Хлор
Другие рефераты
ХЛОР
ХЛОР (лат. Chlorum), Cl - химический элемент VII группы периодической
системы Менделеева, атомный номер 17, атомная масса 35,453; относится к
семейству галогенов. При нормальных условиях (0 °С, 0,1 Мн/м2) жёлто-
зелёный газ с резким раздражающим запахом. Природный хлор состоит из двух
стабильных изотопов: 35Cl (75,77%) и 37Cl (24,23%). Искусственно получены
радиоактивные изотопы с массовыми числами 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 и
периодами полураспада Т1/2 соответственно 0,31; 2,5; 1,56 сек; 3,1*105 лет;
37,3; 55,5 и 1,4 мин. 36Cl и 38Cl используются как изотопные индикаторы.
Историческая справка.
Xлор получен впервые в 1774 К. Шееле взаимодействием соляной кислоты с
пиролюзитом МnO2. Однако, только в 1810 Г. Дэви установил, что хлор -
элемент и назвал его chlorine (от греческого chloros - жёлто-зелёный). В
1813 Ж.Л. Гей-Люссак предложил для этого элемента название хлор.
Распространение в природе.
Xлор встречается в природе только в виде соединений. Среднее содержание
хлора в земной коре 1,7*10-2% по массе, в кислых изверженных породах -
гранитах 2,4*10-2, в основных и ультраосновных 5*10-3. Основную роль в
истории хлора в земной коре играет водная миграция. В виде иона Cl- он
содержится в Мировом океане (1,93%), подземных рассолах и соляных озерах.
Число собственных минералов (преимущественно природных хлоридов) 97,
главный из них - галит NаCl. Известны также крупные месторождения хлоридов
калия и магния и смешанных хлоридов: сильвин КCl, сильвинит (Nа, К) Cl,
карналлит КCl*МgCl2*6Н2О, каинит КCl*МgSO4*ЗН2О, бишофит МgCl2*6Н2О. В
истории Земли большое значение имело поступление содержащегося в
вулканических газах НCl в верхние части земной коры.
Физические и химические свойства.
Xлор имеет tкип - 34,05 °С, tпл - 101 °С. Плотность газообразного
хлора при нормальных условиях 3,214 г/л; насыщенного пара при 0 °С 12,21
г/л; жидкого хлора при температуре кипения 1,557 г/см3; твёрдого хлора при
-102 °С 1,9 г/см3. Давление насыщенных паров хлора при 0 °С 0,369; при 25
°С 0,772; при 100 °С 3,814 Мн/м2 или соответственно 3,69; 7,72; 38,14
кгс/см2. Теплота плавления 90,3 кдж/кг (21,5 кал/г); теплота испарения 288
кдж/кг (68,8 кал/г); теплоёмкость газа при постоянном давлении 0,48
кдж/(кг*К) [0,11 кал/(г*°С)]. Xлор хорошо растворяется в ТiСl4, SiCl4,
SnCl4 и некоторых органических растворителях (особенно в гексане и
четырёххлористом углероде). Молекула хлора двухатомна (Cl2). Степень
термической диссоциации Cl2+243 кдж ( 2Cl при 1000 К равна 2,07*10-4%, при
2500 К 0.909%.
Внешняя электронная конфигурация атома Сl Зs2 3р5. В соответствии с
этим хлор в соединениях проявляет степени окисления -1, +1, +3, +4, +5, +6
и +7. Ковалентный радиус атома 0,99А, ионный радиус Сl- 1,82А, сродство
атома хлора к электрону 3,65 эв, энергия ионизации 12,97 эв.
Химически хлор очень активен, непосредственно соединяется почти со
всеми металлами (с некоторыми только в присутствии влаги или при
нагревании) и с неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода, инертных
газов), образуя соответствующие хлориды, вступает в реакцию со многими
соединениями, замещает водород в предельных углеводородах и присоединяется
к ненасыщенным соединениям. Хлор вытесняет бром и иод из их соединений с
водородом и металлами; из соединений хлора с этими элементами он
вытесняется фтором. Щелочные металлы в присутствии следов влаги
взаимодействуют с хлором с воспламенением, большинство металлов реагирует с
сухим хлором только при нагревании. Сталь, а также некоторые металлы стойки
в атмосфере сухого хлора в условиях невысоких температур, поэтому их
используют для изготовления аппаратуры и хранилищ для сухого хлора. Фосфор
воспламеняется в атмосфере хлора, образуя РСl3, а при дальнейшем
хлорировании - РСl5; сера с хлором при нагревании дает S2Сl2, SСl2 и другие
SnClm. Мышьяк, сурьма, висмут, стронций, теллур энергично взаимодействуют с
хлором. Смесь хлора с водородом горит бесцветным или желто-зеленым пламенем
с образованием хлористого водорода (это цепная реакция).
Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200 °С. Смеси
хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3% Н2, взрывоопасны.
