Хлор - химический элемент с атомным номером 17, относящийся к галогенам. Обладает уникальным сочетанием свойств, что определяет его широкое применение в различных областях.
История открытия
Впервые хлор был получен в 1774 году шведским химиком Карлом Вильгельмом Шееле. Он описал реакцию выделения "зеленоватого газа с едким запахом" при взаимодействии пиролюзита с соляной кислотой. Однако Шееле неправильно истолковал природу нового вещества, считая его "дефлогистированной соляной кислотой".
Лишь в 1810 году английский химик Гемфри Дэви путем электролиза водного раствора хлорида натрия доказал, что хлор - химический элемент. В 1811 году Дэви предложил название "хлорин", которое позже было упрощено до "хлор".
Физические свойства
При нормальных условиях хлор представляет собой двухатомный газ желто-зеленого цвета с резким удушающим запахом. Он тяжелее воздуха примерно в 2,5 раза.
Хлор легко сжижается при комнатной температуре под давлением около 8 атм. Температура кипения жидкого хлора при атмосферном давлении составляет -34°С. При дальнейшем охлаждении образуются две кристаллические модификации.
Молекула хлора обладает небольшой электропроводностью, проводя ток в 1022 раз хуже серебра. Это объясняется сильным сродством атомов хлора к электрону.
Химические свойства
Хлор проявляет высокую химическую активность, вступая в реакции практически со всеми элементами периодической системы. Исключением являются инертные газы, азот, углерод и фтор.
Наиболее яркой реакцией хлора является горение в водороде. Эта реакция протекает со взрывом, сопровождаясь образованием хлороводорода:
Cl2 + H2 → 2HCl
При растворении в воде или щелочах хлор диспропорционирует с образованием смеси хлорноватистой и соляной кислот:
Cl2 + H2O → HClO + HCl
Хлор активно замещает бром и иод из соединений с водородом и металлами. Это объясняется меньшей энергией связей хлора по сравнению с йодом и бромом.
Получение
В лаборатории небольшие количества хлора можно получить действием кислот на гипохлорит натрия или электролизом водного раствора поваренной соли.
Однако основным промышленным способом производства хлора является электролиз растворов хлорида натрия или калия. Процесс проводят в специальных электролизерах диафрагменного, мембранного или ртутного типа. Параллельно с хлором образуется щелочь и водород.
Для очистки технического хлора от примесей его сжижают, фильтруют и перегоняют. Затем заполняют стальные баллоны и отправляют потребителям.
Применение
Благодаря высокой химической активности и доступности, хлор находит широкое применение:
- Для отбеливания целлюлозы, текстиля, бумаги
- В органическом синтезе хлорорганических соединений
- Для обеззараживания воды в системах водоснабжения
- В производстве пластмасс, красителей, лекарств
- Как окислитель в металлургии, оргсинтезе
Крупнейшими потребителями являются предприятия химической и целлюлозно-бумажной промышленности.
Транспортировка и хранение
Для хранения и транспортировки жидкого хлора используются стальные баллоны высокого давления. Они окрашиваются в защитные цвета и имеют предупредительную маркировку.
При длительном хранении в баллонах накапливается опасный трихлорид азота. Поэтому периодически требуется их очистка от этой примеси для предотвращения взрывоопасных ситуаций.
Безопасность при работе с хлором
Хлор представляет собой высокотоксичное вещество, опасное для здоровья человека. Его пары и газ оказывают сильное раздражающее действие на слизистые оболочки и легкие.
При работе с хлором обязательно использование средств индивидуальной защиты - противогаза, спецодежды, перчаток. Помещения для хранения хлора должны быть изолированы и оснащены вытяжными системами вентиляции.
Относительная атомная масса хлора составляет 35,45. Это определяет его плотность и некоторые физико-химические параметры.
Биологическая роль хлора
Хлор является важным биогенным элементом, участвующим в обменных процессах живых организмов. В человеческом теле содержится около 95 г хлора, преимущественно в виде хлорид-ионов.
Относительная атомная масса хлора определяет его вклад в осмотическое давление жидкостей в организме, работу нервных клеток и другие физиологические функции.
Недостаток хлора может приводить к нарушениям водно-солевого обмена и замедленному росту растений. В то же время избыток хлоридов оказывает токсическое действие.
Хлор в окружающей среде
В природных условиях хлор присутствует только в связанном виде, будучи очень активным химическим элементом. Основные природные соединения - хлориды натрия, калия, магния.
Огромные запасы хлора сосредоточены в морской воде, содержащей около 19 г хлоридов на литр. Также хлориды входят в состав минералов и горных пород.
Техногенное загрязнение окружающей среды соединениями хлора может приводить к негативным последствиям из-за их токсичности и способности накапливаться в пищевых цепочках.
