Хлор - удивительный химический элемент, способный проявлять различную валентность в соединениях. Давайте разберемся, от чего зависит эта валентность и как она меняется.
Строение атома хлора
В нормальном состоянии атом хлора имеет 7 электронов на внешнем уровне и, следовательно, проявляет валентность I. Однако благодаря наличию незаполненной 3d-орбитали атом хлора может переходить в возбужденные состояния и проявлять другие степени окисления - от -I до +VII.
Схема образования возбужденных состояний атома:
- Cl → Cl* → 3d14s1
- Cl → Cl** → 3d24s1
То есть формальные валентности +III и +V обусловлены переходом электронов с 4s-орбитали на вакантную 3d-орбиталь.
Факторы, влияющие на валентность
На проявление той или иной валентности хлором влияют следующие факторы:
- Температура реакции
- Давление
- Наличие катализатора
- Кислотность среды
- Природа другого реагента
Например, повышение температуры и давления может инициировать переход хлора в возбужденное состояние и проявление им высших валентностей.
Валентность хлора в различных соединениях
Рассмотрим, как валентность хлора меняется в некоторых соединениях:
| Соединение | Формула | Валентность Cl |
| Хлороводород | HCl | -I |
| Хлорид натрия | NaCl | I |
| Оксид хлора(III) | Cl2O | III (средняя) |
| Хлорная кислота | HClO3 | VII (максимальная) |
Промышленное получение хлора
В промышленных масштабах хлор производят методом электролиза водного раствора хлорида натрия (поваренной соли) по реакции:
- 2NaCl + 2H2O → Cl2 + H2 + 2NaOH
На выработку 1 тонны хлора расходуется примерно 2800 кВт*ч электроэнергии. Таким образом, получение хлора - довольно энергозатратный процесс. Существует несколько разновидностей электролиза, отличающихся типом катода.
Области применения хлора
Благодаря высокой химической активности и окислительным свойствам, хлор и его соединения нашли широкое применение:
- Отбеливание целлюлозы
- Обеззараживание воды
- Производство пластмасс
- Синтез органических веществ
Токсичность хлора
Несмотря на полезные свойства, хлор является очень токсичным веществом. Уже при концентрации 0,1 мг/м3 он оказывает раздражающее действие на дыхательные пути. Предельно допустимая концентрация хлора в воздухе рабочей зоны - 1 мг/м3.
Поэтому при работе с хлором обязательно использование средств индивидуальной защиты - противогазов, спецодежды, перчаток. Также необходим постоянный контроль уровня хлора в воздухе помещений.
Хлор в живых организмах
Несмотря на токсичность, хлор является важнейшим биогенным элементом. В организме человека ион Cl− поддерживает осмотическое равновесие, участвует в регуляции нервных клеток, пищеварении.
Растениям хлор необходим для фотосинтеза и других процессов жизнедеятельности. Однако избыток хлорид-ионов может замедлять рост растений.
Роль хлора в регуляции кислотно-щелочного баланса
В организме человека хлор тесно взаимодействует с бикарбонатами. Экскреция хлора обратно пропорциональна выделению гидрокарбонат-ионов. Таким образом поддерживается оптимальный кислотно-щелочной баланс (pH) крови и других жидкостей тела.
Потребность в хлоре для человека
Суточная потребность взрослого человека в хлоре составляет около 800 мг. Эта потребность полностью покрывается с пищей, которая содержит 3-6 г хлора ежедневно.
Дефицит хлора может привести к нарушениям водно-солевого обмена и другим расстройствам. Однако такие случаи встречаются крайне редко, учитывая широкое содержание хлора в продуктах.
Хлор и иммунитет
Исследования показали положительное влияние хлора на иммунную систему. Активация хлорных каналов стимулирует продукцию антител и выработку интерферона, повышая устойчивость организма к инфекциям.
Возможно, этим объясняется эффективность хлорсодержащих препаратов для полоскания горла при ангине и других заболеваниях. Однако необходимы дополнительные клинические испытания для подтверждения этой гипотезы.
Хлор и гормональный фон
Обнаружена взаимосвязь хлоридного обмена с содержанием в крови альдостерона - гормона коры надпочечников. Альдостерон стимулирует реабсорбцию ионов натрия в почечных канальцах, а хлор пассивно следует за натрием.
Также хлориды способствуют выработке ренина - фермента, регулирующего артериальное давление. Таким образом, хлор косвенно влияет на работу эндокринной системы.
Хлор в составе лекарственных препаратов
Многие лекарства содержат в своем составе хлор. Например, широко применяются хлорид натрия для внутривенных инфузий, а также растворы других хлоридов.
Кроме того, некоторые антибактериальные и противовирусные препараты в своей основе имеют органические соединения хлора. К таким относятся хлорамфеникол, хлоргексидин и другие.
Радиоактивные изотопы хлора
Помимо двух стабильных природных изотопов 35Cl и 37Cl, существует несколько десятков радиоактивных изотопов хлора. Они образуются при ядерных реакциях или распаде других элементов.
Радиоактивный изотоп 36Cl широко используется в гидрологии для определения возраста подземных вод. Период полураспада 36Cl составляет 301 тыс. лет.
Хлорные соединения и окружающая среда
Хлорорганические пестициды (ДДТ, гексахлоран) нанесли серьезный вред экосистемам в 20 веке. Сегодня их применение запрещено в большинстве стран.
Озоноразрушающие фреоны, содержащие хлор, также выведены из обращения после подписания Монреальского протокола. Тем не менее, они до сих пор присутствуют в атмосфере.
