Хлорът е много силен окислител. Вижте какво е "хлор" в други речници Хлорът е газ
хлор(от гръцки χλωρ?ς - „зелен“) - елемент от основната подгрупа от седма група, трети период от периодичната система от химични елементи на Д. И. Менделеев, с атомен номер 17. Обозначава се със символа Cl(лат. Хлор). Реактивен неметал. Той принадлежи към групата на халогените (първоначално името "халоген" е използвано от немския химик Швайгер за хлор [буквално "халоген" се превежда като сол), но не се вкоренява и впоследствие става често срещано за VII група елементи, която включва хлор).
Простата субстанция хлор (CAS номер: 7782-50-5) при нормални условия е жълтеникаво-зелен отровен газ с остра миризма. Молекулата на хлора е двуатомна (формула Cl 2).
Историята на откриването на хлора
За първи път газообразният безводен хлороводород е събран от Дж. Присли през 1772г. (над течен живак). Хлорът е получен за първи път през 1774 г. от Шеле, който описва освобождаването му по време на взаимодействието на пиролузит със солна киселина в своя трактат за пиролузита:
4HCl + MnO 2 \u003d Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Шеле отбеляза миризмата на хлор, подобна на миризмата на царска аква, способността му да взаимодейства със златото и цинобър, както и неговите избелващи свойства.
Въпреки това, Scheele, в съответствие с теорията на флогистона, преобладаваща в химията по това време, предполага, че хлорът е дефлогистирана солна киселина, тоест оксид на солна киселина. Бертолет и Лавоазие предполагат, че хлорът е оксид на елемента muria, обаче опитите за изолирането й остават неуспешни до работата на Дейви, който успява да разложи готварската сол до натрий и хлор чрез електролиза.
Разпространение в природата
В природата има два изотопа на хлор 35 Cl и 37 Cl. Хлорът е най-разпространеният халоген в земната кора. Хлорът е много активен - той се комбинира директно с почти всички елементи на периодичната таблица. Следователно в природата се среща само под формата на съединения в състава на минерали: халит NaCl, силвин KCl, силвинит KCl NaCl, бишофит MgCl 2 6H2O, карналит KCl MgCl 2 6H 2 O, каинит KCl MgSO 4 3H. Най-големите запаси от хлор се съдържат в солите на водите на моретата и океаните (съдържанието в морската вода е 19 g/l). Хлорът представлява 0,025% от общия брой атоми в земната кора, числото на Кларк на хлора е 0,017%, а човешкото тяло съдържа 0,25% от масата на хлорните йони. При хората и животните хлорът се намира главно в междуклетъчните течности (включително кръвта) и играе важна роля в регулирането на осмотичните процеси, както и в процесите, свързани с функционирането на нервните клетки.
Физични и физико-химични свойства
При нормални условия хлорът е жълто-зелен газ със задушаваща миризма. Някои от неговите физически свойства са представени в таблицата.
Някои физични свойства на хлора
| Имот |
смисъл |
|---|---|
| Цвят (газ) | жълто зелен |
| Температура на кипене | -34°C |
| Температура на топене | -100°C |
| Температура на разлагане (дисоциации в атоми) |
~1400 °C |
| Плътност (газ, н.о.) | 3,214 g/l |
| Афинитет към електрона на атома | 3,65 eV |
| Първа йонизираща енергия | 12,97 eV |
| Топлинен капацитет (298 K, газ) | 34,94 (J/mol K) |
| Критична температура | 144°С |
| критичен натиск | 76 атм |
| Стандартна енталпия на образуване (298 K, газ) | 0 (kJ/mol) |
| Стандартна ентропия на образуване (298 K, газ) | 222,9 (J/mol K) |
| Енталпия на синтез | 6,406 (kJ/mol) |
| Енталпия на кипене | 20,41 (kJ/mol) |
| Енергия на разкъсване на хомолитична връзка X-X | 243 (kJ/mol) |
| Енергия на разцепване на хетеролитична връзка X-X | 1150 (kJ/mol) |
| Йонизационна енергия | 1255 (kJ/mol) |
| Електронна афинитетна енергия | 349 (kJ/mol) |
| Атомен радиус | 0,073 (nm) |
| Електроотрицателност според Полинг | 3,20 |
| Електроотрицателност на Allred-Rochow | 2,83 |
| Стабилни степени на окисление | -1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7 |
Газообразният хлор се втечнява сравнително лесно. Започвайки от налягане от 0,8 MPa (8 атмосфери), хлорът ще бъде течен вече при стайна температура. Когато се охлажда до температура от -34 ° C, хлорът също става течен при нормално атмосферно налягане. Течният хлор е жълто-зелена течност с много висок корозивен ефект (поради високата концентрация на молекули). Чрез увеличаване на налягането е възможно да се постигне наличието на течен хлор до температура от +144 ° C (критична температура) при критично налягане от 7,6 MPa.
При температури под -101 °C течният хлор кристализира в орторомбична решетка с пространствена група cmcaи параметри a=6.29 Å b=4.50 Å, c=8.21 Å. Под 100 K орторомбичната модификация на кристалния хлор се трансформира в тетрагонална модификация с пространствена група P4 2 /cmи параметри на решетката a=8.56 Å и c=6.12 Å.
Разтворимост
Степента на дисоциация на хлорната молекула Cl 2 → 2Cl. При 1000 K е 2,07×10 −4%, а при 2500 K е 0,909%.
Прагът на възприемане на миризма във въздуха е 0,003 (mg/l).
По отношение на електрическата проводимост течният хлор се нарежда сред най-силните изолатори: той провежда ток почти милиард пъти по-лошо от дестилираната вода и 10 22 пъти по-лошо от среброто. Скоростта на звука в хлора е около един и половина пъти по-малка от тази във въздуха.
Химични свойства
Структурата на електронната обвивка
Валентното ниво на хлорния атом съдържа 1 несдвоен електрон: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, така че валентността на 1 за хлорния атом е много стабилна. Поради наличието на незаета орбитала на d-нивото в хлорния атом, хлорният атом може да проявява и други валентности. Схема за образуване на възбудени състояния на атома:
Известни са също хлорни съединения, в които хлорният атом формално проявява валентност 4 и 6, като ClO 2 и Cl 2 O 6 . Тези съединения обаче са радикали, което означава, че имат един несдвоен електрон.
Взаимодействие с метали
Хлорът реагира директно с почти всички метали (с някои само при наличие на влага или при нагряване):
Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
Взаимодействие с неметали
С неметали (с изключение на въглерод, азот, кислород и инертни газове) образува съответните хлориди.
На светлина или при нагряване, той активно реагира (понякога с експлозия) с водород по радикален механизъм. Смеси от хлор с водород, съдържащи от 5,8 до 88,3% водород, експлодират при облъчване с образуване на хлороводород. Смес от хлор и водород в малки концентрации гори с безцветен или жълто-зелен пламък. Максималната температура на пламъка на водород-хлор е 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2
С кислорода хлорът образува оксиди, в които проявява степен на окисление от +1 до +7: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Те имат остра миризма, термично и фотохимично нестабилни и склонни към експлозивно разлагане.
При взаимодействие с флуор не се образува хлорид, а флуорид:
Cl 2 + 3F 2 (напр.) → 2ClF 3
Други имоти
Хлорът измества брома и йода от техните съединения с водород и метали:
Cl 2 + 2HBr → Br 2 + 2HCl Cl 2 + 2NaI → I 2 + 2NaCl
При взаимодействие с въглероден оксид се образува фосген:
Cl 2 + CO → COCl 2
Когато се разтваря във вода или основи, хлорът се дисмутира, образувайки хипохлорна (а при нагряване - перхлорна) и солна киселини или техни соли:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO3 + 3H2O
Чрез хлориране на сух калциев хидроксид се получава белина:
Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O
Действието на хлора върху амоняка може да се получи азотен трихлорид:
4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Оксидиращи свойства на хлора
Хлорът е много силен окислител.
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + S
Реакции с органични вещества
С наситени съединения:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl
Прикрепя се към ненаситени съединения чрез множество връзки:
CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Ароматните съединения заместват водороден атом с хлор в присъствието на катализатори (например AlCl 3 или FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Как да получите
Индустриални методи
Първоначално индустриалният метод за производство на хлор се основава на метода на Шееле, тоест реакцията на пиролузит със солна киселина:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
През 1867 г. Дийкън разработва метод за производство на хлор чрез каталитично окисление на хлороводород с атмосферен кислород. Процесът Deacon в момента се използва за възстановяване на хлор от хлороводород, страничен продукт от промишленото хлориране на органични съединения.
4HCl + O 2 → 2H 2 O + 2Cl 2
Днес хлорът се произвежда в промишлен мащаб заедно с натриев хидроксид и водород чрез електролиза на разтвор на натриев хлорид:
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Анод: 2Cl - - 2e - → Cl 2 0 Катод: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
Тъй като електролизата на водата протича успоредно с електролизата на натриев хлорид, общото уравнение може да се изрази по следния начин:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Използват се три варианта на електрохимичния метод за получаване на хлор. Два от тях са електролиза с твърд катод: диафрагмен и мембранен методи, третият е електролиза с течен живачен катод (метод за производство на живак). Сред електрохимичните методи за производство, електролизата с живачен катод е най-лесният и удобен метод, но този метод причинява значителни щети на околната среда поради изпаряване и изтичане на метален живак.
Диафрагмен метод с твърд катод
Кухината на клетката е разделена с пореста азбестова преграда - диафрагма - на катодно и анодно пространство, където се намират съответно катодът и анодът на клетката. Следователно такъв електролизатор често се нарича диафрагмена електролиза, а методът на производство е диафрагмен електролиза. Поток от наситен анолит (разтвор на NaCl) непрекъснато навлиза в анодното пространство на диафрагмената клетка. В резултат на електрохимичния процес на анода се отделя хлор поради разлагането на халит, а на катода се отделя водород поради разлагането на водата. В този случай зоната близо до катод е обогатена с натриев хидроксид.
Мембранен метод с твърд катод
Мембранният метод е по същество подобен на диафрагмения, но анодното и катодното пространство са разделени от катионообменна полимерна мембрана. Методът за производство на мембрана е по-ефективен от метода на диафрагмата, но е по-труден за използване.
Живачен метод с течен катод
Процесът се извършва в електролитна вана, която се състои от електролизер, разложител и живачна помпа, свързани помежду си чрез комуникации. В електролитната баня, под действието на живачна помпа, живакът циркулира, преминавайки през електролизатора и разложителя. Катодът на електролизатора е поток от живак. Аноди - графит или ниско износване. Заедно с живак през електролизера непрекъснато протича поток от анолит, разтвор на натриев хлорид. В резултат на електрохимичното разлагане на хлорида на анода се образуват хлорни молекули, а освободеният натрий се разтваря в живак на катода, образувайки амалгама.
