Karakteristike elemenata VII skupine glavne podskupine na primjeru klora
opće karakteristike podskupine
Tablica 1. Nomenklatura elemenata podskupine VIIA
P-elementi, tipični, nemetali (astat je polumetal), halogeni.
Elektronski dijagram elementa Hal (Hal ≠ F):
Elemente podskupine VIIA karakteriziraju sljedeće valencije:
Tablica 2. Valencija
3. Elemente podskupine VIIA karakteriziraju sljedeća oksidacijska stanja:
Tablica 3. Oksidacijska stanja elemenata
Karakteristike kemijskog elementa
Klor je element VII A grupe. Serijski broj 17
Relativna atomska masa: 35,4527 a. e.m. (g/mol)
Broj protona, neutrona, elektrona: 17,18,17
Atomska struktura:
Elektronska formula:
Tipična oksidacijska stanja: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Energija ionizacije: 1254,9(13,01) kJ/mol (eV)
Elektronski afinitet: 349 (kJ/mol)
Elektronegativnost prema Paulingu: 3.20
Obilježja jednostavne tvari
Vrsta veze: kovalentna nepolarna
Dvoatomna molekula
Izotopi: 35 Cl (75,78%) i 37 Cl (24,22%)
Vrsta kristalne rešetke: molekularna
Termodinamički parametri
Tablica 4
Fizička svojstva
Tablica 5
Vodena otopina klora je visoko dismutirana ("klorna voda")
Faza 1: Cl2 + H2O = HCl + HOCl
2. stupanj: HOCl = HCl + [O] – atomski kisik
Oksidacijski kapacitet u podskupini opada od fluora do joda = ˃
Klor je jak oksidans:
1. Interakcija s jednostavnim tvarima
a) s vodikom:
Cl2 + H2 = 2HCl
b) s metalima:
Cl 2 + 2Na = 2NaCl
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3
c) s nekim manje elektronegativnim nemetalima:
3Cl 2 + 2P = 2PCl 3
Cl 2 + S = SCl 2
S kisikom, ugljikom i dušikom, klor izravno ne reagira!
2. Interakcija sa složenim tvarima
a) s vodom: vidi gore
b) s kiselinama: ne reagira!
c) s otopinama lužina:
na hladnom: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O
pri zagrijavanju: 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
e) s mnogim organskim tvarima:
Cl2 + CH4 = CH3Cl + HCl
C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl
Najvažniji spojevi klora
Klorovodik, klorovodik(HCl) je bezbojan, toplinski stabilan plin (u normalnim uvjetima) oštrog mirisa, pari na vlažnom zraku, lako se otapa u vodi (do 500 volumena plina po volumenu vode) pri čemu nastaje klorovodična (solna) kiselina. Na −114,22 °C HCl prelazi u kruto stanje. U čvrstom stanju, klorovodik postoji u obliku dvije kristalne modifikacije: ortorombske, stabilne ispod i kubične.
Vodena otopina klorovodika naziva se solna kiselina. Kada se otopi u vodi, događaju se sljedeći procesi:
HCl g + H 2 O l = H 3 O + l + Cl − l
Proces otapanja je vrlo egzoterman. S vodom HCl tvori azeotropnu smjesu. To je jaka monoprotonska kiselina. Energetski djeluje sa svim metalima u nizu napona lijevo od vodika, s bazičnim i amfoternim oksidima, bazama i solima, tvoreći soli - kloridi:
Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O
Kada je izložen jakim oksidacijskim sredstvima ili tijekom elektrolize, klorovodik pokazuje redukcijska svojstva:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
Zagrijavanjem klorovodik oksidira kisikom (katalizator - bakrov(II) klorid CuCl 2):
4 HCl + O 2 → 2 H 2 O + 2 Cl 2
Međutim, koncentrirana klorovodična kiselina reagira s bakrom i tvori monovalentni bakreni kompleks:
2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2
Smjesa od 3 volumna dijela koncentrirane klorovodične kiseline i 1 volumnog dijela koncentrirane dušične kiseline naziva se "aqua regia". Aqua regia može čak otopiti zlato i platinu. Visoka oksidacijska aktivnost aqua regia posljedica je prisutnosti nitrozil klorida i klora u njoj, koji su u ravnoteži s polaznim tvarima:
4 H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Zbog visoke koncentracije kloridnih iona u otopini, metal se veže u kloridni kompleks, što pospješuje njegovo otapanje:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
Klorovodik također karakteriziraju reakcije adicije na višestruke veze (elektrofilna adicija):
R-CH=CH2 + HCl → R-CHCl-CH3
R-C≡CH + 2 HCl → R-CCl 2 -CH 3
Oksidi klora- anorganski kemijski spojevi klora i kisika, opće formule: Cl x O y.
Klor stvara sljedeće okside: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Osim toga, poznati su: kratkoživući radikal ClO, klor-peroksidni radikal ClOO i klor-tetroksidni radikal ClO 4 .
Donja tablica prikazuje svojstva stabilnih klor oksida:
Tablica 6
| Vlasništvo | Cl2O | ClO2 | ClOClO 3 | Cl 2 O 6 (l)↔2ClO 3 (g) | Cl2O7 |
| Boja i stanje u sobi. temperatura | Žuto-smeđi plin | Žuto-zeleni plin | Svijetlo žuta tekućina | Tamno crvena tekućina | Bezbojna tekućina |
| Oksidacijsko stanje klora | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| T. pl., °C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| Temperatura vrenja, °C | 2,0 | 44,5 | |||
| d(f, 0°C), g*cm -3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| ΔH° uzorak (plin, 298 K), kJ*mol -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| ΔG° uzorak (plin, 298 K), kJ*mol -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| S° uzorak (plin, 298 K), J*K -1 *mol -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Dipolni moment μ, D | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
klor oksid (I), Diklor oksid, anhidrid hipokloričaste kiseline - spoj klora u oksidacijskom stanju +1 s kisikom.
U normalnim uvjetima to je smeđe-žuti plin karakterističnog mirisa koji podsjeća na klor. Na temperaturama ispod 2 °C tekućina je zlatnocrvene boje. Otrovno: utječe Zračni putovi. Spontano se polako razgrađuje:
Eksplozivno u visokim koncentracijama. Gustoća u normalnim uvjetima je 3,22 kg/m³. Otapa se u ugljikovom tetrakloridu. Topljiv u vodi i stvara slabu hipokloričnu kiselinu:
Brzo reagira s alkalijama:
Cl2O + 2NaOH (razrijeđen) = 2NaClO + H2O
Klor dioksid- kiseli oksid. Otapanjem u vodi nastaju klorna i perklorna kiselina (reakcija disproporcioniranja). Razrijeđene otopine stabilne su u mraku, a na svjetlu se sporo razlažu:
Klor dioksid- klor oksid ( IV), spoj klora i kisika, formula: ClO 2.
U normalnim uvjetima ClO 2 je crvenkastožuti plin karakterističnog mirisa. Na temperaturama ispod 10 °C ClO 2 je crveno-smeđa tekućina. Niska stabilnost, eksplodira na svjetlu, u dodiru s oksidirajućim sredstvima i pri zagrijavanju. Dobro otopimo u vodi. Zbog opasnosti od eksplozije, klor dioksid se ne može skladištiti kao tekućina.
Kiseli oksid. Otapanjem u vodi nastaju klorna i perklorna kiselina (reakcija disproporcioniranja). Razrijeđene otopine stabilne su u mraku, a na svjetlu se sporo razlažu:
Dobivena klornata kiselina je vrlo nestabilna i raspada se:
Pokazuje redoks svojstva.
2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (razrijeđeno) + 10FeSO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O
ClO 2 + 2NaOH hladno. = NaClO 2 + NaClO 3 + H 2 O
ClO 2 + O 3 = ClO 3 + O 2
ClO 2 reagira s mnogim organskim spojevima i djeluje kao srednje jako oksidacijsko sredstvo.
Hipoklorna kiselina- HClO, vrlo slaba monoprotonska kiselina u kojoj klor ima oksidacijsko stanje +1. Postoji samo u rješenjima.
U vodenim otopinama hipoklorična kiselina se djelomično raspada na proton i hipokloritni anion ClO − :
Nestabilan. Hipoklorna kiselina i njene soli - hipokloriti- jaka oksidirajuća sredstva. Reagira s klorovodičnom kiselinom HCl, stvarajući molekularni klor:
HClO + NaOH (razrijeđeno) = NaClO + H2O 
Klorna kiselina- HClO 2, jednobazna kiselina srednje jakosti.
Klorna kiselina HClO 2 u svom slobodnom obliku je nestabilna; čak iu razrijeđenoj vodenoj otopini brzo se raspada:
Neutralizira se alkalijama.
HClO 2 + NaOH (razrijeđeno hladno) = NaClO 2 + H 2 O
Anhidrid ove kiseline je nepoznat.
Od njegovih soli priprema se kisela otopina - kloriti nastaje kao rezultat interakcije ClO 2 s alkalijama:
Pokazuje redoks svojstva.
5HClO2 + 3H2SO4 (razrijeđeno) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Klorna kiselina- HClO 3, jaka jednobazna kiselina u kojoj klor ima oksidacijski stupanj +5. Nije primljeno u slobodnom obliku; u vodenim otopinama u koncentracijama ispod 30% na hladnom je prilično stabilan; u koncentriranijim otopinama se razgrađuje:
Hipoklorna kiselina je jako oksidacijsko sredstvo; kapacitet oksidacije raste s povećanjem koncentracije i temperature. HClO 3 se lako reducira u klorovodičnu kiselinu:
HClO3 + 5HCl (konc.) = 3Cl2 + 3H2O
HClO 3 + NaOH (razrijeđen) = NaClO 3 + H 2 O
Kada se smjesa SO 2 i zraka propušta kroz jako kiselu otopinu, nastaje klor dioksid:
U 40% perklornoj kiselini zapali se npr. filter papir.
8. Boravak u prirodi:
U zemljinoj kori klor je najčešći halogen. Budući da je klor vrlo aktivan, u prirodi se pojavljuje samo u obliku spojeva u mineralima.
Tablica 7. Nalaz u prirodi
Tablica 7. Oblici minerala
Najveće rezerve klora sadržane su u solima voda mora i oceana.
Priznanica
Kemijske metode za proizvodnju klora su neučinkovite i skupe. Danas imaju uglavnom povijesni značaj. Može se dobiti reakcijom kalijevog permanganata s klorovodičnom kiselinom:
Scheeleova metoda
U početku se industrijska metoda proizvodnje klora temeljila na Scheeleovoj metodi, odnosno reakciji piroluzita s klorovodičnom kiselinom:
Metoda đakona
Metoda dobivanja klora katalitičkom oksidacijom klorovodika s atmosferskim kisikom.
Elektrokemijske metode
Danas se klor proizvodi u industrijskim razmjerima zajedno s natrijevim hidroksidom i vodikom elektrolizom otopine kuhinjske soli, čiji se glavni procesi mogu prikazati sažetom formulom:
Primjena
· Prozorski profil izrađen od polimera koji sadrže klor
· Glavna komponenta izbjeljivača je Labarraco voda (natrijev hipoklorit)
· U proizvodnji polivinil klorida, plastičnih spojeva, sintetičke gume.
· Proizvodnja organoklora. Značajan dio proizvedenog klora troši se za dobivanje sredstava za zaštitu bilja. Jedan od najvažnijih insekticida je heksaklorocikloheksan (često zvan heksakloran).
· Koristi se kao kemijsko bojno sredstvo, kao i za proizvodnju drugih kemijskih bojnih sredstava: iperit, fosgen.
· Za dezinfekciju vode - “kloriranje”.
· Registriran u prehrambenoj industriji kao aditivi za hranu E925.
· U kemijskoj proizvodnji klorovodične kiseline, izbjeljivača, bertholet soli, metalnih klorida, otrova, lijekova, gnojiva.
· U metalurgiji za proizvodnju čistih metala: titan, kositar, tantal, niobij.
· Kao indikator solarnih neutrina u klor-argonskim detektorima.
