Kloori reaktsioonivõrrandite keemilised omadused. Sa tead, kuidas. Kloori koostoime orgaaniliste ainetega
MÄÄRATLUS
Kloor- perioodilise tabeli seitsmeteistkümnes element. Nimetus - Cl ladinakeelsest sõnast "chlorum". Asub kolmandas perioodis, VIIA rühm. Viitab mittemetallidele. Tuumalaeng on 17.
Kõige olulisem looduslik klooriühend on naatriumkloriid (lauasool) NaCl. Naatriumkloriidi põhimass leidub merede ja ookeanide vees. Paljude järvede veed sisaldavad ka märkimisväärses koguses NaCl. Seda leidub ka tahkel kujul, moodustades kohati maakoores paksu nn kivisoola kihi. Looduses on levinud ka teised klooriühendid, näiteks kaaliumkloriid mineraalide karnalliit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O ja silviit KCl kujul.
Tavatingimustes on kloor kollakasroheline gaas (joonis 1), mis lahustub vees hästi. Jahutamisel eralduvad vesilahustest kristalsed hüdraadid, mis on ligikaudse koostisega klaraadid Cl 2 × 6H 2 O ja Cl 2 × 8H 2 O.
Riis. 1. Kloor vedelas olekus. Välimus.
Kloori aatom- ja molekulmass
Elemendi suhteline aatommass on antud elemendi aatomi massi ja 1/12 süsinikuaatomi massi suhe. Suhteline aatommass on mõõtmeteta ja seda tähistatakse tähega A r (indeks “r” on ingliskeelse sõna relatiivne algustäht, mis tähendab “suhteline”). Aatomi kloori suhteline aatommass on 35,457 amu.
Molekulide massid ja ka aatomite massid on väljendatud aatommassi ühikutes. Aine molekulmass on molekuli mass, mida väljendatakse aatommassi ühikutes. Aine suhteline molekulmass on antud aine molekuli massi ja 1/12 süsinikuaatomi massi suhe, mille mass on 12 amu. On teada, et kloori molekul on kaheaatomiline - Cl 2. Kloori molekuli suhteline molekulmass on võrdne:
Mr (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.
Kloori isotoobid
On teada, et looduses võib kloori leida kahe stabiilse isotoobi kujul 35 Cl (75,78%) ja 37 Cl (24,22%). Nende massinumbrid on vastavalt 35 ja 37. Kloori isotoobi 35 Cl aatomi tuum sisaldab seitseteist prootonit ja kaheksateist neutronit ning isotoop 37 Cl sisaldab sama palju prootoneid ja kakskümmend neutronit.
Kloori tehislikke isotoope on massiarvuga 35–43, millest kõige stabiilsem on 36 Cl, mille poolestusaeg on 301 tuhat aastat.
Klooriioonid
Kloori aatomi välisenergia tasemel on seitse elektroni, mis on valentselektronid:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5.
Keemilise vastasmõju tulemusena võib kloor kaotada oma valentselektronid, s.t. olla nende doonor, ja muutuda positiivselt laetud ioonideks või võtta vastu elektrone mõnelt teiselt aatomilt, s.t. olla nende aktseptor ja muutuda negatiivselt laetud ioonideks:
Cl 0-7e → Cl 7+;
Cl 0-5e → Cl 5+;
Cl0-4e → Cl4+;
Cl0-3e → Cl3+;
Cl0-2e → Cl2+;
Cl0-1e → Cl1+;
Cl 0 +1e → Cl 1-.
Kloori molekul ja aatom
Kloori molekul koosneb kahest aatomist - Cl2. Siin on mõned klooriaatomit ja molekuli iseloomustavad omadused:
Näited probleemide lahendamisest
NÄIDE 1
| Harjutus | Kui suur kogus kloori tuleb võtta, et reageerida 10 liitri vesinikuga? Gaasid on samadel tingimustel. |
| Lahendus | Kirjutame kloori ja vesiniku vahelise reaktsiooni võrrandi: Cl2 + H2 = 2HCl. Arvutame reageerinud vesiniku aine koguse: n (H2) = V (H2) / Vm; n (H2) = 10/22,4 = 0,45 mol. Vastavalt võrrandile n (H 2) = n (Cl 2) = 0,45 mol. Seejärel on vesinikuga reageerinud kloori maht võrdne: |
Põhialarühma VII rühma elementide omadused, kasutades näitena kloori
Alarühma üldised omadused
Tabel 1. VIIA alarühma elementide nomenklatuur
P-elemendid, tüüpilised, mittemetallid (astatiin on poolmetall), halogeenid.
Elemendi Hal elektrondiagramm (Hal ≠ F):
VIIA alarühma elemente iseloomustavad järgmised valentsid:
Tabel 2. Valents
3. VIIA alarühma elemente iseloomustavad järgmised oksüdatsiooniastmed:
Tabel 3. Elementide oksüdatsiooniastmed
Keemilise elemendi omadused
Kloor on VII A rühma element. Seerianumber 17
Suhteline aatommass: 35,4527 a. e.m. (g/mol)
Prootonite, neutronite, elektronide arv: 17,18,17
Aatomi struktuur:
Elektrooniline valem:
Tüüpilised oksüdatsiooniastmed: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Ionisatsioonienergia: 1254,9 (13,01) kJ/mol (eV)
Elektronide afiinsus: 349 (kJ/mol)
Elektronegatiivsus Paulingu järgi: 3,20
Lihtaine omadused
Sideme tüüp: kovalentne mittepolaarne
Kaheaatomiline molekul
Isotoobid: 35 Cl (75,78%) ja 37 Cl (24,22%)
Kristallvõre tüüp: molekulaarne
Termodünaamilised parameetrid
Tabel 4
Füüsikalised omadused
Tabel 5
Keemilised omadused
Kloori vesilahus on tugevalt dismuteeritud ("kloorivesi")
1. etapp: Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl
2. etapp: HOCl = HCl + [O] – aatomhapnik
Oksüdeerimisvõime alarühmas väheneb fluorilt joodiks = ˃
Kloor on tugev oksüdeerija:
1. Koostoime lihtainetega
a) vesinikuga:
Cl2 + H2 = 2HCl
b) metallidega:
Cl2 + 2Na = 2NaCl
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3
c) mõne vähem elektronegatiivse mittemetalliga:
3Cl2 + 2P = 2PCl3
Cl 2 + S = SCl 2
Hapniku, süsiniku ja lämmastikuga, klooriga otse ei reageeri!
2. Koostoime keeruliste ainetega
a) veega: vt eespool
b) hapetega: ei reageeri!
c) leeliselahustega:
külmas: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O
kuumutamisel: 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
e) paljude orgaaniliste ainetega:
Cl2 + CH4 = CH3CI + HCl
C6H6 + Cl2 = C6H5CI + HCl
Olulisemad klooriühendid
Vesinikkloriid, vesinikkloriid(HCl) on värvitu, termiliselt stabiilne gaas (tavalistes tingimustes), terava lõhnaga, niiskes õhus aurab, lahustub kergesti vees (kuni 500 mahuosa gaasi vee mahu kohta), moodustades vesinikkloriidhapet (soolhapet). Temperatuuril –114,22 °C muutub HCl tahkeks olekuks. Tahkes olekus eksisteerib vesinikkloriid kahe kristalse modifikatsioonina: ortorombiline, allpool stabiilne ja kuubikujuline.
Vesinikkloriidi vesilahust nimetatakse vesinikkloriidhappeks. Vees lahustamisel toimuvad järgmised protsessid:
HCl g + H 2 O l = H 3 O + l + Cl − l
Lahustumisprotsess on väga eksotermiline. Veega moodustab HCl aseotroopse segu. See on tugev monoprootne hape. Interakteerub energeetiliselt kõigi metallidega pingereas vesinikust vasakul, aluseliste ja amfoteersete oksiidide, aluste ja sooladega, moodustades sooli - kloriidid:
Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O
Tugevate oksüdeerivate ainetega kokkupuutel või elektrolüüsi ajal on vesinikkloriidil redutseerivad omadused:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
Kuumutamisel oksüdeerub vesinikkloriid hapnikuga (katalüsaator - vask(II)kloriid CuCl 2):
4 HCl + O 2 → 2 H 2 O + 2 Cl 2
Kontsentreeritud vesinikkloriidhape reageerib aga vasega, moodustades ühevalentse vasekompleksi:
2 Cu + 4 HCl → 2 H + H2
Segu, mis koosneb 3 mahuosast kontsentreeritud vesinikkloriidhappest ja 1 mahuosast kontsentreeritud lämmastikhappest, nimetatakse "aqua regiaks". Aqua regia võib isegi kulda ja plaatinat lahustada. Aqua regia kõrge oksüdatiivne aktiivsus on tingitud nitrosüülkloriidi ja kloori olemasolust selles, mis on tasakaalus lähteainetega:
4 H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Klooriioonide kõrge kontsentratsiooni tõttu lahuses seostub metall kloriidikompleksiks, mis soodustab selle lahustumist:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
Vesinikkloriidi iseloomustavad ka liitumisreaktsioonid mitmele sidemele (elektrofiilne liitmine):
R-CH=CH2 + HCl → R-CHCl-CH3
R-C≡CH + 2 HCl → R-CCl2 -CH3
Klooroksiidid- kloori ja hapniku anorgaanilised keemilised ühendid üldvalemiga: Cl x O y.
Kloor moodustab järgmised oksiidid: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Lisaks on teada: lühiealine radikaal ClO, kloorperoksiidi radikaal ClOO ja kloortetroksiidi radikaal ClO 4 .
