KLÓR: ELŐZMÉNYEK, TULAJDONSÁGOK, SZERKEZET, KOCKÁZATOK, FELHASZNÁLÁSOK - KÉMIA - 2026

A klór egy kémiai elem, amelyet a Cl szimbólum jelöl. A halogének második része, amely a fluor alatt helyezkedik el, és a harmadik leginkább elektronegatív elem. A neve sárgászöld színéből származik, amely intenzívebb, mint a fluorid.

Népszerûen, amikor valaki meghallja az Ön nevét, elõször a ruhák fehérítésére és az uszodavízre gondol. Noha a klór hatékonyan működik ezekben a példákban, nem a gáz, hanem a vegyületek (különösen a hipoklorit) fejtik ki a fehérítő és fertőtlenítő hatást.

Kerek lombik gáznemű klórral. Forrás: Larenmclane

A felső képen klórgázzal ellátott kerek lombik látható. Sűrűsége nagyobb, mint a levegőé, ami megmagyarázza, hogy miért marad a lombikban, és nem kerül ki a légkörbe; amint más könnyebb gázokkal történik, mondjuk hélium vagy nitrogén. Ebben az állapotban rendkívül mérgező anyag, mivel sósavat termel a tüdőben.

Ezért az elemi vagy gáz halmazállapotú klórnak nincs sok felhasználása, kivéve néhány szintézist. Ugyanakkor vegyületei, legyenek azok sók vagy klórozott szerves molekulák, jó felhasználási repertoárt fednek le, túllépve az úszómedencéken és a rendkívül fehér ruházaton.

Hasonlóképpen, atomjai klorid-anionok formájában találhatók testünkben, szabályozva a nátrium-, kalcium- és káliumszintet, valamint a gyomornedvben. Ellenkező esetben a nátrium-klorid lenyelése még halálosabb lenne.

A klórt sóoldat nátrium-kloridban gazdag sóoldat elektrolízisével állítják elő, olyan ipari eljárás során, amelyben nátrium-hidroxidot és hidrogént is előállítanak. És mivel a tengerek ennek a sónak szinte kimeríthetetlen forrása, ennek az elemnek a potenciális tartaléka a hidroszférában nagyon nagy.

Történelem

Első megközelítések

A klórgáz magas reakcióképessége miatt az ősi civilizációk soha nem gyanították annak létezését. Vegyületei azonban az ókorban az emberiség kultúrájának részét képezték; története a közönséges sóhoz kötődik.

Másrészt a klór a vulkáni kitörésekből és amikor valaki aranyat oldott fel az aqua regia-ban; Az első megközelítések egyike sem volt elegendő ahhoz, hogy megfogalmazza azt az érvet, hogy a sárgászöld gáz elem vagy vegyület.

Felfedezés

A klór felfedezését Carl Wilhelm Scheele svéd vegyésznek tulajdonítják, aki 1774-ben végrehajtotta a reakciót az ásványi pirolusit és a sósav (az akkori nevén muriatic sav) között.

Scheele megkapja a hitelt, mivel ő volt az első tudós, aki a klór tulajdonságait tanulmányozta; bár ezt korábban (1630) elismerte Jan Baptist van Helmont.

A kísérletek, amelyekkel Scheele megfigyeléseit végezte, érdekes: értékelte a klór fehérítő hatását a vöröses és kékes virágszirmokra, valamint a növények és rovarok azonnali elhalására.

Hasonlóképpen, beszámolta a fémek magas reakcióképességéről, fojtogató szagról és a tüdőre gyakorolt ​​nemkívánatos hatásáról, valamint arról, hogy ha vízbe oldják, savassága növekszik.

Oxigurátsav

Addigra a vegyészek úgy tekintették, hogy egy sav olyan vegyület, amely oxigént tartalmaz; tehát tévesen gondoltak arra, hogy a klórnak gáznemű oxidnak kell lennie. Így hívták azt „oximuriatic savnak” (muriatic sav oxide), amelyet a híres francia kémikus, Antoine Lavoisier készített.

Aztán 1809-ben Joseph Louis Gay-Lussac és Louis Jacques Thénard megkísérelte csökkenteni ezt a savat faszénnel; A reakció során fémeket nyertek oxidjaikból. Ily módon akarták kinyerni az állítólagos oxiurátsav kémiai elemét (amelyet „muriatic sav-eltávolító levegőnek” neveztek).

Gay-Lussac és Thénard azonban kudarcot vallottak kísérleteik során; de helyesen mérlegelték annak lehetőségét, hogy a sárgászöld gáznak kémiai elemnek kell lennie, és nem vegyületnek.