Mnoge razvijene zemlje nastoje ograničiti upotrebu klora u svakodnevnom životu, uključujući i zato što izgaranje otpada koji sadrži klor proizvodi značajnu količinu dioksina.
Klor su vjerojatno dobili alkemičari, ali njegovo otkriće i prva istraživanja neraskidivo su vezana uz ime slavnog švedskog kemičara Carla Wilhelma Scheelea. Scheele je otvorio pet kemijski elementi- barij i mangan (zajedno s Johanom Hahnom), molibden, volfram, klor, i neovisno o drugim kemičarima (doduše kasnije) - još tri: kisik, vodik i dušik. Ovo postignuće kasnije nije mogao ponoviti niti jedan kemičar. U isto vrijeme, Scheele, već izabran za člana Kraljevske švedske akademije znanosti, bio je jednostavan ljekarnik u Köpingu, iako je mogao zauzeti časniji i prestižniji položaj. Sam Fridrik II. Veliki, pruski kralj, ponudio mu je mjesto profesora kemije na Sveučilištu u Berlinu. Odbijajući tako primamljive ponude, Scheele je rekao: "Ne mogu jesti više nego što mi treba, a ono što zaradim ovdje u Köpingu dovoljno mi je za jelo."
Brojni spojevi klora bili su poznati, naravno, davno prije Scheelea. Ovaj element je dio mnogih soli, uključujući najpoznatiju - kuhinjsku sol. Godine 1774. Scheele je izolirao klor u slobodnom obliku zagrijavanjem crnog minerala piroluzita s koncentriranom solnom kiselinom: MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O.
U početku su kemičari klor smatrali ne elementom, već kemijskim spojem nepoznatog elementa muria (od latinskog muria - slana otopina) s kisikom. Vjerovalo se da klorovodična kiselina (zvala se murična kiselina) sadrži kemijski vezan kisik. O tome je posebno “svjedočila” sljedeća činjenica: kada je otopina klora stajala na svjetlu, iz nje se oslobađao kisik, a u otopini je ostajala klorovodična kiselina. Međutim, brojni pokušaji da se "otkine" kisik iz klora nisu doveli nigdje. Tako nitko nije uspio dobiti ugljikov dioksid zagrijavanjem klora s ugljenom (koji na visokim temperaturama “oduzima” kisik mnogim spojevima koji ga sadrže). Kao rezultat sličnih eksperimenata koje su proveli Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac i Louis Jacques Thenard, postalo je jasno da klor ne sadrži kisik i da je jednostavna tvar. Pokusi Gay-Lussaca, koji je analizirao kvantitativni omjer plinova u reakciji klora s vodikom, doveli su do istog zaključka.
Godine 1811. Davy je predložio naziv "klorin" za novi element - od grčkog. "kloros" - žuto-zelena. To je upravo boja klora. Isti je korijen u riječi "klorofil" (od grčkog "chloros" i "phyllon" - list). Godinu dana kasnije, Gay-Lussac je "skratio" ime na "klor". Ipak, Britanci (i Amerikanci) ovaj element nazivaju "klor", dok ga Francuzi zovu klorom. Nijemci, “zakonodavci” kemije kroz gotovo cijelo 19. stoljeće, također su prihvatili skraćeni naziv. (na njemačkom klor je Chlor). Godine 1811. njemački fizičar Johann Schweiger predložio je naziv "halogen" za klor (od grčkog "hals" - sol i "gennao" - rađati). Kasnije je ovaj izraz dodijeljen ne samo kloru, već i svim njegovim analozima u sedmoj skupini - fluoru, bromu, jodu, astatinu.
Zanimljiva je demonstracija izgaranja vodika u atmosferi klora: ponekad se tijekom eksperimenta dogodi neobičan fenomen nuspojava: Čuje se zujanje. Najčešće plamen bruji kada se tanka cijev kroz koju se dovodi vodik spusti u stožastu posudu napunjenu klorom; isto vrijedi i za kuglaste tikvice, ali u cilindrima plamen obično ne zuji. Ovaj fenomen je nazvan "plamen koji pjeva".
U vodenoj otopini, klor djelomično i prilično sporo reagira s vodom; na 25° C, ravnoteža: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl uspostavlja se unutar dva dana. Hipoklorna kiselina se na svjetlu razgrađuje: HClO ® HCl + O. Za učinak izbjeljivanja zaslužan je atomski kisik (apsolutno suhi klor nema tu sposobnost).
Klor u svojim spojevima može pokazivati sva oksidacijska stanja - od –1 do +7. S kisikom klor stvara niz oksida, svi su u čistom obliku nestabilni i eksplozivni: Cl 2 O - žuto-narančasti plin, ClO 2 - žuti plin (ispod 9,7 o C - svijetlo crvena tekućina), klor perklorat Cl 2 O 4 (ClO –ClO 3, svijetlo žuta tekućina), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3, svijetlo crvena tekućina), Cl 2 O 7 – bezbojna, vrlo eksplozivna tekućina. Pri niskim temperaturama dobiveni su nestabilni oksidi Cl 2 O 3 i ClO 3 . ClO 2 oksid se proizvodi u industrijskim razmjerima i koristi se umjesto klora za izbjeljivanje celuloze i dezinfekciju vode za piće i otpadnih voda. S drugim halogenima, klor tvori niz takozvanih međuhalogenih spojeva, na primjer, ClF, ClF 3, ClF 5, BrCl, ICl, ICl 3.
Klor i njegovi spojevi s pozitivnim oksidacijskim stanjem jaki su oksidansi. Godine 1822. njemački kemičar Leopold Gmelin dobio je crvenu sol iz žute krvne soli oksidacijom klorom: 2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl. Klor lako oksidira bromide i kloride, oslobađajući brom i jod u slobodnom obliku.
Klor u različitim oksidacijskim stanjima gradi niz kiselina: HCl - klorovodičnu (klorovodična, soli - kloridi), HClO - hipokloričnu (soli - hipokloriti), HClO 2 - kloričnu (soli - kloriti), HClO 3 - hipokloričnu (soli - klorati) , HClO 4 – klor (soli – perklorati). Od kisikovih kiselina jedino je perklorna kiselina stabilna u svom čistom obliku. Od soli kisikovih kiselina u praksi se koriste hipokloriti, natrijev klorit NaClO 2 - za izbjeljivanje tkanina, za izradu kompaktnih pirotehničkih izvora kisika ("svijeće s kisikom"), kalijevi klorati (Bertholometa sol), kalcij i magnezij ( za suzbijanje poljoprivrednih štetnika, kao što su komponente pirotehničkih smjesa i eksploziva, u proizvodnji šibica), perklorati - komponente eksploziva i pirotehničkih smjesa; Amonijev perklorat je komponenta krutog raketnog goriva.
Klor reagira s mnogim organskim spojevima. Brzo se veže za nezasićene spojeve dvostrukim i trostrukim vezama ugljik-ugljik (reakcija s acetilenom teče eksplozivno), a na svjetlu i za benzen. Pod određenim uvjetima klor može zamijeniti atome vodika u organskim spojevima: R–H + Cl 2 ® RCl + HCl. Ova je reakcija odigrala značajnu ulogu u povijesti organske kemije. 1840-ih francuski kemičar Jean Baptiste Dumas otkrio je da djelovanje klora na octena kiselina reakcija se javlja s nevjerojatnom lakoćom
CH 3 COOH + Cl 2 ® CH 2 ClCOOH + HCl. S viškom klora nastaje trikloroctena kiselina CCl 3 COOH. Međutim, mnogi kemičari nisu imali povjerenja u Dumasov rad. Doista, prema tada općeprihvaćenoj Berzeliusovoj teoriji, pozitivno nabijeni atomi vodika ne mogu se zamijeniti negativno nabijenim atomima klora. To su mišljenje u to vrijeme zastupali mnogi istaknuti kemičari, među kojima su bili Friedrich Wöhler, Justus Liebig i, naravno, sam Berzelius.
Da bi ismijao Dumasa, Wöhler je svom prijatelju Liebigu predao članak u ime izvjesnog S. Windlera (Schwindler - na njemačkom prevarant) o novoj uspješnoj primjeni reakcije koju je navodno otkrio Dumas. Wöhler je u članku s očiglednim podsmijehom pisao o tome kako je u manganovom acetatu Mn(CH 3 COO) 2 moguće zamijeniti sve elemente, prema njihovoj valenciji, klorom, što je rezultiralo žutom kristalnom tvari koja se sastoji samo od klora. Dalje se govorilo da se u Engleskoj, uzastopnom zamjenom svih atoma u organskim spojevima s atomima klora, obične tkanine pretvaraju u klorne, a da pritom stvari zadržavaju svoj izgled. U bilješci je navedeno da su londonske trgovine prodavale brzu trgovinu materijalom koji se sastoji samo od klora, jer je ovaj materijal bio vrlo dobar za noćne kape i tople gaće.
Reakcija klora s organskim spojevima dovodi do stvaranja mnogih organoklornih produkata, među kojima su naširoko korištena otapala metilen klorid CH 2 Cl 2, kloroform CHCl 3, ugljikov tetraklorid CCl 4, trikloretilen CHCl=CCl 2, tetrakloretilen C 2 Cl 4 . U prisutnosti vlage, klor obezbojuje zeleno lišće biljaka i mnoge boje. Ovo se koristilo još u 18. stoljeću. za izbjeljivanje tkanina.
Klor kao otrovni plin.
Scheele, koji je primio klor, primijetio je vrlo neugodan jak miris, otežano disanje i kašalj. Kako smo kasnije doznali, čovjek osjeti miris klora čak i ako jedna litra zraka sadrži samo 0,005 mg ovog plina, a pritom on već ima nadražujući učinak na dišne puteve, uništavajući stanice sluznice dišnog sustava. trakta i pluća. Koncentracija od 0,012 mg/l teško se podnosi; ako koncentracija klora prelazi 0,1 mg/l, postaje opasno po život: disanje se ubrzava, postaje grčevito, a zatim sve rjeđe, a nakon 5-25 minuta disanje prestaje. Najveća dopuštena koncentracija u zraku industrijskih poduzeća je 0,001 mg/l, au zraku stambenih područja - 0,00003 mg/l.
Sanktpeterburški akademik Toviy Egorovich Lovitz, ponavljajući Scheeleov pokus 1790. godine, slučajno je ispustio znatnu količinu klora u zrak. Nakon što ga je udahnuo, izgubio je svijest i pao, a zatim je osam dana trpio nesnosne bolove u prsima. Srećom, oporavio se. Slavni engleski kemičar Davy skoro je umro od trovanja klorom. Pokusi s čak i malim količinama klora opasni su jer mogu uzrokovati teška oštećenja pluća. Kažu da je njemački kemičar Egon Wiberg jedno od svojih predavanja o kloru započeo riječima: „Klor je otrovni plin. Ako se otrujem tijekom sljedeće demonstracije, molim vas izvedite me na svjež zrak. Ali, nažalost, predavanje će morati biti prekinuto.” Ako ispustite puno klora u zrak, to postaje prava katastrofa. To su iskusile anglo-francuske trupe tijekom Prvog svjetskog rata. Ujutro 22. travnja 1915. njemačko zapovjedništvo odlučilo je izvesti prvi plinski napad u povijesti ratova: kada je vjetar puhao prema neprijatelju, na malom šest kilometara dugom dijelu bojišnice u blizini belgijskog grada Ypresa. , istovremeno su otvoreni ventili 5730 cilindara, od kojih je svaki sadržavao 30 kg tekućeg klora. Unutar 5 minuta stvorio se golemi žuto-zeleni oblak koji se polako odmicao od njemačkih rovova prema saveznicima. Engleski i francuski vojnici bili su potpuno bespomoćni. Plin je prodirao kroz pukotine u sva skloništa, od njega se nije moglo pobjeći: uostalom, gas maska još nije bila izumljena. Kao rezultat toga, 15 tisuća ljudi je otrovano, od kojih 5 tisuća do smrti. Mjesec dana kasnije, 31. svibnja, Nijemci su ponovili plinski napad na istočnom frontu - protiv ruskih trupa. To se dogodilo u Poljskoj u blizini grada Bolimova. Na fronti od 12 km iz 12 tisuća cilindara ispušteno je 264 tone mješavine klora i mnogo otrovnijeg fosgena (klorida ugljične kiseline COCl 2). Carsko zapovjedništvo znalo je za ono što se dogodilo kod Ypresa, a ipak ruski vojnici nisu imali sredstva za obranu! Kao rezultat plinskog napada, gubici su iznosili 9.146 ljudi, od kojih je samo 108 bilo rezultat puščanog i topničkog granatiranja, ostali su otrovani. Istodobno su gotovo odmah umrle 1.183 osobe.
