Хлор: характеристика хімічних і фізичних властивостей

У природі хлор зустрічається в газоподібному стані і тільки у вигляді сполук з іншими газами. В умовах, наближених до нормальних, це отруйний їдкий газ зеленуватого кольору. Має більшу вагу, ніж повітря. Володіє солодким запахом. Молекула хлору містить два атоми. У спокійному стані не горить, але при високих температурах входить у взаємодію з воднем, після чого можливий вибух. У результаті виділяється газ фосген. Дуже отруйний. Так, навіть при малій концентрації повітрі (0001 мг на 1 дм 3 ) може викликати летальний результат. Основна характеристика неметалів хлору свідчить, що він важчий за повітря, отже, завжди буде знаходитися біля самої підлоги в вигляді жовтувато-зеленої димки.

Історичні факти

Вперше на практиці ця речовина було отримано К. Шелее в 1774 р. шляхом з'єднання соляної кислоти і пиролюзита. Однак лише в 1810 р. П. Деві зміг дати характеристику хлору і встановити, що це окремий хімічний елемент. Варто відзначити, що в 1772 р. Джозеф Прістлі зміг отримати хлороводород – з'єднання хлору з воднем, однак розділити ці два елементи хімік не зміг.

Хімічна характеристика хлору

Хлор – хімічний елемент основної підгрупи VII групи таблиці Менделєєва. Знаходиться в третьому періоді і має атомний номер 17 (17 протонів в атомному ядрі). Хімічно активний металоїд. Позначається літерами Cl. Є типовим представником галогенів. Це гази не мають кольору, але володіють різким їдким запахом. Як правило, токсичні. Всі галогени добре розбавляються у воді. При контакті з вологим повітрям починають диміти.


Зовнішня електронна конфігурація атома Cl 3ѕ2Зр5. Отже, у з'єднаннях хімічний елемент проявляє рівні окислення -1+1 +3 +4 +5 +6 та +7. Ковалентный радіус атома 096 Е, іонний радіус Cl - 183 A, спорідненість атома до електрона 365 ев, рівень іонізації 1287 ев. Як зазначено вище, хлор являє собою досить активний металоїд, що дозволяє створювати з'єднання практично з будь-якими металами (в окремих випадках за допомогою нагрівання або з допомогою вологи, витісняючи при цьому бром) і неметалами. В порошкоподібної формі реагує з металами тільки під дією високих температур. Максимальна температура горіння - 2250 °С. З киснем здатний утворювати оксиди, гіпохлорити, хлорити та хлорати. Всі сполуки, що містять кисень, стають вибухонебезпечними в умовах взаємодії з окисляющимися речовинами. Варто відзначити, що оксиди хлору можуть довільно вибухати, у той час як хлорати вибухають лише при впливі на них якимись ініціаторами. Характеристика хлору за положенням у періодичній системі: • просте речовина;
• елемент сімнадцятою групи періодичної таблиці;
• третій період третього ряду;
• сьома група головної підгрупи;
• атомний номер 17;
• позначається символом Cl;
• хімічно активний металоїд;
• знаходиться в групі галогенів;
• в умовах, наближених до нормальних, це отруйний газ жовтувато-зеленого кольору з їдким запахом;
• молекула хлору має 2 атома (формула Cl 2 ).
Фізичні властивості хлору: • температура кипіння: -3404 °С;
• температура плавлення: -1015 °С;
• щільність у газоподібному стані - 3 ,214 г/л;
• щільність рідкого хлору (у період кипіння) – 1537 г/см 3 ;
• щільність твердого хлору – 19 г/см 3 ;
• питомий об'єм – 1745 х 10 -3 л/р.

