Хлор: коротка 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. В результаті виділяється газ фосген. Дуже отруйний. Так, навіть при малій концентрації в повітрі (0,001 мг на 1 дм³) може викликати летальний результат. Основна характеристика неметала хлору свідчить, що він важчий за повітря, отже, завжди буде перебувати біля самої статі у вигляді жовтувато-зеленого серпанку.

Історичні факти

Вперше на практиці цю речовину було отримано К. Шелеї в 1774 р. шляхом сполуки соляної кислоти і піролюзиту. 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 Пристлі зміг отримати хлороводень - з'єднання хлору з воднем, проте 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 неметал. Позначається літерами Cl.

Є типовим представником галогенів. Це гази, які не мають кольору, але мають різкий їдкий запах. Як правило, токсичні. Всі галогени добре розбавляються у воді. При контакті з вологим повітрям починають диміти.

Зовнішня електронна конфігурація атома Cl 3s2Зр5. Отже, у сполуках хімічний елемент виявляє рівні окислення -1, + 1, + 3, + 4, + 5, + 6 і + 7. Ковалентний радіус атома 0,96Å, іонний радіус Cl- 1.83, споріднення атома до електрона 3,65 ев, рівень іонізації 12,87 ев.

Як зазначено вище, хлор являє собою досить активний неметал, що дозволяє створювати сполуки практично з будь-якими металами (в окремих випадках за допомогою нагрівання або за допомогою вологи, витісняючи при цьому бром) і неметаллами. У порошкоподібній формі реагує з металами тільки під дією високих температур.

Максимальна температура горіння - 2250 ° С. З киснем здатний утворювати оксиди, гіпохлорити, хлорити і хлорати. Всі сполуки, що містять кисень, стають вибухонебезпечними в умовах взаємодії з окислюваними речовинами. Варто відзначити, що оксиди хлору можуть довільно вибухати, в той час як хлорати вибухають лише при впливі на них якимись ініціаторами.

Характеристика хлору за положенням у періодичній системі:

• 
  елемент сімнадцятої групи періодичної таблиці; •
  третій період третього ряду;
  • сьома група головної підгрупи;
  • атомний номер 17;
  • позначається символом Cl;
  • хімічно активний неметал;
  • знаходиться в групі галогенів; • в умовах, наближених до нормальних, це отруйний газ жовтувато-зеленого кольору з їдким запахом;
  •
  молекула хлору має 2 атоми (формула Cl₂).

Фізичні властивості хлору:

• температура кипіння: •
  температура плавлення: • щільність
  у газоподібному стані - 3, 214
  г/л; • щільність рідкого хлору (у період кипіння) - 1,537 г
  /см3; • щільність твердого хлору - 1,⁹
  г/см3; • питомий об "єм - 1,7⁴⁵ х 10-3 л/г.

Хлор: характеристика температурних змін

У газоподібному стані має властивість легко зріджуватися. При тиску у 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 свій агрегатний стан на рідкий незалежно від атмосферного тиску. При подальшому зниженні температури відбувається кристалізація (при показнику -101 ° С).

Хлор у природі

У земній корі хлору міститься всього 0,017%. Основна маса знаходиться в 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 у 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 його концентрація 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 цієї речовини. Що, втім, не дивно, 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. Діафрагмінний. Є найпростішим і менш витратним. Соляний розчин у діафрагмінному електролізі надходить у простір аноду. Далі за сталевою катодною сіткою перетікає в діафрагму. У ній знаходиться невелика кількість полімерних волокон. Важливою особливістю цього пристрою є протиток. Він спрямований з анодного простору в катодне, що дозволяє окремо отримати хлор і клацання.

2. Мембранний. Найбільш енергоефективний, але складноосуществим в організації. Схожий з діафрагмінним. Відмінність полягає в тому, що анодний і катодний простори повністю розділені мембраною. Отже, на виході виходять два окремих потоки.

Варто зазначити, що характеристика хім. елемента (хлору), отриманого цими методами, буде інший. 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 з'єднаних між собою насоса і розкладача амальгами. В якості катода служить перекачувана насосом ртуть разом з розчином кухонної солі, а в якості анода - вугільні або графітові електроди. Принцип дії встановлення наступний: з електроліту виділяється хлор, який відводиться з електролізера разом з анолітом. З останнього видаляють домішки і залишки хлору, донасичують галітом 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 елемента 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 розглянута 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. Проте 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 знецінення. Такий результат можливий лише за умови присутності води, адже процес знецінення відбувається завдяки атомарному кисню, який утворюється після розпаду хлору: Cl₂ + H₂O ^ HCl + HClO ^ 2HCl + O. Цей спосіб знайшов застосування пару століть тому і користується популярністю і донині.

Дуже популярне 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 використовується він при виробництві пластикатів і каучуку. З їх допомогою виготовляють ізоляцію проводів, канцелярські товари, апаратуру, оболонки побутової техніки тощо. Існує думка, що каучуки, отримані таким чином, шкодять людині, але це не підтверджено наукою.