Allolev tabel näitab stabiilsete klooroksiidide omadusi:
Tabel 6
| Kinnisvara | Cl2O | ClO2 | ClOClO 3 | Cl 2 O 6 (l)↔2ClO 3 (g) | Cl2O7 |
| Värv ja seisukord toas. temperatuuri | Kollakaspruun gaas | Kollakasroheline gaas | Helekollane vedelik | Tumepunane vedelik | Värvitu vedelik |
| Kloori oksüdatsiooniaste | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| T. pl., °C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| Keemistemperatuur, °C | 2,0 | 44,5 | |||
| d(f, 0 °C), g*cm-3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| ΔH° proov (gaas, 298 K), kJ*mol -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| ΔG° proov (gaas, 298 K), kJ*mol -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| S° proov (gaas, 298 K), J*K -1 *mol -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Dipoolmoment μ, D | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
klooroksiid (I), Diklorooksiid, hüpokloorhappe anhüdriid - kloori ühend oksüdatsiooniastmes +1 hapnikuga.
Tavatingimustes on see pruunikaskollane gaas, millel on iseloomulik lõhn, mis meenutab kloori. Temperatuuril alla 2 °C on vedelik kuldpunast värvi. Mürgine: mõjutab hingamisteid. Laguneb spontaanselt aeglaselt:
Suurel kontsentratsioonil plahvatusohtlik. Tihedus tavatingimustes on 3,22 kg/m³. Lahustub süsiniktetrakloriidis. Vees lahustuv, moodustades nõrga hüpokloorhappe:
Reageerib kiiresti leelistega:
Cl 2 O + 2NaOH (lahjendatud) = 2NaClO + H 2 O
Kloordioksiid- happeoksiid. Vees lahustumisel moodustuvad kloor- ja perkloorhape (disproportsioonireaktsioon). Lahjendatud lahused on pimedas stabiilsed ja valguse käes lagunevad aeglaselt:
Kloordioksiid- klooroksiid ( IV), kloori ja hapniku ühend, valem: ClO 2.
Normaaltingimustes on ClO 2 iseloomuliku lõhnaga punakaskollane gaas. Temperatuuril alla 10 °C on ClO 2 punakaspruun vedelik. Madal stabiilsus, plahvatab valguse käes, kokkupuutel oksüdeerivate ainetega ja kuumutamisel. Lahustame vees hästi. Plahvatusohtlikkuse tõttu ei saa kloordioksiidi säilitada vedelikuna.
Happeline oksiid. Vees lahustumisel moodustuvad kloor- ja perkloorhape (disproportsioonireaktsioon). Lahjendatud lahused on pimedas stabiilsed ja valguse käes lagunevad aeglaselt:
Saadud kloorhape on väga ebastabiilne ja laguneb:
Avaldab redoksomadusi.
2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (lahjendatud) + 10FeSO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O
ClO 2 + 2NaOH külm. = NaClO 2 + NaClO 3 + H 2 O
ClO 2 + O 3 = ClO 3 + O 2
ClO 2 reageerib paljude orgaaniliste ühenditega ja toimib keskmise tugevusega oksüdeeriva ainena.
Hüpoklorohape- HClO, väga nõrk monoprootne hape, milles kloori oksüdatsiooniaste on +1. Esineb ainult lahendustes.
Vesilahustes laguneb hüpokloorhape osaliselt prootoniks ja hüpokloritaniooniks ClO − :
Ebastabiilne. Hüpoklorohape ja selle soolad - hüpokloritid- tugevad oksüdeerivad ained. Reageerib vesinikkloriidhappega HCl, moodustades molekulaarse kloori:
HClO + NaOH (lahjendatud) = NaClO + H 2 O 
Kloorhape- HClO 2, keskmise tugevusega ühealuseline hape.
Kloorhape HClO 2 vabal kujul on ebastabiilne, isegi lahjendatud vesilahuses laguneb kiiresti:
Leeliste poolt neutraliseeritud.
HClO 2 + NaOH (lahjem külm) = NaClO 2 + H 2 O
Selle happe anhüdriid pole teada.
Selle sooladest valmistatakse happelahus - kloritid moodustub ClO 2 interaktsiooni tulemusena leelisega:
Avaldab redoksomadusi.
5HClO2 + 3H2SO4 (lahjendatud) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Kloorhape- HClO 3, tugev ühealuseline hape, milles kloori oksüdatsiooniaste on +5. Ei saadud vabas vormis; vesilahustes kontsentratsiooniga alla 30% külmas on see üsna stabiilne; kontsentreeritumates lahustes laguneb:
Hüpoklorohape on tugev oksüdeerija; oksüdatsioonivõime suureneb kontsentratsiooni ja temperatuuri tõustes. HClO 3 redutseeritakse kergesti vesinikkloriidhappeks:
HClO3 + 5HCl (konts.) = 3Cl2 + 3H2O
HClO 3 + NaOH (lahjendatud) = NaClO 3 + H 2 O
Kui SO 2 ja õhu segu lastakse läbi tugevalt happelise lahuse, tekib kloordioksiid:
40% perkloorhappes süttib näiteks filterpaber.
8. Looduses viibimine:
Maakoores on kõige levinum halogeen kloor. Kuna kloor on väga aktiivne, esineb seda looduses ainult mineraalides sisalduvate ühenditena.
Tabel 7. Leidmine looduses
Tabel 7. Mineraalvormid
Suurimad kloorivarud sisalduvad merede ja ookeanide vete soolades.
Kviitung
Kloori tootmise keemilised meetodid on ebaefektiivsed ja kallid. Tänapäeval on neil peamiselt ajalooline tähendus. Võib saada kaaliumpermanganaadi reageerimisel vesinikkloriidhappega:
Scheele meetod
Algselt põhines tööstuslik kloori tootmise meetod Scheele meetodil, see tähendab pürolusiidi reaktsioonil vesinikkloriidhappega:
Diakoni meetod
Meetod kloori saamiseks vesinikkloriidi katalüütilise oksüdeerimise teel atmosfäärihapnikuga.
Elektrokeemilised meetodid
Tänapäeval toodetakse kloori tööstuslikus mastaabis koos naatriumhüdroksiidi ja vesinikuga lauasoola lahuse elektrolüüsi teel, mille põhiprotsesse saab esitada kokkuvõtliku valemiga:
Rakendus
· Kloori sisaldavatest polümeeridest valmistatud aknaprofiil
· Valgendite põhikomponendiks on Labarraco vesi (naatriumhüpoklorit)
· Polüvinüülkloriidi, plastiühendite, sünteetilise kummi tootmisel.
· Kloororgaaniliste ainete tootmine. Märkimisväärne osa toodetud kloorist kulub taimekaitsevahendite saamiseks. Üks tähtsamaid insektitsiide on heksaklorotsükloheksaan (tihti nimetatakse seda heksakloraaniks).
· Kasutatakse keemilise lahinguvahendina, samuti muude keemiliste sõjavahendite tootmiseks: sinepigaas, fosgeen.
· Vee desinfitseerimiseks – “kloorimine”.
· Toiduainetööstuses registreeritud toidu lisaainena E925.
· Vesinikkloriidhappe, valgendi, bertolleti soola, metallkloriidide, mürkide, ravimite, väetiste keemilisel tootmisel.
· Metallurgias puhaste metallide tootmiseks: titaan, tina, tantaal, nioobium.
· Päikese neutriinode indikaatorina kloori-argooni detektorites.
Paljud arenenud riigid püüavad piirata kloori kasutamist igapäevaelus, sealhulgas seetõttu, et kloori sisaldavate jäätmete põletamisel tekib märkimisväärne kogus dioksiine.
Füüsikalised omadused. Tavatingimustes on kloor terava lõhnaga kollakasroheline gaas, mis on mürgine. See on õhust 2,5 korda raskem. 1 mahus 20 kraadises vees. C lahustab umbes 2 mahuosa kloori. Seda lahust nimetatakse klooriveeks.
Atmosfäärirõhul kloor -34 kraadi juures. C läheb vedelasse olekusse ja -101 kraadi juures. C kõveneb. Toatemperatuuril muutub see vedelaks ainult rõhul 600 kPa (6 atm). Kloor lahustub hästi paljudes orgaanilistes lahustites, eriti süsiniktetrakloriidis, millega ta ei reageeri.
Keemilised omadused. Kloori aatomi välimine elektrooniline tase sisaldab 7 elektroni (s 2 p 5), seega lisab see kergesti elektroni, moodustades Cl - aniooni. Täitmata d-taseme olemasolu tõttu võib klooriaatomis tekkida 1, 3, 5 ja 7 paaritu elektroni, mistõttu hapnikku sisaldavates ühendites võib selle oksüdatsiooniaste olla +1, +3, +5 ja + 7.
Niiskuse puudumisel on kloor üsna inertne, kuid isegi niiskusjälgede olemasolul suureneb selle aktiivsus järsult. See suhtleb hästi metallidega:
2 Fe + 3 Cl 2 = 2 FeCl3 (raud(III)kloriid);
Cu + Cl 2 = CuCl 2 (vask(II)kloriid)
ja paljud mittemetallid:
H2 + Cl2 = 2 HCl (vesinikkloriid);
2S + Cl2 = S2Cl2 (väävelkloriid (1));
Si + 2Cl2 = SiCl4 (ränikloriid (IV));
2 P + 5 Cl 2 = 2 PCl 5 (fosfor(V)kloriid).
Kloor ei suhtle otseselt hapniku, süsiniku ja lämmastikuga.
Kui kloor lahustatakse vees, moodustub 2 hapet: vesinikkloriid või vesinikkloriid ja hüpokloorhape:
Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO.
Kui kloor reageerib külmade leeliste lahustega, moodustuvad nende hapete vastavad soolad:
Cl 2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O.
Saadud lahuseid nimetatakse Javeli veeks, millel on sarnaselt klooriveega tugevad oksüdeerivad omadused tänu ClO iooni olemasolule – ning seda kasutatakse kangaste ja paberi pleegitamiseks. Kuumade leeliste lahustega moodustab kloor vastavad vesinikkloriid- ja perkloorhappe soolad:
3 Cl 2 + 6 NaOH = 5 NaCl + NaClO 3 + 3 H 2 O;
3 Cl 2 + 6 KOH = 5 KCl + KClO 3 + 3 H 2 O.
Saadud kaaliumkloraati nimetatakse Berthollet' soolaks.