Az elem elismerése

A klór kémiai elemként való elismerését Sir Humphry Davynak köszönhetjük, aki 1810-ben saját szén-elektródokkal végzett kísérleteit végezte el és arra a következtetésre jutott, hogy a muriatinsav ilyen oxidja nem létezik.

És ráadásul Davy hozta létre ennek az elemnek a „klór” nevét a görög „klór” szóból, amely sárgászöldre utal.

A klór kémiai tulajdonságainak tanulmányozásakor számos vegyületének sós jellegűnek bizonyult; ezért „halogénnek” neveztek, ami sóképzőt jelent. Ezután a halogén kifejezést használták ugyanazon csoport többi elemével (F, Br és I).

Michael Faradaynak még a klórt is sikerült cseppfolyósítani szilárd anyaggá, amely a vízzel való szennyezés miatt a Cl ₂ · H ₂ O hidrátot képezte.

A klórtörténet fennmaradó része a fertőtlenítő és fehérítő tulajdonságokkal függ össze, míg a sóoldat elektrolízise ipari folyamatáig nem fejlődik, hogy hatalmas mennyiségű klórt nyerjen.

Fizikai és kémiai tulajdonságok

Fizikai megjelenés

Sűrű, átlátszatlan, sárgás-zöld gáz, irritáló, kellemetlen szaggal (a kereskedelemben kapható klór szigorúan továbbfejlesztett változata), és szintén rendkívül mérgező.

Atomszám (Z)

17

Atomsúly

35,45 u.

Hacsak másként nem jelezzük, a többi tulajdonságok megfelelnek az mennyiségek mért molekuláris klórt, Cl ₂.

Forráspont

-34,04 ° C

Olvadáspont

-101,5 ºC

Sűrűség

- Normál körülmények között, 3,2 g / L

- Csak forráspontban, 1,5624 g / ml

Vegye figyelembe, hogy a folyékony klór körülbelül ötször annyira sűrű, mint a gázé. Gőzének sűrűsége 2,49-szer nagyobb, mint a levegő sűrűsége. Ezért az első képen a klór nem hajlandó kijutni a kerek lombikból, mivel a levegőnél sűrűbb alján található. Ez a tulajdonság még veszélyesebb gázzá teszi.

A fúziós hő

6,406 kJ / mol

A párolgás hője

20,41 kJ / mol

Moláris hőkapacitás

33,95 J / (mol K)

Vízben való oldhatóság

1,46 g / 100 ml 0 ° C-on

Gőznyomás

7,67 atm 25 ° C-on Ez a nyomás viszonylag alacsony más gázokkal összehasonlítva.

elektronegativitás

3.16 a Pauling skálán.

Ionizációs energiák

-Első: 1251,2 kJ / mol

-Második: 2298 kJ / mol

- Harmadik: 3822 kJ / mol

Hővezető

8,9 10 ^-3 W / (m K)

Izotóp

A klór a természetben elsősorban két izotóp formájában fordul elő: ³⁵ Cl-ot, 76% -os bázissal és ³⁷ Cl, 24% -os bázissal. Így az atomtömeg (35,45 u) e két izotóp atomtömegének átlaga, a megfelelő bőségszázalékkal.

Az összes klórradioizotóp mesterséges, ezek közül a ³⁶ Cl a legstabilabb, 300 000 éves felezési idővel.

Oxidációs számok

A klórnak különféle oxidációs száma vagy állapota lehet, ha egy vegyület része. Mivel a periódusos rendszer egyik leginkább elektronegatív atomja, általában negatív oxidációs számmal rendelkezik; kivéve akkor, ha oxigénné vagy fluort fut be, amelynek oxidjaiban és fluoridjaiban el kell veszítenie az elektronokat.

Oxidációs számaikban feltételezzük, hogy az ionok létezése vagy jelenléte ugyanolyan nagyságrendű. Így: -1 (Cl ^-, a híres klorid-anion), +1 (Cl ⁺), +2 (Cl ²⁺), +3 (Cl ³⁺), +4 (Cl ⁴⁺), +5 (Cl ⁵⁺), +6 (Cl ⁶⁺) és +7 (Cl ^{7 +}). Ezek közül -1, +1, +3, +5 és +7 a leggyakoribb a klórozott vegyületekben.