Лабораторни методи
В лабораториите за получаване на хлор обикновено се използват процеси, базирани на окисляване на хлороводород със силни окислители (например манганов (IV) оксид, калиев перманганат, калиев дихромат):
2KMnO 4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 +8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl → 3Cl 2 + 2KCl + 2CrCl 3 + 7H 2 O
Съхранение на хлор
Произведеният хлор се съхранява в специални „резервоари” или се изпомпва в стоманени бутилки с високо налягане. Цилиндрите с течен хлор под налягане имат специален цвят - блатен цвят. Трябва да се отбележи, че при продължителна употреба на хлорни бутилки в тях се натрупва изключително експлозивен азотен трихлорид и следователно от време на време хлорните бутилки трябва редовно да се промиват и почистват от азотен хлорид.
Стандарти за качество на хлора
Съгласно GOST 6718-93 „Течен хлор. Спецификации” се произвеждат следните степени на хлор
Приложение
Хлорът се използва в много индустрии, наука и битови нужди:
- При производството на поливинилхлорид, пластмасови съединения, синтетичен каучук, които се използват за направата на: изолации за проводници, профили за прозорци, опаковъчни материали, облекло и обувки, линолеум и грамофонни плочи, лакове, оборудване и пенопласти, играчки, части за инструменти, строителни материали. Поливинилхлоридът се получава чрез полимеризация на винилхлорид, който днес най-често се получава от етилен по хлорно-балансиран метод чрез междинен 1,2-дихлороетан.
- Избелващите свойства на хлора са известни от древни времена, въпреки че не самият хлор "избелва", а атомарният кислород, който се образува при разлагането на хипохлорна киселина: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O .. Този метод за избелване на тъкани, хартия, картон се използва от векове.
- Производство на хлорорганични инсектициди - вещества, които убиват вредни за културите насекоми, но са безопасни за растенията. Значителна част от произведения хлор се изразходва за получаване на продукти за растителна защита. Един от най-важните инсектициди е хексахлорциклохексанът (често наричан хексахлоран). Това вещество е синтезирано за първи път през 1825 г. от Фарадей, но намира практическо приложение едва след повече от 100 години - през 30-те години на ХХ век.
- Използван е като химически боен агент, както и за производството на други химически бойни агенти: иприт, фосген.
- За дезинфекция на вода - "хлориране". Най-разпространеният метод за дезинфекция на питейната вода; се основава на способността на свободния хлор и неговите съединения да инхибират ензимните системи на микроорганизмите, които катализират окислително-редукционните процеси. За дезинфекция на питейна вода се използват хлор, хлорен диоксид, хлорамин и белина. SanPiN 2.1.4.1074-01 установява следните граници (коридор) за допустимото съдържание на свободен остатъчен хлор в питейната вода от централизирано водоснабдяване 0,3 - 0,5 mg / l. Редица учени и дори политици в Русия критикуват самата концепция за хлориране на чешмяната вода, но те не могат да предложат алтернатива на дезинфекциращото въздействие на хлорните съединения. Материалите, от които са направени водопроводите, взаимодействат по различен начин с хлорираната чешмяна вода. Свободният хлор в чешмяната вода значително намалява живота на тръбопроводите на базата на полиолефини: полиетиленови тръби от различни видове, включително омрежен полиетилен, по-известен като PEX (PEX, PE-X). В САЩ, за да контролират допускането на тръбопроводи, изработени от полимерни материали за използване във водоснабдителни системи с хлорирана вода, те бяха принудени да приемат 3 стандарта: ASTM F2023 за тръби от омрежен полиетилен (PEX) и гореща хлорирана вода, ASTM F2263 за всички полиетиленови тръби и хлорирана вода и ASTM F2330 за многослойни (метални полимерни) тръби и гореща хлорирана вода. По отношение на издръжливостта, при взаимодействие с хлорирана вода, медните водопроводни тръби показват положителни резултати.
- Регистриран в хранително-вкусовата промишленост като хранителна добавка E925.
- В химическото производство на солна киселина, белина, бертолетова сол, метални хлориди, отрови, лекарства, торове.
- В металургията за производство на чисти метали: титан, калай, тантал, ниобий.
- Като индикатор за слънчеви неутрино в детектори за хлор-аргон.
Много развити страни се опитват да ограничат използването на хлор в дома, включително защото изгарянето на хлорсъдържащи боклуци произвежда значително количество диоксини.
Биологична роля
Хлорът е един от най-важните биогенни елементи и е част от всички живи организми.
При животните и хората хлоридните йони участват в поддържането на осмотичния баланс, хлоридният йон има оптимален радиус за проникване през клетъчната мембрана. Това обяснява съвместното му участие с натриеви и калиеви йони в създаването на постоянно осмотично налягане и регулирането на водно-солевия метаболизъм. Под въздействието на GABA (невротрансмитер), хлоридните йони имат инхибиращ ефект върху невроните, като намаляват потенциала на действие. В стомаха хлоридните йони създават благоприятна среда за действието на протеолитичните ензими на стомашния сок. Хлорните канали присъстват в много типове клетки, митохондриални мембрани и скелетни мускули. Тези канали изпълняват важни функции в регулирането на обема на течността, трансепителния йонен транспорт и стабилизирането на мембранните потенциали и участват в поддържането на рН на клетките. Хлорът се натрупва във висцералната тъкан, кожата и скелетните мускули. Хлорът се абсорбира главно в дебелото черво. Абсорбцията и отделянето на хлора са тясно свързани с натриевите йони и бикарбонатите, в по-малка степен с минералокортикоидите и активността на Na + /K + - ATP-азата. Клетките натрупват 10-15% от целия хлор, от това количество от 1/3 до 1/2 - в еритроцитите. Около 85% от хлора се намира в извънклетъчното пространство. Хлорът се отделя от тялото основно с урина (90-95%), изпражнения (4-8%) и през кожата (до 2%). Екскрецията на хлор се свързва с натриеви и калиеви йони, и реципрочно с HCO 3 - (киселинно-алкален баланс).
Човек консумира 5-10 g NaCl на ден. Минималната човешка нужда от хлор е около 800 mg на ден. Бебето получава необходимото количество хлор чрез майчиното мляко, което съдържа 11 mmol / l хлор. NaCl е необходим за производството на солна киселина в стомаха, която насърчава храносмилането и унищожаването на патогенни бактерии. Понастоящем ролята на хлора за появата на някои заболявания при хората не е добре разбрана, главно поради малкия брой изследвания. Достатъчно е да се каже, че дори препоръки за дневния прием на хлор не са разработени. Човешката мускулна тъкан съдържа 0,20-0,52% хлор, костната - 0,09%; в кръвта - 2,89 g / l. В тялото на обикновен човек (телесно тегло 70 кг) 95 g хлор. Всеки ден с храната човек получава 3-6 г хлор, който в излишък покрива нуждата от този елемент.
Хлорните йони са жизненоважни за растенията. Хлорът участва в енергийния метаболизъм в растенията, като активира окислителното фосфорилиране. Той е необходим за образуването на кислород в процеса на фотосинтеза от изолирани хлоропласти, стимулира спомагателните процеси на фотосинтезата, предимно тези, свързани с натрупването на енергия. Хлорът има положителен ефект върху усвояването на съединенията на кислород, калий, калций и магнезий от корените. Прекомерната концентрация на хлоридни йони в растенията може да има и отрицателна страна, например да намали съдържанието на хлорофил, да намали активността на фотосинтезата и да забави растежа и развитието на растенията.
Но има растения, които в процеса на еволюция или се приспособиха към солеността на почвата, или в борбата за пространство заеха празни солени блата, където няма конкуренция. Растенията, растящи в солени почви, се наричат халофити, те натрупват хлорид по време на вегетационния период и след това се освобождават от излишъка чрез падане на листата или отделят хлорид върху повърхността на листата и клоните и получават двойна полза от засенчването на повърхността от слънчева светлина.
Сред микроорганизмите са известни и халофили - халобактерии - които живеят в силно солени води или почви.
Характеристики на работа и предпазни мерки
Хлорът е токсичен задушаващ газ, който, ако попадне в белите дробове, причинява изгаряния на белодробната тъкан, задушаване. Има дразнещ ефект върху дихателните пътища при концентрация във въздуха от около 0,006 mg/l (т.е. два пъти прага на миризмата на хлор). Хлорът е един от първите химически бойни агенти, използвани от Германия през Първата световна война. При работа с хлор трябва да се използват защитно облекло, противогази и ръкавици. За кратко време е възможно да се защитят дихателните органи от проникване на хлор с парцал превръзка, навлажнена с разтвор на натриев сулфит Na 2 SO 3 или натриев тиосулфат Na 2 S 2 O 3.
ПДК на хлор в атмосферния въздух е, както следва: среднодневно - 0,03 mg/m³; максимално еднократно - 0,1 mg / m³; в работните помещения на промишлено предприятие - 1 mg / m³.
Хлорът е получен за първи път през 1772 г. от Шеле, който описва освобождаването му по време на взаимодействието на пиролузит със солна киселина в трактата си за пиролузита: 4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Шеле отбеляза миризмата на хлор, подобна на миризмата на царска аква, способността му да взаимодейства със златото и цинобър, както и неговите избелващи свойства. Въпреки това, Scheele, в съответствие с теорията на флогистона, преобладаваща в химията по това време, предполага, че хлорът е дефлогистирана солна киселина, тоест оксид на солна киселина.
Бертолет и Лавоазие предполагат, че хлорът е оксид на елемента мурий, но опитите за изолирането му остават неуспешни до работата на Дейви, който успява да разложи готварската сол до натрий и хлор чрез електролиза.
Името на елемента идва от гръцки clwroz- "зелено".
Да бъдеш сред природата, получаваш:
Естественият хлор е смес от два изотопа 35 Cl и 37 Cl. Хлорът е най-разпространеният халоген в земната кора. Тъй като хлорът е много активен, в природата се среща само под формата на съединения в състава на минерали: халит NaCl, силвин KCl, силвинит KCl NaCl, бишофит MgCl 2 6H 2 O, карналит KCl MgCl 2 6H 2 O, каинит KCl MgSO 4 3H 2 O. Най-големите запаси от хлор се съдържат в солите на водите на моретата и океаните.