Kuumutamisel interakteerub kloor kergesti paljude orgaaniliste ainetega. Küllastunud ja aromaatsetes süsivesinikes asendab see vesinikku, moodustades orgaanilise klooriühendi ja vesinikkloriidi ning ühendab küllastumata süsivesinikud kaksiks- või kolmiksideme kohas.
Väga kõrgel temperatuuril eemaldab kloor süsinikust täielikult vesiniku. See tekitab vesinikkloriidi ja tahma. Seetõttu kaasneb süsivesinike kloorimisega kõrgel temperatuuril alati tahma teke.
Kloor on tugev oksüdeerija, mistõttu see interakteerub kergesti keerukate ainetega, mis sisaldavad elemente, mida saab oksüdeerida kõrgema valentsusolekuni:
2 FeCl2 + Cl2 = 2 FeCl3;
H2SO3 + Cl2 + H2O = H2SO4 + 2 HCl.
VENEMAA FÖDERATSIOONI Haridus- ja Teadusministeerium
Föderaalne riigieelarveline kõrgharidusasutus
IVANOVSK RIIKLIK KEEMILIS-TEHNOLOOGIAÜLIKOOL
TP ja MET osakond
Essee
Kloor: omadused, kasutamine, tootmine
Juht: Efremov A.M.
Ivanovo 2015
Sissejuhatus
Üldine teave kloori kohta
Kloori kasutamine
Kloori tootmise keemilised meetodid
Elektrolüüs. Protsessi kontseptsioon ja olemus
Kloori tööstuslik tootmine
Ohutusmeetmed kloori tootmisel ja keskkonnakaitses
Järeldus
Sissejuhatus
kloori keemilise elemendi elektrolüüs
Seoses kloori laialdase kasutamisega erinevates teadusvaldkondades, tööstuses, meditsiinis ja igapäevaelus on nõudlus selle järele viimasel ajal katastroofiliselt kasvanud. Kloori tootmiseks laboratoorsete ja tööstuslike meetodite abil on palju meetodeid, kuid neil kõigil on rohkem puudusi kui eeliseid. Kloori saamine näiteks vesinikkloriidhappest, mis on paljude keemia- ja muude tööstuste kõrvalsaadus ja jäätmed, või soolamaardlates kaevandatavast lauasoolast on üsna energiakulukas protsess, keskkonna seisukohast kahjulik ja väga elule ja tervisele ohtlik.
Praegu on väga pakiline probleem sellise kloori tootmise tehnoloogia väljatöötamisel, mis kõrvaldaks kõik ülaltoodud puudused ja millel oleks ka kõrge kloori saagis.
.Üldine teave kloori kohta
Kloori sai esimest korda 1774. aastal K. Scheele vesinikkloriidhappe reageerimisel pürolosiidi MnO2-ga. Kuid alles 1810. aastal tegi G. Davy kindlaks, et kloor on element ja nimetas selle klooriks (kreeka keelest chloros – kollakasroheline). Aastal 1813 pakkus J. L. Gay-Lussac sellele elemendile välja nimetuse "Kloor".
Kloor on D.I. Mendelejevi elementide perioodilisuse tabeli VII rühma element. Molekulmass 70,906, aatommass 35,453, aatomnumber 17, kuulub halogeenide perekonda. Tavalistes tingimustes on kaheaatomilistest molekulidest koosnev vaba kloor rohekaskollane mittesüttiv gaas, millel on iseloomulik terav ja ärritav lõhn. See on mürgine ja põhjustab lämbumist. Kokkusurutud kloorgaas muutub atmosfäärirõhul -34,05 °C juures merevaigukollaseks vedelikuks, tahkub -101,6 °C ja rõhul 1 atm. Tavaliselt on kloor 75,53% 35Cl ja 24,47% 37Cl segu. Normaaltingimustes on gaasilise kloori tihedus 3,214 kg/m3, see tähendab, et see on õhust ligikaudu 2,5 korda raskem.
Keemiliselt on kloor väga aktiivne, ühineb otseselt peaaegu kõigi metallidega (mõnedega ainult niiskuse juuresolekul või kuumutamisel) ja mittemetallidega (va süsinik, lämmastik, hapnik, inertgaasid), moodustades vastavad kloriidid, reageerib metallidega. paljusid ühendeid, asendab vesinikku küllastunud süsivesinikes ja liitub küllastumata ühenditega. Selle põhjuseks on selle rakenduste lai valik. Kloor tõrjub broomi ja joodi nende ühenditest vesiniku ja metallidega välja. Leelismetallid reageerivad niiskuse jälgede olemasolul klooriga süttimisel, enamik metalle reageerib kuiva klooriga ainult kuumutamisel. Teras, nagu ka mõned metallid, on madalatel temperatuuridel vastupidavad kuiva kloori atmosfäärile, seetõttu kasutatakse neid kuiva kloori seadmete ja hoidlate valmistamiseks. Fosfor süttib klooriatmosfääris, moodustades PCl3 ja edasisel kloorimisel PCl5. Väävel koos klooriga annab kuumutamisel S2Cl2, SCl2 ja muud SnClm. Arseen, antimon, vismut, strontsium, telluur reageerivad jõuliselt klooriga. Kloori ja vesiniku segu põleb värvitu või kollakasrohelise leegiga, moodustades vesinikkloriidi (see on ahelreaktsioon). Vesinikkloori leegi maksimaalne temperatuur on 2200°C. Kloori ja vesiniku segud, mis sisaldavad 5,8–88,5% H2, on plahvatusohtlikud ja võivad plahvatada valguse, elektrisädeme, kuumuse või teatud ainete (nt raudoksiidide) toimel.
Hapnikuga moodustab kloor oksiide: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, aga ka hüpokloriite (hüpokloorhappe soolad), kloritid, kloraate ja perkloraate. Kõik kloori hapnikuühendid moodustavad kergesti oksüdeeruvate ainetega plahvatusohtlikke segusid. Klooroksiidid on ebastabiilsed ja võivad spontaanselt plahvatada; hüpokloritid lagunevad ladustamise ajal aeglaselt; kloraadid ja perkloraadid võivad initsiaatorite mõjul plahvatada. Vees olev kloor hüdrolüüsib, moodustades hüpokloor- ja vesinikkloriidhapped: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Saadud kollakat lahust nimetatakse sageli klooriveeks. Leeliste vesilahuste kloorimisel külmas tekivad hüpokloritid ja kloriidid: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, kuumutamisel aga kloraadid. Kuiva kaltsiumhüdroksiidi kloorimisel tekib pleegitus. Kui ammoniaak reageerib klooriga, moodustub lämmastiktrikloriid. Orgaaniliste ühendite kloorimisel asendab kloor kas vesinikku või liitub mitmete sidemetega, moodustades erinevaid kloori sisaldavaid orgaanilisi ühendeid. Kloor moodustab teiste halogeenidega interhalogeenseid ühendeid. Kloorfluoriidid ClF, ClF3, ClF3 on väga reaktsioonivõimelised; näiteks ClF3 atmosfääris süttib klaasvill spontaanselt. Tuntud kloori ühendid hapniku ja fluoriga on kloori oksüfluoriidid: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 ja fluori perkloraat FClO4.
Kloor esineb looduses ainult ühendite kujul. Tema keskmine sisaldus maakoores on 1,7·10-2 massiprotsenti. Vee ränne mängib maakoore kloori ajaloos suurt rolli. Seda leidub Clionina maailma ookeanis (1,93%), maa-alustes soolvees ja soolajärvedes. Oma mineraalide (peamiselt looduslike kloriidide) arv on 97, millest peamine on haliit NaCl (kivisool). Tuntud on ka suured kaalium- ja magneesiumkloriidide ning segakloriidide lademed: silviniit KCl, silviniit (Na,K)Cl, karnaliit KCl MgCl2 6H2O, kainiit KCl MgSO4 3H2O, bishofiit MgCl2 6H2O. Maa ajaloos oli suur tähtsus vulkaanilistes gaasides sisalduva HCl-ga varustamine maakoore ülemiste osadega.
Kloori kvaliteedistandardid
Indikaatori nimetus GOST 6718-93 Kõrgeim klass Esimene klass Kloori mahuosa, mitte vähem kui, % 99.899.6 Vee massiosa, mitte rohkem kui % 0.010.04 Lämmastiktrikloriidi massiosa, mitte üle % 0.0020.004 Mass mittelenduva jäägi fraktsioon, mitte rohkem kui %0 ,0150,10
Kloori ladustamine ja transport
Erinevatel meetoditel toodetud kloori hoitakse spetsiaalsetes “paakides” või pumbatakse terassilindrilistesse (maht 10-250 m3) ja sfäärilistesse (maht 600-2000 m3) silindritesse omaenda aururõhul 18 kgf/cm2. Maksimaalsed ladustamismahud on 150 tonni. Surve all oleva vedela klooriga balloonidel on eriline värv - kaitsevärv. Kui klooriballoonis rõhk langeb, tekib äkiline gaasi eraldumine, mille kontsentratsioon on mitu korda kõrgem kui surmav. Tuleb märkida, et klooriballoone pikaajalisel kasutamisel koguneb neisse äärmiselt plahvatusohtlik lämmastiktrikloriid ja seetõttu tuleb aeg-ajalt klooriballoone regulaarselt pesta ja lämmastikkloriidist puhastada. Kloori transporditakse konteinerites, raudteetsisternides ja balloonides, mis on ajutiseks ladustamiseks.