Ubrzo su kemičari pokazali kako pobjeći od klora: morate disati kroz zavoj od gaze natopljen u otopinu natrijevog tiosulfata (ova tvar se koristi u fotografiji, često se naziva hiposulfit). Klor vrlo brzo reagira s otopinom tiosulfata, oksidirajući je:
Na2S2O3 + 4Cl2 + 5H2O® 2H2SO4 + 2NaCl + 6HCl. Naravno, sumporna kiselina također nije bezopasna tvar, ali njezina razrijeđena vodena otopina mnogo je manje opasna od otrovnog klora. Stoga je tih godina tiosulfat imao drugo ime - "antiklor", ali prve tiosulfatne plinske maske nisu bile vrlo učinkovite.
Godine 1916. ruski kemičar i budući akademik Nikolaj Dmitrijevič Zelinski izumio je doista učinkovitu plinsku masku, u kojoj su otrovne tvari zadržane slojem aktivnog ugljena. Takav ugljen s vrlo razvijenom površinom mogao bi zadržati znatno više klora nego gaza natopljena hiposulfitom. Srećom, “napadi klorom” ostali su samo tragična epizoda u povijesti. Nakon svjetskog rata kloru su ostale samo mirne profesije.
Upotreba klora.
Svake godine u svijetu se proizvedu ogromne količine klora – deseci milijuna tona. Tek u SAD-u krajem 20.st. Elektrolizom se godišnje proizvodi oko 12 milijuna tona klora (10. mjesto među kemijskom proizvodnjom). Najveći dio (do 50%) troši se na kloriranje organskih spojeva - za proizvodnju otapala, sintetičke gume, polivinilklorida i drugih plastičnih masa, kloroprenske gume, pesticida, lijekova i mnogih drugih potrebnih i korisnih proizvoda. Ostatak se troši za sintezu anorganskih klorida, u industriji celuloze i papira za bijeljenje drvne mase i za pročišćavanje vode. Klor se u metalurškoj industriji koristi u relativno malim količinama. Uz njegovu pomoć dobivaju se vrlo čisti metali - titan, kositar, tantal, niobij. Spaljivanjem vodika u kloru dobiva se klorovodik, a iz njega solna kiselina. Klor se također koristi za proizvodnju sredstava za izbjeljivanje (hipoklorit, izbjeljivač) i dezinfekciju vode kloriranjem.
Ilya Leenson
Ministarstvo obrazovanja i znanosti RUSKE FEDERACIJE
Savezna državna proračunska obrazovna ustanova visokog stručnog obrazovanja
IVANOVSK DRŽAVNO KEMIJSKO-TEHNOLOŠKO SVEUČILIŠTE
Zavod za TP i MET
Esej
Klor: svojstva, primjena, dobivanje
Voditelj: Efremov A.M.
Ivanovo 2015
Uvod
Opće informacije za klor
Upotreba klora
Kemijske metode dobivanja klora
Elektroliza. Pojam i suština procesa
Industrijska proizvodnja klora
Sigurnosne mjere u proizvodnji klora i zaštita okoliša
Zaključak
Uvod
klor kemijski element elektroliza
Zbog velike upotrebe klora u raznim područjima znanosti, industrije, medicine i svakodnevnog života, potražnja za njim u posljednje je vrijeme katastrofalno porasla. Postoje mnoge metode za proizvodnju klora pomoću laboratorijskih i industrijskih metoda, ali sve one imaju više nedostataka nego prednosti. Dobivanje klora, primjerice, iz klorovodične kiseline, koja je nusproizvod i otpad mnogih kemijskih i drugih industrija, ili kuhinjske soli iskopane u naslagama soli, prilično je energetski zahtjevan proces, štetan s ekološkog gledišta i vrlo opasno po život i zdravlje.
Trenutno je vrlo hitan problem razvoja tehnologije za proizvodnju klora koja bi eliminirala sve gore navedene nedostatke, a uz to imala visok prinos klora.
.Opće informacije o kloru
Klor je 1774. prvi put dobio K. Scheele reakcijom klorovodične kiseline s piroluzitom MnO2. Međutim, tek 1810. G. Davy je utvrdio da je klor element i nazvao ga klor (od grčkog chloros - žuto-zelen). Godine 1813. J. L. Gay-Lussac predložio je naziv "klor" za ovaj element.
Klor je element VII skupine periodnog sustava elemenata D. I. Mendeljejeva. Molekulska težina 70,906, atomska težina 35,453, atomski broj 17, pripada obitelji halogena. U normalnim uvjetima, slobodni klor, koji se sastoji od dvoatomnih molekula, je zelenkasto-žuti, nezapaljivi plin karakterističnog oštrog i iritantnog mirisa. Otrovna je i izaziva gušenje. Komprimirani plin klor pri atmosferskom tlaku pretvara se u jantarnu tekućinu pri -34,05 °C, skrućuje se pri -101,6 °C i tlaku od 1 atm. Tipično, klor je mješavina 75,53% 35Cl i 24,47% 37Cl. U normalnim uvjetima gustoća plinovitog klora je 3,214 kg/m3, odnosno približno je 2,5 puta teži od zraka.
Kemijski je klor vrlo aktivan, izravno se spaja s gotovo svim metalima (s nekima samo u prisutnosti vlage ili pri zagrijavanju) i s nemetalima (osim ugljika, dušika, kisika, inertnih plinova), tvoreći odgovarajuće kloride, reagira s mnoge spojeve, zamjenjuje vodik u zasićenim ugljikovodicima i spaja nezasićene spojeve. To je zbog široke palete njegovih primjena. Klor istiskuje brom i jod iz njihovih spojeva s vodikom i metalima. Alkalijski metali, u prisutnosti tragova vlage, reagiraju s klorom paljenjem; većina metala reagira sa suhim klorom tek pri zagrijavanju. Čelik, kao i neki metali, otporni su na atmosferu suhog klora pri niskim temperaturama, pa se koriste za izradu opreme i skladišta za suhi klor. Fosfor se zapali u atmosferi klora, stvarajući PCl3, a daljnjim kloriranjem - PCl5. Sumpor s klorom zagrijavanjem daje S2Cl2, SCl2 i drugi SnClm. Arsen, antimon, bizmut, stroncij, telur burno reagiraju s klorom. Mješavina klora i vodika gori bezbojnim ili žutozelenim plamenom pri čemu nastaje klorovodik (to je lančana reakcija). Maksimalna temperatura plamena vodik-klor je 2200°C. Smjese klora s vodikom koje sadrže od 5,8 do 88,5% H2 su eksplozivne i mogu eksplodirati od svjetlosti, električne iskre, topline ili od prisutnosti određenih tvari, kao što su željezni oksidi.
S kisikom klor gradi okside: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, kao i hipoklorite (soli hipokloričaste kiseline), klorite, klorate i perklorate. Svi kisikovi spojevi klora tvore eksplozivne smjese s lako oksidirajućim tvarima. Klorovi oksidi su nestabilni i mogu spontano eksplodirati, hipokloriti se sporo razgrađuju tijekom skladištenja, klorati i perklorati mogu eksplodirati pod utjecajem inicijatora. Klor u vodi hidrolizira, stvarajući hipokloričnu i klorovodičnu kiselinu: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Dobivena žućkasta otopina često se naziva klorna voda. Hladnim kloriranjem vodenih otopina lužina nastaju hipokloriti i kloridi: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, a zagrijavanjem nastaju klorati. Kloriranje suhog kalcijevog hidroksida proizvodi izbjeljivač. Kada amonijak reagira s klorom, nastaje dušikov triklorid. Kod kloriranja organskih spojeva, klor ili zamjenjuje vodik ili povezuje višestruke veze, tvoreći različite organske spojeve koji sadrže klor. Klor tvori međuhalogene spojeve s drugim halogenima. Klorovi fluoridi ClF, ClF3, ClF3 vrlo su reaktivni; na primjer, u atmosferi ClF3 staklena vuna se spontano zapali. Poznati spojevi klora s kisikom i fluorom su klorovi oksifluoridi: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 i fluor perklorat FClO4.
Klor se u prirodi javlja samo u obliku spojeva. Njegov prosječni sadržaj u zemljinoj kori iznosi 1,7·10-2% mase. Migracija vode igra veliku ulogu u povijesti klora u zemljinoj kori. Nalazi se u obliku Cl-iona u Svjetskom oceanu (1,93%), podzemnim slanicama i slanim jezerima. Broj vlastitih minerala (uglavnom prirodnih klorida) je 97, od kojih je glavni halit NaCl (kamena sol). Poznata su i velika nalazišta kalijevih i magnezijevih klorida te miješanih klorida: silvinit KCl, silvinit (Na,K)Cl, karnalit KCl MgCl2 6H2O, kainit KCl MgSO4 3H2O, bišofit MgCl2 6H2O. U povijesti Zemlje opskrba gornjih dijelova zemljine kore HCl sadržanom u vulkanskim plinovima bila je od velike važnosti.
Standardi kvalitete klora
Naziv indikatora GOST 6718-93 Najviši stupanj Prvi stupanj Volumni udio klora, ne manje od, % 99.899.6 Maseni udio vode, ne više od % 0.010.04 Maseni udio dušikovog triklorida, ne više od % 0.0020.004 Masa udio nehlapljivog ostatka, ne više od %0 .0150.10
Skladištenje i transport klora
Klor proizveden različitim metodama skladišti se u posebnim "spremnicima" ili pumpa u čelične cilindrične (volumen 10-250 m3) i sferne (volumen 600-2000 m3) cilindre pod vlastitim tlakom pare od 18 kgf/cm2. Maksimalni skladišni volumeni su 150 tona. Cilindri s tekućim klorom pod tlakom imaju posebnu boju - zaštitnu boju. Ako se u boci s klorom smanji tlak, dolazi do naglog ispuštanja plina u koncentraciji nekoliko puta većoj od smrtonosne. Treba napomenuti da se kod duljeg korištenja boca s klorom u njima nakuplja izuzetno eksplozivan dušikov triklorid, pa se stoga s vremena na vrijeme boce s klorom moraju podvrgnuti rutinskom pranju i čišćenju od dušikovog klorida. Klor se transportira u kontejnerima, željezničkim cisternama i cilindrima koji služe kao privremeno skladište.
2.Upotreba klora
Klor se primarno troši u kemijskoj industriji za proizvodnju raznih organskih derivata klora koji se koriste za proizvodnju plastike, sintetičke gume, kemijskih vlakana, otapala, insekticida itd. Trenutno se više od 60% globalne proizvodnje klora koristi za organsku sintezu. Osim toga, klor se koristi za proizvodnju klorovodične kiseline, izbjeljivača, klorata i drugih proizvoda. Značajne količine klora koriste se u metalurgiji za kloriranje tijekom prerade polimetalnih ruda, vađenje zlata iz ruda, a koristi se i u industriji prerade nafte, u poljoprivredi, u medicini i sanitaciji, za neutralizaciju pitke i otpadne vode. , u pirotehnici i nizu drugih područja nacionalne ekonomije. Kao rezultat razvoja područja za korištenje klora, uglavnom zbog uspjeha organske sinteze, svjetska proizvodnja klora iznosi više od 20 milijuna tona godišnje.