Хлор: характеристика температурних змін

В газоподібному стані має властивість легко зріджується. При тиску в 8 атмосфер і температурі 20 °С виглядає як зеленувато-жовта рідина. Володіє дуже високими корозійними властивостями. Як показує практика, цей хімічний елемент може зберігати рідкий стан аж до критичної температури (143 °С), за умови збільшення тиску. Якщо його охолодити до температури -32 °С, він змінить своє агрегатний стан на рідке незалежно від атмосферного тиску. При подальшому зниженні температури відбувається кристалізація (при показнику -101 °С).

Хлор у природі

У земній корі хлору міститься всього 0017 %. Основна маса знаходиться у вулканічних газах. Як зазначено вище, речовина має велику хімічну активність, внаслідок чого в природі зустрічається в сполуках з іншими елементами. При цьому безліч мінералів містять хлор. Характеристика елемента дозволяє утворювати близько ста різних мінералів. Як правило, це хлориди металів. Також велика його кількість знаходиться в Світовому океані – майже 2 %. Це обумовлено тим, що хлориди дуже активно розчиняються і розносяться за допомогою річок і морів. Можливий і зворотний процес. Хлор вимивається назад на берег, а далі вітер розносить його по околицях. Саме тому найбільша концентрація його спостерігається в прибережних зонах. У посушливих районах планети розглянутий нами газ утворюється за допомогою випаровування води, внаслідок чого з'являються солончаки. Щорічно у світі видобувають близько 100 млн тонн даного речовини. Що, втім, недивно, адже існує багато родовищ, що містять хлор. Характеристика його, однак, багато в чому залежить саме від його географічного положення.

Методи отримання хлору

Сьогодні існує ряд методів отримання хлору, з яких найбільш поширені наступні: 1. Діафрагмовий. Є самим простим і менш витратним. Соляний розчин у диафрагменном електролізі надходить у простір анода. Далі по сталевий катодного сітці перетікає в діафрагму. В ній знаходиться невелика кількість полімерних волокон. Важливою особливістю цього пристрою є протитечія. Він спрямований з анодного простору в катодне, що дозволяє отримати окремо хлор і щелоки. 2. Мембранний. Найбільш енергоефективний, але сложноосуществим в організації. Схожий з діафрагмовим. Відмінність полягає в тому, що анодне і катодне простору повністю розділені мембраною. Отже, на виході виходять два окремих потоку. Варто зазначити, що характеристика хім. елемента (хлору), отриманого цими методами, буде іншою. Більш "чистим" прийнято вважати мембранний метод. 3. Ртутний метод з рідким катодом. Порівняно з іншими технологіями, цей варіант дозволяє отримувати найбільш чистий хлор. Принципова схема установки складається з електролізера і сполучених між собою насоса і разлагателя амальгами. В якості катода служить перекачується насосом ртуть разом з розчином кухонної солі, а в якості анода - вугільні або графітові електроди. Принцип дії установки наступний: електроліту виділяється хлор, який відводиться з електролізера разом з анолітом. З останнього видаляють домішки і залишки хлору, донасыщают галитом і знову повертають на електроліз. Вимоги промислової безпеки і нерентабельність виробництва призвели до заміни рідкого катода твердим.

