A természetben a klór gáz halmazállapotban fordul elő, és csak más gázokkal képzett vegyületek formájában. Normálishoz közeli körülmények között zöldes, mérgező, maró hatású gáz. Súlya nagyobb, mint a levegőnek. Édes illata van. A klórmolekula két atomot tartalmaz. Nyugalomban nem ég, de magas hőmérsékleten kölcsönhatásba lép a hidrogénnel, ami után robbanás lehetséges. Ennek eredményeként foszgén gáz szabadul fel. Nagyon mérgező. Tehát még alacsony koncentrációban is a levegőben (0,001 mg/1 dm3) halált okozhat. A nemfémes klór fő jellemzője, hogy nehezebb a levegőnél, ezért mindig a padló közelében lesz sárgás-zöld köd formájában.
Történelmi tények
A gyakorlatban először ezt az anyagot K. Schelee szerezte meg 1774-ben sósav és piroluzit kombinálásával. P. Davy azonban csak 1810-ben tudta jellemezni a klórt és megállapítani, hogy azkülön kémiai elem.
Érdemes megjegyezni, hogy 1772-ben Joseph Priestleynek sikerült előállítania a hidrogén-kloridot – a klór hidrogénnel alkotott vegyületét, de a vegyész nem tudta szétválasztani ezt a két elemet.
A klór kémiai jellemzése
A klór a periódusos rendszer VII. csoportja fő alcsoportjának kémiai eleme. A harmadik periódusban van, és 17-es rendszámú (17 proton az atommagban). Reaktív nemfém. Cl.
betűkkel jelölve
A halogének tipikus képviselője. Ezek olyan gázok, amelyeknek nincs színük, de éles, szúrós szagúak. Általában mérgező. Minden halogén jól oldódik vízben. Nedves levegő hatására füstölni kezdenek.
Az atom külső elektronikus konfigurációja Cl 3s2Зр5. Ezért a vegyületekben a kémiai elem -1, +1, +3, +4, +5, +6 és +7 oxidációs szintet mutat. Az atom kovalens sugara 0,96 Å, a Cl ionsugara 1,83 Å, az atom affinitása az elektronhoz 3,65 eV, az ionizációs szint 12,87 eV.
Mint fentebb említettük, a klór meglehetősen aktív nemfém, amely lehetővé teszi szinte bármilyen fémmel (bizonyos esetekben hevítéssel vagy nedvesség felhasználásával, miközben a brómot kiszorítja) és nem fémekkel vegyületeket hozzon létre. Por formájában csak akkor lép reakcióba fémekkel, ha magas hőmérsékletnek van kitéve.
Maximális égési hőmérséklet - 2250 °C. Oxigénnel oxidokat, hipokloritokat, kloritokat és klorátokat képezhet. Minden oxigént tartalmazó vegyület robbanásveszélyessé válik, ha oxidálódással kölcsönhatásba lépanyagokat. Érdemes megjegyezni, hogy a klór-oxidok véletlenszerűen robbanhatnak fel, míg a klorátok csak akkor robbanhatnak fel, ha valamilyen iniciátornak vannak kitéve.
A klór jellemzése a periódusos rendszerben:
• egyszerű anyag;
• a periódusos rendszer tizenhetedik csoportjának eleme;
• a harmadik sor harmadik periódusa;
• a fő alcsoport hetedik csoportja;
• 17-es atomszám;
• Cl szimbólummal jelölve;
• reaktív nemfém;
• a halogéncsoportba tartozik;
• közel normál körülmények között mérgező, sárgászöld színű, szúrós szagú gáz;
• a klórmolekula 2 atomos (képlet Cl2).
A klór fizikai tulajdonságai:
• Forráspont: -34,04 °С;
• Olvadáspont: -101,5 °С;
• Gázsűrűség - 3,214 g/l;
• sűrűsége folyékony klór (forralás közben) - 1,537 g/cm3;
• szilárd klór sűrűsége - 1,9 g/cm 3;
• fajlagos mennyiség – 1,745 x 10-3 l/év.
Klór: a hőmérsékletváltozás jellemzői
Gáznemű állapotban hajlamos könnyen cseppfolyósodásra. 8 atmoszféra nyomáson és 20 ° C hőmérsékleten zöldessárga folyadéknak tűnik. Nagyon magas korróziós tulajdonságokkal rendelkezik. A gyakorlat azt mutatja, hogy ez a kémiai elem a nyomásnövekedés függvényében a kritikus hőmérsékletig (143 °C) képes folyékony állapotot fenntartani.