В промишлен мащаб хлорът се произвежда заедно с натриев хидроксид и водород чрез електролиза на разтвор на натриев хлорид:
2NaCl + 2H2O => H2 + Cl2 + 2NaOH
За възстановяване на хлор от хлороводород, който е страничен продукт от промишленото хлориране на органични съединения, се използва процесът на Дийкон (каталитично окисление на хлороводород с атмосферен кислород):
4HCl + O 2 \u003d 2H 2 O + 2Cl 2
Лабораториите обикновено използват процеси, базирани на окисляване на хлороводород със силни окислители (например манганов (IV) оксид, калиев перманганат, калиев дихромат):
2KMnO 4 + 16HCl \u003d 5Cl 2 + 2MnCl 2 + 2KCl + 8H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl = 3Cl 2 + 2CrCl 3 + 2KCl + 7H 2 O
Физически свойства:
При нормални условия хлорът е жълто-зелен газ със задушаваща миризма. Хлорът е видимо разтворим във вода („хлорна вода“). При 20°C 2,3 обема хлор се разтварят в един обем вода. Точка на кипене = -34°C; точка на топене = -101°C, плътност (газ, N.O.) = 3,214 g/l.
Химични свойства:
Хлорът е много активен - той се комбинира директно с почти всички елементи на периодичната система, метали и неметали (с изключение на въглерод, азот, кислород и инертни газове). Хлорът е много силен окислител, той измества по-малко активните неметали (бром, йод) от техните съединения с водород и метали:
Cl2 + 2HBr = Br2 + 2HCl; Cl 2 + 2NaI \u003d I 2 + 2NaCl
Когато се разтваря във вода или основи, хлорът се дисмутира, образувайки хипохлорна (а при нагряване - перхлорна) и солна киселини или техни соли.
Cl2 + H2O HClO + HCl;
Хлорът взаимодейства с много органични съединения, влизайки в реакции на заместване или добавяне:
CH 3 -CH 3 + xCl 2 => C 2 H 6-x Cl x + xHCl
CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 \u003d\u003e Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
C6H6 + Cl2 => C6H6Cl + HCl
Хлорът има седем степени на окисление: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7.
Най-важните връзки:
Хлороводород HCl- безцветен газ, който пуши във въздуха поради образуването на капчици мъгла с водни пари. Има силна миризма и силно дразни дихателните пътища. Съдържа се във вулканични газове и води, в стомашния сок. Химичните свойства зависят от това в какво състояние се намира (може да е в газообразно, течно или разтворено състояние). HCl разтвор се нарича солна (солна) киселина. Това е силна киселина, която измества по-слабите киселини от техните соли. соли - хлориди- твърди кристални вещества с високи точки на топене.
ковалентни хлориди- съединения на хлора с неметали, газове, течности или топими твърди вещества с характерни киселинни свойства, като правило, лесно хидролизирани от вода до образуване на солна киселина:
PCl5 + 4H2O = H3PO4 + 5HCl;
Хлорен(I) оксид Cl2O., кафеникаво-жълт газ с остра миризма. Засяга дихателните органи. Лесно разтворим във вода, образувайки хипохлорна киселина.
Хипохлорна киселина HClO. Съществува само в решения. Това е слаба и нестабилна киселина. Лесно се разлага на солна киселина и кислород. Силен окислител. Образува се при разтваряне на хлор във вода. соли - хипохлорити, нестабилни (NaClO*H 2 O се разлага с експлозия при 70 °C), силни окислители. Широко използван за избелване и дезинфекция избелващ прах, смесена сол Ca(Cl)OCl
Хлорна киселина HClO 2, в свободна форма е нестабилен, дори в разреден воден разтвор, той бързо се разлага. Киселина със средна сила, соли - хлоритиобикновено са безцветни и силно разтворими във вода. За разлика от хипохлоритите, хлоритите проявяват изразени окислителни свойства само в кисела среда. Най-голямото приложение (за избелване на тъкани и хартиена маса) е натриевият хлорит NaClO 2 .
Хлорен(IV) оксид ClO 2, - зеленикаво-жълт газ с неприятна (остра) миризма, ...
Хлорна киселина, HClO 3 - в свободна форма е нестабилен: непропорционален на ClO 2 и HClO 4 . соли - хлорати; от тях най-важните са натриевите, калиевите, калциевите и магнезиевите хлорати. Това са силни окислители, експлозивни при смесване с редуциращи агенти. калиев хлорат ( Бертолетова сол) - KClO 3 , се използва за производство на кислород в лабораторията, но поради високата опасност вече не се използва. Разтворите на калиев хлорат се използват като слаб антисептик, външно лекарство за гаргара.
Перхлорна киселина HClO 4, във водни разтвори, перхлорната киселина е най-стабилната от всички кислород-съдържащи хлорни киселини. Безводната перхлорна киселина, която се получава с концентрирана сярна киселина от 72% HClO 4 не е много стабилна. Това е най-силната едноосновна киселина (във воден разтвор). соли - перхлорати, се използват като окислители (твърдодушни ракетни двигатели).
Приложение:
Хлорът се използва в много индустрии, наука и битови нужди:
- При производството на поливинилхлорид, пластмасови съединения, синтетичен каучук;
- За избелване на плат и хартия;
- Производство на хлорорганични инсектициди - вещества, които убиват вредни за културите насекоми, но са безопасни за растенията;
- За дезинфекция на вода - "хлориране";
- Регистриран в хранително-вкусовата промишленост като хранителна добавка Е925;
- В химическото производство на солна киселина, белина, бертолетова сол, метални хлориди, отрови, лекарства, торове;
- В металургията за производство на чисти метали: титан, калай, тантал, ниобий.
Биологична роля и токсичност:
Хлорът е един от най-важните биогенни елементи и е част от всички живи организми. При животните и хората хлоридните йони участват в поддържането на осмотичния баланс, хлоридният йон има оптимален радиус за проникване през клетъчната мембрана. Хлорните йони са жизненоважни за растенията, участват в енергийния метаболизъм в растенията, активират окислителното фосфорилиране.
Хлорът под формата на просто вещество е отровен, ако попадне в белите дробове, причинява изгаряне на белодробната тъкан, задушаване. Има дразнещ ефект върху дихателните пътища при концентрация във въздуха от около 0,006 mg/l (т.е. два пъти прага на миризмата на хлор). Хлорът е един от първите химически бойни агенти, използвани от Германия през Първата световна война.
Короткова Ю., Швецова И.
KhF Тюменски държавен университет, 571 групи.
Източници: Wikipedia: http://ru.wikipedia.org/wiki/Cl и др.,
Уебсайт на RCTU Д. И. Менделеев:
Министерство на образованието и науката на РУСКАТА ФЕДЕРАЦИЯ
Федерална ДЪРЖАВНА УЧЕБНА ИНСТИТУТА ЗА ВИСШЕ ПРОФЕСИОНАЛНО ОБРАЗОВАНИЕ
ИВАНОВСКИЯ ДЪРЖАВЕН ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕН УНИВЕРСИТЕТ
Катедра ТП и МЕТ
абстрактно
Хлор: свойства, приложение, производство
Ръководител: Ефремов А.М.
Иваново 2015г
Въведение
Обща информация за хлора
Приложение на хлор
Химически методи за производство на хлор
Електролиза. Концепцията и същността на процеса
Промишлено производство на хлор
Безопасност при производството на хлор и опазване на околната среда
Заключение
Въведение
хлорен химичен елемент електролиза
Поради мащаба на използването на хлор в различни области на науката, индустрията, медицината и ежедневието, търсенето на хлор напоследък катастрофално нарасна. Има много методи за получаване на хлор чрез лабораторни и промишлени методи, но всички те имат повече недостатъци, отколкото предимства. Производството на хлор, например от солна киселина, която е страничен продукт и отпадък от много химически и други индустрии, или обикновена сол, добита в солни находища, е доста енергоемък процес, вреден за околната среда и много опасен за живота и здраве.
Понастоящем проблемът за разработване на технология за производство на хлор, която да елиминира всички горепосочени недостатъци и да има висок добив на хлор, е много спешен.
.Обща информация за хлора
Хлорът е получен за първи път през 1774 г. от К. Шеле чрез взаимодействието на солна киселина с пиролузит MnO2. Едва през 1810 г. обаче Г. Дейви установява, че хлорът е елемент и го нарича хлор (от гръцки chloros – жълто-зелен). През 1813 г. Дж. Л. Гей-Люсак предлага името "Хлор" за този елемент.
Хлорът е елемент от VII група на Периодичната таблица на елементите на Д. И. Менделеев. Молекулно тегло 70,906, атомно тегло 35,453, атомен номер 17, принадлежи към семейството на халогените. При нормални условия свободният хлор, състоящ се от двуатомни молекули, е зеленикаво-жълт незапалим газ с характерна остра и дразнеща миризма. Той е отровен и причинява задушаване. Сгъстен хлорен газ при атмосферно налягане се превръща в кехлибарена течност при -34,05 ° C, втвърдява се при -101,6 ° C и налягане от 1 атм. Обикновено хлорът е смес от 75,53% 35Cl и 24,47% 37Cl. При нормални условия плътността на газообразния хлор е 3,214 kg/m3, което е около 2,5 пъти по-тежко от въздуха.
Химически хлорът е много активен, той се свързва директно с почти всички метали (с някои само при наличие на влага или при нагряване) и с неметали (с изключение на въглерод, азот, кислород, инертни газове), образувайки съответните хлориди, реагира с много съединения, замества водорода в наситени въглеводороди и се свързва с ненаситени съединения. Това се дължи на голямото разнообразие от приложението му. Хлорът измества брома и йода от техните съединения с водород и метали. Алкалните метали в присъствието на следи от влага взаимодействат с хлор при запалване, повечето метали реагират със сух хлор само при нагряване. Стоманата, както и някои метали, са устойчиви на сух хлор при ниски температури, така че се използват за производството на оборудване и съхранение на сух хлор. Фосфорът се запалва в атмосфера на хлор, образувайки РCl3, а при по-нататъшно хлориране - РCl5. Сярата с хлор, когато се нагрява, дава S2Cl2, SCl2 и други SnClm. Арсен, антимон, бисмут, стронций, телур взаимодействат енергично с хлора. Смес от хлор и водород изгаря с безцветен или жълто-зелен пламък, за да образува хлороводород (това е верижна реакция). Максималната температура на водородно-хлорния пламък е 2200°C. Смеси от хлор с водород, съдържащи от 5,8 до 88,5% H2, са експлозивни и могат да експлодират от действието на светлина, електрическа искра, нагряване, от присъствието на определени вещества, като железни оксиди.