Glavni primjeri primjene i upotrebe klora u raznim granama znanosti, industrije i kućanskih potreba:
1.u proizvodnji polivinil klorida, plastičnih masa, sintetičkog kaučuka, od kojih izrađuju: žičane izolacije, prozorske profile, ambalažni materijal, odjeću i obuću, linoleum i gramofonske ploče, lakove, opremu i pjenastu plastiku, igračke, dijelove instrumenata, Građevinski materijali. Polivinil klorid se proizvodi polimerizacijom vinil klorida, koji se danas najčešće proizvodi iz etilena klor-balansiranom metodom preko međuproizvoda 1,2-dikloroetana.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)kao sredstvo za izbjeljivanje (iako ne “izbjeljuje” sam klor, već atomski kisik koji nastaje pri razgradnji hipokloričaste kiseline prema reakciji: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)u proizvodnji organoklornih insekticida - tvari koje ubijaju insekte štetne za usjeve, ali su sigurne za biljke (aldrin, DDT, heksakloran). Jedan od najvažnijih insekticida je heksaklorocikloheksan (C6H6Cl6).
)koristi se kao kemijsko bojno sredstvo, kao i za proizvodnju drugih kemijskih bojnih sredstava: iperit (C4H8Cl2S), fosgen (CCl2O).
)za dezinfekciju vode - "kloriranje". Najčešća metoda dezinfekcije vode za piće temelji se na sposobnosti slobodnog klora i njegovih spojeva da inhibiraju enzimske sustave mikroorganizama koji kataliziraju redoks procese. Za dezinfekciju vode za piće koriste se: klor (Cl2), klor dioksid (ClO2), kloramin (NH2Cl) i izbjeljivač (Ca(Cl)OCl).
)u prehrambenoj industriji registriran je kao prehrambeni aditiv E925.
)u kemijskoj proizvodnji kaustične sode (NaOH) (koristi se u proizvodnji rajona, u industriji sapuna), klorovodične kiseline (HCl), izbjeljivača, bertolitne soli (KClO3), metalnih klorida, otrova, lijekova, gnojiva.
)u metalurgiji za proizvodnju čistih metala: titan, kositar, tantal, niobij.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (pri T=850°C)
)kao indikator solarnih neutrina u klor-argonskim detektorima (Ideju "detektora klora" za registraciju solarnih neutrina predložio je poznati sovjetski fizičar akademik B. Pontecorvo, a implementirao američki fizičar R. Davis i njegovi suradnici. Uhvativši neutrino jezgra izotopa klora atomske težine 37 pretvara se u jezgru izotopa argon-37 koja proizvodi jedan elektron koji se može registrirati.).
Mnoge razvijene zemlje nastoje ograničiti upotrebu klora u svakodnevnom životu, uključujući i zato što izgaranje otpada koji sadrži klor proizvodi značajnu količinu dioksina (globalni ekotoksikansi sa snažnim mutagenim svojstvima).
3.Kemijske metode dobivanja klora
Ranije je bila raširena proizvodnja klora kemijskim putem metodama Weldon i Deacon. U tim procesima, klor je proizveden oksidacijom klorovodika koji nastaje kao nusprodukt u proizvodnji natrijevog sulfata iz kuhinjske soli djelovanjem sumporne kiseline.
reakcija koja se odvija uporabom Weldonove metode:
4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2
reakcija koja se javlja pomoću Deaconove metode:
HCl + O2 =>2H2O + 2Cl2
U procesu Dikonovsky kao katalizator korišten je bakreni klorid, čija je 50% otopina (ponekad s dodatkom NaCl) impregnirana poroznim keramičkim nosačem. Optimalna reakcijska temperatura na takvom katalizatoru je obično unutar raspona od 430-490°. Ovaj katalizator lako se otruje spojevima arsena, s kojima stvara neaktivni bakreni arsenat, kao i sumporov dioksid i sumporov trioksid. Prisutnost čak i malih količina para sumporne kiseline u plinu uzrokuje naglo smanjenje prinosa klora kao rezultat sekvencijskih reakcija:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2NCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Dakle, sumporna kiselina je katalizator koji potiče obrnutu pretvorbu Cl2 u HCl. Stoga se prije oksidacije na bakrenom katalizatoru plin hidroklorid mora temeljito pročistiti od nečistoća koje smanjuju prinos klora.
Deaconova instalacija sastojala se od plinskog grijača, plinskog filtra i kontaktnog aparata čeličnog cilindričnog kućišta unutar kojeg su se nalazila dva koncentrično smještena keramička cilindra s rupama; prstenasti prostor između njih ispunjen je katalizatorom. Klorovodik je oksidiran zrakom, pa je klor razrijeđen. Smjesa koja je sadržavala 25 vol.% HCl i 75 vol.% zraka (~16% O2) je dovedena u kontaktni aparat, a plin koji je izlazio iz aparata sadržavao je oko 8% C12, 9% HCl, 8% vodene pare i 75% zrak . Takav se plin, nakon pranja HCl i sušenja sumpornom kiselinom, obično koristio za proizvodnju bjelila.
Obnova procesa Deacon trenutno se temelji na oksidaciji klorovodika ne zrakom, već kisikom, što omogućuje dobivanje koncentriranog klora pomoću visoko aktivnih katalizatora. Rezultirajuća smjesa klora i kisika ispere se od ostataka HCl uzastopno s 36 i 20%-tnom solnom kiselinom i osuši sumpornom kiselinom. Klor se tada pretvara u tekućinu, a kisik se vraća u proces. Klor se također odvaja od kisika apsorpcijom klora pod tlakom od 8 atm sa sumpornim kloridom, koji se zatim regenerira da proizvede 100% klora:
Sl2 + S2CI2
Koriste se niskotemperaturni katalizatori, na primjer, bakrov diklorid aktiviran sa solima rijetkih zemnih metala, što omogućuje provođenje procesa čak i na 100 °C i stoga naglo povećava stupanj pretvorbe HCl u Cl2. Na krom-oksidnom katalizatoru HCl se izgara u kisiku na 340-480°C. Opisana je uporaba katalizatora iz smjese V2O5 s pirosulfatima alkalnih metala i aktivatora na silikagelu na 250–20°C. Proučavani su mehanizam i kinetika ovog procesa te su utvrđeni optimalni uvjeti za njegovu provedbu, posebice u fluidiziranom sloju.
Oksidacija klorovodika s kisikom također se provodi pomoću rastaljene smjese FeCl3 + KCl u dva stupnja, koja se provode u odvojenim reaktorima. U prvom reaktoru željezni klorid se oksidira u klor:
2FeCl3 + 1
U drugom reaktoru željezni klorid se regenerira iz željeznog oksida s klorovodikom:
O3 + 6HC1 = 2FeCl3 + 3H20
Za smanjenje tlaka pare željeznog klorida dodaje se kalijev klorid. Također je predloženo provođenje ovog procesa u jednom aparatu, u kojem se kontaktna masa koja se sastoji od Fe2O3, KC1 i bakrenog, kobaltovog ili nikal klorida nanesenog na inertni nosač kreće od vrha prema dnu aparata. Na vrhu aparata prolazi kroz vruću zonu kloriranja, gdje se Fe2O3 pretvara u FeCl3, u interakciji s HCl koji se nalazi u protoku plina koji ide odozdo prema gore. Zatim se kontaktna masa spušta u zonu hlađenja, gdje pod utjecajem kisika nastaje elementarni klor, a FeCl3 prelazi u Fe2O3. Oksidirana kontaktna masa se vraća u zonu kloriranja.
Slična neizravna oksidacija HCl u Cl2 provodi se prema sljedećoj shemi:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Predlaže se istovremena proizvodnja klora i sumporne kiseline propuštanjem plina koji sadrži HCl, O2 i veliki višak SO2 kroz vanadij katalizator na 400600°C. Zatim se H2SO4 i HSO3Cl kondenziraju iz plina i SO3 se apsorbira sumpornom kiselinom, a klor ostaje u plinovitoj fazi. HSO3Cl se hidrolizira, a oslobođeni HC1 se vraća u proces.
Oksidacija se još učinkovitije provodi takvim oksidacijskim sredstvima kao što su PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Klor se također može dobiti oksidacijom klorida. Na primjer, kada NaCl i SO3 međusobno djeluju, događaju se sljedeće reakcije:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl se raspada na 275°C. Smjesa plinova SO2 i C12 može se odvojiti apsorpcijom klora SO2Cl2 ili CCl4 ili podvrgavanjem rektifikaciji, što rezultira azeotropnom smjesom koja sadrži 88 mol. % Cl2 i 12 mol. %SO2. Azeotropna smjesa može se dalje odvojiti pretvaranjem SO2 u SO2C12 i odvajanjem viška klora, te SO2Cl2 koji se na 200° razlaže u SO2 i Cl2, koji se dodaju smjesi koja se šalje na rektifikaciju.
Klor se može dobiti oksidacijom klorida ili klorovodika dušičnom kiselinom, kao i dušikov dioksid:
ZHCl + HNO3 => Sl2 + NOCl + 2N2O
Drugi način dobivanja klora je razgradnja nitrozil klorida, što se može postići njegovom oksidacijom:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Također se predlaže, na primjer, oksidacija NOCl sa 75% dušičnom kiselinom kako bi se dobio klor:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O
Smjesa klora i dušikovog dioksida se odvaja, pretvarajući NO2 u slabu dušičnu kiselinu, koja se zatim koristi za oksidaciju HCl u prvoj fazi procesa u Cl2 i NOCl. Glavna poteškoća u izvođenju ovog procesa u industrijskoj mjeri je uklanjanje korozije. Kao materijali za opremu koriste se keramika, staklo, olovo, nikal i plastika. Koristeći ovu metodu u SAD-u 1952.-1953. Postrojenje je radilo s kapacitetom od 75 tona klora dnevno.
Razvijena je ciklička metoda za proizvodnju klora oksidacijom klorovodika dušičnom kiselinom bez stvaranja nitrozil klorida prema reakciji:
2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O
Proces se odvija u tekućoj fazi na 80°C, prinos klora doseže 100%, NO2 se dobiva u tekućem obliku.
Kasnije su te metode u potpunosti zamijenjene elektrokemijskim, ali trenutno se kemijske metode za proizvodnju klora ponovno oživljavaju na novoj tehničkoj osnovi. Svi se temelje na izravnoj ili neizravnoj oksidaciji HCl (ili klorida), pri čemu je najčešći oksidacijski agens atmosferski kisik.
Elektroliza. Pojam i suština procesa
Elektroliza je skup elektrokemijskih redoks procesa koji se odvijaju na elektrodama tijekom prolaska istosmjerne električne struje kroz talinu ili otopinu u koju su uronjene elektrode.
Riža. 4.1. Procesi koji se odvijaju tijekom elektrolize. Dijagram kupelji za elektrolizu: 1 - kupka, 2 - elektrolit, 3 - anoda, 4 - katoda, 5 - izvor napajanja
Elektrode mogu biti bilo koji materijali koji provode električnu struju. Uglavnom se koriste metali i legure; nemetalne elektrode mogu biti npr. grafitne šipke (ili ugljik). Rjeđe se kao elektroda koriste tekućine. Pozitivno nabijena elektroda je anoda. Negativno nabijena elektroda je katoda. Tijekom elektrolize anoda se oksidira (otapa), a katoda reducira. Zato anodu treba uzeti na takav način da njezino otapanje ne utječe na kemijski proces koji se odvija u otopini ili talini. Takva se anoda naziva inertna elektroda. Kao inertnu anodu možete koristiti grafit (ugljik) ili platinu. Kao katodu možete koristiti metalnu ploču (neće se otopiti). Prikladni su bakar, mesing, ugljik (ili grafit), cink, željezo, aluminij, nehrđajući čelik.
Primjeri elektrolize talina:
Primjeri elektrolize otopina soli:
(Na anodi se oksidiraju Cl? anioni, a ne molekule vode kisika O? II, budući da je elektronegativnost klora manja od kisika, pa klor lakše odustaje od elektrona nego kisik)
Elektroliza vode uvijek se provodi u prisutnosti inertnog elektrolita (za povećanje električne vodljivosti vrlo slabog elektrolita - vode):
Ovisno o inertnom elektrolitu, elektroliza se provodi u neutralnoj, kiseloj ili alkalnoj sredini. Pri odabiru inertnog elektrolita potrebno je uzeti u obzir da se metalni kationi, koji su tipični redukcijski agensi (primjerice Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+), nikad ne reduciraju na katodi u vodenom otopina i kisik O?II anioni oksokiselina nikad se ne oksidiraju na anodi elementom u najvišem stupnju oksidacije (npr. ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), umjesto toga voda se oksidira.