Застосування хлору в промислових цілях

Властивості хлору дозволяють активно застосовувати його в промисловості. За допомогою цього хімічного елементу отримують різні хлорорганічні сполуки (вінілхлорид, хлоро-каучук та ін), лікарські препарати, дезінфікуючі засоби. Але найбільша ніша зайнята в промисловості, це виробництво соляної кислоти і вапна. Широко застосовуються методи очищення питної води. На сьогоднішній день намагаються відійти від цього методу, замінивши його озонуванням, оскільки розглянуте нами речовина негативно впливає на організм людини, до того ж хлорована вода руйнує трубопроводи. Викликано це тим, що у вільному стані Cl згубно впливає на труби, виготовлені з поліолефінів. Тим не менш більшість країн віддає перевагу саме методу хлорування. Також хлор застосовується в металургії. З його допомогою отримують ряд рідкісних металів (ніобій, тантал, титан). У хімічній промисловості активно використовують різні хлорорганічні сполуки для боротьби проти бур'янів і для інших сільськогосподарських цілей, використовується елемент і в якості відбілювача. Завдяки своїй хімічній структурі хлор руйнує більшість органічних і неорганічних барвників. Досягається це шляхом повного їх знебарвлення. Такий результат можливий лише за умови присутності води, адже процес знебарвлення відбувається завдяки атомарного кисню, який утворюється після розпаду хлору: Cl 2 + H 2 O -> HCl + HClO -> 2HCl + O. Даний спосіб знайшов застосування пару століть тому і користується популярністю і по сей день. Дуже популярно застосування цієї речовини для отримання хлорорганічних інсектицидів. Ці сільськогосподарські препарати вбивають шкідливі організми, залишаючи недоторканими рослини. Значна частина всього видобутого на планеті хлору йде на сільськогосподарські потреби. Також він використовується при виробництві пластикатов і каучуку. З їх допомогою виготовляють ізоляцію проводів, канцелярські товари, апаратуру, оболонки побутової техніки і т. д. Існує думка, що каучуки, отримані таким чином, шкодять людині, але це не підтверджено наукою. Варто відзначити, що хлор (характеристика речовини була детально розкрита нами раніше) і його похідні, такі як іприт і фосген, застосовуються і у військових цілях для отримання бойових отруйних засобів.

Хлор як яскравий представник неметалів

Неметали – прості речовини, які включають в себе гази і рідини. У більшості випадків вони гірше проводять електричний струм, чим метали, та мають суттєві відмінності у фізико-механічних характеристиках. За допомогою високого рівня іонізації здатні утворювати ковалентні хімічні сполуки. Нижче буде дана характеристика неметалів на прикладі хлору. Як вже було сказано вище, цей хімічний елемент являє собою газ. У нормальних умовах у нього повністю відсутні властивості, схожі з такими у металів. Без сторонньої допомоги не може взаємодіяти з киснем, азотом, вуглецем та ін. Свої окисні властивості проявляє в зв'язках з простими речовинами і деякими складними. Відноситься до галогенам, що яскраво відбивається на його хімічні особливості. В сполуках з іншими представниками галогенів (бром, астат, йод), витісняє їх. В газоподібному стані хлор (характеристика його - пряме тому підтвердження) добре розчиняється. Є відмінним дезінфектором. Вбиває тільки живі організми, що робить його незамінним в сільському господарстві і медицині.

Застосування в якості отруйної речовини

Характеристика атома хлору дозволяє застосовувати його як отруйна засіб. Вперше газ був застосований Німеччиною 22041915 р., в ході Першої світової війни, внаслідок чого загинуло близько 15 тис. чоловік. На даний момент як отруйна речовина не застосовується. Дамо коротку характеристику хімічного елемента як задушливого кошти. Впливає на організм людини за допомогою удушення. Спочатку чинить подразнення верхніх дихальних шляхів і слизової оболонки очей. Починається сильний кашель з нападами задухи. Далі, проникаючи в легені, газ роз'їдає легеневу тканину, що призводить до набряку. Важливо! Хлор є швидкодіючим речовиною. Залежно від концентрації в повітрі, симптоматика буває різною. При малому вмісті у людини спостерігається почервоніння слизової оболонки очей, легка задишка. Вміст в атмосфері 15-2 г/м 3 викликає тяжкість і гострі відчуття в грудях, різкий біль у верхніх дихальних шляхах. Також стан може супроводжуватися сильним сльозотечею. Після 10-15 хвилин перебування в приміщенні з такою концентрацією хлору настає сильний опік легень і смерть. При більш щільних концентраціях смерть можлива протягом хвилини від паралічу верхніх дихальних шляхів. При роботі з цією речовиною рекомендується використовувати спецодяг, протигаз, рукавички.