Ha -32 °C-ra hűtjük,aggregációs állapotát folyékonyra változtatja, függetlenül a légköri nyomástól. A hőmérséklet további csökkenésével kristályosodás következik be (-101 °C-on).
Klór a természetben
A földkéreg mindössze 0,017% klórt tartalmaz. Legtöbbjük vulkáni gázokban van. Mint fentebb jeleztük, az anyag nagy kémiai aktivitással rendelkezik, aminek következtében a természetben más elemekkel alkotott vegyületekben is előfordul. Sok ásványi anyag azonban tartalmaz klórt. Az elem jellemzője mintegy száz különféle ásvány képződését teszi lehetővé. Ezek általában fém-kloridok.
Ezenkívül nagy mennyiségben található az óceánokban – csaknem 2%. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a kloridokat nagyon aktívan oldják és szállítják a folyók és a tengerek. Fordított folyamat is lehetséges. A klórt visszamossák a partra, majd a szél körbehordja. Ezért a legmagasabb koncentrációja a tengerparti övezetekben figyelhető meg. A bolygó száraz vidékein az általunk vizsgált gáz a víz elpárolgása következtében jön létre, aminek következtében sós mocsarak jelennek meg. Ebből az anyagból évente mintegy 100 millió tonnát bányásznak a világon. Ami azonban nem meglepő, mert sok klórtartalmú lerakódás található. Jellemzői azonban nagyban függenek földrajzi elhelyezkedésétől.
Módszerek a klór előállítására
Ma számos módszer létezik a klór előállítására, amelyek közül a következők a leggyakoribbak:
1. diafragma. Ez a legegyszerűbb és legolcsóbb. sósava membránelektrolízis oldata az anódtérbe kerül. A továbbiakban az acélkatód rács a membránba folyik. Kis mennyiségű polimer szálat tartalmaz. Ennek az eszköznek egy fontos jellemzője az ellenáramlás. Az anódtérből a katódtérbe van irányítva, ami lehetővé teszi a klór és a lúg külön kinyerését.
2. Membrán. A legenergiatakarékosabb, de nehezen kivitelezhető egy szervezetben. Hasonló a membránhoz. A különbség az, hogy az anód és a katód teret teljesen elválasztja egy membrán. Ezért a kimenet két különálló adatfolyam.
Érdemes megjegyezni, hogy a chem. Ezekkel a módszerekkel nyert elem (klór) eltérő lesz. A membránmódszert "tisztábbnak" tartják.
3. Higanyos módszer folyékony katóddal. Más technológiákkal összehasonlítva ez az opció lehetővé teszi a legtisztább klór előállítását.
A telepítés elvi diagramja egy elektrolizátorból, valamint az összekapcsolt szivattyúból és az amalgámbontóból áll. A szivattyú által szivattyúzott higany a konyhasó oldatával együtt katódként, a szén- vagy grafitelektródák pedig anódként szolgálnak. A berendezés működési elve a következő: az elektrolitból klór szabadul fel, amely az anolittal együtt távozik az elektrolizátorból. Ez utóbbiból eltávolítják a szennyeződéseket és a klórmaradványokat, halittal telítik, és újra elektrolízisnek vetik alá.
Az ipari biztonsági követelmények és a gyártás veszteségessége miatt a folyékony katódot szilárd katódra cserélték.
A klór ipari felhasználásacélokra
A klór tulajdonságai lehetővé teszik aktív ipari felhasználását. Ennek a kémiai elemnek a segítségével különféle szerves klórvegyületeket (vinil-klorid, klór-gumi stb.), gyógyszereket, fertőtlenítőszereket kapnak. De az ipar által elfogl alt legnagyobb rést a sósav és a mész gyártása jelenti.
Az ivóvíz tisztítására szolgáló módszereket széles körben alkalmazzák. Ma már igyekeznek eltérni ettől a módszertől, ózonozással helyettesítve, mivel az általunk vizsgált anyag negatívan hat az emberi szervezetre, ráadásul a klórozott víz tönkreteszi a vezetékeket. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a Cl szabad állapotban hátrányosan befolyásolja a poliolefinekből készült csöveket. A legtöbb ország azonban a klórozási módszert részesíti előnyben.
A klórt a kohászatban is használják. Segítségével számos ritka fémet (nióbium, tantál, titán) nyernek. A vegyiparban a különféle szerves klórvegyületeket aktívan használják gyomirtásra és egyéb mezőgazdasági célokra, az elemet fehérítőként is használják.