Elektroliza uključuje dva procesa: migraciju čestica koje reagiraju pod utjecajem električnog polja na površinu elektrode i prijenos naboja s čestice na elektrodu ili s elektrode na česticu. Migracija iona određena je njihovom mobilnošću i transportnim brojevima. Proces prijenosa nekoliko električnih naboja provodi se, u pravilu, u obliku niza jednoelektronskih reakcija, odnosno u fazama, uz stvaranje međučestica (iona ili radikala), koji ponekad postoje za neko vrijeme na elektrodi u adsorbiranom stanju.
Brzine elektrodnih reakcija ovise o:
sastav elektrolita
koncentracija elektrolita
materijal elektrode
potencijal elektrode
temperatura
hidrodinamički uvjeti.
Gustoća struje je mjera brzine reakcija. Ovo je fizikalni vektor, čiji je modul određen omjerom jakosti struje (broja prenesenih električnih naboja po jedinici vremena) u vodiču i površine poprečnog presjeka.
Faradayevi zakoni elektrolize kvantitativni su odnosi temeljeni na elektrokemijskim studijama i pomažu u određivanju mase produkata nastalih tijekom elektrolize. U svom najopćenitijem obliku, zakoni su formulirani na sljedeći način:
)Faradayev prvi zakon elektrolize: masa tvari taložene na elektrodi tijekom elektrolize izravno je proporcionalna količini elektriciteta prenesenoj na ovu elektrodu. Pod količinom elektriciteta podrazumijevamo električni naboj, obično mjeren u kulonima.
2)Faradayev drugi zakon elektrolize: za određenu količinu elektriciteta (električni naboj), masa kemijskog elementa nanesenog na elektrodu izravno je proporcionalna ekvivalentnoj masi elementa. Ekvivalentna masa tvari je njezina molekulska masa, podijeljeno s cijelim brojem ovisno o kemijskoj reakciji u kojoj tvar sudjeluje.
U matematičkom obliku, Faradayevi zakoni se mogu prikazati na sljedeći način:
gdje je m masa tvari taložene na elektrodi u gramima, je li ukupni električni naboj koji prolazi kroz tvar = 96,485.33(83) C mol?1 je Faradayeva konstanta, je molarna masa tvari (Na primjer, molarna masa vode H2O = 18 g/mol), je valentni broj iona tvari (broj elektrona po ionu).
Imajte na umu da je M/z ekvivalentna masa taložene tvari.
Za Faradayev prvi zakon, M, F i z su konstante, pa što je veća vrijednost Q, veća će biti i vrijednost m.
Za Faradayev drugi zakon, Q, F i z su konstante, pa što je veća vrijednost M/z (ekvivalentna masa), to će biti veća vrijednost m.
U najjednostavnijem slučaju elektroliza istosmjerne struje dovodi do:
U složenijem slučaju izmjenične električne struje, ukupni naboj Q struje I( ?) se sabira kroz vrijeme? :
gdje je t ukupno vrijeme elektrolize.
U industriji se proces elektrolize provodi u posebnim uređajima - elektrolizerima.
Industrijska proizvodnja klora
Trenutno se klor uglavnom proizvodi elektrolizom vodenih otopina, naime jedna od
Sirovine za elektrolitičku proizvodnju klora uglavnom su otopine kuhinjske soli NaCl, dobivene otapanjem krute soli, ili prirodne salamure. Postoje tri vrste ležišta soli: fosilna sol (oko 99% rezervi); slana jezera s pridnenim sedimentima samotaložene soli (0,77%); ostalo su podzemni raskoli. Otopine kuhinjske soli, bez obzira na način njihove pripreme, sadrže nečistoće koje otežavaju proces elektrolize. Posebno su nepovoljni kod elektrolize s čvrstom katodom kalcijevi kationi Ca2+, Mg2+ i SO42- anioni, a kod elektrolize s tekućom katodom - nečistoće spojeva koji sadrže teške metale, kao što su krom, vanadij, germanij i molibden.
Kristalna sol za elektrolizu klora mora imati sljedeći sastav (%): natrijev klorid ne manji od 97,5; Mg2+ ne više od 0,05; netopljivi sediment ne više od 0,5; Ca2+ ne više od 0,4; K+ ne više od 0,02; SO42 - ne više od 0,84; vlažnost ne više od 5; primjesa teških metala (određeno amalgam testom cm3 H2) ne više od 0,3. Pročišćavanje salamure provodi se otopinom sode (Na2CO3) i vapnenog mlijeka (suspenzija Ca(OH)2 u vodi). Osim kemijskog pročišćavanja, otopine se oslobađaju od mehaničkih nečistoća taloženjem i filtracijom.
Elektroliza otopina kuhinjske soli provodi se u kupkama s katodom od čvrstog željeza (ili čelika) te s dijafragmama i membranama, u kupkama s katodom od tekuće žive. Industrijski elektrolizatori koji se koriste za opremanje suvremenih velikih trgovina klorom moraju imati visoku učinkovitost, jednostavan dizajn, biti kompaktni, raditi pouzdano i postojano.
Elektroliza se odvija prema sljedećoj shemi:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
gdje je Me alkalni metal.
Tijekom elektrokemijske razgradnje kuhinjske soli u elektrolizerima s čvrstim elektrodama odvijaju se sljedeće osnovne, reverzibilne i ireverzibilne ionske reakcije:
disocijacija molekula kuhinjske soli i vode (događa se u elektrolitu)
NaCl-Na++Cl-
Oksidacija iona klora (na anodi)
C1- - 2e- => C12
redukcija iona vodika i molekula vode (na katodi)
N+ - 2e- => N2
N2O - 2e - => N2 + 2ON-
Udruživanje iona u molekulu natrijevog hidroksida (u elektrolitu)
Na+ + OH- - NaOH
Korisni proizvodi su natrijev hidroksid, klor i vodik. Svi se zasebno uklanjaju iz elektrolizatora.
Riža. 5.1. Shema elektrolizatora dijafragme
Šupljina elektrolizatora s čvrstom katodom (slika 3) podijeljena je poroznom
Prvi industrijski elektrolizatori radili su u šaržnom načinu rada. Produkti elektrolize u njima su odvojeni cementnom dijafragmom. Naknadno su stvoreni elektrolizatori u kojima su pregrade u obliku zvona korištene za odvajanje produkata elektrolize. U sljedećoj fazi pojavili su se elektrolizatori s protočnom dijafragmom. Kombinirali su princip protutoka s upotrebom razdjelne dijafragme koja je izrađena od azbestnog kartona. Zatim je otkrivena metoda za proizvodnju dijafragme od azbestne pulpe, posuđena iz tehnologije papirne industrije. Ova je metoda omogućila razvoj dizajna elektrolizera za velika strujna opterećenja s kompaktnom katodom koja se ne može ukloniti. Kako bi se produžio životni vijek azbestne dijafragme, predlaže se uvođenje nekih sintetičkih materijala u njen sastav kao premaz ili veza. Također se predlaže izrada dijafragmi u potpunosti od novih sintetičkih materijala. Postoje dokazi da takve kombinirane azbestno-sintetičke ili posebno proizvedene sintetičke dijafragme imaju radni vijek do 500 dana. Također se razvijaju posebne dijafragme za ionsku izmjenu koje omogućuju dobivanje čiste kaustične sode s vrlo niskim sadržajem natrijevog klorida. Djelovanje takvih dijafragmi temelji se na korištenju njihovih selektivnih svojstava za prolaz različitih iona.
U ranim dizajnima, kontaktne točke strujnih vodova do grafitnih anoda bile su uklonjene iz šupljine elektrolizatora prema van. Nakon toga su razvijene metode za zaštitu kontaktnih dijelova anoda uronjenih u elektrolit. Koristeći ove tehnike, stvoreni su industrijski elektrolizeri s donjom strujom, u kojima se anodni kontakti nalaze u šupljini elektrolizera. Danas se svugdje koriste za proizvodnju klora i kaustične sode na čvrstoj katodi.
Struja zasićene otopine kuhinjske soli (pročišćena salamura) kontinuirano teče u anodni prostor membranskog elektrolizatora. Kao rezultat elektrokemijskog procesa, na anodi se zbog razgradnje kuhinjske soli oslobađa klor, a na katodi zbog razgradnje vode vodik. Klor i vodik se odvojeno uklanjaju iz elektrolizatora bez miješanja. U ovom slučaju, zona blizu katode je obogaćena natrijevim hidroksidom. Otopina iz prikatodne zone, nazvana elektrolitička tekućina, koja sadrži neraspadnutu kuhinjsku sol (otprilike polovicu količine koja se isporučuje sa slanom vodom) i natrijev hidroksid kontinuirano se uklanja iz elektrolizatora. U sljedećoj fazi, elektrolitička tekućina se isparava i sadržaj NaOH u njoj se podešava na 42-50% u skladu sa standardom. Kuhinjska sol i natrijev sulfat se talože kada se poveća koncentracija natrijevog hidroksida.
Otopina NaOH se dekantira iz kristala i kao gotov proizvod prenosi u skladište ili u fazu kaustično taljenje kako bi se dobio kruti proizvod. Kristalna kuhinjska sol (reverzna sol) vraća se u elektrolizu, pripremajući takozvanu reverznu slanu vodu. Kako bi se izbjeglo nakupljanje sulfata u otopinama, sulfat se uklanja iz njih prije pripreme obrnute slane otopine. Gubitak kuhinjske soli nadoknađuje se dodavanjem svježe salamure dobivene podzemnim ispiranjem slojeva soli ili otapanjem krute kuhinjske soli. Prije miješanja s povratnom salamurom, svježa salamura se čisti od mehaničkih suspenzija i značajnog dijela iona kalcija i magnezija. Nastali klor se odvaja od vodene pare, komprimira i prenosi ili izravno do potrošača ili za ukapljivanje klora. Vodik se odvaja od vode, komprimira i prenosi do potrošača.
U membranskom elektrolizeru odvijaju se iste kemijske reakcije kao iu membranskom elektrolizeru. Umjesto porozne dijafragme koristi se kationska membrana (slika 5).
Riža. 5.2. Dijagram membranskog elektrolizatora
Membrana sprječava prodor iona klora u katolit (elektrolit u katodnom prostoru), zbog čega se kaustična soda može dobiti izravno u elektrolizeru gotovo bez soli, u koncentraciji od 30 do 35%. Budući da nema potrebe za odvajanjem soli, isparavanje omogućuje mnogo lakšu proizvodnju 50% komercijalne kaustične sode uz niže troškove kapitala i energije. Budući da je kaustična soda u membranskom procesu znatno veće koncentracije, kao katoda se koristi skupi nikal.
Riža. 5.3. Shema živinog elektrolizatora
Ukupna reakcija razgradnje kuhinjske soli u živinim elektrolizatorima ista je kao u elektrolizerima s dijafragmom:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Sl2+ 1/2N2
Međutim, ovdje se odvija u dvije faze, svaka u posebnom aparatu: elektrolizatoru i razlagaču. Oni su strukturno međusobno kombinirani i nazivaju se elektrolitička kupka, a ponekad i živin elektrolizer.
U prvoj fazi procesa - u elektrolizeru - odvija se elektrolitička razgradnja kuhinjske soli (njena zasićena otopina se dovodi u elektrolizer) pri čemu nastaje klor na anodi, a natrijev amalgam na živinoj katodi, prema sljedećoj reakciji: :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
Dekompozitor prolazi drugu fazu procesa u kojoj se pod utjecajem vode natrijev amalgam pretvara u natrijev hidroksid i živu:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
Od sve soli koja se sa slanom otopinom dovodi u elektrolizator, samo 15-20% dovedene količine ulazi u reakciju (2), a ostatak soli, zajedno s vodom, napušta elektrolizer u obliku kloranolita - otopine kuhinjske soli u vodi koja sadrži 250-270 kg/m3 NaCl zasićenom klorom. “Jaki amalgam” koji izlazi iz elektrolizatora i voda dovode se u uređaj za razgradnju.