С кислорода хлорът образува оксиди: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, както и хипохлорити (соли на хипохлорната киселина), хлорити, хлорати и перхлорати. Всички кислородни съединения на хлора образуват експлозивни смеси с лесно окисляеми вещества. Хлорните оксиди са нестабилни и могат да експлодират спонтанно, хипохлоритите се разлагат бавно по време на съхранение, хлоратите и перхлоратите могат да експлодират под въздействието на инициатори. Хлорът във водата се хидролизира, образувайки хипохлорна и солна киселина: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Полученият жълтеникав разтвор често се нарича хлорна вода. При хлориране на водни разтвори на алкали в студа се образуват хипохлорити и хлориди: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + H2O, а при нагряване - хлорати. Чрез хлориране на сух калциев хидроксид се получава белина. Когато амонякът реагира с хлор, се образува азотен трихлорид. По време на хлорирането на органични съединения хлорът или замества водорода, или се добавя чрез множество връзки, образувайки различни хлор-съдържащи органични съединения. Хлорът образува интерхалогенни съединения с други халогени. Хлорните флуориди ClF, ClF3, ClF3 са много реактивни; например в атмосфера на ClF3 стъклената вата се запалва спонтанно. Известни са хлорни съединения с кислород и флуор - хлорни оксифлуориди: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 и флуорен перхлорат FClO4.
Хлорът се среща в природата само под формата на съединения. Средното му съдържание в земната кора е 1,7 10-2% от теглото. Миграцията на водата играе основна роля в историята на хлора в земната кора. Под формата на Cl-ion се среща в Световния океан (1,93%), подземни саламури и солени езера. Броят на собствените минерали (предимно естествени хлориди) е 97, като основният е халит NaCl (Каменна сол). Има и големи находища на калиеви и магнезиеви хлориди и смесени хлориди: силвин KCl, силвинит (Na,K)Cl, карналит KCl MgCl2 6H2O, каинит KCl MgSO4 3H2O, бишофит MgCl2 6H2O. В историята на Земята доставянето на HCl, съдържащо се във вулканичните газове, към горните части на земната кора е било от голямо значение.
Стандарти за качество на хлора
Наименование на индекса GOST 6718-93Висок клас Първи клас Обемна част на хлора, не по-малко от, %99,899,6Масова доля вода, не повече от, %0,010,04Масова доля азотен трихлорид, не повече от, %0,0020,004Масова част от нелетливите остатък, не повече,%0 .0150.10
Съхранение и транспортиране на хлор
Хлорът, произведен по различни методи, се съхранява в специални "резервоари" или се изпомпва в стоманени цилиндрични (обем 10-250 m3) и сферични (обем 600-2000 m3) цилиндри под налягане на собствени пари от 18 kgf/cm2. Максималният обем за съхранение е 150 тона. Цилиндрите с течен хлор под налягане имат специален цвят - защитен цвят. В случай на понижаване на налягането на хлорен цилиндър се получава рязко освобождаване на газ с концентрация няколко пъти по-висока от смъртоносната. Трябва да се отбележи, че при продължителна употреба на хлорни бутилки в тях се натрупва изключително експлозивен азотен трихлорид и следователно от време на време хлорните бутилки трябва редовно да се промиват и почистват от азотен хлорид. Хлорът се транспортира в контейнери, железопътни цистерни, бутилки, които са неговото временно съхранение.
2.Приложение на хлор
Хлорът се консумира предимно от химическата промишленост за производството на различни органични хлорни производни, използвани за получаване на пластмаси, синтетични каучуци, химически влакна, разтворители, инсектициди и др. В момента над 60% от световното производство на хлор се използва за органичен синтез. Освен това хлорът се използва за производство на солна киселина, белина, хлорати и други продукти. Значителни количества хлор се използват в металургията за хлориране по време на обработката на полиметални руди, извличането на злато от руди, а също така се използва в нефтопреработващата промишленост, селското стопанство, медицината и канализацията, за неутрализиране на питейни и отпадни води, в пиротехниката и редица други области на народното стопанство . В резултат на развитието на употребата на хлор, главно поради успеха на органичния синтез, световното производство на хлор е повече от 20 милиона тона / година.
Основните примери за приложението и използването на хлор в различни клонове на науката, индустрията и битовите нужди:
1.в производството на поливинилхлорид, пластмасови съединения, синтетичен каучук, които се използват за направата на: изолации за проводници, профили за прозорци, опаковъчни материали, облекло и обувки, линолеум и грамофонни плочи, лакове, оборудване и пенопласти, играчки, части за инструменти, строителни материали. Поливинилхлоридът се произвежда чрез полимеризация на винилхлорид, който днес най-често се приготвя от етилен по хлорно-балансиран процес чрез междинен 1,2-дихлороетан.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)като избелващ агент (въпреки че не самият хлор "избелва", а атомарният кислород, който се образува при разлагането на хипохлорната киселина според реакцията: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)при производството на хлорорганични инсектициди - вещества, които убиват вредни за културите насекоми, но са безопасни за растенията (алдрин, ДДТ, хексахлоран). Един от най-важните инсектициди е хексахлороциклохексан (C6H6Cl6).
)използва се като боен химически агент, както и за производството на други химически бойни агенти: иприт (C4H8Cl2S), фосген (CCl2O).
)за дезинфекция на вода - "хлориране". Най-разпространеният метод за дезинфекция на питейна вода се основава на способността на свободния хлор и неговите съединения да инхибират ензимните системи на микроорганизмите, които катализират окислително-редукционните процеси. За дезинфекция на питейната вода се използват хлор (Cl2), хлорен диоксид (ClO2), хлорамин (NH2Cl) и белина (Ca(Cl)OCl).
)регистриран в хранително-вкусовата промишленост като хранителна добавка E925.
)в химическото производство на сода каустик (NaOH) (използва се в производството на коприна, в сапунената индустрия), солна киселина (HCl), белина, калиев хлорид (KClO3), метални хлориди, отрови, лекарства, торове.
)в металургията за производство на чисти метали: титан, калай, тантал, ниобий.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (при Т=850°С)
)като индикатор за слънчеви неутрино в хлор-аргонови детектори (Идеята за "детектор за хлор" за откриване на слънчеви неутрино е предложена от известния съветски физик академик Б. Понтекорво и осъществена от американския физик Р. Дейвис и неговите колеги. След като улови неутриното ядро на хлорния изотоп с атомно тегло 37, се превръща в ядро на изотопа аргон-37, с образуването на един електрон, който може да бъде регистриран.).
Много развити страни се стремят да ограничат употребата на хлор в ежедневието, включително защото изгарянето на хлорсъдържащи боклуци произвежда значително количество диоксини (глобални екотоксиканти с мощни мутагенни
3. Химични методи за производство на хлор
Преди това производството на хлор с химически средства по методите на Уелдън и Дийкън беше широко разпространено. При тези процеси хлорът се получава чрез окисляване на хлороводород, образуван като страничен продукт при производството на натриев сулфат от обикновена сол под действието на сярна киселина.
реакцията, протичаща при използване на метода на Weldon:
4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2
реакцията, протичаща при използване на метода на Дякон:
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
В процеса на Дийкон като катализатор се използва меден хлорид, чийто 50% разтвор (понякога с добавяне на NaCl) се импрегнира в пореста керамична подложка. Оптималната температура на реакцията на такъв катализатор обикновено е в диапазона от 430490°. Този катализатор лесно се отравя от съединения на арсен, с които образува неактивен меден арсенат, както и от серен диоксид и триоксид. Наличието на дори малки количества пари на сярна киселина в газа причинява рязко намаляване на добива на хлор в резултат на последователни реакции:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4
С12 + Н2O => 1/2O2 + 2НCl
По този начин сярната киселина е катализатор, който насърчава обратното превръщане на Cl2 в HCl. Следователно, преди окисляване върху меден катализатор, солният газ трябва да бъде добре пречистен от примеси, които намаляват добива на хлор.
Инсталацията на Дякон се състоеше от газов нагревател, газов филтър и контактен апарат от стоманен цилиндричен корпус, вътре в който имаше два концентрично разположени керамични цилиндъра с отвори; пръстеновидното пространство между тях се запълва с катализатор. Хлороводородът се окислява с въздух, така че хлорът се разрежда. В контактния апарат се подава смес, съдържаща 25 об.% HCl и 75 об.% въздух (~16% O2), а газът, излизащ от апарата, съдържа около 8% C12, 9% HCl, 8% водна пара и 75% въздух . Такъв газ, след промиване с НС1 и сушене със сярна киселина, обикновено се използва за получаване на белина.
Възстановяването на процеса на Дякон в момента се основава на окисляването на хлороводород не с въздух, а с кислород, което прави възможно получаването на концентриран хлор с помощта на високоактивни катализатори. Получената хлор-кислородна смес се промива от остатъците от НС1 последователно с 36% и 20% солна киселина и се суши със сярна киселина. След това хлорът се втечнява и кислородът се връща в процеса. Отделянето на хлора от кислорода също се извършва чрез абсорбиране на хлор под налягане от 8 atm със серен хлорид, който след това се регенерира до получаване на 100% хлор:
Сl2 + S2CI2
Използват се нискотемпературни катализатори, например меден дихлорид, активиран със соли на редкоземни метали, което прави възможно извършването на процеса дори при 100 ° C и следователно рязко повишаване на степента на превръщане на HCl в Cl2. Върху катализатор от хромов оксид, изгарянето на HCl в кислород се извършва при 340480°C. Описано е използването на катализатор от смес на V2O5 с пиросулфати на алкални метали и активатори върху силикагел. Проучени са механизмът и кинетиката на този процес и са установени оптималните условия за неговото осъществяване, по-специално във кипящ слой.
Окислението на хлороводород с кислород също се извършва с помощта на разтопена смес от FeCl3 + KCl на два етапа, проведени в отделни реактори. В първия реактор железният хлорид се окислява до образуване на хлор:
2FeCl3 + 1
Във втория реактор железният хлорид се регенерира от железен оксид с хлороводород:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
За намаляване на парното налягане на железен хлорид се добавя калиев хлорид. Този процес също се предлага да се извърши в един апарат, в който контактната маса, състояща се от Fe2O3, KC1 и меден, кобалтов или никелов хлорид, отложени върху инертен носител, се движи отгоре надолу на апарата. В горната част на апарата той преминава през гореща зона на хлориране, където Fe2Oz се превръща в FeCl3, взаимодействайки с HCl, който е в потока на газ, който минава отдолу нагоре. След това контактната маса се спуска в зоната на охлаждане, където под действието на кислород се образува елементарен хлор, а FeCl3 преминава в Fe2O3. Окислената контактна маса се връща отново в зоната на хлориране.