Kémiai szerkezetének köszönhetően a klór tönkreteszi a legtöbb szerves és szervetlen színezéket. Ezt úgy érik el, hogy teljesen elszíneződnek. Ilyen eredmény csak víz jelenléte esetén lehetséges, mert a fehéredési folyamat az atomos oxigén hatására megy végbe, amely a klór lebomlása után képződik: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Ezt a módszert néhányan alkalmaztákévszázadokkal ezelőtt, és ma is népszerű.
Ennek az anyagnak a használata nagyon népszerű szerves klórtartalmú rovarölő szerek előállítására. Ezek a mezőgazdasági készítmények elpusztítják a káros szervezeteket, így a növényeket érintetlenül hagyják. A bolygón bányászott klór jelentős része mezőgazdasági szükségletekre megy el.
Műanyagkeverékek és gumi előállításához is használják. Segítségükkel huzalszigetelések, írószerek, berendezések, háztartási gépek héjai stb. készülnek. Vannak vélemények, hogy az így nyert gumik károsítják az embert, de ezt a tudomány nem erősíti meg.
Érdemes megjegyezni, hogy a klórt (az anyag jellemzőit korábban részletesen ismertettük) és származékait, mint például a mustárgázt és a foszgént katonai célokra is használják vegyi harci anyagok előállítására.
A klór, mint a nemfémek fényes képviselője
A nemfémek egyszerű anyagok, amelyek gázokat és folyadékokat tartalmaznak. A legtöbb esetben rosszabbul vezetik az elektromos áramot, mint a fémek, és jelentős különbségek vannak fizikai és mechanikai jellemzőikben. Magas fokú ionizáció segítségével képesek kovalens kémiai vegyületeket képezni. Az alábbiakban egy nem fém jellemzőjét adjuk meg a klór példájával.
Amint fentebb említettük, ez a kémiai elem gáz. Normál körülmények között teljesen hiányoznak a fémekhez hasonló tulajdonságok. Külső segítség nélkül nem tud kölcsönhatásba lépni oxigénnel, nitrogénnel, szénnel stb.oxidáló tulajdonságokat mutat egyszerű anyagokkal és néhány összetett anyaggal való kötéseknél. Halogénekre utal, ami egyértelműen tükröződik kémiai jellemzőiben. A halogének más képviselőivel (bróm, asztatin, jód) alkotott vegyületekben kiszorítja őket. Gázhalmazállapotban a klór (jellemzője ennek közvetlen visszaigazolása) jól oldódik. Kiváló fertőtlenítőszer. Csak az élő szervezeteket pusztítja el, ezért nélkülözhetetlen a mezőgazdaságban és az orvostudományban.
Mérgező anyagként használja
A klóratom jellemzői lehetővé teszik, hogy mérgező szerként használják fel. Először 1915. április 22-én, az első világháború idején Németország használt gázt, aminek következtében mintegy 15 ezren h altak meg. Jelenleg nem használják mérgező anyagként.
Írjuk röviden a kémiai elemet, mint fojtószert. Az emberi szervezetre fulladáson keresztül hat. Először is irritálja a felső légutakat és a szem nyálkahártyáját. Az erős köhögés fulladásos rohamokkal kezdődik. Továbbá a tüdőbe behatolva a gáz korrodálja a tüdőszövetet, ami ödémához vezet. Fontos! A klór gyorsan ható anyag.
A levegő koncentrációjától függően a tünetek eltérőek. Alacsony tartalom esetén a szem nyálkahártyájának vörössége, enyhe légszomj figyelhető meg. A légkörben lévő 1,5-2 g/m3 tartalom elnehezedést és izgalmat okoz a mellkasban, éles fájdalmat a felső légutakban. Az állapotot súlyos könnyezés is kísérheti. 10-15 perc terembenlét utánilyen koncentrációjú klór esetén a tüdő súlyos égési sérülése és halálozás következik be. Magasabb koncentrációk esetén a felső légutak bénulásától számított egy percen belül a halál is lehetséges.
Amikor ezzel az anyaggal dolgozik, ajánlott overallt, gázálarcot, kesztyűt használni.
Klór az élőlények és növények életében
A klór szinte minden élő szervezet része. Különlegessége, hogy nem tiszta formájában, hanem vegyületek formájában van jelen.