Elektrolizer je u svim dostupnim izvedbama izrađen u obliku dugog i relativno uskog, blago nakošenog čeličnog rova, po čijem dnu teče gravitacijski tanak sloj amalgama koji je katoda, a na vrhu teče anolit. Slana otopina i slabi amalgam dovode se s gornjeg podignutog ruba elektrolizera kroz "ulazni džep".
Snažan amalgam teče iz donjeg kraja elektrolizera kroz "izlazni džep". Klor i kloranolit izlaze zajedno kroz cijev, koja se također nalazi na donjem kraju elektrolizatora. Anode su obješene iznad cijelog zrcala protoka amalgama ili katode na udaljenosti od 3-5 mm od katode. Gornji dio elektrolizatora prekriven je poklopcem.
Uobičajene su dvije vrste dekompozitora: vodoravni i okomiti. Prvi su izrađeni u obliku čeličnog nagnutog žlijeba iste duljine kao i elektrolizer. Mlaz amalgama teče duž dna razlagača koji je postavljen pod blagim kutom. Mlaznica za razgradnju od grafita uronjena je u taj tok. Voda se kreće u protustruji. Kao rezultat razgradnje amalgama, voda je zasićena kaustikom. Kaustična otopina zajedno s vodikom napušta razlagač kroz cijev na dnu, a jadni amalgam ili živa pumpaju se u džep ćelije.
Osim elektrolizatora, uređaja za razgradnju, džepova i prijenosnih cjevovoda, kupka za elektrolizu uključuje i živinu pumpu. Koriste se dvije vrste pumpi. U slučajevima kada su kupke opremljene vertikalnim digestorom ili gdje je digestor postavljen ispod elektrolizera, koriste se konvencionalne potopne centrifugalne pumpe spuštene u digestor. Za kupke u kojima je razlagač ugrađen uz elektrolizator, amalgam se pumpa konusnom rotirajućom pumpom originalnog tipa.
Svi čelični dijelovi elektrolizera koji dolaze u dodir s klorom ili kloranolitom zaštićeni su posebnim slojem vulkanizirane gume (gumiranje). Zaštitni gumeni sloj nije potpuno otporan. S vremenom se klorira te postaje krt i puca zbog temperature. Povremeno se zaštitni sloj obnavlja. Svi ostali dijelovi kupelji za elektrolizu: razlagač, pumpa, preljevi izrađeni su od nezaštićenog čelika, jer ga ni vodik ni kaustična otopina ne nagrizaju.
Trenutno su grafitne anode najčešće u živinim elektrolizerima. Međutim, njih zamjenjuje ORTA.
6.Sigurnosne mjere pri proizvodnji klora
i zaštite okoliša
Opasnost za osoblje u proizvodnji klora određena je visokom toksičnošću klora i žive, mogućnošću stvaranja eksplozivnih plinskih smjesa klora i vodika, vodika i zraka u opremi, kao i otopina dušikovog triklorida u tekućem kloru. , korištenje u proizvodnji elektrolizera - uređaja koji su na povećanom električnom potencijalu u odnosu na zemlju, svojstva kaustične lužine proizvedene u ovoj proizvodnji.
Udisanje zraka koji sadrži 0,1 mg/l klora 30-60 minuta je opasno po život. Udisanje zraka koji sadrži više od 0,001 mg/l klora nadražuje dišne puteve. Najviša dopuštena koncentracija (MPC) klora u zraku naseljenih mjesta: prosječno dnevno 0,03 mg/m3, maksimalno jednokratno 0,1 mg/m3, u zraku radnog prostora industrijskih prostora 1 mg/m3, miris prag percepcije 2 mg/m3. Pri koncentraciji od 3-6 mg/m3 osjeća se izrazit miris, javlja se iritacija (crvenilo) očiju i nosne sluznice, pri 15 mg/m3 - iritacija nazofarinksa, pri 90 mg/m3 - intenzivni napadaji kašlja. . Izloženost 120 - 180 mg/m3 u trajanju od 30-60 minuta je opasna po život, kod 300 mg/m3 moguća smrt, koncentracija od 2500 mg/m3 dovodi do smrti unutar 5 minuta, kod koncentracije od 3000 mg/m3 smrt. javlja se nakon nekoliko udisaja . Najveća dopuštena koncentracija klora za filtriranje industrijskih i civilnih plinskih maski je 2500 mg/m3.
Prisutnost klora u zraku utvrđuje se uređajima za kemijsko izviđanje: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV pomoću indikatorskih cijevi IT-44 (ružičasta boja, prag osjetljivosti 5 mg/m3), IT-45 (narančasta boja), aspiratori AM- 5, AM-0055, AM-0059, NP-3M s indikatorskim cijevima za klor, univerzalni analizator plina UG-2 s rasponom mjerenja od 0-80 mg/m3, detektor plina "Kolion-701" u rasponu od 0- 20 mg/m3. Na otvorenom prostoru - uređajima SIP "KORSAR-X". U zatvorenom prostoru - s uređajima SIP "VEGA-M". Za zaštitu od klora u slučaju kvarova ili izvanrednih situacija svi ljudi u radionicama moraju imati i odmah koristiti plinske maske marke "B" ili "BKF" (osim radionica za elektrolizu žive), kao i zaštitnu odjeću: platnenu ili gumirana odijela, gumene čizme i rukavice. Kutije plinskih maski protiv klora treba obojiti žutom bojom.
Živa je otrovnija od klora. Najveća dopuštena koncentracija njegovih para u zraku je 0,00001 mg/l. Na ljudski organizam djeluje udisanjem i kontaktom s kožom, kao i kontaktom s amalgamiranim predmetima. Njegove pare i prskanje adsorbira (upija) odjeća, koža i zubi. U isto vrijeme, živa lako isparava na temperaturi; dostupan u radionici za elektrolizu, a koncentracija njegovih para u zraku daleko premašuje maksimalno dopuštenu. Stoga su prodavaonice elektrolize s tekućom katodom opremljene snažnom ventilacijom, koja tijekom normalnog rada osigurava dopuštena razina koncentracije živinih para. Međutim, to nije dovoljno za siguran rad. Također je potrebno pridržavati se takozvane živine discipline: pridržavati se pravila za rukovanje živom. Nakon njih, prije početka rada, osoblje prolazi kroz sanitarni punkt u čijem čistom dijelu ostavlja svoju kućnu odjeću i oblači svježe oprano rublje, odnosno posebnu odjeću. Na kraju smjene gornja odjeća i prljavo rublje ostavljaju se u prljavom dijelu sanitarne inspekcije, a radnici se tuširaju, peru zube i oblače kućanske predmete u čistom odjelu sanitarne inspekcije.
U radionicama u kojima se radi s klorom i živom treba koristiti plinsku masku marke "G" (kutija plinske maske je obojena u crno i žute boje) i gumene rukavice Pravila “živine discipline” nalažu da se rad sa živom i amalgamiranim površinama smije izvoditi samo pod slojem vode; Prolivenu živu treba odmah isprati u odvod gdje se nalaze hvatači žive.
Okoliš je ugrožen emisijama klora i živinih para u atmosferu, ispuštanjem živinih soli i kapljica žive, spojeva koji sadrže aktivni klor u otpadne vode te trovanjem tla živinim muljem. Klor ulazi u atmosferu tijekom nesreća, s emisijama iz ventilacije i ispušnim plinovima iz raznih uređaja. Živine pare odvode se zrakom iz ventilacijskih sustava. Norma sadržaja klora u zraku kada se ispušta u atmosferu je 0,03 mg/m3. Ova se koncentracija može postići ako se koristi alkalno višestupanjsko pranje ispušnih plinova. Norma sadržaja žive u zraku pri ispuštanju u atmosferu je 0,0003 mg/m3, au otpadnim vodama pri ispuštanju u vodna tijela 4 mg/m3.
Neutralizirajte klor sljedećim otopinama:
vapneno mlijeko, za koje se 1 težinski dio gašenog vapna ulije u 3 dijela vode, dobro promiješa, zatim se otopina vapna prelije na vrh (na primjer, 10 kg gašenog vapna + 30 litara vode);
5% vodena otopina sode, za koju se 2 masena dijela sode otopi uz miješanje s 18 dijelova vode (na primjer, 5 kg sode + 95 litara vode);
5% vodena otopina kaustične sode, za koju se 2 masena dijela kaustične sode otope uz miješanje s 18 dijelova vode (npr. 5 kg kaustične sode + 95 litara vode).
Ako plinoviti klor iscuri, raspršuje se voda kako bi se ugasila para. Stopa potrošnje vode nije standardizirana.
Kod izlijevanja tekućeg klora mjesto izlijevanja ogradi se zemljanim bedemom i zalije vapnenim mlijekom, otopinom sode, kaustične sode ili vodom. Za neutralizaciju 1 tone tekućeg klora potrebno je 0,6-0,9 tona vode ili 0,5-0,8 tona otopina. Za neutralizaciju 1 tone tekućeg klora potrebno je 22-25 tona otopina ili 333-500 tona vode.
Za prskanje vode ili otopina koriste se vozila za zalijevanje i vatrogasna vozila, automatske punionice (ATs, PM-130, ARS-14, ARS-15), kao i hidranti i posebni sustavi dostupni u kemijski opasnim objektima.
Zaključak
Budući da su količine klora dobivene laboratorijskim metodama zanemarive u usporedbi sa stalno rastućom potražnjom za ovim proizvodom, nema smisla provoditi njihovu usporednu analizu.
Od elektrokemijskih metoda proizvodnje najlakša je i najpovoljnija elektroliza s tekućom (živinom) katodom, ali ova metoda nije bez nedostataka. Uzrokuje značajnu štetu okolišu isparavanjem i istjecanjem metalne žive i plinovitog klora.
Elektrolizatori s čvrstom katodom eliminiraju opasnost od onečišćenja okoliša živom. Prilikom odabira između membranskih i membranskih elektrolizera za nove proizvodne pogone, poželjno je koristiti potonje, budući da su ekonomičniji i daju mogućnost dobivanja finalnog proizvoda više kvalitete.
Bibliografija
1.Zaretsky S. A., Suchkov V. N., Zhivotinsky P. B. Elektrokemijska tehnologija anorganskih tvari i kemijskih izvora struje: udžbenik za učenike tehničkih škola. M..: Više. Škola, 1980. 423 str.
2.Mazanko A.F., Kamaryan G.M., Romashin O.P. Industrijska membranska elektroliza. M.: izdavačka kuća "Kemija", 1989. 240 str.
.Pozin M.E. Tehnologija mineralnih soli (gnojiva, pesticidi, industrijske soli, oksidi i kiseline), 1. dio, ur. 4., rev. L., Izdavačka kuća "Kemija", 1974. 792 str.
.Fioshin M. Ya., Pavlov V. N. Elektroliza u anorganskoj kemiji. M.: izdavačka kuća "Nauka", 1976. 106 str.
.Yakimenko L. M. Proizvodnja klora, kaustične sode i proizvoda anorganskog klora. M.: izdavačka kuća "Kemija", 1974. 600 str.
Internetski izvori
6.Sigurnosna pravila za proizvodnju, skladištenje, prijevoz i uporabu klora // URL: #"justify">7. Kemijski opasne tvari u hitnim slučajevima // URL: #"justify">. Klor: primjena // URL: #"justify">.
(prema Paulingu)
/cm³
Klor (χλωρός - zelena) - element glavne podskupine sedme skupine, trećeg razdoblja periodnog sustava kemijskih elemenata D. I. Mendeljejeva, s atomskim brojem 17. Označava se simbolom Cl (lat. Chlorum). Kemijski aktivan nemetal. Dio je skupine halogena (izvorno je naziv "halogen" koristio njemački kemičar Schweiger za klor [doslovno, "halogen" se prevodi kao sol), ali se nije primijenio, a kasnije je postao zajednički skupini VII elemenata, što uključuje klor).