Подобно индиректно окисление на HCl до Cl2 се извършва по схемата:
2HCl + MgO = MgCl2 + H2O
Предлага се едновременно получаване на хлор и сярна киселина чрез пропускане на газ, съдържащ HCl, O2 и голям излишък от SO2, през ванадиев катализатор при 400-600°C. След това H2SO4 и HSO3Cl се кондензират от газа и SO3 се абсорбира от сярна киселина; хлорът остава в газовата фаза. HSO3Cl се хидролизира и освободеният HC1 се връща в процеса.
Още по-ефективно окисляване се извършва от такива окислители като PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Хлорът може да се получи и чрез окисляване на хлориди. Например, когато NaCl и SO3 взаимодействат, възникват реакции:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
Разлагането на NaSO3Cl става при 275°C. Смес от газове SO2 и C12 може да се отдели чрез абсорбиране на хлор SO2Cl2 или CCl4 или подлагане на ректификация, което води до азеотропна смес, съдържаща 88 mol. % Cl2 и 12 mol. %SO2. Азеотропната смес може да бъде допълнително разделена чрез превръщане на SO2 в SO2C12 и отделяне на излишния хлор и разлагане на SO2Cl2 при 200° в SO2 и Cl2, които се добавят към сместа, изпратена за ректификация.
Хлорът може да се получи чрез окисляване на хлорид или хлороводород с азотна киселина, както и азотен диоксид:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Друг начин за получаване на хлор е разлагането на нитрозил хлорид, което може да се постигне чрез неговото окисляване:
NOCl + O2 = 2NO2 + Сl2
Също така, за да се получи хлор, се предлага например да се окисли NOCl със 75% азотна киселина:
2NOCl + 4HNO3 = Сl2 + 6NO2 + 2Н2O
Смес от хлор и азотен диоксид се отделя чрез превръщане на NO2 в слаба азотна киселина, която след това се използва за окисление на HCl в първия етап на процеса за образуване на Cl2 и NOCl. Основната трудност при прилагането на този процес в промишлен мащаб е елиминирането на корозията. Като материали за оборудването се използват керамика, стъкло, олово, никел и пластмаси. По този метод в САЩ през 1952-1953г. заводът работеше с капацитет от 75 тона хлор на ден.
Разработен е цикличен метод за производство на хлор чрез окисляване на хлороводород с азотна киселина без образуване на нитрозил хлорид съгласно реакцията:
2НCl + 2HNO3 = Сl2 + 2NO2 + 2Н2O
Процесът протича в течна фаза при 80°C, добивът на хлор достига 100%, NO2 се получава в течна форма.
Впоследствие тези методи бяха напълно заменени с електрохимични, но в момента химичните методи за производство на хлор отново се възраждат на нова техническа основа. Всички те се основават на директно или индиректно окисление на HCl (или хлориди), като най-често срещаният окислител е атмосферният кислород.
Електролиза. Концепцията и същността на процеса
Електролизата е съвкупност от електрохимични окислително-редукционни процеси, които протичат върху електродите при преминаване на постоянен електрически ток през стопилка или разтвор с електроди, потопени в него.
Ориз. 4.1. Процеси, протичащи по време на електролиза. Схема на електролизната баня: 1 - баня, 2 - електролит, 3 - анод, 4 - катод, 5 - захранване
Електродите могат да бъдат всякакви материали, които провеждат електричество. Използват се предимно метали и сплави, от неметали, например графитни пръчки (или въглерод) могат да служат като електроди. По-рядко течностите се използват като електрод. Положително зареден електрод е анод. Отрицателно зареденият електрод е катодът. По време на електролизата анодът се окислява (разтваря се), а катодът се редуцира. Ето защо анодът трябва да се вземе по такъв начин, че неговото разтваряне да не повлияе на химическия процес, протичащ в разтвора или стопилката. Такъв анод се нарича инертен електрод. Като инертен анод можете да вземете графит (въглерод) или платина. Като катод можете да вземете метална плоча (тя няма да се разтвори). Подходящи мед, месинг, въглерод (или графит), цинк, желязо, алуминий, неръждаема стомана.
Примери за електролиза на стопилки:
Примери за електролиза на солеви разтвори:
(Cl? аниони се окисляват на анода, а не кислород O? II на водните молекули, тъй като електроотрицателността на хлора е по-малка от тази на кислорода и следователно хлорът отделя електрони по-лесно от кислорода)
Електролизата на водата винаги се извършва в присъствието на инертен електролит (за увеличаване на електрическата проводимост на много слаб електролит - вода):
В зависимост от инертния електролит, електролизата се извършва в неутрална, кисела или алкална среда. При избора на инертен електролит е необходимо да се има предвид, че металните катиони, които са типични редуциращи агенти (например Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +), никога не се редуцират при катодът във воден разтвор и кислород О2 II на оксокиселинни аниони никога не се окислява при анода с елемент в най-високо окислително състояние (например ClO4a, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44? , MnO4?), вместо това се окислява водата.
Електролизата включва два процеса: миграция на реагиращи частици под действието на електрическо поле към повърхността на електрода и прехвърляне на заряд от частица към електрод или от електрод към частица. Миграцията на йони се определя от тяхната подвижност и трансферни числа. Процесът на прехвърляне на няколко електрически заряда се извършва като правило под формата на последователност от едноелектронни реакции, тоест на етапи, с образуването на междинни частици (йони или радикали), които понякога съществуват за известно време върху електрода в адсорбирано състояние.
Скоростта на електродните реакции зависи от:
електролитен състав
концентрация на електролит
електроден материал
електроден потенциал
температура
хидродинамични условия.
Мярката за скоростта на реакцията е плътността на тока. Това е векторна физика, чийто модул се определя от съотношението на силата на тока (броя на пренесените електрически заряди за единица време) в проводника към площта на напречното сечение.
Законите на Фарадей за електролизата са количествени връзки, базирани на електрохимични изследвания и помагат да се определи масата на продуктите, образувани по време на електролизата. В най-общ вид законите са формулирани, както следва:
)Първият закон за електролизата на Фарадей: Масата на веществото, отложено върху електрода по време на електролизата, е право пропорционална на количеството електричество, прехвърлено към този електрод. Количеството електричество се отнася до електрическия заряд, обикновено измерен в кулони.
2)Вторият закон за електролизата на Фарадей: За дадено количество електричество (електричен заряд), масата на химичен елемент, отложен върху електрода, е право пропорционална на еквивалентната маса на елемента. Еквивалентната маса на веществото е неговата моларна маса, разделена на цяло число, в зависимост от химичната реакция, в която участва веществото.
В математическа форма законите на Фарадей могат да бъдат представени по следния начин:
където m е масата на веществото, отложено върху електрода в грамове, е общият електрически заряд, преминал през веществото, \u003d 96 485.33 (83) C mol? 1 е константата на Фарадей, е моларната маса на веществото (Например, моларната маса на водата H2O = 18 g / mol), - валентното число на йоните на веществото (броя на електроните на йон).
Обърнете внимание, че M/z е еквивалентната маса на отложеното вещество.
За първия закон на Фарадей M, F и z са константи, така че колкото по-голяма е стойността на Q, толкова по-голяма е стойността на m.
За втория закон на Фарадей Q, F и z са константи, така че колкото по-голяма е стойността на M/z (еквивалентната маса), толкова по-голяма е стойността на m.
В най-простия случай DC електролизата води до:
В по-сложен случай на променлив електрически ток, общият заряд Q на тока I( ?) се сумира във времето ? :
където t е общото време на електролиза.
В индустрията процесът на електролиза се извършва в специални устройства - електролизатори.
Промишлено производство на хлор
В момента хлорът се произвежда главно чрез електролиза на водни разтвори, а именно един от
Суровините за електролитното производство на хлор са предимно разтвори на NaCl, получени чрез разтваряне на твърда сол или естествени соли. Има три вида солни находища: изкопаема сол (около 99% от запасите); солени езера с дънни утайки от самоседлова сол (0,77%); останалото е подземни разцепления. Солените разтвори, независимо от начина, по който са получени, съдържат примеси, които влошават процеса на електролиза. Калциевите катиони Са2+, Mg2+ и SO42- аниони имат особено неблагоприятен ефект при електролиза с твърд катод, а примесите в съединения, съдържащи тежки метали, като хром, ванадий, германий и молибден, при електролиза с течен катод.
Кристалната сол за хлорна електролиза трябва да има следния състав (%): натриев хлорид не по-малко от 97,5; Mg2+ не повече от 0,05; неразтворима утайка не повече от 0,5; Ca2+ не повече от 0,4; К+ не повече от 0,02; SO42 - не повече от 0,84; влажност не повече от 5; примес от тежки метали (определени от амалгама проба cm3 H2) не повече от 0,3. Почистването на саламурите се извършва с разтвор на сода (Na2CO3) и варно мляко (суспензия на суспензия на Ca (OH) 2 във вода). В допълнение към химическото пречистване, разтворите се освобождават от механични примеси чрез утаяване и филтриране.
Електролизата на обикновени солеви разтвори се извършва във вани с твърд железен (или стоманен) катод и с диафрагми и мембрани, във вани с течен живачен катод. Промишлените електролизери, използвани за оборудването на съвременни големи хлорни инсталации, трябва да имат висока производителност, прост дизайн, да бъдат компактни, да работят надеждно и стабилно.
Електролизата протича по схемата:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
където Me е алкален метал.
По време на електрохимичното разлагане на готварската сол в електролизери с твърди електроди се случват следните основни, обратими и необратими йонни реакции:
дисоциация на сол и водни молекули (влиза в електролита)
NaCl-Na++Cl-
Окисление на хлорни йони (при анода)
C1- - 2e- => C12
редукция на водородни йони и водни молекули (при катода)
H+ - 2e- => H2
H2O - 2e - \u003d\u003e H2 + 2OH-
Асоциация на йони в молекула на натриев хидроксид (в електролит)
Na+ + OH- - NaOH
Полезни продукти са натриев хидроксид, хлор и водород. Всички те се отстраняват от електролизатора поотделно.