Például, ClF és ClF ₃ oxidációs számok klórt +1 (Cl ⁺ F ^-) és +3 (Cl ³⁺ F ₃ ^-). A Cl ₂ O, ez +1 (Cl ₂ ⁺ O ^2-); míg a ClO _2- ban a Cl ₂ O ₃ és a C ₂ O ₇ értéke +4 (Cl ⁴⁺ O ₂ ²), +3 (Cl ₂ ³⁺ O ₃ ²) és + 7 (Cl ₂ ^{7 +)} Vagy ₇ ^2-).

Ezzel szemben az összes kloridban a klór oxidációs száma -1; mint a NaCl (Na ⁺ Cl ^-) esetében, ahol helyénvaló azt mondani, hogy Cl ^- ennek a sónak a ionos jellege miatt létezik.

Felépítés és elektronikus konfiguráció

Klór molekula

Diatomikus klór-molekula térbeli töltési modell segítségével. Forrás: Benjah-bmm27 a Wikipedia segítségével.

A klóratomok alapállapotukban a következő elektronikus konfigurációval rendelkeznek:

3s ² 3p ⁵

Ezért mindegyiknek hét valencia elektronja van. Hacsak nem vannak túlterhelt energiával, az űrben különálló Cl-atomok lesznek, mintha zöld gömbök lennének. Természetes hajlandóságuk az, hogy kovalens kötéseket képezzenek közöttük, ezáltal kiegészítve valencia-oktetteiket.

Vegye figyelembe, hogy csak egy elektronra van szükségük, hogy nyolc vegyértékértékű elektronuk legyen, tehát egyetlen egyszerű kötést képeznek; ez, az egyik, hogy csatlakozik két Cl atom, hogy megteremtse a Cl ₂ molekula (felső kép), Cl-CI. Ezért a klór normál és / vagy földi körülmények között molekuláris gáz; nem monatomikus, mint a nemesgázok esetében.

Intermolekuláris interakciók

A Cl ₂ molekula Homonukleáris és apoláris, így a intermolekuláris kölcsönhatások szabályozzák a londoni szórási erők és molekuláris tömegeket. A gázfázisban a Cl ₂ -Cl ₂ távolsága viszonylag rövid a többi gázhoz képest, ami tömegéhez adva háromszor sűrűbb gázzá teszi a levegőt.

A fény gerjesztheti és elősegítheti az elektronikus átmeneteket a Cl ₂ molekuláris pályáin; következésképpen a jellegzetes sárgászöld színe megjelenik. Ez a szín folyékony állapotban felerősödik, majd megszilárdulásakor részlegesen eltűnik.

A hőmérséklet csökkenésével (-34 ºC) a Cl ₂ molekulák elveszítik a kinetikus energiát, és a Cl _2- Cl ₂ távolság csökken; ezért ezek összekapcsolódnak, és végül meghatározzák a folyékony klórt. Ugyanez történik, ha a rendszert hűtjük még (-101 ° C), most a Cl ₂ molekulák olyan közel egymáshoz, hogy ezek határozzák meg egy rombos kristályos.

Az a tény, hogy klórkristályok léteznek, azt jelzi, hogy diszpergáló erõik elég irányosak ahhoz, hogy szerkezeti mintát hozzanak létre; azaz, a molekuláris réteg Cl ₂. Ezeknek a rétegeknek a szétválasztása olyan, hogy szerkezetük még 64 GPa nyomáson sem változik, és nem mutatnak elektromos vezetőképességet.

Hol található és szerezhető be

Kloridsók

Robusztus halites kristályok, közismert nevén közönséges só vagy asztali só. Forrás: Géry szülő

Gáznemű klór nem található a Föld felszínén sehol, mivel nagyon reakcióképes és kloridokat képez. Ezek a kloridok jól elterjedtek az egész földkéregben, és ezenkívül, miután milliókat szenvedtek el az esők, gazdagítják a tengereket és az óceánokat.

Az összes klorid közül az ásványi halit NaCl-je (felső kép) a leggyakoribb és legszélesebb; ezt követően a szilvin, a KCl és a karnalit, az MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O. klór előállításához.

Sóoldat elektrolízise

A nátrium-klorid vízben oldódik, sóoldatot kapva (26%), amelyet elektrolízisnek vetnek alá klóralkális cellában. Két anamid és katód rekeszben két félreakció zajlik:

2Cl ^- (aq) => Cl ₂ (g) + 2e ^- (anód)

2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2OH ^- (aq) + H ₂ (g) (katód)

És mindkét reakció globális egyenlete:

2NaCl (aq) + 2H ₂ O (l) => 2NaOH (aq) + H ₂ (g) + Cl ₂ (g)

A reakció előrehaladtával az anódnál képződött Na ⁺ -ionok átjárható azbesztmembránon keresztül migrálnak a katódtérbe. Ezért a NaOH a globális egyenlet jobb oldalán található. Mindkét gázt, Cl ₂ és H ₂, gyűjtenek az anód és a katód, ill.