Хлор у житті організмів і рослин

Хлор входить до складу практично всіх живих організмів. Особливість полягає в тому, що він присутній не в чистому вигляді, а у вигляді сполук. В організмах тварин і людини іони хлору підтримують осмотичний рівність. Викликано це тим, що вони мають найбільш відповідний радіус для проникнення в мембрані клітини. Поряд з іонами калію Cl регулює водно-сольовий баланс. У кишечнику іони хлору створюють сприятливе середовище для дії протеолітичних ферментів шлункового соку. Хлорні канали передбачені в багатьох клітинах нашого організму. За їх допомогою відбувається міжклітинний обмін рідинами і підтримується pH клітини. Близько 85 % від загального обсягу цього елемента в організмі перебуває в міжклітинному просторі. Виводиться з організму за сечовипускальним каналах. Виробляється жіночим організмом у процесі годування груддю. На даному етапі розвитку важко однозначно сказати, які саме захворювання провокує хлор та його сполуки. Пов'язано це з недоліком досліджень у цій області. Також іони хлору присутні в клітинах рослин. Він активно бере участь в енергетичному обміні. Без цього елемента неможливий процес фотосинтезу. З його допомогою коріння активно вбирають необхідні речовини. Але велика концентрація хлору в рослинах здатна чинити згубний вплив (уповільнення процесу фотосинтезу, зупинка розвитку і росту). Однак існують такі представники флори, які змогли "подружитися" або хоча б ужитися з цим елементом. Характеристика неметалів (хлору) містить такий пункт, як здатність речовини окислювати грунту. В процесі еволюції згадані вище рослини, звані галофитами, зайняли порожні солончаки, які пустували через надлишок цього елемента. Вони поглинають іони хлору, а після позбавляються від них за допомогою листопада.

Транспортування і зберігання хлору

Існує кілька способів переміщати і зберігати хлор. Характеристика елемента передбачає необхідність спеціальних балонів з високим тиском. Такі ємності мають розпізнавальне маркування – вертикальну зелену лінію. Щомісяця балони необхідно ретельно промивати. При тривалому зберіганні хлору в них утворюється дуже вибухонебезпечний осад – тріхлорід азоту. При недотриманні всіх правил безпеки можливо мимовільне займання та вибуху.

Вивчення хлору

Майбутнім хімікам повинна бути відома характеристика хлору. За планом 9-класники можуть навіть ставити лабораторні досліди з цією речовиною на основі базових знань з дисципліни. Природно, викладач зобов'язаний провести інструктаж по техніці безпеки. Порядок робіт наступний: необхідно взяти колбу з хлором і насипати в неї дрібну металеву стружку. В польоті стружка спалахне яскравими світлими іскрами і одночасно утворюється легкий білий дим SbCl 3 . При зануренні в посудину з хлором олов'яної фольги вона також самовоспламенится, а на дно колби повільно опустяться вогненні сніжинки. Під час цієї реакції утворюється димна рідина – SnCl 4 . При приміщенні залізної стружки в посудині утворюються червоні «краплі» і з'явиться рудий дим FeCl 3 . Поряд з практичними роботами повторюється теорія. Зокрема, таке питання, як характеристика хлору за положенням у періодичній системі (описано на початку статті). У результаті з'ясовується, що елемент активно реагує на органічні сполуки. Якщо помістити в банку з хлором вату, змочену попередньо в скипидарі, то вона миттєво запалиться, та з колби різко повалить сажа. Ефектно тліє жовтуватим полум'ям натрій, а на стінках хімпосуду з'являються кристали солі. Учням буде цікаво дізнатися, що, будучи ще молодим хіміком, Н. Н. Семенов (згодом лауреат Нобелівської премії), провівши такий досвід, зібрав зі стінок колби сіль і, посипавши нею хліб, з'їв його. Хімія виявилася права і не підвела вченого. В результаті проведеного хіміком досвіду дійсно вийшла звичайна кухонна сіль!