Az állatok és az emberek szervezeteiben a kloridionok fenntartják az ozmotikus egyenlőséget. Ez annak a ténynek köszönhető, hogy a membránsejtekbe való behatoláshoz a legalkalmasabb sugárral rendelkeznek. A káliumionokkal együtt a Cl szabályozza a víz-só egyensúlyt. A bélben a kloridionok kedvező környezetet teremtenek a gyomornedv proteolitikus enzimeinek működéséhez. Klórcsatornák találhatók testünk számos sejtjében. Rajtuk keresztül történik az intercelluláris folyadékcsere, és a sejt pH-értéke megmarad. Ennek az elemnek a testben lévő teljes térfogatának körülbelül 85% -a az intercelluláris térben található. A húgycsövön keresztül ürül ki a szervezetből. A női test termeli a szoptatás alatt.
A fejlődés ezen szakaszában nehéz egyértelműen megmondani, hogy a klór és vegyületei mely betegségeket váltják ki. Ennek oka a kutatás hiánya ezen a területen.
A kloridionok is jelen vannak a növényi sejtekben. Aktívan részt vesz az energiacserében. Ezen elem nélkül a fotoszintézis folyamata lehetetlen. Az ő segítségévela gyökerek aktívan felszívják a szükséges anyagokat. De a klór magas koncentrációja a növényekben káros hatással lehet (lelassítja a fotoszintézis folyamatát, leállítja a fejlődést és a növekedést).
A növényvilágnak azonban vannak olyan képviselői, akik "barátkozhatnak" vagy legalábbis kijönnek ezzel az elemmel. A nem fém (klór) jellemzője olyan elemet tartalmaz, mint egy anyag talaj oxidáló képessége. Az evolúció során a fent említett, halofitáknak nevezett növények üres sós mocsarakat fogl altak el, amelyek ennek az elemnek a túlzott mennyisége miatt üresek voltak. Elnyelik a kloridionokat, majd a lombhullás segítségével megszabadulnak tőlük.
Klór szállítása és tárolása
A klór mozgatásának és tárolásának többféle módja van. Az elem jellemzői speciális nagynyomású hengerek szükségességét jelentik. Az ilyen tartályok azonosító jelöléssel rendelkeznek - egy függőleges zöld vonal. A palackokat havonta alaposan ki kell öblíteni. A klór hosszan tartó tárolása esetén nagyon robbanásveszélyes csapadék képződik bennük - nitrogén-triklorid. Spontán gyulladás és robbanás lehetséges, ha nem tartják be az összes biztonsági szabályt.
Klórtanulás
A jövő vegyészeinek ismerniük kell a klór jellemzőit. A terv szerint a 9. osztályosok a tudományági alapismeretek alapján akár laboratóriumi kísérleteket is végezhetnek ezzel az anyaggal. Természetesen a tanár köteles biztonsági eligazítást tartani.
A munka sorrendje a következő: el kell venni egy lombikotklórt és öntsünk bele apró fémforgácsot. Repülés közben a forgácsok fényes, fényes szikrákkal lobbannak fel, és ezzel egyidejűleg világos, fehér füst képződik SbCl3. Ha az ónfóliát klóros edénybe merítjük, az is spontán meggyullad, és tüzes hópelyhek hullanak lassan a lombik aljára. A reakció során füstös folyadék keletkezik - SnCl4. Amikor vasforgácsot helyeznek az edénybe, vörös „cseppek” képződnek, és vörös füst jelenik meg FeCl3.
A gyakorlati munka mellett az elmélet megismétlődik. Különösen egy olyan kérdés, mint a klór jellemzése a periódusos rendszerben elfogl alt helyzet alapján (leírása a cikk elején).
A kísérletek eredményeként kiderül, hogy az elem aktívan reagál a szerves vegyületekre. Ha terpentinbe áztatott vattát teszel egy klóros tégelybe, az azonnal meggyullad, és a lombikból erősen kihullik a korom. A nátrium hatékonyan sárgás lánggal parázslik, a vegyszeres edények falán sókristályok jelennek meg. A diákokat érdekelni fogja, hogy még fiatal vegyészként, N. N. Semenov (későbbi Nobel-díjas) egy ilyen kísérlet elvégzése után sót gyűjtött a lombik faláról, és kenyeret szórva megette azt. A kémia helyesnek bizonyult, és nem hagyta cserben a tudóst. A vegyész által végzett kísérlet eredményeként a közönséges konyhasó valóban bevált!
