Klooria esiintyy luonnossa kaasumaisessa tilassa ja vain yhdisteiden muodossa muiden kaasujen kanssa. Normaalia lähellä olevissa olosuhteissa se on vihertävä, myrkyllinen, syövyttävä kaasu. Sillä on enemmän painoa kuin ilmalla. On makea tuoksu. Kloorimolekyyli sisältää kaksi atomia. Se ei pala levossa, mutta korkeissa lämpötiloissa se on vuorovaikutuksessa vedyn kanssa, minkä jälkeen räjähdys on mahdollinen. Tämän seurauksena vapautuu fosgeenikaasua. Erittäin myrkyllinen. Joten jopa alhaisella pitoisuudella ilmassa (0,001 mg / 1 dm3) voi aiheuttaa kuoleman. Ei-metallisen kloorin pääominaisuus on, että se on ilmaa raskaampaa, joten se on aina lattian lähellä kellertävänvihreän sumun muodossa.
Historiatietoa
Ensimmäistä kertaa käytännössä tämän aineen sai K. Schelee vuonna 1774 yhdistämällä kloorivetyhappoa ja pyrolusiittia. Kuitenkin vasta vuonna 1810 P. Davy pystyi luonnehtimaan klooria ja osoittamaan, että seerillinen kemiallinen alkuaine.
On syytä huomata, että Joseph Priestley pystyi vuonna 1772 saamaan kloorivetyä - kloorin ja vedyn yhdisteen, mutta kemisti ei voinut erottaa näitä kahta alkuainetta.
Kloorin kemiallinen karakterisointi
Kloori on jaksollisen järjestelmän ryhmän VII pääalaryhmän kemiallinen alkuaine. Se on kolmannessa jaksossa ja sen atominumero on 17 (atomiytimessä 17 protonia). Reaktiivinen epämetalli. Merkitty kirjaimilla Cl.
On tyypillinen halogeenien edustaja. Nämä ovat kaasuja, joilla ei ole väriä, mutta joilla on terävä pistävä haju. Yleensä myrkyllinen. Kaikki halogeenit ovat erittäin vesiliukoisia. Ne alkavat savuta joutuessaan alttiiksi kostealle ilmalle.
Atomin ulkoinen elektroninen konfiguraatio Cl 3s2Зр5. Siksi yhdisteissä kemiallisen alkuaineen hapetustasot ovat -1, +1, +3, +4, +5, +6 ja +7. Atomin kovalenttinen säde on 0,96Å, Cl:n ionisäde on 1,83 Å, atomin affiniteetti elektroniin on 3,65 eV, ionisaatiotaso on 12,87 eV.
Kuten edellä mainittiin, kloori on melko aktiivinen ei-metalli, jonka avulla voit luoda yhdisteitä lähes minkä tahansa metallin (joissakin tapauksissa kuumentamalla tai käyttämällä kosteutta, samalla kun bromi syrjäytetään) ja ei-metallien kanssa. Jauhemuodossa se reagoi metallien kanssa vain altistuessaan korkeille lämpötiloille.
Maksimi palamislämpötila - 2250 °C. Hapen kanssa se voi muodostaa oksideja, hypokloriitteja, kloriitteja ja kloraatteja. Kaikki happea sisältävät yhdisteet muuttuvat räjähdysherkiksi vuorovaikutuksessa hapettavan kanssaaineet. On syytä huomata, että kloorioksidit voivat räjähtää satunnaisesti, kun taas kloraatit räjähtävät vain joutuessaan alttiiksi jollekin initiaattorille.
Kloorin luonnehdinta jaksollisen järjestelmän sijainnin mukaan:
• yksinkertainen aine;
• jaksollisen järjestelmän seitsemännentoista ryhmän elementti;
• kolmannen rivin kolmas jakso;
• pääalaryhmän seitsemäs ryhmä;
• atominumero 17;
• merkitty symbolilla Cl;
• reaktiivinen ei-metalli;
• on halogeeniryhmässä;
• lähes normaaleissa olosuhteissa se on myrkyllinen kaasu kellertävänvihreä väri, jolla on pistävä haju;
• kloorimolekyylissä on 2 atomia (kaava Cl2).