С кислородом хлор образует окислы: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, а
также гипохлориты (соли хлорноватистой кислоты), хлориты, хлораты и
перхлораты. Все кислородные соединения хлора образуют взрывоопасные смеси с
легко окисляющимися веществами. Окислы хлора малостойки и могут
самопроизвольно взрываться, гипохлориты при хранении медленно разлагаются,
хлораты и перхлораты могут взрываться под влиянием инициаторов.
Xлор в воде гидролизуется, образуя хлорноватистую и соляную кислоты:
Сl2 + Н2О ( НСlО + НСl. При хлорировании водных растворов щелочей на холоду
образуются гипохлориты и хлориды: 2NаОН + Сl2 = NаСlO + NаСl + Н2О, а при
нагревании - хлораты. Хлорированием сухой гидроокиси кальция получают
хлорную известь. При взаимодействии аммиака с хлором образуется
трёххлористый азот. При хлорировании ограниченных соединений хлор либо
замещает водород: R—Н + Сl2 = RСl + НСl, либо присоединяется по кратным
связям:
С=С + Сl2 ( СlС—ССl
образуя различные хлорсодержащие органические соединения.
Xлор образует с другими галогенами межгалогенные соединения. Фториды
СlF, СlF3, СlF5 очень реакционноспособны; например, в атмосфере СlF3
стеклянная вата самовоспламеняется. Известны соединения хлора с кислородом
к фтором - оксифториды хлора: СlО3F, СlО2F3, СlOF, СlОF3 и перхлорат фтора
FСlO4.
Получение.
Xлор начали производить в промышленности в 1785 взаимодействием соляной
кислоты с двуокисью марганца или пиролюзитом. В 1867 английский химик Г.
Дикон разработал способ получения хлора окислением НСl кислородом воздуха п
присутствии катализатора. С конца 19 - начала 20 веков хлор получают
электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов. По этим методам в
70-х годах 20 века производится 90 - 95% хлора в мире. Небольшие количества
хлора получаются попутно при производстве магния, кальция, натрия и лития
электролизом расплавленных хло ридов. В 1975 году мировое производство
хлора составляло около 23 млн. тонн. Применяются два основных метода
электролиза водных растворов NаСl: 1) в электролизёрах с твёрдым катодом и
пористой фильтрующей диафрагмой; 2) в электролизёрах с ртутным катодом. По
обоим методам на графитовом или окисном титано-рутениевом аноде выделяется
газообразный хлор. По первому методу на катоде выделяется водород и
образуется раствор NаОН и NаСl, из которого последующей переработкой
выделяют товарную каустическую соду. По второму методу на катоде образуется
амальгама натрия, при её разложении чистой водой в отдельном аппарате
получаются раствор NаОН, водород и чистая ртуть, которая вновь идёт в
производство. Оба метода дают на 1 тонну хлора 1,125 тонны NаОН.
Электролиз с диафрагмой требует меньших капиталовложений для
организации производства хлора, дает более дешёвый NаОН. Метод с ртутным
катодом позволяет получать очень чистый NаОН, но потери ртути загрязняют
окружающую среду. В 1970 по методу с ртутным катодом производилось 62,2%
мировой выработки хлора, с твёрдым катодом 33,6% и прочими способами 4,3%.
После 1970 начали применять электролиз с твёрдым катодом и ионообменной
мембраной, позволяющий получать чистый NаОН без использования ртути.
Применение.
Одной из важных отраслей химической промышленности является хлорная
промышленность. Основные количества хлора перерабатываются на месте его
производства в хлорсодер жащие соединения. Хранят и перевозят хлор в жидком
виде в баллонах, бочках, железнодорожных цистернах или в специально
оборудованных судах. Для индустриальных стран характерно следующее
примерное потребление хлора: на производство хлорсодержа щих органических
соединений - 60 - 75%; неорганических соединений, содержащих хлор, -10 -
20%; на отбелку целлюлозы и тканей - 5 - 15%; на санитарные нужды и
хлорирование воды - 2 - 6% от общей выраобтки.
Xлор применяется также для хлорирования некоторых руд с целью
извлечения титана, ниобия, циркония и других.
Хлор в организме.
Xлор - один из биогенных элементов, постоянный компонент тканей
растений и животных. Содержание хлора в растениях (много хлора в галофитах)
- от тысячных долей процента до целых процентов, у животных - десятые и
сотые доли процента. Суточная потребность взрослого человека в хлоре, (2 -
4 г) покрывается за счёт пищевых продуктов. С пищей хлор поступает обычно в
избытке в виде хлорида натрия и хлорида калия. Особенно богаты хлором хлеб,
мясные и молочные продукты. В организме животных хлор - основное
осмотически активное вещество плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости
и некоторых тканей. Играет роль в водно-солевом обмене, способствуя
удержанию тканями воды. Регуляция кислотно-щелочного равновесия в тканях
осуществляется наряду с другими процессами путём изменения в распределении
хлора между кровью и другими тканями, хлор участвует в энергетическом
обмене у растений, активируя как окислительное фосфорилирование, так и
фотофосфорилирование. Xлор положительно влияет на поглощение корнями
кислорода. Xлор н
| |  скачать работу |
Другие рефераты
|