Az alábbi kép azt illusztrálja, amit éppen írtak:

A klór előállításának vizes sóoldat ábrája. Forrás: Jkwchui

Megjegyezzük, hogy a koncentráció a sóoldat és a végén csökken 2% (át 24-26%), ami azt jelenti, hogy része az anionok Cl ^- eredeti molekulákkal vált Cl ₂. Végül ennek a folyamatnak az iparosítása során módszert kaptunk klór, hidrogén és nátrium-hidroxid előállítására.

A pirolusit savas oldódása

Amint azt a történelem szakaszában említik, klórgáz előállítható úgy, hogy a pirolusit ásványi mintákat sósavval oldják fel. A következő kémiai egyenlet mutatja a reakcióból nyert termékeket:

MnO ₂ (s) + 4HCl (aq) => MnCI ₂ (aq) + 2H ₂ O (l) + Cl ₂ (g)

ötvözetek

A klórötvözetek nem léteznek két egyszerű okból: gáznemű molekuláik nem maradhatnak csapdában a fémkristályok között, és szintén nagyon reakcióképesek, így azonnal reagálnak fémekkel, hogy előállítsák a megfelelő kloridjaikat.

Másrészt a kloridok sem kívánatosak, mivel a vízben való feloldás után sós hatást fejtenek ki, amely elősegíti az ötvözetek korrózióját; ezért a fémek feloldódnak és fémkloridokká alakulnak. Az ötvözetek korróziós folyamata különbözik; egyesek hajlamosabbak, mint mások.

A klór tehát egyáltalán nem jó adalékanyag ötvözetekhez; sem mint Cl ₂, sem Cl ^- (és a Cl atomok lenne túl reakcióképes, hogy is létezik).

kockázatok

Noha a klór vízoldékonysága alacsony, elegendő sósav előállítása a bőrünk és a szemünk nedvességében, amely a szövetek korrodálódását okozza, súlyos irritációt okozva, sőt látásvesztést okozva.

Még ennél is rosszabb a sárgás zöldes gőzök légzése, mivel a tüdőben egyszer savakat generál és károsítja a tüdőszövetét. Ezzel az embernek fáj a torok, köhögés és nehéz légzés a tüdőben képződő folyadékok miatt.

Klórszivárgás esetén különösen veszélyes helyzetbe kerülsz: a levegő nem képes egyszerűen "elmosni" gőzét; ott maradnak, amíg lassan reagálnak vagy szétszóródnak.

Ezen túlmenően erősen oxidáló vegyület, így különféle anyagok robbanásveszélyes reakcióba léphetnek vele a legkisebb érintkezésnél; mint az acélgyapot és az alumínium. Éppen ezért a klór tárolásakor minden szükséges mérlegelést meg kell fontolni a tűzveszély elkerülése érdekében.

Ironikus módon, míg a klórgáz halálos, klorid-anionja nem mérgező; Fogyasztható (mérsékelten), nem ég és nem reagál, kivéve fluort és más reagenseket.

Alkalmazások

Szintézis

Az évente előállított klórgáz körülbelül 81% -át szerves és szervetlen kloridok szintézisére használják. Mértékétől függően a covalence ezen vegyületek, a klór megtalálható puszta Cl atomot klórozott szerves molekulák (a C-Cl kötés), vagy mint Cl ^- ionok néhány klorid-sók (nátrium-klorid, kalcium-klorid ₂, MgCI ₂, stb.).

Ezen vegyületek mindegyikének megvan a maga alkalmazása. Például, kloroform (CHCI ₃) és etil-klorid (CH ₃ CH ₂ Cl) olyan oldószerek, amelyek jöttek kell használni, mint inhalációs érzéstelenítők; diklór-metán (CH ₂ Cl ₂) és szén-tetraklorid (CCU ₄), a maguk részéről, olyan oldószerek, széles körben használják a szerves kémiában laboratóriumokban.

Ha ezek a klórozott vegyületek folyékonyak, akkor általában oldószerként használják őket szerves reakcióközegekhez.

Más vegyületekben a klóratomok jelenléte megnöveli a dipólmomentumot, így ezek nagyobb mértékben kölcsönhatásba léphetnek egy poláris mátrixszal; egy fehérjékből, aminosavakból, nukleinsavakból stb., biomolekulákból áll. A klór tehát szerepet játszik gyógyszerek, rovarirtók, rovarirtók, fungicidek szintézisében is.

