnych kovov (niób, tantal, titán). V chemickom priemysle sa rôzne organochlórové zlúčeniny aktívne používajú na ničenie buriny a na iné poľnohospodárske účely sa prvok používa aj ako bielidlo.
Vďaka svojej chemickej štruktúre ničí chlór väčšinu organických a anorganických farbív. To sa dosiahne ich úplným odfarbením. Takýto výsledok je možný len vtedy, ak je prítomná voda, pretože k procesu bielenia dochádza vďaka atómovému kyslíku, ktorý vzniká po rozklade chlóru: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Túto metódu použili párstoročiami a dodnes je populárny.
Použitie tejto látky je veľmi obľúbené na výrobu organochlórových insekticídov. Tieto poľnohospodárske prípravky zabíjajú škodlivé organizmy a zanechávajú rastliny nedotknuté. Významná časť všetkého chlóru vyťaženého na planéte ide na poľnohospodárske potreby.
Používa sa aj pri výrobe plastových zmesí a gumy. S ich pomocou sa vyrába izolácia drôtov, písacie potreby, vybavenie, škrupiny domácich spotrebičov atď. Existuje názor, že takto získané gumy poškodzujú človeka, ale to nie je potvrdené vedou.
Za zmienku stojí, že chlór (charakteristiky látky sme podrobne zverejnili už skôr) a jeho deriváty, ako je horčičný plyn a fosgén, sa tiež používajú na vojenské účely na získavanie chemických bojových látok.
Chlór ako jasný predstaviteľ nekovov
Nekovy sú jednoduché látky, ktoré zahŕňajú plyny a kvapaliny. Vo väčšine prípadov vedú elektrický prúd horšie ako kovy a majú výrazné rozdiely vo fyzikálnych a mechanických vlastnostiach. Pomocou vysokej úrovne ionizácie sú schopné vytvárať kovalentné chemické zlúčeniny. Nižšie bude uvedená charakteristika nekovu na príklade chlóru.
Ako je uvedené vyššie, tento chemický prvok je plyn. Za normálnych podmienok úplne postráda vlastnosti podobné tým, ktoré majú kovy. Bez vonkajšej pomoci nemôže interagovať s kyslíkom, dusíkom, uhlíkom atď.vykazuje oxidačné vlastnosti vo väzbách s jednoduchými látkami a niektorými zložitými. Vzťahuje sa na halogény, čo sa jasne odráža v jeho chemických vlastnostiach. V zlúčeninách s inými zástupcami halogénov (bróm, astatín, jód) ich vytesňuje. V plynnom stave sa chlór (jeho charakteristika je toho priamym potvrdením) dobre rozpúšťa. Je to výborný dezinfekčný prostriedok. Zabíja iba živé organizmy, vďaka čomu je nenahraditeľný v poľnohospodárstve a medicíne.
Použiť ako jedovatú látku
Charakteristika atómu chlóru umožňuje jeho použitie ako jedovatého činidla. Prvýkrát plyn použilo Nemecko 22. apríla 1915 počas prvej svetovej vojny, v dôsledku ktorej zomrelo asi 15 tisíc ľudí. V súčasnosti sa nepoužíva ako jedovatá látka.
Poďme stručne opísať chemický prvok ako dusivé činidlo. Ovplyvňuje ľudský organizmus udusením. Najprv dráždi horné dýchacie cesty a sliznice očí. Silný kašeľ začína záchvatmi udusenia. Ďalej, prenikajúc do pľúc, plyn koroduje pľúcne tkanivo, čo vedie k edému. Dôležité! Chlór je rýchlo pôsobiaca látka.
V závislosti od koncentrácie vo vzduchu sú príznaky rôzne. Pri nízkom obsahu u človeka sa pozoruje sčervenanie sliznice očí, mierna dýchavičnosť. Obsah v atmosfére 1,5-2 g/m3 spôsobuje ťažobu a vzrušenie na hrudi, ostrú bolesť v horných dýchacích cestách. Tento stav môže byť tiež sprevádzaný silným slzením. Po 10-15 minútach pobytu v miestnostipri takejto koncentrácii chlóru nastáva ťažké popálenie pľúc a smrť. Pri vyšších koncentráciách je smrť možná do minúty od ochrnutia horných dýchacích ciest.
Pri práci s touto látkou sa odporúča používať kombinézy, plynové masky, rukavice.
Chlór v živote organizmov a rastlín
Chlór je súčasťou takmer všetkých živých organizmov. Zvláštnosťou je, že nie je prítomný v čistej forme, ale vo forme zlúčenín.