Варто відзначити, що хлор (характеристика речовини була докладно 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 та рідини. У більшості випадків вони гірше проводять електричний струм, ніж метали, і мають суттєві відмінності у фізико-механічних характеристиках. За допомогою високого рівня іонізації здатні утворювати ковалентні хімічні сполуки. Нижче буде дана характеристика неметала на прикладі хлору.

Як вже було сказано вище, цей хімічний елемент являє собою газ. В 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 окислювальні властивості виявляють у зв'язках з простими речовинами і деякими складними. Відноситься до галогенів, що яскраво відображається на його хімічних особливостях. У з "єднаннях з іншими представниками галогенів (бром, астат, йод) витісняє їх. У газоподібному стані хлор (характеристика його - пряме тому підтвердження) добре розчиняється. Є відмінним дезінфектором. Вбиває тільки живі організми, що робить його незамінним у сільському господарстві та медицині.

Застосування як отруйної речовини

Характеристика атома хлору дозволяє застосовувати його як отруйний засіб. Вперше газ був застосований Німеччиною 22.04.1915 р., в ході Першої світової війни, внаслідок чого загинуло близько 15 тис. осіб. На даний момент як отруйна речовина не застосовується.

Дамо коротку характеристику хімічного елемента як задушливого засобу. Впливає на організм людини за допомогою задушення. Спочатку виявляє подразнення верхніх дихальних шляхів і слизової оболонки очей. Починається сильний кашель з приступами задухи. Далі, проникаючи в легені, газ роз'їдає легеневу тканину, що призводить до набряку. Важливо! Хлор є швидкодіючою речовиною.

Залежно від концентрації в повітрі, симптоматика буває різною. При малому вмісті у людини спостерігається почервоніння слизової оболонки очей, легка задишка. Вміст в атмосфері 1,5-2 г/м³ викликає тяжкість і гострі відчуття в грудях, різкий біль у верхніх дихальних шляхах. Також стан може супроводжуватися сильною сльозотечею. Після 10-15 хвилин перебування в приміщенні з такою концентрацією хлору настає сильний опік легенів 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 присутній він не в чистому вигляді, а у вигляді з'єднань.

В організмах тварин і людини іони хлору підтримують осмотичну рівність. Викликано це тим, що вони мають найбільш відповідний радіус для проникнення в мембранні 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 допомогою них відбувається міжклітинний обмін рідинами і підтримується pH клітини. Близько 85% від загального обсягу цього елемента в організмі перебуває в міжклітинному просторі. Виводиться з організму по сечовипускальних каналах. Виробляється жіночим організмом у процесі годування грудьми.

На даному етапі розвитку важко однозначно сказати, які саме захворювання провокує хлор і його з'єднання. Пов'язано це з нестачею досліджень у цій галузі.

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 зростання).

Однак існують такі представники флори, які змогли «» подружитися «» або хоча б ужитися з цим елементом. Характеристика неметалу (хлору) містить такий пункт, як здатність речовини окисляти ґрунти. У процесі еволюції згадані вище рослини, звані галофітами, зайняли порожні солончаки, які пустували через надлишок цього елемента. Вони вбирають іони хлору, а після позбавляються від них за допомогою листопада.

Транспортування та зберігання хлору

Існує декілька способів пересувати та зберігати хлор. Характеристика елемента передбачає необхідність спеціальних балонів з високим тиском. Такі ємності мають розпізнавальне маркування - вертикальне зелене лінію. Щомісяця балони необхідно ретельно промивати. При тривалому зберіганні хлору в них утворюється дуже вибухонебезпечний осад - трихлорид азоту. При недотриманні всіх правил безпеки можливе мимовільне займання і вибух.

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 з техніки безпеки.

Порядок робіт наступний: необхідно взяти колбу з хлором і насипати в неї дрібну металеву стружку. У польоті стружка спалахне яскравими світлими іскрами і одночасно утворюється легкий білий дим SbCl₃. При зануренні в посудину з хлором олов'яної фольги вона також самозаймається, а на дно колби повільно опустяться вогняні сніжинки. Під час цієї реакції утворюється димна рідина - SnCl₄. При приміщенні залізної стружки в судині утворюються червоні «краплі» і з'явиться рудий дим FeCl₃.

Поряд з практичними роботами повторюється теорія. Зокрема, таке питання, як характеристика хлору за положенням у періодичній системі (описана на початку статті).

В результаті дослідів з'ясовується, що елемент активно реагує на органічні сполуки. Якщо помістити в банку з хлором вату, змочену попередньо в скипидарі, то вона миттєво запалиться, і з колби різко повалить сажа. Ефектно тліє жовтуватим полум'ям натрій, а на стінках хімпосуди з'являються кристали солі. Учням буде небезінчено 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. У результаті проведеного хіміком досвіду дійсно вийшла звичайна поварена сіль!