Kloorin fysikaaliset ominaisuudet:
• Kiehumispiste: -34,04 °С;
• Sulamispiste: -101,5 °С;
• Kaasutiheys - 3,214 g/l;
• tiheys nestemäinen kloori (keittämisen aikana) - 1,537 g/cm3;
• kiinteän kloorin tiheys - 1,9 g/cm 3;
• tietty määrä – 1,745 x 10-3 l/vuosi.
Kloori: lämpötilan muutosten ominaisuudet
Kaasumaisessa tilassa sillä on taipumus nesteytyä helposti. 8 ilmakehän paineessa ja 20 ° C lämpötilassa se näyttää vihertävän keltaiselta nesteeltä. Sillä on erittäin korkeat korroosio-ominaisuudet. Kuten käytäntö osoittaa, tämä kemiallinen alkuaine voi ylläpitää nestemäistä tilaa kriittiseen lämpötilaan (143 °C) asti paineen noustessa.
Jos se jäähdytetään -32 °C:seen,se muuttaa aggregoitumistilansa nestemäiseksi ilmanpaineesta riippumatta. Kun lämpötila laskee edelleen, tapahtuu kiteytymistä (-101 °C:ssa).
Kloori luonnossa
Maankuoressa on vain 0,017 % klooria. Suurin osa on vulkaanisissa kaasuissa. Kuten edellä mainittiin, aineella on korkea kemiallinen aktiivisuus, minkä seurauksena sitä esiintyy luonnossa yhdisteissä muiden alkuaineiden kanssa. Monet mineraalit sisältävät kuitenkin klooria. Alkuaineen ominaisuus mahdollistaa noin sadan erilaisen mineraalin muodostumisen. Yleensä nämä ovat metalliklorideja.
Lisäksi suuri määrä siitä on v altamerissä – lähes 2 %. Tämä johtuu siitä, että kloridit liukenevat erittäin aktiivisesti ja kuljettavat joet ja meret. Myös käänteinen prosessi on mahdollinen. Kloori huuhtoutuu takaisin rantaan, ja sitten tuuli kuljettaa sen ympäriinsä. Siksi sen korkein pitoisuus havaitaan rannikkoalueilla. Planeetan kuivilla alueilla tarkastelemamme kaasu muodostuu veden haihtumisen seurauksena, minkä seurauksena syntyy suolamaita. Maailmassa louhitaan vuosittain noin 100 miljoonaa tonnia tätä ainetta. Mikä ei kuitenkaan ole yllättävää, koska klooria sisältäviä kerrostumia on monia. Sen ominaisuudet riippuvat kuitenkin suurelta osin sen maantieteellisestä sijainnista.
Menetelmät kloorin saamiseksi
Nykyään on olemassa useita menetelmiä kloorin saamiseksi, joista seuraavat ovat yleisimmät:
1. pallea. Se on yksinkertaisin ja halvin. kloorivetyliuos kalvoelektrolyysissä tulee anoditilaan. Edelleen teräskatodiristikko virtaa kalvoon. Se sisältää pienen määrän polymeerikuituja. Tämän laitteen tärkeä ominaisuus on vastavirtaus. Se ohjataan anoditilasta katoditilaan, jolloin klooria ja lipeää voidaan saada erikseen.
2. Kalvo. Energiatehokkain, mutta organisaatiossa vaikea toteuttaa. Samanlainen kuin kalvo. Erona on se, että anodi- ja katoditilat on erotettu kokonaan kalvolla. Tästä syystä tulos on kaksi erillistä virtaa.
On syytä huomata, että kemian ominaisuus. Näillä menetelmillä saatu alkuaine (kloori) on erilainen. Kalvomenetelmää pidetään "puhtaampana".
3. Elohopeamenetelmä nestemäisellä katodilla. Verrattuna muihin teknologioihin tämän vaihtoehdon avulla voit saada puhtainta klooria.