2.Kloori kasutamine
Kloori tarbib eelkõige keemiatööstus erinevate orgaaniliste kloori derivaatide tootmiseks, mida kasutatakse plastide, sünteetiliste kummide, keemiliste kiudude, lahustite, putukamürkide jms tootmiseks. Praegu kasutatakse enam kui 60% ülemaailmsest klooritoodangust orgaaniliseks sünteesiks. Lisaks kasutatakse kloori vesinikkloriidhappe, valgendi, kloraatide ja muude toodete tootmiseks. Märkimisväärses koguses kloori kasutatakse metallurgias kloorimiseks polümetallimaakide töötlemisel, maakidest kulla ekstraheerimisel, samuti kasutatakse seda nafta rafineerimistööstuses, põllumajanduses, meditsiinis ja kanalisatsioonis, joogi- ja reovee neutraliseerimiseks. , pürotehnikas ja paljudes teistes rahvamajanduse valdkondades. Kloori kasutusalade arendamise tulemusena, peamiselt tänu orgaanilise sünteesi edukusele, on maailma klooritoodang üle 20 miljoni tonni aastas.
Peamised näited kloori kasutamisest ja kasutamisest erinevates teadusharudes, tööstuses ja kodumaistes vajadustes:
1.polüvinüülkloriidi, plastikühendite, sünteetilise kummi tootmisel, millest valmistatakse: traadi isolatsiooni, aknaprofiile, pakkematerjale, riideid ja jalanõusid, linoleumit ja plaate, lakke, seadmeid ja vahtplasti, mänguasju, instrumentide osi, ehitusmaterjale. Polüvinüülkloriid saadakse vinüülkloriidi polümerisatsioonil, mida tänapäeval toodetakse kõige sagedamini etüleenist kloori tasakaalustatud meetodil vaheühendi 1,2-dikloroetaani kaudu.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)pleegitusainena (kuigi “pleegitab” mitte kloor ise, vaid aatomhapnik, mis tekib hüpokloorhappe lagunemisel vastavalt reaktsioonile: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)kloororgaaniliste insektitsiidide tootmisel - ained, mis tapavad põllukultuuridele kahjulikke putukaid, kuid on taimedele ohutud (aldriin, DDT, heksakloraan). Üks tähtsamaid insektitsiide on heksaklorotsükloheksaan (C6H6Cl6).
)kasutatakse keemilise lahinguainena, aga ka muude keemiliste lahinguainete tootmiseks: sinepigaas (C4H8Cl2S), fosgeen (CCl2O).
)vee desinfitseerimiseks - "kloorimine". Levinuim joogivee desinfitseerimismeetod põhineb vaba kloori ja selle ühendite võimel pärssida redoksprotsesse katalüüsivate mikroorganismide ensüümsüsteeme. Joogivee desinfitseerimiseks kasutatakse kloori (Cl2), kloordioksiidi (ClO2), kloramiin (NH2Cl) ja valgendit (Ca(Cl)OCl).
)toiduainetööstuses on see registreeritud toidu lisaainena E925.
)seebikivi (NaOH) (kasutatakse rayoni tootmisel, seebitööstuses), vesinikkloriidhappe (HCl), valgendi, bertoliitsoola (KClO3), metallkloriidide, mürkide, ravimite, väetiste keemilisel tootmisel.
)metallurgias puhaste metallide tootmiseks: titaan, tina, tantaal, nioobium.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (temperatuuril 850 °C)
)Päikese neutriinode indikaatorina kloori-argooni detektorites ("Klooridetektori" idee päikeseneutriinode registreerimiseks pakkus välja kuulus nõukogude füüsik akadeemik B. Pontecorvo ja selle ellu viidi Ameerika füüsik R. Davis ja tema kaastöötajad. Püüdnud kinni 37 aatommassiga kloori isotoobi neutriino tuuma, muundub see isotoobi argoon-37 tuumaks, mis toodab ühe registreeritava elektroni.).
Paljud arenenud riigid püüavad piirata kloori kasutamist igapäevaelus, sealhulgas seetõttu, et kloori sisaldavate jäätmete põletamisel tekib märkimisväärne kogus dioksiine (võimaste mutageensete omadustega globaalsed ökotoksilised ained).
3.Kloori tootmise keemilised meetodid
Varem oli kloori tootmine keemiliste vahenditega Weldoni ja Deaconi meetodil laialt levinud. Nendes protsessides tekkis kloor vesinikkloriidi oksüdeerimisel, mis tekkis väävelhappe toimel lauasoolast naatriumsulfaadi tootmisel kõrvalsaadusena.
Weldoni meetodil ilmnev reaktsioon:
4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2
reaktsioon, mis ilmneb Deaconi meetodil:
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
Dikonovski protsessis kasutati katalüsaatorina vaskkloriidi, mille 50% lahus (mõnikord NaCl lisamisega) immutati poorse keraamilise kandjaga. Optimaalne reaktsioonitemperatuur sellisel katalüsaatoril oli tavaliselt vahemikus 430-490°. See katalüsaator on kergesti mürgitatud arseeniühenditega, millega koos moodustub mitteaktiivne vaskarsenaat, samuti vääveldioksiid ja vääveltrioksiid. Isegi väikeste koguste väävelhappe aurude olemasolu gaasis põhjustab kloori saagise järsu vähenemise järjestikuste reaktsioonide tulemusena:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Seega on väävelhape katalüsaator, mis soodustab Cl2 pöördkonversiooni HCl-ks. Seetõttu tuleb vesinikkloriidgaas enne vaskkatalüsaatoril oksüdeerimist põhjalikult puhastada lisanditest, mis vähendavad kloori saagist.
Diakoni installatsioon koosnes gaasisoojendist, gaasifiltrist ja terassilindrilise korpuse kontaktaparaadist, mille sees oli kaks kontsentriliselt paiknevat aukudega keraamilist silindrit; nendevaheline rõngakujuline ruum täidetakse katalüsaatoriga. Vesinikkloriid oksüdeeriti õhuga, nii et kloor lahjendati. Kontaktaparaati juhiti segu, mis sisaldas 25 mahuprotsenti HCl ja 75 mahuprotsenti õhku (~16 % O2), ning aparaadist väljuv gaas sisaldas umbes 8 % C12, 9 % HCl, 8 % veeauru ja 75 %. õhku. Sellist gaasi kasutati pärast HCl-ga pesemist ja väävelhappega kuivatamist tavaliselt valgendi tootmiseks.
Deakoni protsessi taastamine põhineb praegu vesinikkloriidi oksüdeerimisel mitte õhu, vaid hapnikuga, mis võimaldab saada kontsentreeritud kloori kõrge aktiivsusega katalüsaatorite abil. Saadud kloori-hapniku segu pestakse HC1 jääkidest järjestikku 36% ja 20% vesinikkloriidhappega ning kuivatatakse väävelhappega. Seejärel kloor vedeldatakse ja hapnik suunatakse protsessi tagasi. Kloor eraldatakse ka hapnikust, absorbeerides kloori rõhul 8 atm väävelkloriidiga, mis seejärel regenereeritakse 100% kloori saamiseks:
Сl2 + S2CI2
Kasutatakse madala temperatuuriga katalüsaatoreid, näiteks haruldaste muldmetallide sooladega aktiveeritud vaskdikloriidi, mis võimaldab protsessi läbi viia isegi 100 ° C juures ja suurendab seetõttu järsult HCl konversiooni astet Cl2-ks. Kroomioksiidkatalüsaatoril põletatakse HCl hapnikus temperatuuril 340-480 °C. Kirjeldatakse katalüsaatori kasutamist V2O5 segust leelismetallipürosulfaatide ja aktivaatoritega silikageelil temperatuuril 250–20 °C. Selle protsessi mehhanismi ja kineetikat on uuritud ning selle läbiviimiseks on loodud optimaalsed tingimused, eelkõige keevkihis.
Vesinikkloriidi oksüdeerimine hapnikuga viiakse läbi ka FeCl3 + KCl sula seguga kahes etapis, mis viiakse läbi eraldi reaktorites. Esimeses reaktoris oksüdeeritakse raudkloriid klooriks:
2FeCl3 + 1
Teises reaktoris regenereeritakse raud(III)kloriid raudoksiidist vesinikkloriidiga:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Raudkloriidi aururõhu vähendamiseks lisatakse kaaliumkloriid. Samuti tehakse ettepanek viia see protsess läbi ühes aparaadis, milles Fe2O3, KC1 ja inertsele kandjale sadestatud vasest, koobaltist või nikkelkloriidist koosnev kontaktmass liigub aparaadi ülevalt alla. Seadme ülaosas läbib see kuuma kloorimise tsooni, kus Fe2O3 muundatakse FeCl3-ks, interakteerudes HCl-ga, mis asub gaasivoolus, mis kulgeb alt üles. Seejärel langetatakse kontaktmass jahutustsooni, kus hapniku mõjul moodustub elementaarne kloor ja FeCl3 muutub Fe2O3-ks. Oksüdeeritud kontaktmass suunatakse tagasi kloorimistsooni.
Sarnane HCl kaudne oksüdeerimine Cl2-ks viiakse läbi vastavalt järgmisele skeemile:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Tehakse ettepanek toota samaaegselt kloori ja väävelhapet, juhtides HCl-d, O2-d ja suures liias SO2-d sisaldavat gaasi läbi vanaadiumikatalüsaatori temperatuuril 400 600 °C. Seejärel kondenseeritakse gaasist H2SO4 ja HSO3Cl ning SO3 absorbeeritakse väävelhappega, kloor jääb gaasifaasi. HSO3Cl hüdrolüüsitakse ja vabanenud HC1 suunatakse tagasi protsessi.
Oksüdeerimist teostavad veelgi tõhusamalt sellised oksüdeerivad ained nagu PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Kloori võib saada ka kloriidide oksüdeerimisel. Näiteks kui NaCl ja SO3 interakteeruvad, tekivad järgmised reaktsioonid:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl laguneb temperatuuril 275 °C. SO2 ja C12 gaaside segu saab eraldada kloori SO2Cl2 või CCl4 absorbeerimisega või selle rektifikatsiooniga, mille tulemusena saadakse aseotroopne segu, mis sisaldab 88 mol. % Cl2 ja 12 mol. %SO2. Aseotroopse segu saab täiendavalt eraldada, muundades SO2 SO2C12-ks ja eraldades kloori liia ning SO2Cl2, mis laguneb 200° juures SO2-ks ja Cl2-ks, mis lisatakse rektifikatsiooni saadetud segule.