Ориз. 5.1. Схема на диафрагмен електролизатор
Кухината на клетката с твърд катод (фиг. 3) е разделена от порест
Първите индустриални електролизатори работеха в периодичен режим. Продуктите на електролизата в тях бяха разделени с циментова диафрагма. Впоследствие са създадени електролизери, в които камбановидни прегради служат за разделяне на продуктите от електролизата. На следващия етап се появиха електролизери с проточна диафрагма. В тях принципът на противотока беше комбиниран с използването на разделителна диафрагма, която беше направена от азбестов картон. Освен това беше открит метод за получаване на диафрагма от азбестова маса, заимстван от технологията на хартиената индустрия. Този метод направи възможно разработването на проекти на електролизери за голям токов товар с неразделим компактен катод с пръст. За да се увеличи експлоатационният живот на азбестова диафрагма, се предлага да се въведат някои синтетични материали в нейния състав като покритие или свързване. Предлага се също така диафрагмите да се произвеждат изцяло от нови синтетични материали. Има доказателства, че такива комбинирани азбесто-синтетични или специално произведени синтетични диафрагми имат експлоатационен живот до 500 дни. Разработват се и специални йонообменни диафрагми, които дават възможност за получаване на чиста сода каустик с много ниско съдържание на натриев хлорид. Действието на такива диафрагми се основава на използването на техните селективни свойства за преминаване на различни йони.
Местата на контакти на токовите проводници с графитни аноди в ранните проекти бяха извадени от кухината на клетката. По-късно са разработени методи за защита на контактните части на анодите, потопени в електролита. С помощта на тези техники са създадени индустриални електролизатори с по-нисък ток, при които анодните контакти са разположени в кухината на електролизатора. В момента те се използват навсякъде за производството на хлор и каустик върху твърд катод.
Поток от наситен разтвор на натриев хлорид (пречистена саламура) непрекъснато тече в анодното пространство на мембранната клетка. В резултат на електрохимичния процес на анода се отделя хлор поради разлагането на готварска сол, а водородът се отделя на катода поради разлагането на водата. Хлорът и водородът се отстраняват от електролизатора, без да се смесват, поотделно. В този случай зоната близо до катод е обогатена с натриев хидроксид. Разтворът от катодната зона, наречен електролитен разтвор, съдържащ неразложена готварска сол (приблизително половината от количеството, доставяно със саламура) и натриев хидроксид, непрекъснато се отстранява от електролитната клетка. На следващия етап електролитната течност се изпарява и съдържанието на NaOH в нея се довежда до 42-50% в съответствие със стандарта. Трапезна сол и натриев сулфат се утаяват с увеличаване на концентрацията на натриев хидроксид.
Разтворът на NaOH се декантира от кристалите и се прехвърля като краен продукт в склад или стадий за топене на каустик, за да се получи твърд продукт. Кристалната готварска сол (обратна сол) се връща на електролиза, като от нея се приготвя така наречената обратна саламура. От него, за да се избегне натрупването на сулфат в разтвори, сулфатът се извлича преди приготвянето на обратния саламура. Загубата на готварска сол се компенсира чрез добавяне на прясна саламура, получена чрез подземно излугване на солни слоеве или чрез разтваряне на твърда готварска сол. Преди да се смеси с обратната саламура, прясната саламура се почиства от механични суспензии и значителна част от калциеви и магнезиеви йони. Полученият хлор се отделя от водната пара, компресира се и се прехвърля директно към потребителите или за втечняване на хлора. Водородът се отделя от водата, компресира се и се предава на потребителите.
В мембранния електролизатор протичат същите химични реакции като в диафрагмен електролизатор. Вместо пореста диафрагма се използва катионна мембрана (фиг. 5).
Ориз. 5.2. Схема на мембранен електролизатор
Мембраната предотвратява проникването на хлорни йони в католита (електролит в катодното пространство), поради което сода каустик може да се получи директно в електролизатора почти без сол, с концентрация от 30 до 35%. Тъй като не е необходимо да се отделя солта, изпаряването прави много по-лесно производството на 50% търговска сода каустик при по-ниски инвестиции и разходи за енергия. Тъй като концентрацията на сода каустик в мембранния процес е много по-висока, скъпият никел се използва като катод.
Ориз. 5.3. Схема на живачен електролизатор
Общата реакция на разлагане на обикновената сол в живачни електролизери е същата като в диафрагмените клетки:
NaCl + H2O => NaOH + 1/2Cl2 + 1/2H2
Тук обаче то протича на два етапа, всеки в отделен апарат: електролизер и разложител. Те са структурно свързани помежду си и се наричат електролитна баня, а понякога и живачен електролизатор.
На първия етап от процеса - в електролизатора - протича електролитното разлагане на готварската сол (нейният наситен разтвор се подава в електролизатора) с производството на хлор на анода и натриева амалгама на живачния катод, съгласно следната реакция:
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
В разложителя се извършва вторият етап от процеса, при който под действието на вода натриевата амалгама преминава в натриев хидроксид и живак:
NaHgn + H2O => NaOH + 1/2H2 + nHg
От цялата сол, подадена към електролизатора със саламура, само 15-20% от подаденото количество влиза в реакция (2), а останалата сол, заедно с вода, напуска електролизатора под формата на хлоранолит - разтвор готварска сол във вода, съдържаща 250-270 kg/m3 NaCl, наситен с хлор. „Силната амалгама”, напускаща електролизатора, и водата се подават към разложителя.
Електролизаторът във всички налични конструкции е направен под формата на дълъг и сравнително тесен, леко наклонен стоманен корито, по дъното на което тънък слой амалгама, който е катодът, тече гравитачно, а отгоре - анолит. Саламура и слаба амалгама се подават от горния повдигнат ръб на клетката през "входния джоб".
Силната амалгама изтича от долния край на клетката през "изходния джоб". Хлорът и хлоранолитът съвместно излизат през разклонителна тръба, също разположена в долния край на клетката. Анодите са окачени над цялото огледало или катод на амалгамния поток на разстояние 3–5 mm от катода. Горната част на клетката е покрита с капак.
Често срещани са два вида декомпозитори: хоризонтални и вертикални. Първите са направени под формата на стоманен наклонен улей със същата дължина като електролитната клетка. По дъното на разложителя тече амалгамен поток, който се монтира под лек наклон. В този поток е потопен декомпозатор, изработен от графит. Водата се движи в обратна посока. В резултат на разлагането на амалгамата водата се насища с каустик. Разтворът на каустик, заедно с водорода, излиза от разложителя през разклонителна тръба в дъното и бедната амалгама или живак се изпомпва в джоба на клетката.
В допълнение към електролизера, декомпозора, джобовете и преливните тръбопроводи, комплектът на електролизната вана включва живачна помпа. Използват се два вида помпи. В случаите, когато ваните са оборудвани с вертикален декомпозатор или когато декомпозаторът е монтиран под електролитната клетка, се използват потопяеми центробежни помпи от конвенционален тип, спуснати в разложителя. Във вани, където декомпозиторът е монтиран до електролизатора, амалгамата се изпомпва с конусна ротационна помпа от оригиналния тип.
Всички стоманени части на електролизатора, които влизат в контакт с хлор или хлоранолит, са защитени с покритие от специална вулканизирана гума (гумиране). Защитният слой от каучук не е абсолютно устойчив. С течение на времето той хлорира, става крехък и се напуква от действието на температурата. Периодично защитният слой се подновява. Всички останали части на електролизната вана: разложител, помпа, преливници - са изработени от незащитена стомана, тъй като нито водородът, нито каустик я разяждат.
В момента графитните аноди са най-често срещаните в живачна клетка. Те обаче се заменят от ORTA.
6.Безопасност при производството на хлор
и опазване на околната среда
Опасността за персонала при производството на хлор се определя от високата токсичност на хлора и живака, възможността за образуване на експлозивни газови смеси от хлор и водород, водород и въздух в оборудването, както и разтвори на азотен трихлорид в течност хлор, използването в производството на електролизери - устройства, които са под повишен електрически потенциал спрямо земята, свойствата на каустична алкали, произведени в това производство.
Вдишването на въздух, съдържащ 0,1 mg/l хлор за 30-60 минути е животозастрашаващо. Вдишването на въздух, съдържащ повече от 0,001 mg/l хлор, дразни дихателните пътища. Максимално допустимата концентрация (МДК) на хлор във въздуха на населените места: среднодневно 0,03 mg/m3, максимално еднократно 0,1 mg/m3, във въздуха на работната зона на производствените помещения е 1 mg/m3, прагът на възприемане на миризма е 2 mg/m3. При концентрация 3-6 mg/m3 се усеща отчетлива миризма, възниква дразнене (зачервяване) на очите и лигавиците на носа, при 15 mg/m3 - дразнене на назофаринкса, при 90 mg/m3 - интензивно пристъпи на кашлица. Излагането на 120 - 180 mg/m3 за 30-60 минути е животозастрашаващо, при 300 mg/m3 е възможен летален изход, концентрация от 2500 mg/m3 води до смърт в рамките на 5 минути, при концентрация 3000 mg/ m3 настъпва летален изход след няколко вдишвания. Максимално допустимата концентрация на хлор за филтриране на промишлени и граждански противогази е 2500 mg/m3.
Наличието на хлор във въздуха се определя от устройства за химическо разузнаване: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV с помощта на индикаторни тръби IT-44 (розов цвят, праг на чувствителност 5 mg / m3), IT-45 (оранжев цвят), аспиратори AM- 5, АМ-0055, АМ-0059, НП-3М с индикаторни тръби за хлор, универсален газоанализатор УГ-2 с обхват на измерване 0-80 mg/m3, детектор за газ „Колион-701” в диапазона 0- 20 mg/m3. В открито пространство - със SIP "KORSAR-X" устройства. На закрито - със SIP "VEGA-M" устройства. За предпазване от хлор в случай на неизправности или спешни случаи, всички хора в цеховете трябва да имат и да използват своевременно противогази от степен “B” или “BKF” (с изключение на цеховете за електролиза на живак), както и защитно облекло: плат или гумирани костюми, гумени ботуши и ръкавици. Кутиите за противогаз срещу хлор трябва да бъдат боядисани в жълто.
Живакът е по-отровен от хлора. Максимално допустимата концентрация на неговите пари във въздуха е 0,00001 mg/l. Въздейства върху човешкото тяло при вдишване и при контакт с кожата, както и при контакт с амалгамирани предмети. Неговите пари и пръски се адсорбират (абсорбират) от дрехите, кожата, зъбите. В същото време живакът лесно се изпарява при температура; наличен в цеха за електролиза, а концентрацията на неговите пари във въздуха е много по-висока от максимално допустимата. Следователно цеховете за електролиза с течен катод са оборудвани с мощна вентилация, която при нормална работа осигурява приемливо ниво на концентрация на живачни пари в атмосферата на цеха. Това обаче не е достатъчно за безопасна работа. Също така е необходимо да се спазва така наречената живачна дисциплина: спазвайте правилата за работа с живак. След тях, преди да започне работа, персоналът преминава през помещението за санитарен преглед, в чийто чист участък оставят домашните си дрехи и обличат прясно изпрано бельо, което е работно облекло. В края на смяната гащеризони и мръсно бельо се оставят в мръсния участък на санитарния пункт, докато работещите се къпят, мият зъбите си и обличат битови вещи в чистата част на санитарния пункт.