Ami szervetlen kloridok, ezek általában használják katalizátorként, a nyersanyag beszerzésének fémek előállítása elektrolízissel, vagy források Cl ^- ionok.

Biológiai

A gáznemű vagy elemi klór az élőlényekben csak a szövetek elpusztításában játszik szerepet. Ez azonban nem azt jelenti, hogy atomjai nem találhatók a testben. Például a Cl ^- ionok nagyon bőségesek a sejtes és az extracelluláris környezetben, és elsősorban a Na ⁺ és Ca ²⁺ ionok szintjének szabályozására szolgálnak.

Hasonlóképpen, a sósav a gyomornedv része, amellyel az ételt a gyomorban emésztjük; azok Cl ^- ionok, a cég a H ₃ O ⁺, határozza meg a pH közel 1 ilyen váladékok.

Vegyi fegyverek

A klórgáz sűrűsége halálos anyaggá teszi azt, ha ömlött vagy zárt vagy nyitott terekbe öntik. Mivel a levegőnél sűrűbb, az áram egyáltalán nem hordoz klórt, így hosszú ideig fennmarad, mielőtt végül eloszlik.

Az I. világháborúban például ezt a klórt használták a csatatéreken. Miután elengedték, behatolhat az árkokba, hogy megfojtsa a katonákat és kényszerítse őket felszínre.

Fertőtlenítő

A medencéket klóroztuk, hogy megakadályozzuk a mikroorganizmusok szaporodását és terjedését. Forrás: Pixabay.

A klórozott oldatok, amelyekben a klórgázt vízben oldják, majd pufferral lúgossá teszik, kiváló fertőtlenítő tulajdonságokkal rendelkeznek, és gátolják a szövetek puffadását. Ezeket a nyitott sebek fertőtlenítésére használták a patogén baktériumok eltávolítása céljából.

Az uszoda vizét pontosan klórozják, hogy kiküszöböljék a baktériumokat, mikrobákat és parazitákat, amelyek benne tárolhatják. Erre a célra használt klórgáz, ennek hatása viszonylag agresszív. Ehelyett nátrium-hipoklorit oldatokat (fehérítő) vagy triklór-izocianursav (TCA) tablettákat használnak.

A következő azt mutatja, hogy ez nem Cl ₂ fejt ki a fertőtlenítő intézkedés de HCIO, hipoklorit-sav, amely termel O gyököket, amelyek elpusztítják a mikroorganizmusokat.

Fehérítő

A klór, a fertőtlenítő hatásához hasonlóan, fehéríti az anyagokat is, mivel a színekért felelős színezőanyagokat a HClO lebontja. Így a klórozott oldatok ideálisak a fehér ruhák foltok eltávolítására vagy a papírpép fehérítésére.

Polivinil-klorid

Az egyik legfontosabb klórvegyület, amely a fennmaradó klórgáztermelés 19% -át teszi ki, a polivinil-klorid (PVC). Ennek a műanyagnak többféle felhasználása van. Ezzel vízcsövek, ablakkeretek, fal- és padlóburkolatok, elektromos vezetékek, IV zsákok, bevonatok stb. Készülnek.

Irodalom

1. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. (Negyedik kiadás). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Klór. Helyreállítva: en.wikipedia.org
3. H. H. et al. (2018). Szilárd klór szerkezete 1,45-nél. GPaZeitschrift für Kristallographie. Kristályos anyagok, 234. évfolyam, 4. kiadás, 277–280. Oldal, ISSN (Online) 2196–7105, ISSN (nyomtatás) 2194–4946, DOI: doi.org/10.1515/zkri-2018-2145
4. Országos Biotechnológiai Információs Központ. (2019). Klór. PubChem adatbázis. CID = 24526. Helyreállítva: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Marques Miguel. (Sf). Klór. Helyreállítva: nautilus.fis.uc.pt
6. Amerikai Kémia Tanács. (2019). Klórkémia: Bevezetés a klórba. Helyreállítva: chlorine.americanchemistry.com
7. Fong-Yuan Ma. (Nd). A kloridok korróziós hatásai a fémekre. Tengeri Műszaki Tanszék, az NTOU Kínai Köztársaság (Tajvan).
8. New York állam. (2019). A klórral kapcsolatos tények. Helyreállítva: health.ny.gov
9. Dr. Doug Stewart. (2019). Klór elem tények. Chemicool. Helyreállítva: chemicool.com