Kloori võib saada kloriidi või vesinikkloriidi oksüdeerimisel lämmastikhappega, aga ka lämmastikdioksiidiga:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Teine võimalus kloori saamiseks on nitrosüülkloriidi lagunemine, mida saab saavutada selle oksüdeerimisega:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Samuti tehakse ettepanek näiteks oksüdeerida NOCl 75% lämmastikhappega, et saada kloori:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O
Kloori ja lämmastikdioksiidi segu eraldatakse, muutes NO2 nõrgaks lämmastikhappeks, mida seejärel kasutatakse protsessi esimeses etapis HCl oksüdeerimiseks, moodustades Cl2 ja NOCl. Peamine raskus selle protsessi läbiviimisel tööstuslikus mastaabis on korrosiooni kõrvaldamine. Seadmete materjalidena kasutatakse keraamikat, klaasi, pliid, niklit ja plasti. Seda meetodit kasutades USA-s 1952.–1953. Käitis töötas 75 tonni kloori võimsusega ööpäevas.
On välja töötatud tsükliline meetod kloori tootmiseks vesinikkloriidi oksüdeerimisel lämmastikhappega ilma nitrosüülkloriidi moodustumiseta vastavalt reaktsioonile:
2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O
Protsess toimub vedelas faasis temperatuuril 80°C, kloori saagis ulatub 100%-ni, NO2 saadakse vedelal kujul.
Hiljem asendati need meetodid täielikult elektrokeemilistega, kuid praegu taaselustatakse kloori tootmise keemilised meetodid uuel tehnilisel alusel. Kõik need põhinevad HCl (või kloriidide) otsesel või kaudsel oksüdatsioonil, kusjuures levinuim oksüdeerija on õhuhapnik.
Elektrolüüs. Protsessi kontseptsioon ja olemus
Elektrolüüs on elektrokeemiliste redoksprotsesside kogum, mis toimub elektroodidel alalisvoolu läbimisel sulamist või lahust, millesse on sukeldatud elektroodid.
Riis. 4.1. Elektrolüüsi käigus toimuvad protsessid. Elektrolüüsivanni diagramm: 1 - vann, 2 - elektrolüüt, 3 - anood, 4 - katood, 5 - toiteallikas
Elektroodid võivad olla mis tahes materjalid, mis juhivad elektrivoolu. Peamiselt kasutatakse metalle ja sulameid, mittemetallist elektroodid võivad olla näiteks grafiitvardad (või süsinik). Harvemini kasutatakse elektroodina vedelikke. Positiivse laenguga elektrood on anood. Negatiivselt laetud elektrood on katood. Elektrolüüsi käigus anood oksüdeerub (lahustub) ja katood redutseeritakse. Seetõttu tuleks anoodi võtta nii, et selle lahustumine ei mõjutaks lahuses või sulatis toimuvat keemilist protsessi. Sellist anoodi nimetatakse inertseks elektroodiks. Inertse anoodina võite kasutada grafiiti (süsinikku) või plaatinat. Katoodina võite kasutada metallplaati (see ei lahustu). Sobivad vask, messing, süsinik (või grafiit), tsink, raud, alumiinium, roostevaba teras.
Sulandite elektrolüüsi näited:
Soolalahuste elektrolüüsi näited:
(Anoodil oksüdeeruvad Cl? anioonid, mitte hapniku O? II veemolekulid, kuna kloori elektronegatiivsus on väiksem kui hapnikul ja seetõttu loovutab kloor elektrone kergemini kui hapnik)
Vee elektrolüüs viiakse alati läbi inertse elektrolüüdi juuresolekul (väga nõrga elektrolüüdi - vee - elektrijuhtivuse suurendamiseks):
Sõltuvalt inertsest elektrolüüdist viiakse elektrolüüs läbi neutraalses, happelises või aluselises keskkonnas. Inertse elektrolüüdi valimisel tuleb arvestada, et metallikatioonid, mis on tüüpilised redutseerijad (näiteks Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+), ei redutseerita kunagi katoodil vesikeskkonnas. oksohapete lahus ja hapnik O?II anioonid ei oksüdeeru kunagi anoodil kõrgeima oksüdatsiooniastmega elemendiga (näiteks ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), selle asemel oksüdeeritakse vesi.
Elektrolüüs hõlmab kahte protsessi: reageerivate osakeste migreerumine elektrivälja mõjul elektroodi pinnale ja laengu ülekandmine osakeselt elektroodile või elektroodilt osakesele. Ioonide migratsiooni määrab nende liikuvus ja transpordi arv. Mitme elektrilaengu ülekandmise protsess toimub reeglina üheelektroniliste reaktsioonide jada kujul, see tähendab etappide kaupa vaheosakeste (ioonide või radikaalide) moodustumisega, mis mõnikord eksisteerivad mõnda aega adsorbeeritud olekus elektroodil.
Elektroodide reaktsioonide kiirus sõltub:
elektrolüütide koostis
elektrolüütide kontsentratsioon
elektroodi materjal
elektroodi potentsiaal
temperatuuri
hüdrodünaamilised tingimused.
Voolutihedus on reaktsioonide kiiruse mõõt. See on vektorfüüsika, mille moodul määratakse juhis oleva voolutugevuse (ülekantud elektrilaengute arv ajaühikus) ja ristlõikepindala suhtega.
Faraday elektrolüüsiseadused on elektrokeemilistel uuringutel põhinevad kvantitatiivsed seosed ja aitavad määrata elektrolüüsi käigus tekkivate toodete massi. Kõige üldisemal kujul on seadused sõnastatud järgmiselt:
)Faraday esimene elektrolüüsi seadus: elektrolüüsi käigus elektroodile sadestunud aine mass on otseselt võrdeline sellele elektroodile kantud elektrihulgaga. Elektrikoguse all peame silmas elektrilaengut, mida mõõdetakse tavaliselt kulonides.
2)Faraday elektrolüüsi teine seadus: etteantud elektrikoguse (elektrilaengu) korral on elektroodile sadestunud keemilise elemendi mass otseselt võrdeline elemendi ekvivalentmassiga. Aine ekvivalentmass on selle molaarmass jagatud täisarvuga, olenevalt keemilisest reaktsioonist, milles aine osaleb.
Matemaatilisel kujul saab Faraday seadusi esitada järgmiselt:
kus m on elektroodile ladestunud aine mass grammides, kas ainet läbiv kogu elektrilaeng = 96 485,33(83) C mol?1 on Faraday konstant, on aine molaarmass (Näiteks molaar vee mass H2O = 18 g/mol), on aine ioonide valentsarv (elektronide arv iooni kohta).
Pange tähele, et M/z on sadestatud aine ekvivalentmass.
Faraday esimese seaduse puhul on M, F ja z konstandid, seega mida suurem on Q väärtus, seda suurem on m väärtus.
Faraday teise seaduse puhul on Q, F ja z konstandid, seega mida suurem on M/z väärtus (ekvivalentmass), seda suurem on m väärtus.
Kõige lihtsamal juhul põhjustab alalisvoolu elektrolüüs:
Vahelduva elektrivoolu keerukamal juhul on voolu kogulaeng Q I( ?) on aja jooksul kokku võetud? :
kus t on elektrolüüsi koguaeg.
Tööstuses viiakse elektrolüüsiprotsess läbi spetsiaalsetes seadmetes - elektrolüüsides.
Kloori tööstuslik tootmine
Praegu toodetakse kloori peamiselt vesilahuste, nimelt ühe vesilahuse elektrolüüsi teel
Kloori elektrolüütilise tootmise tooraineks on peamiselt lauasoola NaCl lahused, mis saadakse tahke soola lahustamisel, või looduslikud soolveed. Soolamaardlaid on kolme tüüpi: fossiilne sool (umbes 99% varudest); soolajärved, mille põhjasetetes on ise settiv sool (0,77%); ülejäänud on maa-alused lõhed. Lauasoola lahused sisaldavad olenemata nende valmistamisviisist lisandeid, mis kahjustavad elektrolüüsi protsessi. Tahke katoodiga elektrolüüsil mõjuvad eriti halvasti kaltsiumkatioonid Ca2+, Mg2+ ja SO42- anioonid ning vedelkatoodiga elektrolüüsil raskemetalle sisaldavate ühendite lisandid, nagu kroom, vanaadium, germaanium ja molübdeen.
Kloori elektrolüüsi kristalliline sool peab olema järgmise koostisega (%): naatriumkloriid mitte vähem kui 97,5; Mg2+ mitte rohkem kui 0,05; lahustumatu sete mitte rohkem kui 0,5; Ca2+ mitte rohkem kui 0,4; K+ mitte rohkem kui 0,02; SO42 - mitte rohkem kui 0,84; õhuniiskus mitte üle 5; raskmetallide segu (määratud amalgaamkatsega cm3 H2) mitte rohkem kui 0,3. Soolvee puhastamine toimub sooda (Na2CO3) ja lubjapiima lahusega (Ca(OH)2 suspensioon vees). Lisaks keemilisele puhastamisele vabastatakse lahused mehaanilistest lisanditest settimise ja filtreerimise teel.
Lauasoola lahuste elektrolüüs viiakse läbi tahke raud- (või teras) katoodiga vannides ning membraanide ja membraanidega, vedela elavhõbekatoodiga vannides. Kaasaegsete suurte klooripoodide varustamiseks kasutatavad tööstuslikud elektrolüsaatorid peavad olema suure jõudlusega, lihtsa konstruktsiooniga, kompaktsed, töökindlad ja stabiilsed.
Elektrolüüs toimub vastavalt järgmisele skeemile:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
kus Me on leelismetall.