В работилници, които работят с хлор и живак, трябва да използвате противогаз марка G (кутията на противогаза е боядисана в черно и жълто) и гумени ръкавици. Правилата на „живачната дисциплина“ предвиждат, че работата с живак и амалгамирани повърхности трябва да се извършва само под слой вода; разлятият живак трябва незабавно да се изхвърли в канализацията, където има уловители на живак.
Опасност за околната среда представляват емисиите на хлор и живачни пари в атмосферата, изхвърлянето на живачни соли и живачни капчици, съединения, съдържащи активен хлор в отпадъчните води, и отравяне на почвата с живачна утайка. Хлорът навлиза в атмосферата по време на аварии, с вентилационни емисии и отработени газове от различни устройства. Парите на живак се извеждат с въздух от вентилационните системи. Нормата за съдържание на хлор във въздуха при изпускане в атмосферата е 0,03 mg/m3. Тази концентрация може да се постигне, ако се използва алкално многоетапно промиване на отпадъчния газ. Нормата за съдържание на живак във въздуха при изпускане в атмосферата е 0,0003 mg/m3, а в отпадъчните води при заустване във водни обекти е 4 mg/m3.
Неутрализирайте хлора със следните разтвори:
варно мляко, за което 1 тегловна част гасена вар се изсипва в 3 части вода, разбърква се добре, след което варовият разтвор се отцежда отгоре (например 10 кг гасена вар + 30 литра вода);
5% воден разтвор на калцинирана сода, за който 2 тегловни части калцинирана сода се разтварят при разбъркване с 18 части вода (например 5 кг калцинирана сода + 95 литра вода);
5% воден разтвор на сода каустик, за който 2 тегловни части сода каустик се разтварят при разбъркване с 18 части вода (например 5 кг сода каустик + 95 литра вода).
При изтичане на хлорен газ се пръска вода, за да се гасят парите. Нормата на потребление на вода не е стандартизирана.
Когато се разлее течен хлор, мястото на разлива се огражда със земен вал, пълен с варово мляко, разтвор на калцинирана сода, сода каустик или вода. За неутрализиране на 1 тон течен хлор са необходими 0,6-0,9 тона вода или 0,5-0,8 тона разтвори. За неутрализиране на 1 тон течен хлор са необходими 22-25 тона разтвори или 333-500 тона вода.
За пръскане на вода или разтвори се използват поливни и пожарни коли, автобутилиращи станции (AC, PM-130, ARS-14, ARS-15), както и хидранти и специални системи, налични в химически опасни съоръжения.
Заключение
Тъй като обемите хлор, получени чрез лабораторни методи, са незначителни в сравнение с постоянно нарастващото търсене на този продукт, няма смисъл да се прави сравнителен анализ върху тях.
От електрохимичните методи за производство най-лесният и удобен е електролизата с течен (живачен) катод, но този метод не е без недостатъци. Той причинява значителни щети на околната среда чрез изпаряване и изтичане на метален живак и хлорен газ.
Електролизаторите с твърд катод премахват риска от замърсяване на околната среда с живак. При избора между диафрагмени и мембранни електролизатори за нови производствени мощности се предпочитат последните, тъй като са по-икономични и осигуряват по-качествен краен продукт.
Библиография
1.Зарецки С. А., Сучков В. Н., Животински П. Б. Електрохимична технология на неорганични вещества и химични източници на ток: Учебник за студенти от технически училища. М ..: По-високо. училище, 1980. 423 с.
2.Мазанко А. Ф., Камарян Г. М., Ромашин О. П. Индустриална мембранна електролиза. М.: Издателство "Химия", 1989. 240 с.
.Позин М.Е. Технология на минералните соли (торове, пестициди, промишлени соли, оксиди и киселини), част 1, изд. 4-то, рев. Л., Издателство "Химия", 1974. 792 с.
.Фиошин М. Я., Павлов В. Н. Електролиза в неорганичната химия. М.: Издателство "Наука", 1976. 106 с.
.Якименко Л. М. Производство на хлор, сода каустик и неорганични хлорни продукти. М.: Издателство "Химия", 1974. 600 с.
Интернет източници
6.Правила за безопасност при производството, съхранението, транспортирането и използването на хлор // URL: #"justify">7. Опасни вещества // URL: #"justify">. Хлор: приложение // URL: #"justify">.
Хлорът вероятно също е бил добиван от алхимици, но неговото откриване и първите изследвания са неразривно свързани с името на известния шведски химик Карл Вилхелм Шееле. Шееле открива пет химични елемента - барий и манган (заедно с Йохан Ган), молибден, волфрам, хлор и независимо от други химици (макар и по-късно) - още три: кислород, водород и азот. Впоследствие нито един химик не би могъл да повтори това постижение. В същото време Шееле, вече избран за член на Шведската кралска академия на науките, беше обикновен фармацевт в Кьопинг, въпреки че можеше да заеме по-почетен и престижен пост. Самият Фридрих II Велики, пруският крал, му предлага позиция като професор по химия в Берлинския университет. Отказвайки подобни примамливи предложения, Шеле каза: „Не мога да ям повече, отколкото ми трябва, а това, което спечеля тук, в Кьопинг, ми е достатъчно, за да живея.“
Много хлорни съединения са били известни, разбира се, много преди Шееле. Този елемент е част от много соли, включително най-известната - готварска сол. През 1774 г. Шееле изолира свободния хлор чрез нагряване на черния минерал пиролузит с концентрирана солна киселина: MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O.
Първоначално химиците разглеждат хлора не като елемент, а като химично съединение на неизвестния елемент murium (от лат. muria - саламура) с кислород. Смятало се, че солната киселина (наричана е муриева) съдържа химически свързан кислород. Това беше „свидетелствано”, по-специално, от следния факт: когато разтворът на хлор беше оставен на светлина, от него се отделяше кислород и солна киселина оставаше в разтвора. Многобройните опити за „откъсване“ на кислорода от хлора обаче не доведоха до нищо. По този начин никой не е успял да получи въглероден диоксид чрез нагряване на хлор с въглища (които при високи температури „отнема“ кислорода от много съединения, които го съдържат). В резултат на подобни експерименти, проведени от Хъмфри Дейви, Жозеф Луис Гей-Люсак и Луи Жак Тенар, стана ясно, че хлорът не съдържа кислород и е просто вещество. Експериментите на Гей-Люсак, който анализира количественото съотношение на газовете в реакцията на хлор с водород, доведоха до същото заключение.
През 1811 г. Дейви предлага името "хлорин" за новия елемент - от гръцки. "хлорос" - жълто-зелен. Това е цветът на хлора. Същият корен е и в думата "хлорофил" (от гръцки "хлорос" и "филон" - лист). Година по-късно Гей-Люсак "съкрати" името на "хлор". Но досега британците (и американците) наричат този елемент "хлор" (хлор), докато французите - хлор (хлор). Германците, „законодателите“ на химията, също приемат съкратеното име за почти целия 19 век. (на немски хлор - Chlor). През 1811 г. немският физик Йохан Швайгер предлага името "халоген" за хлора (от гръцкото "hals" - сол и "gennao" - раждам). Впоследствие този термин се приписва не само на хлора, но и на всички негови аналози в седмата група - флуор, бром, йод, астатин.
Интересна демонстрация на изгарянето на водород в атмосфера на хлор: понякога по време на експеримента се появява необичаен страничен ефект: чува се бръмчене. Най-често пламъкът бръмчи, когато тънка тръба, през която се подава водород, се спуска в коничен съд, пълен с хлор; същото важи и за сферичните колби, но в цилиндрите пламъкът обикновено не бръмчи. Това явление се наричаше "пеещ пламък".
Във воден разтвор хлорът частично и доста бавно реагира с вода; при 25 ° C равновесието: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl се установява в рамките на два дни. Хипохлорната киселина се разлага на светлина: HClO ® HCl + O. Избелващ ефект се приписва на атомарния кислород (абсолютно сухият хлор няма такава способност).
Хлорът в неговите съединения може да проявява всички степени на окисление - от -1 до +7. С кислорода хлорът образува редица оксиди, всички те в чиста форма са нестабилни и експлозивни: Cl 2 O е жълто-оранжев газ, ClO 2 е жълт газ (под 9,7 ° C е яркочервена течност), хлор перхлорат Cl 2 O 4 (ClO –ClO 3, светложълта течност), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3, яркочервена течност), Cl 2 O 7 е безцветна силно експлозивна течност. При ниски температури се получават нестабилни оксиди Cl 2 O 3 и ClO 3. ClO 2 оксидът се произвежда в промишлен мащаб и се използва вместо хлор за избелване на пулпа и дезинфекция на питейна вода и отпадъчни води. С други халогени хлорът образува редица т. нар. междухалогенни съединения, например ClF, ClF 3 , ClF 5 , BrCl, ICl, ICl 3 .
Хлорът и неговите съединения с положителна степен на окисление са силни окислители. През 1822 г. немският химик Леополд Гмелин чрез окисляване с хлор получава червено от жълта кръвна сол: 2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl. Хлорът лесно окислява бромидите и хлоридите с освобождаването на свободен бром и йод.
Хлорът в различни степени на окисление образува поредица от киселини: HCl - солна (солна, соли - хлориди), HClO - хипохлорна (соли - хипохлорити), HClO 2 - хлорид (соли - хлорити), HClO 3 - хлорна (соли - хлорати) , HClO 4 - хлор (соли - перхлорати). В чистата си форма от кислородните киселини само перхлорната киселина е стабилна. От соли на кислородни киселини, хипохлорити, натриев хлорит NaClO 2 - за избелване на тъкани, за производство на компактни пиротехнически източници на кислород („кислородни свещи“), калиеви хлорати (бертолетова сол), калций и магнезий (за борба с селскостопанските вредители, т.к. компоненти на пиротехнически състави и взривни вещества, при производството на кибрит), перхлорати - компоненти на взривни вещества и пиротехнически състави; амониевият перхлорат е компонент на твърдите ракетни горива.