Asennuksen pääkaavio koostuu elektrolysaattorista ja yhdistetystä pumpusta ja amalgaamin hajottajasta. Pumpun pumppaama elohopea yhdessä suolaliuoksen kanssa toimii katodina ja hiili- tai grafiittielektrodit anodina. Asennuksen toimintaperiaate on seuraava: elektrolyytistä vapautuu klooria, joka poistetaan elektrolyysilaitteella yhdessä anolyytin kanssa. Epäpuhtaudet ja kloorijäämät poistetaan jälkimmäisestä, kyllästetään haliitilla ja palautetaan uudelleen elektrolyysiin.
Teollisuusturvallisuusvaatimukset ja tuotannon kannattamattomuus johtivat nestemäisen katodin korvaamiseen kiinteään.
Kloorin käyttö teollisuudessatarkoitukseen
Kloorin ominaisuudet mahdollistavat sen aktiivisen käytön teollisuudessa. Tämän kemiallisen alkuaineen avulla saadaan erilaisia orgaanisia klooriyhdisteitä (vinyylikloridi, kloorikumi jne.), lääkkeitä ja desinfiointiaineita. Mutta teollisuuden suurin markkinarako on suolahapon ja kalkin tuotanto.
Juomaveden puhdistusmenetelmiä käytetään laaj alti. Nykyään he yrittävät siirtyä pois tästä menetelmästä korvaamalla sen otsonoinnilla, koska harkitsemamme aine vaikuttaa kielteisesti ihmiskehoon, ja lisäksi kloorattu vesi tuhoaa putkistoja. Tämä johtuu siitä, että vapaassa tilassa Cl vaikuttaa haitallisesti polyolefiineista valmistettuihin putkiin. Useimmat maat kuitenkin suosivat kloorausmenetelmää.
Klooria käytetään myös metallurgiassa. Sen avulla saadaan useita harvinaisia metalleja (niobium, tantaali, titaani). Kemianteollisuudessa erilaisia orgaanisia klooriyhdisteitä käytetään aktiivisesti rikkakasvien torjuntaan ja muihin maataloustarkoituksiin, alkuainetta käytetään myös valkaisuaineena.
Kemiallisen rakenteensa ansiosta kloori tuhoaa useimmat orgaaniset ja epäorgaaniset väriaineet. Tämä saavutetaan poistamalla niiden väri kokonaan. Tällainen tulos on mahdollinen vain, jos mukana on vettä, koska valkaisu tapahtuu atomihapen vaikutuksesta, joka muodostuu kloorin hajoamisen jälkeen: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Tätä menetelmää on käyttänyt parivuosisatoja sitten ja on edelleen suosittu tänään.
Tämän aineen käyttö on erittäin suosittua klooriorgaanisten hyönteismyrkkyjen valmistuksessa. Nämä maatalousvalmisteet tappavat haitallisia organismeja jättäen kasvit koskemattomiksi. Merkittävä osa kaikesta planeetalla louhitusta kloorista menee maatalouden tarpeisiin.
Sitä käytetään myös muoviyhdisteiden ja kumin valmistuksessa. Heidän avullaan valmistetaan lankaeristystä, paperitavaraa, laitteita, kodinkoneiden kuoria jne. On olemassa mielipide, että tällä tavalla saadut kumit vahingoittavat ihmistä, mutta tämä ei ole tieteen vahvistama.
On syytä huomata, että klooria (aineen ominaisuudet esitimme yksityiskohtaisesti aiemmin) ja sen johdannaisia, kuten sinappikaasua ja fosgeenia, käytetään myös sotilaallisiin tarkoituksiin kemiallisten sodankäynnin aineiden saamiseksi.
Kloori ei-metallien kirkkaana edustajana
Eimetallit ovat yksinkertaisia aineita, jotka sisältävät kaasuja ja nesteitä. Useimmissa tapauksissa ne johtavat sähkövirtaa huonommin kuin metallit, ja niillä on merkittäviä eroja fysikaalisissa ja mekaanisissa ominaisuuksissa. Korkean ionisaatiotason avulla ne pystyvät muodostamaan kovalenttisia kemiallisia yhdisteitä. Alla ei-metallin ominaisuus annetaan kloorin esimerkin avulla.