Lauasoola elektrokeemilisel lagundamisel tahkete elektroodidega elektrolüsaatorites tekivad järgmised aluselised, pöörduvad ja pöördumatud ioonreaktsioonid:
lauasoola ja vee molekulide dissotsiatsioon (toimub elektrolüüdis)
NaCl-Na++Cl-
Klooriioonide oksüdatsioon (anoodil)
C1- - 2e- => C12
vesinikioonide ja veemolekulide redutseerimine (katoodil)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-
Ioonide ühendamine naatriumhüdroksiidi molekuliks (elektrolüüdis)
Na+ + OH- - NaOH
Kasulikud tooted on naatriumhüdroksiid, kloor ja vesinik. Kõik need eemaldatakse elektrolüsaatorist eraldi.
Riis. 5.1. Diafragma elektrolüüsi skeem
Tahketoodiga elektrolüsaatori õõnsus (joonis 3) on jagatud poorse
Esimesed tööstuslikud elektrolüsaatorid töötasid partiirežiimis. Neis olevad elektrolüüsiproduktid eraldati tsemendimembraaniga. Seejärel loodi elektrolüsaatorid, milles elektrolüüsiproduktide eraldamiseks kasutati kellakujulisi vaheseinu. Järgmises etapis ilmusid vooludiafragmaga elektrolüsaatorid. Nad ühendasid vastuvoolu põhimõtte ja eraldusmembraani, mis oli valmistatud asbestpapist. Järgmisena avastati paberitööstuse tehnoloogiast laenatud asbestmassist diafragma valmistamise meetod. See meetod võimaldas välja töötada elektrolüsaatorite konstruktsioonid suure voolukoormuse jaoks, millel on mitte-eemaldatav kompaktne sõrmkatoodi. Asbestimembraani kasutusea pikendamiseks tehakse ettepanek lisada selle koostisesse katte või sideme kujul mõningaid sünteetilisi materjale. Samuti tehakse ettepanek valmistada membraanid täielikult uutest sünteetilistest materjalidest. On tõendeid, et selliste kombineeritud asbesti-sünteetiliste või spetsiaalselt valmistatud sünteetiliste membraanide kasutusiga on kuni 500 päeva. Samuti töötatakse välja spetsiaalsed ioonivahetusmembraanid, mis võimaldavad saada väga madala naatriumkloriidi sisaldusega puhast seebikivi. Selliste diafragmade toime põhineb nende selektiivsete omaduste kasutamisel erinevate ioonide läbimiseks.
Varasemates konstruktsioonides eemaldati grafiidianoodide voolujuhtmete kontaktpunktid elektrolüüsi õõnsusest väljapoole. Seejärel töötati välja meetodid elektrolüüti sukeldatud anoodide kontaktosade kaitsmiseks. Neid tehnikaid kasutades loodi põhjavooluga tööstuslikud elektrolüsaatorid, milles anoodikontaktid paiknevad elektrolüsaatori õõnsuses. Neid kasutatakse tänapäeval kõikjal kloori ja seebikivi tootmiseks tahkel katoodil.
Lauasoola (puhastatud soolvee) küllastunud lahuse voog voolab pidevalt membraani elektrolüüsi anoodiruumi. Elektrokeemilise protsessi tulemusena eraldub lauasoola lagunemisel anoodil kloor ja vee lagunemisel katoodil vesinik. Kloor ja vesinik eemaldatakse elektrolüsaatorist ilma segamiseta, eraldi. Sel juhul on katoodilähedane tsoon rikastatud naatriumhüdroksiidiga. Katoodilähedase tsooni lahust, mida nimetatakse elektrolüütiliseks vedelaks ja mis sisaldab lagunemata lauasoola (ligikaudu pool soolveega tarnitavast kogusest) ja naatriumhüdroksiidi, eemaldatakse elektrolüsaatorist pidevalt. Järgmises etapis elektrolüütiline lahus aurustatakse ja NaOH sisaldus selles reguleeritakse vastavalt standardile 42-50%. Naatriumhüdroksiidi kontsentratsiooni suurenemisel sadestuvad lauasool ja naatriumsulfaat.
NaOH lahus dekanteeritakse kristallidest ja viiakse valmistootena üle lattu või leelissulatusastmesse, et saada tahke saadus. Kristalliline lauasool (pöördsool) suunatakse tagasi elektrolüüsi, valmistades nn pöördsoolvee. Sulfaadi akumuleerumise vältimiseks lahustesse eemaldatakse sulfaat sellest enne pöördsoolvee valmistamist. Lauasoola kadu kompenseeritakse soolakihtide maa-alusel leostumisel saadud värske soolvee lisamisega või tahke lauasoola lahustamisega. Enne segamist tagasivooluga soolveega puhastatakse värske soolvesi mehaanilistest suspensioonidest ning olulisest osast kaltsiumi- ja magneesiumioonidest. Saadud kloor eraldatakse veeaurust, pressitakse kokku ja suunatakse kas otse tarbijatele või kloori veeldamiseks. Vesinik eraldatakse veest, surutakse kokku ja edastatakse tarbijatele.
Membraanelektrolüüsis toimuvad samad keemilised reaktsioonid kui membraanelektrolüüsis. Poorse diafragma asemel kasutatakse katioonmembraani (joonis 5).
Riis. 5.2. Membraanelektrolüüsi skeem
Membraan takistab klooriioonide tungimist katolüüti (elektrolüüti katoodiruumis), mille tõttu saab seebikivi otse elektrolüüsis peaaegu ilma soolata, kontsentratsiooniga 30–35%. Kuna soola ei ole vaja eraldada, võimaldab aurustamine toota 50% kaubanduslikku seebikivi palju lihtsamalt ning väiksemate kapitali- ja energiakuludega. Kuna seebikivi membraaniprotsessis on palju suurema kontsentratsiooniga, kasutatakse katoodina kallist niklit.
Riis. 5.3. Elavhõbeda elektrolüsaatori skeem
Lauasoola lagunemise kogureaktsioon elavhõbeda elektrolüsaatorites on sama, mis membraanelektrolüüsiseadmetes:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Siin toimub see aga kahes etapis, kumbki eraldi aparaadis: elektrolüsaatoris ja lagundavas. Need on üksteisega struktuurselt ühendatud ja neid nimetatakse elektrolüütiliseks vanniks ja mõnikord ka elavhõbeda elektrolüüsiks.
Protsessi esimeses etapis - elektrolüsaatoris - toimub lauasoola elektrolüütiline lagunemine (selle küllastunud lahus suunatakse elektrolüsaatorisse), et anoodil tekiks kloor ja elavhõbekatoodil naatriumamalgaam vastavalt järgmisele reaktsioonile. :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
Lagundaja läbib protsessi teise etapi, mille käigus naatriumamalgaam muudetakse vee mõjul naatriumhüdroksiidiks ja elavhõbedaks:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
Kogu soolveega elektrolüsaatorisse sisestatud soolast siseneb reaktsiooni (2) ainult 15-20% tarnitud kogusest ja ülejäänud sool koos veega väljub elektrolüsaatorist kloranolüüdi - lahusena. lauasool vees, mis sisaldab 250-270 kg/m3 klooriga küllastunud NaCl. Elektrolüsaatorist väljuv “tugev amalgaam” ja vesi juhitakse lagundajasse.
Kõigi saadaolevate konstruktsioonide elektrolüsaator on valmistatud pika ja suhteliselt kitsa, kergelt kaldu teraskraavi kujul, mille põhjas voolab gravitatsiooni mõjul õhuke amalgaamikiht, mis on katood, ja anolüüt voolab peal. Soolvesi ja nõrk amalgaam juhitakse elektrolüsaatori ülemisest kõrgendatud servast läbi "sisselasketasku".
Tugev amalgaam voolab elektrolüsaatori alumisest otsast läbi "väljundtasku". Kloor ja kloranolüüt väljuvad koos toru kaudu, mis asub samuti elektrolüsaatori alumises otsas. Anoodid riputatakse kogu amalgaami voolupeegli või katoodi kohale 3-5 mm kaugusel katoodist. Elektrolüsaatori ülaosa on kaetud kaanega.
Levinud on kahte tüüpi lagundajaid: horisontaalne ja vertikaalne. Esimesed on valmistatud terasest kaldrenni kujul, mis on sama pikkusega kui elektrolüsaator. Amalgaami vool voolab mööda lagundaja põhja, mis on paigaldatud väikese nurga all. Sellesse voolu sukeldatakse grafiidist lagundaja otsik. Vesi liigub vastuvooluga. Amalgaami lagunemise tulemusena on vesi küllastunud söövitava ainega. Sööbiv lahus koos vesinikuga väljub lagundajast põhjas oleva toru kaudu ja kehv amalgaam või elavhõbe pumbatakse rakutaskusse.
Elektrolüüsivanni komplekt sisaldab lisaks elektrolüsaatorile, lagundajale, taskutele ja ülekandetorustikule elavhõbedapumpa. Kasutatakse kahte tüüpi pumpasid. Juhtudel, kui vannid on varustatud vertikaalse kääritiga või kui see on paigaldatud elektrolüsaatori alla, kasutatakse tavapäraseid kääritisse langetatud sukeldatavaid tsentrifugaalpumpasid. Vannide puhul, milles lagundaja on paigaldatud elektrolüsaatori kõrvale, pumbatakse amalgaam algset tüüpi koonilise pöörleva pumbaga.
Kõik elektrolüsaatori terasosad, mis puutuvad kokku kloori või kloranolüüdiga, on kaitstud spetsiaalse vulkaniseeritud kummikattega (kummimine). Kaitsev kummikiht ei ole täielikult vastupidav. Aja jooksul muutub see kloorituks ning muutub rabedaks ja praguneb temperatuuri mõjul. Perioodiliselt uuendatakse kaitsekihti. Kõik muud elektrolüüsivanni osad: lagundaja, pump, ülevoolud on valmistatud kaitsmata terasest, kuna ei vesinik ega söövitav lahus seda ei söövita.
Praegu on elavhõbeda elektrolüsaatorites kõige levinumad grafiidianoodid. Neid aga asendab ORTA.