Хлорът реагира с много органични съединения. Той бързо се добавя към ненаситени съединения с двойни и тройни въглерод-въглеродни връзки (реакцията с ацетилен протича с експлозия), а на светлина - към бензол. При определени условия хлорът може да замести водородните атоми в органичните съединения: R–H + Cl 2 ® RCl + HCl. Тази реакция е изиграла значителна роля в историята на органичната химия. През 1840-те френският химик Жан Батист Дюма открива, че когато хлорът реагира с оцетна киселина, реакцията
CH 3 COOH + Cl 2 ® CH 2 ClCOOH + HCl. При излишък от хлор се образува трихлороцетна киселина CCl 3 COOH. Въпреки това, много химици реагираха недоверчиво на работата на Дюма. Всъщност, според тогава общоприетата теория на Берцелиус, положително заредените водородни атоми не могат да бъдат заменени с отрицателно заредени хлорни атоми. Това мнение се поддържа по това време от много видни химици, сред които са Фридрих Вьолер, Юстус Либих и, разбира се, самият Берцелиус.
За да се подиграе на Дюма, Вьолер предава на приятеля си Либих статия от името на някакъв С. Виндлер (Швиндлер е мошеник на немски) за ново успешно приложение на реакцията, уж открита от Дюма. В статията Вьолер с очевидна подигравка пише за това как в манганов ацетат Mn (CH 3 COO) 2 е възможно всички елементи, в съответствие с тяхната валентност, да бъдат заменени с хлор, което води до жълто кристално вещество, състоящо се само от хлор . По-нататък се казваше, че в Англия, като се заменят последователно всички атоми в органичните съединения с хлорни атоми, обикновените тъкани се превръщат в хлорни и нещата запазват външния си вид. В бележка под линия се посочва, че лондонските магазини оживено търгуват с материал, състоящ се само от хлор, тъй като този материал е много добър за нощни шапки и топли гащи.
Реакцията на хлор с органични съединения води до образуването на много органохлорни продукти, сред които са широко използвани разтворители метилен хлорид CH 2 Cl 2, хлороформ CHCl 3, въглероден тетрахлорид CCl 4, трихлоретилен CHCl \u003d CCl 2, тетрахлоретилен4 C 2 . При наличие на влага хлорът обезцветява зелените листа на растенията, много оцветители. Това се използва от 18 век. за избелване на тъкани.
Хлорът като отровен газ.
Шеле, който получава хлор, отбелязва неговата много неприятна остра миризма, затруднено дишане и кашлица. Както се разбра по-късно, човек усеща миризма на хлор, дори ако един литър въздух съдържа само 0,005 mg от този газ, като в същото време той вече има дразнещ ефект върху дихателните пътища, унищожавайки клетките на лигавицата на дихателните пътища и белите дробове. Концентрацията от 0,012 mg / l е трудно поносима; ако концентрацията на хлор надвишава 0,1 mg / l, това става животозастрашаващо: дишането се ускорява, става конвулсивно и след това все по-рядко и след 5-25 минути дишането спира. Максимално допустимата концентрация във въздуха на промишлените предприятия е 0,001 mg / l, а във въздуха на жилищни райони - 0,00003 mg / l.
Петербургският академик Товий Егорович Ловиц, повтаряйки експеримента на Шийл през 1790 г., случайно изпусна значително количество хлор във въздуха. След като го вдишва, той губи съзнание и падна, след което в продължение на осем дни страдаше от непоносима болка в гърдите. За щастие той се възстанови. Почти умря, отровен от хлор, и известният английски химик Дейви. Експериментите дори с малко количество хлор са опасни, тъй като могат да причинят сериозно увреждане на белите дробове. Твърди се, че немският химик Егон Виберг започва една от лекциите си за хлора с думите: „Хлорът е отровен газ. Ако се отровя по време на друга демонстрация, моля, изведете ме на чист въздух. Но лекцията, за съжаление, ще трябва да бъде прекъсната. Ако пуснете много хлор във въздуха, това се превръща в истинско бедствие. Това е преживяно по време на Първата световна война от англо-френските войски. Сутринта на 22 април 1915 г. германското командване решава да извърши първата газова атака в историята на войните: когато вятърът духа към врага, клапаните на 5730 цилиндъра се отварят едновременно на малък шест километров фронт близо до белгийския град Ипр, всяка от които съдържаше 30 кг течен хлор. В рамките на 5 минути се образува огромен жълто-зелен облак, който бавно се отдалечава от германските окопи към съюзниците. Английските и френските войници бяха напълно беззащитни. Газът проникна през пукнатините във всички убежища, нямаше измъкване от него: все пак противогазът все още не беше изобретен. В резултат на това 15 000 души бяха отровени, от които 5 000 загинаха. Месец по-късно, на 31 май, германците повториха газовата атака на източния фронт срещу руските войски. Това се случи в Полша близо до град Болимов. В предната част на 12 км от 12 хиляди цилиндъра бяха изпуснати 264 тона смес от хлор с много по-отровен фосген (хлорид на въглеродната киселина COCl 2). Кралското командване знаеше какво се е случило в Ипр, но руските войници не са имали никакви средства за защита! В резултат на газовата атака загубите възлизат на 9146 души, от които само 108 - в резултат на пушки и артилерийски обстрел, останалите са отровени. В същото време почти веднага загинаха 1183 души.
Скоро химиците посочиха как да избягате от хлора: трябва да дишате през марлева превръзка, напоена с разтвор на натриев тиосулфат (това вещество се използва във фотографията, често се нарича хипосулфит). Хлорът реагира много бързо с разтвор на тиосулфат, като го окислява:
Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ® 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl. Разбира се, сярната киселина също не е безвредно вещество, но нейният разреден воден разтвор е много по-малко опасен от отровния хлор. Следователно тиосулфатът в онези години имаше друго име - "антихлор", но първите тиосулфатни противогази не бяха много ефективни.
През 1916 г. руският химик, бъдещият академик Николай Дмитриевич Зелински изобретява наистина ефективен противогаз, в който отровните вещества се задържат от слой от активен въглен. Такива въглища с много развита повърхност биха могли да задържат много повече хлор от марлята, импрегнирана с хипосулфит. За щастие "хлорните атаки" останаха само трагичен епизод в историята. След световната война хлорът има само мирни професии.
Използването на хлор.
Огромни количества хлор - десетки милиони тонове - се произвеждат годишно по целия свят. Само в САЩ до края на 20 век. годишно се получават около 12 милиона тона хлор чрез електролиза (10-то място сред химическата промишленост). Основната му част (до 50%) се изразходва за хлориране на органични съединения - за получаване на разтворители, синтетичен каучук, поливинилхлорид и други пластмаси, хлоропренов каучук, пестициди, лекарства и много други необходими и полезни продукти. Останалата част се изразходва за синтеза на неорганични хлориди, в целулозно-хартиената промишленост за избелване на дървесна маса, за пречистване на вода. В относително малки количества хлорът се използва в металургичната промишленост. С негова помощ се получават много чисти метали - титан, калай, тантал, ниобий. При изгаряне на водород в хлор се получава хлороводород, а от него - солна киселина. Хлорът се използва и за производството на избелващи агенти (хипохлорити, белина) и дезинфекция на водата чрез хлориране.
Иля Линсън
Основният индустриален метод за получаване на хлор е електролизата на концентриран разтвор на NaCl (фиг. 96). В този случай при анода се отделя хлор (2Сl' - 2e– = Сl 2), а водородът се отделя в катодното пространство (2Н + 2e - = H 2) и образува NaOH.
При лабораторното производство на хлор обикновено се използва действието на MnO 2 или KMnO 4 върху солна киселина:
MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
2KMnO 4 + 16HCl = 2KSl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O
По своята характерна химична функция хлорът е подобен на флуора – той също е активен едновалентен металоид. Въпреки това, неговата активност е по-малка от тази на флуора. Следователно, последният е в състояние да измести хлора от съединенията.
Взаимодействието на хлора с водорода според реакцията H 2 + Cl 2 \u003d 2HCl + 44 kcal
при нормални условия протича изключително бавно, но когато сместа от газове се нагрее или е силно осветена (пряка слънчева светлина, горящ магнезий и др.), реакцията е придружена от експлозия.
NaCl + H2SO4 \u003d NaHSO4 + HCl
NaCl + NaHS04 = Na2S04 + HCl
Първият от тях частично протича вече при нормални условия и почти напълно - при слабо нагряване; вторият се извършва само при по-високи температури. За извършване на процеса се използват механични пещи с висока производителност.
Cl 2 + H 2 O \u003d Hcl + HOCl
Като нестабилно съединение, HOCl се разлага бавно дори в такъв разреден разтвор. Солите на хипохлорната киселина се наричат хипохлорна киселина или хипохлорити. Самият HOCl и неговите соли са много силни окислители.
Най-лесният начин да се постигне това е чрез добавяне на алкали към реакционната смес. Тъй като, докато се образуват, йони H ще свързват йони OH "в недисоциирани водни молекули, равновесието ще се измести надясно. Използвайки например NaOH, имаме:
Cl2 + H2O<–––>HOCl + HCl
HOCl + HCl + 2NaOH –––> NaOCl + NaCl + 2H 2 O
или като цяло:
Cl 2 + 2NaOH –––> NaOCl + NaCl + H 2 O
Следователно в резултат на взаимодействието на хлора с алкален разтвор се получава смес от соли на хипохлорна и солна киселина. Полученият разтвор („вода от копчета“) има силни окислителни свойства и се използва широко за избелване на тъкани и хартия.
1) HOCl \u003d HCl + O
2) 2HOCl \u003d H 2 O + Cl 2 O
3) 3HOCl \u003d 2HCl + HClO 3
Всички тези процеси могат да протичат едновременно, но относителните им темпове силно зависят от съществуващите условия. Чрез промяна на последното е възможно да се гарантира, че трансформацията върви почти изцяло във всяка една посока.
Под действието на пряка слънчева светлина разлагането на хипохлорната киселина протича по първия от тях. Също така протича в присъствието на вещества, които могат лесно да добавят кислород, и някои катализатори (например кобалтови соли).
При втория тип разлагане се получава хлорен оксид (Cl 2 O). Тази реакция протича в присъствието на вещества, отстраняващи вода (например CaCl 2). Хлорният оксид е експлозивен кафяво-жълт газ (т.т. -121 ° C, bp + 2 ° C) с мирис, подобен на миризмата на хлор. Под действието на Cl 2 O върху водата се образува HOCl, т.е. хлорният оксид е анхидрид на хипохлорната киселина.
Разлагането на HOCl според третия тип протича особено лесно при нагряване. Следователно ефектът на хлора върху горещ алкален разтвор се изразява чрез общото уравнение:
ZCl 2 + 6KOH \u003d KClO 3 + 5KCl + 3H 2 O
2KSlO 3 + H 2 C 2 O 4 \u003d K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O + 2ClO 2
Образува се зеленикаво-жълт хлорен диоксид (g. pl. - 59 ° C, bp. + 10 ° C). Свободният ClO 2 е нестабилен и може да се разложи с
Зареждане...