Jednostavna tvar klor (CAS broj: 7782-50-5) u normalnim uvjetima je otrovni plin žućkastozelene boje, oštrog mirisa. Dvoatomna molekula klora (formula Cl2).
Dijagram atoma klora
Klor je prvi put dobio 1772. godine Scheele, koji je opisao njegovo oslobađanje tijekom interakcije piroluzita s klorovodičnom kiselinom u svojoj raspravi o piroluzitu:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele je zamijetio miris klora, sličan mirisu aqua regia, njegovu sposobnost da reagira sa zlatom i cinoberom, te njegova svojstva izbjeljivanja.
Međutim, Scheele je, u skladu s teorijom flogistona koja je tada bila dominantna u kemiji, pretpostavio da je klor deflogizirana klorovodična kiselina, odnosno oksid klorovodične kiseline. Berthollet i Lavoisier su sugerirali da je klor oksid elementa muria, ali pokušaji da se izolira ostali su neuspješni sve do rada Davyja, koji je elektrolizom uspio razgraditi kuhinjsku sol na natrij i klor.
Rasprostranjenost u prirodi
U prirodi se nalaze dva izotopa klora: 35 Cl i 37 Cl. U zemljinoj kori klor je najčešći halogen. Klor je vrlo aktivan - izravno se spaja s gotovo svim elementima periodnog sustava. Stoga se u prirodi nalazi samo u obliku spojeva u mineralima: halit NaCl, silvit KCl, silvinit KCl NaCl, bišofit MgCl 2 6H2O, karnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. rezerve klora sadržane su u solima voda mora i oceana.
Klor čini 0,025% od ukupnog broja atoma u zemljinoj kori, Clarkeov broj klora je 0,19%, a ljudsko tijelo sadrži 0,25% iona klora po težini. U ljudskom i životinjskom tijelu klor se nalazi uglavnom u međustaničnim tekućinama (uključujući krv) i ima važnu ulogu u regulaciji osmotskih procesa, kao i u procesima povezanim s funkcioniranjem živčanih stanica.
Izotopni sastav
U prirodi se nalaze 2 stabilna izotopa klora: s masenim brojem 35 i 37. Omjeri njihovog sadržaja su 75,78% odnosno 24,22%.
| Izotop | Relativna masa, a.m.u. | Pola zivota | Vrsta raspadanja | Nuklearni spin |
|---|---|---|---|---|
| 35 Cl | 34.968852721 | Stabilan | — | 3/2 |
| 36 Cl | 35.9683069 | 301000 godina | β raspad u 36 Ar | 0 |
| 37 Cl | 36.96590262 | Stabilan | — | 3/2 |
| 38 Cl | 37.9680106 | 37,2 minute | β raspad u 38 Ar | 2 |
| 39 Cl | 38.968009 | 55,6 minuta | β raspad na 39 Ar | 3/2 |
| 40Cl | 39.97042 | 1.38 minuta | β raspad u 40 Ar | 2 |
| 41Cl | 40.9707 | 34 s | β raspad u 41 Ar | |
| 42 Cl | 41.9732 | 46,8 s | β raspad u 42 Ar | |
| 43 Cl | 42.9742 | 3,3 s | β-raspad u 43 Ar |
Fizikalna i fizikalno-kemijska svojstva
U normalnim uvjetima klor je žutozeleni plin zagušljivog mirisa. Neka od njegovih fizičkih svojstava prikazana su u tablici.
Neka fizikalna svojstva klora
| Vlasništvo | Značenje |
|---|---|
| Temperatura vrenja | −34 °C |
| Temperatura topljenja | −101 °C |
| Temperatura raspadanja (disocijacije na atome) |
~1400°C |
| Gustoća (plin, n.s.) | 3,214 g/l |
| Elektronski afinitet atoma | 3,65 eV |
| Prva energija ionizacije | 12,97 eV |
| Toplinski kapacitet (298 K, plin) | 34,94 (J/mol K) |
| Kritična temperatura | 144 °C |
| Kritični pritisak | 76 atm |
| Standardna entalpija stvaranja (298 K, plin) | 0 (kJ/mol) |
| Standardna entropija stvaranja (298 K, plin) | 222,9 (J/mol K) |
| Entalpija taljenja | 6,406 (kJ/mol) |
| Entalpija vrenja | 20,41 (kJ/mol) |
Kada se ohladi, klor prelazi u tekućinu na temperaturi od oko 239 K, a zatim ispod 113 K kristalizira u ortorombsku rešetku s prostornom grupom Cmca i parametri a=6,29 b=4,50, c=8,21. Ispod 100 K, ortorombska modifikacija kristalnog klora postaje tetragonalna, s prostornom skupinom P4 2/ncm a parametri rešetke a=8,56 i c=6,12.
Topljivost
| Otapalo | Topivost g/100 g |
|---|---|
| Benzen | Raspustimo se |
| Voda (0 °C) | 1,48 |
| Voda (20 °C) | 0,96 |
| Voda (25 °C) | 0,65 |
| Voda (40 °C) | 0,46 |
| Voda (60°C) | 0,38 |
| Voda (80 °C) | 0,22 |
| Ugljikov tetraklorid (0 °C) | 31,4 |
| Ugljikov tetraklorid (19 °C) | 17,61 |
| Ugljikov tetraklorid (40 °C) | 11 |
| Kloroform | Dobro topiv |
| TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 | Raspustimo se |
Na svjetlu ili pri zagrijavanju aktivno (ponekad i eksplozijom) reagira s vodikom prema radikalnom mehanizmu. Smjese klora s vodikom, koje sadrže od 5,8 do 88,3% vodika, eksplodiraju nakon zračenja i nastaju klorovodik. Smjesa klora i vodika u malim koncentracijama gori bezbojnim ili žutozelenim plamenom. Maksimalna temperatura plamena vodik-klor 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ex.) → 2ClF 3
Ostala svojstva
Cl 2 + CO → COCl 2Kada se otopi u vodi ili lužinama, klor dismutira, tvoreći hipokloričnu (a kada se zagrijava perklornu) i solnu kiselinu ili njihove soli:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O 4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4Cl
Oksidirajuća svojstva klora
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SReakcije s organskim tvarima
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClSpaja se na nezasićene spojeve višestrukim vezama:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Aromatski spojevi zamjenjuju atom vodika klorom u prisutnosti katalizatora (na primjer, AlCl 3 ili FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Klorne metode za proizvodnju klora
Industrijske metode
U početku se industrijska metoda proizvodnje klora temeljila na Scheeleovoj metodi, odnosno reakciji piroluzita s klorovodičnom kiselinom:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anoda: 2Cl - - 2e - → Cl 2 0 Katoda: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-
Budući da se elektroliza vode odvija paralelno s elektrolizom natrijeva klorida, ukupna jednadžba može se izraziti na sljedeći način:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Koriste se tri varijante elektrokemijske metode za dobivanje klora. Dvije od njih su elektroliza s čvrstom katodom: metode dijafragme i membrane, a treća je elektroliza s tekućom katodom (metoda proizvodnje žive). Među elektrokemijskim metodama proizvodnje najjednostavnija i najprikladnija metoda je elektroliza sa živinom katodom, ali ova metoda uzrokuje značajnu štetu okolišu zbog isparavanja i istjecanja metalne žive.
Metoda dijafragme s čvrstom katodom
Šupljina elektrolizatora podijeljena je poroznom azbestnom pregradom - dijafragmom - na katodni i anodni prostor, gdje se nalaze katoda i anoda elektrolizatora. Stoga se takav elektrolizator često naziva dijafragma, a proizvodna metoda je dijafragma elektroliza. Tok zasićenog anolita (otopina NaCl) kontinuirano teče u anodni prostor membranskog elektrolizera. Kao rezultat elektrokemijskog procesa, na anodi se zbog razgradnje halita oslobađa klor, a na katodi zbog razgradnje vode vodik. U ovom slučaju, zona blizu katode je obogaćena natrijevim hidroksidom.
Membranska metoda s čvrstom katodom
Membranska metoda je u biti slična metodi dijafragme, ali su anodni i katodni prostori odvojeni polimernom membranom za kationsku izmjenu. Metoda proizvodnje membrane je učinkovitija od metode dijafragme, ali je teža za korištenje.
Živina metoda s tekućom katodom
Proces se odvija u elektrolitičkoj kupelji koja se sastoji od elektrolizatora, razlagača i živine pumpe, međusobno povezanih komunikacijama. U elektrolitičkoj kupelji živa cirkulira pod djelovanjem živine pumpe, prolazeći kroz elektrolizator i razlagač. Katoda elektrolizera je strujanje žive. Anode - grafitne ili slabo habajuće. Zajedno sa živom kroz elektrolizator neprekidno teče struja anolita - otopine natrijevog klorida. Kao rezultat elektrokemijske razgradnje klorida na anodi nastaju molekule klora, a na katodi se oslobođeni natrij otapa u živi stvarajući amalgam.
Laboratorijske metode
U laboratorijima se za proizvodnju klora obično koriste postupci koji se temelje na oksidaciji klorovodika s jakim oksidacijskim sredstvima (na primjer, mangan (IV) oksid, kalijev permanganat, kalijev dikromat):
2KMnO 4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 +8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl → 3Cl 2 + 2KCl + 2CrCl 3 + 7H 2 O
Skladištenje klora
Proizvedeni klor pohranjuje se u posebne "spremnike" ili se pumpa u čelične cilindre visokotlačni. Cilindri s tekućim klorom pod pritiskom imaju posebnu boju - močvarnu boju. Treba napomenuti da se tijekom dugotrajnog korištenja boca s klorom u njima nakuplja iznimno eksplozivan dušikov triklorid, te se stoga s vremena na vrijeme boce s klorom moraju podvrgnuti rutinskom pranju i čišćenju od dušikovog klorida.
Standardi kvalitete klora
Prema GOST 6718-93 „Tekući klor. Tehničke specifikacije" proizvode se sljedeće vrste klora
Primjena
Klor se koristi u mnogim industrijama, znanosti i kućanskim potrebama:
- U proizvodnji polivinil klorida, plastičnih masa, sintetičkog kaučuka, od kojih izrađuju: izolaciju žica, prozorske profile, materijale za pakiranje, odjeću i obuću, linoleum i ploče, lakove, opremu i pjenastu plastiku, igračke, dijelove instrumenata, građevinski materijal. Polivinil klorid se proizvodi polimerizacijom vinil klorida, koji se danas najčešće proizvodi iz etilena klor-balansiranom metodom preko intermedijera 1,2-dikloroetana.
- Svojstva izbjeljivanja klora poznata su već dugo, iako sam klor nije taj koji "izbjeljuje", već atomski kisik koji nastaje razgradnjom hipokloričaste kiseline: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Ova metoda izbjeljivanja tkanina, papira, kartona koristi se nekoliko stoljeća.
- Proizvodnja organoklornih insekticida - tvari koje ubijaju insekte štetne za usjeve, ali su sigurne za biljke. Značajan dio proizvedenog klora troši se za dobivanje sredstava za zaštitu bilja. Jedan od najvažnijih insekticida je heksaklorocikloheksan (često zvan heksakloran). Ovu tvar prvi je sintetizirao Faraday 1825. godine, ali je praktičnu primjenu našla tek više od 100 godina kasnije - 30-ih godina našeg stoljeća.
- Koristio se kao kemijsko bojno sredstvo, ali i za proizvodnju drugih kemijskih bojnih sredstava: iperit, fosgen.