6.Ohutusmeetmed kloori tootmisel
ja keskkonnakaitse
Ohu personalile kloori tootmisel määrab kloori ja elavhõbeda kõrge toksilisus, kloori ja vesiniku, vesiniku ja õhu plahvatusohtlike gaasisegude, samuti vedelas klooris sisalduvate lämmastiktrikloriidi lahuste tekkimise võimalus seadmetes. , kasutamine elektrolüsaatorite tootmisel - seadmed, millel on maa suhtes kõrgem elektripotentsiaal, selles tootmises toodetud söövitava leelise omadused.
0,1 mg/l kloori sisaldava õhu sissehingamine 30-60 minuti jooksul on eluohtlik. Üle 0,001 mg/l kloori sisaldava õhu sissehingamine ärritab hingamisteid. Kloori maksimaalne lubatud kontsentratsioon (MPC) asustatud alade õhus: ööpäeva keskmine 0,03 mg/m3, maksimaalne ühekordne 0,1 mg/m3, tööstusruumide tööpiirkonna õhus 1 mg/m3, lõhn tajulävi 2 mg/m3. Kontsentratsioonil 3-6 mg/m3 on tunda selget lõhna, silmade ja nina limaskestade ärritus (punetus), 15 mg/m3 - ninaneelu ärritus, 90 mg/m3 - intensiivsed köhahood. . Kokkupuude 120 - 180 mg/m3 30-60 minuti jooksul on eluohtlik, 300 mg/m3 korral on surm võimalik, kontsentratsioon 2500 mg/m3 põhjustab surma 5 minuti jooksul, kontsentratsioonil 3000 mg/m3 surm tekib pärast paari hingetõmmet . Kloori maksimaalne lubatud kontsentratsioon tööstuslike ja tsiviilotstarbeliste gaasimaskide filtreerimisel on 2500 mg/m3.
Kloori olemasolu õhus määratakse keemiliste luureseadmetega: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV indikaatortorude IT-44 (roosa värvus, tundlikkuse lävi 5 mg/m3), IT-45 (oranž värvus), aspiraatorite AM- abil. 5, AM- 0055, AM-0059, NP-3M kloori indikaatortorudega, universaalne gaasianalüsaator UG-2 mõõtepiirkonnaga 0-80 mg/m3, gaasidetektor "Kolion-701" vahemikus 0- 20 mg/m3. Avatud ruumis - SIP "KORSAR-X" seadmetega. Siseruumides - SIP "VEGA-M" seadmetega. Kloori eest kaitsmiseks rikete või hädaolukordade korral peavad kõik töökodades olevad inimesed omama ja viivitamatult kasutama "B" või "BKF" marki gaasimaske (v.a elavhõbeda elektrolüüsi töökojad), samuti kaitseriietust: riiet või kummeeritud ülikonnad, kummisaapad ja labakindad. Kloorivastaste gaasimaskide karbid tuleks värvida kollaseks.
Elavhõbe on mürgisem kui kloor. Selle aurude maksimaalne lubatud kontsentratsioon õhus on 0,00001 mg/l. See mõjutab inimkeha sissehingamisel ja kokkupuutel nahaga, samuti kokkupuutel amalgameeritud objektidega. Selle aurud ja pritsmed adsorbeerivad (imavad) riided, nahk ja hambad. Samal ajal aurustub elavhõbe temperatuuril kergesti; elektrolüüsitöökojas saadaval ja selle aurude kontsentratsioon õhus ületab kaugelt maksimaalselt lubatud. Seetõttu on vedelkatoodiga elektrolüüsitöökojad varustatud võimsa ventilatsiooniga, mis normaalse töö käigus tagab töökoja atmosfääris vastuvõetava elavhõbedaaurude kontsentratsiooni taseme. Sellest aga ohutuks tööks ei piisa. Samuti on vaja järgida nn elavhõbedadistsipliini: järgige elavhõbeda käitlemise reegleid. Nende järel läbivad töötajad enne tööle asumist sanitaarkontrolli, mille puhtasse ossa jätavad kodused riided ja panevad selga värskelt pestud pesu, mis on eririietus. Vahetuse lõppedes jäetakse üleriided ja määrdunud pesu sanitaarkontrolli ruumi määrdunud osasse ning sanitaarkontrolli ruumi puhtas osakonnas käivad töötajad duši all, pesevad hambaid ja panevad selga majapidamistarbed.
Töökodades, kus töötatakse kloori ja elavhõbedaga, tuleks kasutada marki “G” gaasimaski (gaasimaski kast on värvitud mustaks ja kollaseks) ja kummikindaid. pinnad tuleks läbi viia ainult veekihi all; Mahavalgunud elavhõbe tuleb kohe kanalisatsiooni alla pesta, kus on elavhõbedapüüdurid.
Keskkonda ohustavad kloori ja elavhõbedaaurude eraldumine atmosfääri, elavhõbeda soolade ja elavhõbedapiiskade, aktiivset kloori sisaldavate ühendite sattumine reovette ning pinnase mürgitus elavhõbedamudaga. Kloor satub atmosfääri õnnetuste käigus koos ventilatsiooniheitmete ja erinevate seadmete heitgaasidega. Elavhõbeda aur juhitakse ventilatsioonisüsteemide õhuga. Kloorisisalduse norm õhus atmosfääri sattumisel on 0,03 mg/m3. Seda kontsentratsiooni on võimalik saavutada, kui kasutatakse leeliselist mitmeastmelist heitgaasipesu. Elavhõbedasisalduse norm õhus atmosfääri sattumisel on 0,0003 mg/m3 ja reovees veekogudesse suunamisel 4 mg/m3.
Neutraliseerige kloor järgmiste lahustega:
lubjapiim, mille jaoks 1 massiosa kustutatud lubi valatakse 3 osasse vette, segatakse hoolikalt, seejärel valatakse peale lubjalahus (näiteks 10 kg kustutatud lubi + 30 liitrit vett);
5% sooda vesilahus, mille jaoks lahustatakse 2 massiosa soodat, segades 18 osa veega (näiteks 5 kg sooda + 95 liitrit vett);
Seebikivi 5% vesilahus, mille jaoks lahustatakse 2 massiosa seebikivi, segades 18 osa veega (näiteks 5 kg seebikivi + 95 liitrit vett).
Kui gaasiline kloor lekib, pihustatakse auru kustutamiseks vett. Veetarbimise määr ei ole standardiseeritud.
Vedela kloori lekkimisel piiratakse lekkekoht maavalliga ja täidetakse lubjapiima, sooda, seebikivi või veega. 1 tonni vedela kloori neutraliseerimiseks on vaja 0,6-0,9 tonni vett või 0,5-0,8 tonni lahuseid. 1 tonni vedela kloori neutraliseerimiseks on vaja 22-25 tonni lahuseid või 333-500 tonni vett.
Vee või lahuste pihustamiseks kasutatakse kastmis- ja tuletõrjeautosid, automaattanklaid (AT, PM-130, ARS-14, ARS-15), samuti keemiliselt ohtlikes rajatistes saadaolevaid hüdrante ja spetsiaalseid süsteeme.
Järeldus
Kuna laboratoorsete meetoditega saadud kloori kogused on selle toote pidevalt kasvava nõudlusega võrreldes tühised, pole mõtet nende kohta võrdlevat analüüsi teha.
Elektrokeemilistest tootmismeetoditest on kõige lihtsam ja mugavam elektrolüüs vedela (elavhõbeda) katoodiga, kuid sellel meetodil pole ka puudusi. See põhjustab märkimisväärset keskkonnakahju metallilise elavhõbeda ja kloorigaasi aurustumise ja lekkimise tõttu.
Tahke katoodiga elektrolüsaatorid välistavad elavhõbedaga keskkonnareostuse ohu. Uute tootmishoonete jaoks membraan- ja membraanelektrolüsaatorite vahel valides on eelistatav kasutada viimast, kuna need on säästlikumad ja annavad võimaluse saada kvaliteetsemat lõpptoodet.
Bibliograafia
1.Zaretsky S. A., Suchkov V. N., Zhivotinsky P. B. Anorgaaniliste ainete ja keemiliste vooluallikate elektrokeemiline tehnoloogia: õpik tehnikumi õpilastele. M..: Kõrgem. Kool, 1980. 423 lk.
2.Mazanko A.F., Kamaryan G.M., Romashin O.P. Tööstuslik membraanielektrolüüs. M.: kirjastus "Keemia", 1989. 240 lk.
.Pozin M.E. Mineraalsoolade tehnoloogia (väetised, pestitsiidid, tööstuslikud soolad, oksiidid ja happed), osa 1, toim. 4., rev. L., Kirjastus "Keemia", 1974. 792 lk.
.Fioshin M. Ya., Pavlov V. N. Elektrolüüs anorgaanilises keemias. M.: kirjastus "Nauka", 1976. 106 lk.
.Yakimenko L. M. Kloori, seebikivi ja anorgaaniliste klooritoodete tootmine. M.: kirjastus "Keemia", 1974. 600 lk.
Interneti-allikad
6.Kloori tootmise, ladustamise, transportimise ja kasutamise ohutusreeglid // URL: #"justify">7. Erakorralised keemiliselt ohtlikud ained // URL: #"justify">. Kloor: rakendus // URL: #"justify">.
Ükskõik kui negatiivselt me avalikke tualette ka ei suhtuks, loodus dikteerib oma reeglid ja me peame neid külastama. Lisaks looduslikele (antud koha jaoks) lõhnadele on veel üks levinud aroom ruumi desinfitseerimiseks kasutatav valgendi. See sai oma nime selle peamise toimeaine - Cl - tõttu. Õppime tundma seda keemilist elementi ja selle omadusi ning iseloomustame ka kloori positsiooni järgi perioodilisustabelis.
Kuidas see element avastati?
Kloori sisaldava ühendi (HCl) sünteesis esmakordselt 1772. aastal Briti preester Joseph Priestley.
Kaks aastat hiljem suutis tema Rootsi kolleeg Karl Scheele kirjeldada meetodit Cl eraldamiseks, kasutades vesinikkloriidhappe ja mangaandioksiidi vahelist reaktsiooni. See keemik aga ei saanud aru, et selle tulemusena sünteesiti uus keemiline element.