Kuten edellä mainittiin, tämä kemiallinen alkuaine on kaasu. Normaaleissa olosuhteissa siitä puuttuu täysin metallien k altaisia ominaisuuksia. Ilman ulkopuolista apua se ei voi olla vuorovaikutuksessa hapen, typen, hiilen jne.sillä on hapettavia ominaisuuksia sidoksissa yksinkertaisten ja joidenkin monimutkaisten aineiden kanssa. Viittaa halogeeneihin, mikä näkyy selvästi sen kemiallisissa ominaisuuksissa. Yhdisteissä muiden halogeenien edustajien (bromi, astatiini, jodi) kanssa se syrjäyttää ne. Kaasumaisessa tilassa kloori (sen ominaisuus on suora vahvistus tästä) liukenee hyvin. Se on erinomainen desinfiointiaine. Tappaa vain eläviä organismeja, mikä tekee siitä välttämättömän maataloudessa ja lääketieteessä.
Käytä myrkyllisenä aineena
Klooriatomin ominaisuus mahdollistaa sen käytön myrkyllisenä aineena. Saksa käytti kaasua ensimmäistä kertaa 22. huhtikuuta 1915 ensimmäisen maailmansodan aikana, minkä seurauksena noin 15 tuhatta ihmistä kuoli. Tällä hetkellä sitä ei käytetä myrkyllisenä aineena.
Annetaan lyhyt kuvaus alkuaineesta tukehduttajana. Vaikuttaa ihmiskehoon tukehtumisen kautta. Ensinnäkin se ärsyttää ylempiä hengitysteitä ja silmien limakalvoja. Voimakas yskä alkaa tukehtumiskohtauksilla. Lisäksi kaasu tunkeutuessaan keuhkoihin syövyttää keuhkokudosta, mikä johtaa turvotukseen. Tärkeä! Kloori on nopeasti vaikuttava aine.
Oireet ovat erilaisia ilman pitoisuudesta riippuen. Henkilön alhaisella pitoisuudella havaitaan silmien limakalvon punoitusta ja lievää hengenahdistusta. Ilmakehän pitoisuus 1,5-2 g/m3 aiheuttaa raskautta ja jännitystä rinnassa, terävää kipua ylemmissä hengitysteissä. Lisäksi tilaan voi liittyä voimakasta kyynelvuotoa. 10-15 minuutin huoneessa olon jälkeensellaisella klooripitoisuudella tapahtuu vakava keuhkojen palovamma ja kuolema. Suuremmilla pitoisuuksilla kuolema on mahdollista minuutin sisällä ylempien hengitysteiden halvaantumisesta.
Tämän aineen kanssa työskennellessäsi on suositeltavaa käyttää haalareita, kaasunaamareita, käsineitä.
Kloori organismien ja kasvien elämässä
Kloori on osa melkein kaikkia eläviä organismeja. Erikoisuus on, että se ei ole läsnä puhtaassa muodossaan, vaan yhdisteiden muodossa.
Eläinten ja ihmisten organismeissa kloridi-ionit ylläpitävät osmoottista tasa-arvoa. Tämä johtuu siitä, että niillä on sopivin säde tunkeutumaan kalvosoluihin. Kaliumionien ohella Cl säätelee vesi-suolatasapainoa. Suolistossa kloridi-ionit luovat suotuisan ympäristön mahanesteen proteolyyttisten entsyymien toiminnalle. Monissa kehomme soluissa on kloorikanavia. Niiden kautta tapahtuu solujen välistä nesteenvaihtoa ja solun pH säilyy. Noin 85 % tämän elementin kokonaistilavuudesta kehossa sijaitsee solujen välisessä tilassa. Se erittyy kehosta virtsaputken kautta. Naisen kehon tuottama imetyksen aikana.