V organizmoch zvierat a ľudí zachovávajú chloridové ióny osmotickú rovnosť. Je to spôsobené tým, že majú najvhodnejší polomer na prienik do membránových buniek. Spolu s iónmi draslíka reguluje Cl rovnováhu voda-soľ. V čreve vytvárajú chloridové ióny priaznivé prostredie pre pôsobenie proteolytických enzýmov žalúdočnej šťavy. Chlórové kanály sa nachádzajú v mnohých bunkách nášho tela. Prostredníctvom nich dochádza k výmene medzibunkovej tekutiny a udržiava sa pH bunky. Asi 85 % celkového objemu tohto prvku v tele sa nachádza v medzibunkovom priestore. Z tela sa vylučuje cez močovú rúru. Produkované ženským telom počas dojčenia.
V tomto štádiu vývoja je ťažké jednoznačne povedať, ktoré choroby vyvoláva chlór a jeho zlúčeniny. Dôvodom je nedostatok výskumu v tejto oblasti.
V rastlinných bunkách sú tiež prítomné chloridové ióny. Aktívne sa podieľa na výmene energie. Bez tohto prvku je proces fotosyntézy nemožný. S jeho pomocoukorene aktívne absorbujú potrebné látky. Ale vysoká koncentrácia chlóru v rastlinách môže mať škodlivý účinok (spomaliť proces fotosyntézy, zastaviť vývoj a rast).
Sú však takí zástupcovia flóry, ktorí by sa s týmto živlom mohli „skamarátiť“alebo aspoň vychádzať. Charakteristika nekovu (chlór) obsahuje takú položku, ako je schopnosť látky oxidovať pôdy. V procese evolúcie vyššie uvedené rastliny, nazývané halofyty, obsadili prázdne slané močiare, ktoré boli prázdne kvôli nadbytku tohto prvku. Absorbujú chloridové ióny a potom sa ich zbavujú pomocou pádu listov.
Doprava a skladovanie chlóru
Existuje niekoľko spôsobov, ako premiestňovať a skladovať chlór. Charakteristika prvku predpokladá potrebu špeciálnych vysokotlakových valcov. Takéto nádoby majú identifikačné označenie – zvislú zelenú čiaru. Nádrže sa musia každý mesiac dôkladne opláchnuť. Pri dlhšom skladovaní chlóru v nich vzniká veľmi výbušná zrazenina – chlorid dusitý. Ak nie sú dodržané všetky bezpečnostné pravidlá, môže dôjsť k samovoľnému vznieteniu a výbuchu.
Štúdium chlóru
Budúci chemici by mali poznať vlastnosti chlóru. Žiaci 9. ročníka môžu podľa plánu dokonca robiť laboratórne pokusy s touto látkou na základe základných vedomostí z odboru. Prirodzene, učiteľ je povinný vykonať bezpečnostné školenie.
Poradie práce je nasledovné: musíte si vziať so sebou bankuchlór a nasypte do nej malé kovové hobliny. Počas letu budú triesky vzplanúť jasnými jasnými iskrami a súčasne sa vytvorí ľahký biely dym SbCl3. Keď sa alobal ponorí do nádoby s chlórom, tiež sa samovoľne vznieti a ohnivé snehové vločky budú pomaly padať na dno banky. Počas tejto reakcie sa tvorí dymová kvapalina - SnCl4. Keď sa do nádoby vložia železné hobliny, vytvoria sa červené „kvapky“a objaví sa červený dym FeCl3.
Popri praktickej práci sa opakuje teória. Najmä taká otázka, ako je charakterizácia chlóru podľa polohy v periodickom systéme (popísané na začiatku článku).
Ako výsledok experimentov sa ukázalo, že prvok aktívne reaguje na organické zlúčeniny. Ak vložíte vatu nasiaknutú terpentínom do nádoby s chlórom, okamžite sa zapáli a sadze prudko padnú z banky. Sodík účinne tleje žltkastým plameňom a na stenách chemického riadu sa objavujú kryštály soli. Študentov bude zaujímať, že ešte mladý chemik N. N. Semenov (neskorší nositeľ Nobelovej ceny) po vykonaní takéhoto experimentu zbieral soľ zo stien banky a posypal ňou chlieb a zjedol ju. Chémia sa ukázala ako správna a vedca nesklamala. Výsledkom experimentu, ktorý vykonal chemik, sa skutočne ukázala obyčajná kuchynská soľ!