Teadlastel kulus peaaegu 40 aastat, et õppida, kuidas praktikas kloori toota. Seda tegi esmakordselt britt Humphry Davy aastal 1811. Samal ajal kasutas ta teistsugust reaktsiooni kui tema teoreetilised eelkäijad. Davy kasutas elektrolüüsi NaCl (enamusele tuntud kui lauasool) selle komponentideks lagundamiseks.
Pärast saadud aine uurimist mõistis Briti keemik, et see on elementaarne. Pärast seda avastust ei nimetanud Davy seda mitte ainult klooriks, vaid suutis ka kloori iseloomustada, kuigi see oli väga primitiivne.
Kloor muutus klooriks (kloor) tänu Joseph Gay-Lussacile ja on sellisel kujul tänapäeval olemas prantsuse, saksa, vene, valgevene, ukraina, tšehhi, bulgaaria ja mõnes muus keeles. Inglise keeles kasutatakse endiselt nimetust "chlorine" ning itaalia ja hispaania keeles "chloro".
Vaadeldavat elementi kirjeldas täpsemalt Jens Berzelius aastal 1826. Just tema suutis määrata selle aatommassi.
Mis on kloor (Cl)
Arvestades selle keemilise elemendi avastamise ajalugu, tasub selle kohta rohkem teada saada.
Nimi kloor on tuletatud kreekakeelsest sõnast χλωρός (“roheline”). Seda anti selle aine kollakasroheka värvuse tõttu
Kloor ise eksisteerib kaheaatomilise gaasina Cl2, kuid sellisel kujul seda looduses praktiliselt ei leidu. Sagedamini esineb see mitmesugustes ühendites.
Lisaks omapärasele toonile iseloomustab kloori magusakas-kirbe lõhn. Tegemist on väga mürgise ainega, seetõttu võib see õhku sattudes ja inimese või looma sissehingamisel põhjustada nende surma mõne minuti jooksul (olenevalt Cl kontsentratsioonist).
Kuna kloor on õhust peaaegu 2,5 korda raskem, asub see alati selle all, st maapinna lähedal. Sel põhjusel, kui kahtlustate Cl olemasolu, peaksite ronima nii kõrgele kui võimalik, kuna seal on selle gaasi kontsentratsioon madalam.
Samuti on erinevalt mõnest teisest mürgisest ainest kloori sisaldavatel ainetel iseloomulik värvus, mis võimaldab neid visuaalselt tuvastada ja meetmeid rakendada. Enamik standardseid gaasimaske aitab kaitsta hingamiselundeid ja limaskesti Cl eest. Täieliku ohutuse tagamiseks tuleb aga võtta kasutusele tõsisemad meetmed, sealhulgas mürgise aine neutraliseerimine.
Väärib märkimist, et keemiarelvad alustasid oma ajalugu kloori kui mürgise gaasi kasutamisega sakslaste poolt 1915. aastal. Ligi 200 tonni aine kasutamise tagajärjel sai mõne minutiga mürgistuse 15 tuhat inimest. Kolmandik neist suri peaaegu silmapilkselt, kolmandik sai püsivaid kahjustusi ja vaid 5 tuhandel õnnestus põgeneda.
Miks pole selline ohtlik aine ikka veel keelatud ja seda kaevandatakse igal aastal miljoneid tonne? See kõik puudutab selle eriomadusi ja nende mõistmiseks tasub kaaluda kloori omadusi. Lihtsaim viis seda teha on perioodilisustabeli kasutamine.
Kloori omadused perioodilises süsteemis
Kloor kui halogeen
Lisaks äärmisele toksilisusele ja teravale lõhnale (iseloomulik kõigile selle rühma esindajatele) on Cl vees hästi lahustuv. Praktiline kinnitus sellele on kloori sisaldavate pesuvahendite lisamine basseinivette.
Niiske õhuga kokkupuutel hakkab kõnealune aine suitsema.
Cl kui mittemetalli omadused
Kloori keemiliste omaduste kaalumisel tasub pöörata tähelepanu selle mittemetallilistele omadustele.
Sellel on võime moodustada ühendeid peaaegu kõigi metallide ja mittemetallidega. Näiteks on reaktsioon raua aatomitega: 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3.
Sageli on reaktsioonide läbiviimiseks vaja kasutada katalüsaatoreid. H2O võib seda rolli mängida.
Sageli on reaktsioonid Cl-ga endotermilised (neelavad soojust).
Väärib märkimist, et kristalsel kujul (pulbrina) interakteerub kloor metallidega ainult kõrge temperatuurini kuumutamisel.
Reageerides teiste mittemetallidega (va O 2, N, F, C ja inertgaasid) moodustab Cl ühendeid – kloriide.
O 2-ga reageerimisel tekivad äärmiselt ebastabiilsed oksiidid, mis on altid lagunema. Nendes võib Cl oksüdatsiooniaste avalduda vahemikus +1 kuni +7.
F-ga suheldes tekivad fluoriidid. Nende oksüdatsiooniaste võib olla erinev.
Kloor: aine omadused selle füüsikaliste omaduste poolest
Lisaks keemilistele omadustele on kõnealusel elemendil ka füüsikalised omadused.
Temperatuuri mõju Cl agregatsiooni olekule
Olles uurinud elemendi kloori füüsikalisi omadusi, saame aru, et see on võimeline muutuma erinevatesse agregatsiooni olekutesse. Kõik sõltub temperatuurist.
Tavalises olekus on Cl väga söövitavate omadustega gaas. Küll aga võib see kergesti vedeldada. Seda mõjutavad temperatuur ja rõhk. Näiteks kui see on 8 atmosfääri ja temperatuur on +20 kraadi Celsiuse järgi, on Cl 2 happekollane vedelik. See on võimeline seda agregatsiooniseisundit säilitama kuni +143 kraadini, kui ka rõhk jätkub.
Kui see jõuab -32 °C-ni, lakkab kloori olek sõltumast rõhust ja see jääb vedelaks.
Aine kristalliseerumine (tahke olek) toimub -101 kraadi juures.
Kus Cl looduses esineb?
Võttes arvesse kloori üldisi omadusi, tasub välja selgitada, kus sellist keerulist elementi looduses leidub.
Kõrge reaktsioonivõime tõttu ei leidu seda peaaegu kunagi puhtal kujul (sellepärast kulus teadlastel selle elemendi esmakordsel uurimisel selle sünteesi õppimiseks aastaid). Tavaliselt leidub Cl ühendites erinevates mineraalides: haliidis, silviidis, kainiitis, bishofiidis jne.
Kõige rohkem leidub seda mere- või ookeaniveest ekstraheeritud soolades.
Mõju kehale
Kloori omadusi arvesse võttes on juba korduvalt öeldud, et see on äärmiselt mürgine. Veelgi enam, aine aatomeid ei sisalda mitte ainult mineraalid, vaid ka peaaegu kõik organismid, alates taimedest kuni inimesteni.
Tänu oma erilistele omadustele läbivad Cl-ioonid teistest paremini rakumembraane (seetõttu asub üle 80% kogu inimkehas leiduvast kloorist rakkudevahelises ruumis).
Koos K-ga vastutab Cl vee-soola tasakaalu reguleerimise ja sellest tulenevalt osmootse võrdsuse eest.
Vaatamata sellisele olulisele rollile kehas tapab Cl 2 puhtal kujul kõik elusolendid – rakkudest tervete organismideni. Kuid kontrollitud annustes ja lühiajalise kokkupuute korral ei ole tal aega kahju tekitada.
Viimase väite ilmekas näide on mis tahes bassein. Nagu teate, desinfitseeritakse sellistes asutustes vett Cl-ga. Veelgi enam, kui inimene külastab sellist asutust harva (üks kord nädalas või kuus), on ebatõenäoline, et ta kannatab selle aine vees. Selliste asutuste töötajad, eriti need, kes veedavad peaaegu terve päeva vees (päästjad, instruktorid), põevad aga sageli nahahaigusi või on nõrgenenud immuunsusega.
Selle kõigega seoses tuleks pärast basseinide külastamist kindlasti duši all käia – et pesta nahalt ja juustelt maha võimalikud kloorijäägid.
Cl kasutamine inimestel
Pidades meeles kloori omadustest, et see on "kapriisne" element (mis puutub koostoimesse teiste ainetega), on huvitav teada, et seda kasutatakse tööstuses üsna sageli.
Esiteks kasutatakse seda paljude ainete desinfitseerimiseks.
Cl kasutatakse ka teatud tüüpi pestitsiidide valmistamisel, mis aitab säästa põllukultuure kahjurite eest.
Selle aine võime suhelda peaaegu kõigi perioodilisustabeli elementidega (mis on iseloomulik kloorile kui mittemetallile) aitab selle abil eraldada teatud tüüpi metalle (Ti, Ta ja Nb), aga ka lupja ja vesinikkloriidhapet. .
Lisaks kõigele eelnevale kasutatakse Cl tööstuslike ainete (polüvinüülkloriid) ja ravimite (kloorheksidiin) tootmisel.
Tasub mainida, et tänaseks on leitud tõhusam ja ohutum desinfitseerimisvahend - osoon (O 3). Selle tootmine on aga kallim kui kloor ja see gaas on veelgi ebastabiilsem kui kloor (füüsikaliste omaduste lühikirjeldus 6-7 punktis). Seetõttu saavad vähesed inimesed lubada endale kloorimise asemel osoonimist.
Kuidas kloori toodetakse?
Tänapäeval on selle aine sünteesimiseks tuntud palju meetodeid. Kõik need jagunevad kahte kategooriasse:
- Keemiline.
- Elektrokeemiline.
Esimesel juhul saadakse Cl keemilise reaktsiooni tõttu. Praktikas on need aga väga kulukad ja ebatõhusad.
Seetõttu eelistab tööstus elektrokeemilisi meetodeid (elektrolüüs). Neid on kolm: diafragma, membraani ja elavhõbeda elektrolüüs.