Tässä kehitysvaiheessa on vaikea sanoa yksiselitteisesti, mitä sairauksia kloori ja sen yhdisteet aiheuttavat. Tämä johtuu tämän alan tutkimuksen puutteesta.
Kasvisoluissa on myös kloridi-ioneja. Hän osallistuu aktiivisesti energianvaihtoon. Ilman tätä elementtiä fotosynteesiprosessi on mahdoton. Hänen avullaanjuuret imevät aktiivisesti tarvittavat aineet. Mutta korkea klooripitoisuus kasveissa voi vaikuttaa haitallisesti (hidastaa fotosynteesiprosessia, pysäyttää kehityksen ja kasvun).
On kuitenkin olemassa sellaisia kasviston edustajia, jotka voisivat "ystävystyä" tai ainakin tulla toimeen tämän elementin kanssa. Ei-metallin (kloori) ominaisuus sisältää sellaisen kohteen kuin aineen kyvyn hapettaa maaperää. Evoluutioprosessissa edellä mainitut kasvit, joita kutsutaan halofyyteiksi, valloittivat tyhjiä suolamaita, jotka olivat tyhjiä tämän alkuaineen ylimäärän vuoksi. Ne imevät kloridi-ioneja ja pääsevät sitten eroon lehtien putoamisen avulla.
Kloorin kuljetus ja varastointi
Klooria voi siirtää ja varastoida useilla tavoilla. Elementin ominaisuus edellyttää erityisten korkeapainesylintereiden tarvetta. Tällaisissa säiliöissä on tunnistusmerkintä - pystysuora vihreä viiva. Sylinterit on huuhdeltava perusteellisesti kuukausittain. Kloorin pitkäaikaisessa varastoinnissa niihin muodostuu erittäin räjähdysherkkä sakka - typpitrikloridi. Spontaani syttyminen ja räjähdys on mahdollista, jos kaikkia turvallisuussääntöjä ei noudateta.
Kloorin opiskelu
Tulevien kemistien pitäisi tietää kloorin ominaisuudet. Suunnitelman mukaan 9. luokkalaiset voivat jopa tehdä laboratoriokokeita tällä aineella alan perustietojen perusteella. Luonnollisesti opettaja on velvollinen pitämään turvallisuustiedotuksen.
Työjärjestys on seuraava: sinun on otettava pullo mukanaklooria ja kaada siihen pieniä metallilastuja. Lennon aikana sirut leimahtavat kirkkailla kirkkailla kipinöillä ja samalla muodostuu vaaleaa valkoista savua SbCl3. Kun tinafolio upotetaan astiaan, jossa on klooria, se syttyy myös itsestään ja tuliset lumihiutaleet putoavat hitaasti pullon pohjalle. Tämän reaktion aikana muodostuu savuista nestettä - SnCl4. Kun rautalastuja laitetaan astiaan, muodostuu punaisia "pisaroita" ja ilmaantuu punaista savua FeCl3.
Käytännön työn ohella teoria toistetaan. Erityisesti sellainen kysymys kuin kloorin luonnehdinta jaksollisen järjestelmän sijainnin mukaan (kuvattu artikkelin alussa).
Kokeiden tuloksena käy ilmi, että alkuaine reagoi aktiivisesti orgaanisiin yhdisteisiin. Jos laitat tärpättiin kastettua vanua klooripurkkiin, se syttyy välittömästi ja nokea putoaa jyrkästi pullosta. Natrium haisee tehokkaasti kellertävällä liekillä, ja kemiallisten astioiden seinämiin ilmestyy suolakiteitä. Opiskelijoita kiinnostaa tietää, että ollessaan vielä nuori kemisti N. N. Semenov (myöhemmin Nobel-palkinnon voittaja) keräsi tällaisen kokeen jälkeen suolaa pullon seinistä ja söi sen leipää ripotellen. Kemia osoittautui oikeaksi eikä pettänyt tiedemiestä. Kemistin tekemän kokeen tuloksena tavallinen ruokasuola todella osoittautui!