- Za dezinfekciju vode - "kloriranje". Najčešći način dezinfekcije vode za piće; temelji se na sposobnosti slobodnog klora i njegovih spojeva da inhibiraju enzimske sustave mikroorganizama koji kataliziraju redoks procese. Za dezinfekciju vode za piće koriste se: klor, klor dioksid, kloramin i izbjeljivač. SanPiN 2.1.4.1074-01 utvrđuje sljedeće granice (koridor) dopuštenog sadržaja slobodnog rezidualnog klora u vodi za piće centralizirane vodoopskrbe 0,3 - 0,5 mg/l. Brojni znanstvenici, pa čak i političari u Rusiji kritiziraju sam koncept kloriranja vode iz slavine, ali ne mogu ponuditi alternativu naknadnom dezinfekcijskom učinku spojeva klora. Materijali od kojih su izrađene vodovodne cijevi različito djeluju na kloriranu vodu iz slavine. Slobodni klor u vodi iz slavine značajno smanjuje životni vijek cjevovoda na bazi poliolefina: razne vrste polietilenskih cijevi, uključujući umreženi polietilen, velike poznate kao PEX (PE-X). U SAD-u, za kontrolu dopuštanja cjevovoda izrađenih od polimernih materijala za korištenje u vodoopskrbnim sustavima s kloriranom vodom, bili su prisiljeni usvojiti 3 standarda: ASTM F2023 u odnosu na cijevi, membrane i skeletne mišiće. Ovi kanali obavljaju važne funkcije u regulaciji volumena tekućine, transportu transepitelnih iona i stabilizaciji membranskih potencijala, te su uključeni u održavanje pH stanice. Klor se nakuplja u visceralnom tkivu, koži i skeletnim mišićima. Klor se apsorbira uglavnom u debelom crijevu. Apsorpcija i izlučivanje klora usko su povezani s natrijevim ionima i bikarbonatima, au manjoj mjeri s mineralokortikoidima i aktivnošću Na + /K + -ATPaze. 10-15% ukupnog klora nakuplja se u stanicama, od čega je 1/3 do 1/2 u crvenim krvnim stanicama. Oko 85% klora nalazi se u izvanstaničnom prostoru. Klor se izlučuje iz organizma uglavnom putem mokraće (90-95%), fecesa (4-8%) i preko kože (do 2%). Izlučivanje klora povezano je s ionima natrija i kalija, a recipročno s HCO 3 - (acidobazna ravnoteža).
Čovjek dnevno unosi 5-10 g NaCl. Minimalna ljudska potreba za klorom je oko 800 mg dnevno. Beba dobiva potrebnu količinu klora kroz majčino mlijeko koje sadrži 11 mmol/l klora. NaCl je neophodan za stvaranje klorovodične kiseline u želucu, koja pospješuje probavu i uništava patogene bakterije. Trenutno, uključenost klora u pojavu određenih bolesti kod ljudi nije dobro proučena, uglavnom zbog malog broja studija. Dovoljno je reći da čak ni preporuke o dnevnom unosu klora nisu razvijene. Ljudsko mišićno tkivo sadrži 0,20-0,52% klora, koštano tkivo - 0,09%; u krvi - 2,89 g/l. Tijelo prosječne osobe (tjelesne težine 70 kg) sadrži 95 g klora. Svakodnevno čovjek prima 3-6 g klora iz hrane, što više nego pokriva potrebe za ovim elementom.
Ioni klora vitalni su za biljke. Klor je uključen u energetski metabolizam u biljkama aktiviranjem oksidativne fosforilacije. Neophodan je za stvaranje kisika tijekom fotosinteze izoliranih kloroplasta, te potiče pomoćne procese fotosinteze, prvenstveno one povezane s akumulacijom energije. Klor pozitivno utječe na apsorpciju kisika, kalija, kalcija i magnezija u korijenu. Prekomjerna koncentracija iona klora u biljkama može imati i negativnu stranu, na primjer, smanjiti sadržaj klorofila, smanjiti aktivnost fotosinteze, usporiti rast i razvoj biljaka Baskunchak klor). Klor je jedno od prvih korištenih kemijskih sredstava
— Korištenje analitičke laboratorijske opreme, laboratorijskih i industrijskih elektroda, posebice: ESR-10101 referentne elektrode koje analiziraju sadržaj Cl- i K+.
Upiti o kloru, pronalaze nas po upitima za klor
Međudjelovanje, trovanje, voda, reakcije i proizvodnja klora
- oksid
- riješenje
- kiseline
- veze
- Svojstva
- definicija
- dioksid
- formula
- težina
- aktivan
- tekućina
- tvar
- primjena
- akcijski
- oksidacijsko stanje
- hidroksid
Razmatraju se fizikalna svojstva klora: gustoća klora, njegova toplinska vodljivost, specifična toplina i dinamička viskoznost pri različitim temperaturama. Fizikalna svojstva Cl 2 prikazana su u obliku tablica za tekuće, kruto i plinovito stanje ovog halogena.
Osnovna fizikalna svojstva klora
Klor je uvršten u skupinu VII treće periode periodnog sustava elemenata pod brojem 17. Pripada podskupini halogena, ima relativnu atomsku i molekularnu masu od 35,453 odnosno 70,906. Na temperaturama iznad -30°C klor je zelenkasto-žuti plin karakterističnog jakog iritantnog mirisa. Lako se ukapljuje pod normalnim tlakom (1,013·10 5 Pa) kada se ohladi na -34°C i stvara bistru tekućinu jantarne boje koja se skrućuje na -101°C.
Zbog svoje visoke kemijske aktivnosti, slobodni klor se ne pojavljuje u prirodi, već postoji samo u obliku spojeva. Nalazi se uglavnom u mineralu halit (), a također je dio minerala kao što su silvit (KCl), karnalit (KCl MgCl 2 6H 2 O) i silvinit (KCl NaCl). Sadržaj klora u zemljinoj kori iznosi 0,02% od ukupnog broja atoma zemljine kore, gdje se nalazi u obliku dva izotopa 35 Cl i 37 Cl u postotnom omjeru od 75,77% 35 Cl i 24,23% 37 Cl. .
| Vlasništvo | Značenje |
|---|---|
| Talište, °C | -100,5 |
| Vrelište, °C | -30,04 |
| Kritična temperatura, °C | 144 |
| Kritični tlak, Pa | 77,1 10 5 |
| Kritična gustoća, kg/m 3 | 573 |
| Gustoća plina (pri 0°C i 1,013 10 5 Pa), kg/m 3 | 3,214 |
| Gustoća zasićene pare (na 0°C i 3,664 10 5 Pa), kg/m 3 | 12,08 |
| Gustoća tekućeg klora (pri 0°C i 3,664 10 5 Pa), kg/m 3 | 1468 |
| Gustoća tekućeg klora (pri 15,6°C i 6,08 10 5 Pa), kg/m 3 | 1422 |
| Gustoća čvrstog klora (na -102°C), kg/m 3 | 1900 |
| Relativna gustoća plina u zraku (na 0°C i 1,013 10 5 Pa) | 2,482 |
| Relativna gustoća zasićene pare u zraku (na 0°C i 3,664 10 5 Pa) | 9,337 |
| Relativna gustoća tekućeg klora na 0°C (u odnosu na vodu na 4°C) | 1,468 |
| Specifični volumen plina (pri 0°C i 1,013 10 5 Pa), m 3 /kg | 0,3116 |
| Specifični volumen zasićene pare (na 0°C i 3,664 10 5 Pa), m 3 /kg | 0,0828 |
| Specifični volumen tekućeg klora (pri 0°C i 3,664 10 5 Pa), m 3 /kg | 0,00068 |
| Tlak para klora pri 0°C, Pa | 3.664 10 5 |
| Dinamička viskoznost plina pri 20°C, 10 -3 Pa s | 0,013 |
| Dinamička viskoznost tekućeg klora pri 20°C, 10 -3 Pa s | 0,345 |
| Toplina taljenja čvrstog klora (na talištu), kJ/kg | 90,3 |
| Toplina isparavanja (na vrelištu), kJ/kg | 288 |
| Toplina sublimacije (na talištu), kJ/mol | 29,16 |
| Molarni toplinski kapacitet C p plina (pri -73…5727°C), J/(mol K) | 31,7…40,6 |
| Molarni toplinski kapacitet C p tekućeg klora (pri -101…-34°C), J/(mol K) | 67,1…65,7 |
| Koeficijent toplinske vodljivosti plina na 0°C, W/(m K) | 0,008 |
| Koeficijent toplinske vodljivosti tekućeg klora na 30°C, W/(m K) | 0,62 |
| Entalpija plina, kJ/kg | 1,377 |
| Entalpija zasićene pare, kJ/kg | 1,306 |
| Entalpija tekućeg klora, kJ/kg | 0,879 |
| Indeks loma na 14°C | 1,367 |
| Specifična električna vodljivost na -70°S, S/m | 10 -18 |
| Elektronski afinitet, kJ/mol | 357 |
| Energija ionizacije, kJ/mol | 1260 |
Gustoća klora
U normalnim uvjetima, klor je težak plin s približno 2,5 puta većom gustoćom. Gustoća plinovitog i tekućeg klora u normalnim uvjetima (na 0°C) jednaka je 3,214 odnosno 1468 kg/m3. Kada se tekući ili plinoviti klor zagrijava, njegova gustoća se smanjuje zbog povećanja volumena uslijed toplinskog širenja.
Gustoća plinovitog klora
U tablici je prikazana gustoća klora u plinovitom stanju pri različitim temperaturama (u rasponu od -30 do 140°C) i normalnom atmosferskom tlaku (1,013·10 5 Pa). Gustoća klora mijenja se s temperaturom – smanjuje se zagrijavanjem. Na primjer, pri 20°C gustoća klora je 2,985 kg/m3, a kada se temperatura ovog plina poveća na 100°C, vrijednost gustoće se smanjuje na vrijednost od 2,328 kg/m 3 .
| t, °S | ρ, kg/m3 | t, °S | ρ, kg/m3 |
|---|---|---|---|
| -30 | 3,722 | 60 | 2,616 |
| -20 | 3,502 | 70 | 2,538 |
| -10 | 3,347 | 80 | 2,464 |
| 0 | 3,214 | 90 | 2,394 |
| 10 | 3,095 | 100 | 2,328 |
| 20 | 2,985 | 110 | 2,266 |
| 30 | 2,884 | 120 | 2,207 |
| 40 | 2,789 | 130 | 2,15 |
| 50 | 2,7 | 140 | 2,097 |
Kako tlak raste, gustoća klora raste. Donje tablice prikazuju gustoću plinovitog klora u rasponu temperatura od -40 do 140°C i tlaka od 26,6·10 5 do 213·10 5 Pa. S povećanjem tlaka proporcionalno raste i gustoća klora u plinovitom stanju. Na primjer, porast tlaka klora s 53,2·10 5 na 106,4·10 5 Pa pri temperaturi od 10°C dovodi do dvostrukog povećanja gustoće ovog plina.
| ↓ t, °S | P, kPa → | 26,6 | 53,2 | 79,8 | 101,3 |
|---|---|---|---|---|
| -40 | 0,9819 | 1,996 | — | — |
| -30 | 0,9402 | 1,896 | 2,885 | 3,722 |
| -20 | 0,9024 | 1,815 | 2,743 | 3,502 |
| -10 | 0,8678 | 1,743 | 2,629 | 3,347 |
| 0 | 0,8358 | 1,678 | 2,528 | 3,214 |
| 10 | 0,8061 | 1,618 | 2,435 | 3,095 |
| 20 | 0,7783 | 1,563 | 2,35 | 2,985 |
| 30 | 0,7524 | 1,509 | 2,271 | 2,884 |
| 40 | 0,7282 | 1,46 | 2,197 | 2,789 |
| 50 | 0,7055 | 1,415 | 2,127 | 2,7 |
| 60 | 0,6842 | 1,371 | 2,062 | 2,616 |
| 70 | 0,6641 | 1,331 | 2 | 2,538 |
| 80 | 0,6451 | 1,292 | 1,942 | 2,464 |
| 90 | 0,6272 | 1,256 | 1,888 | 2,394 |
| 100 | 0,6103 | 1,222 | 1,836 | 2,328 |
| 110 | 0,5943 | 1,19 | 1,787 | 2,266 |
| 120 | 0,579 | 1,159 | 1,741 | 2,207 |
| 130 | 0,5646 | 1,13 | 1,697 | 2,15 |
| 140 | 0,5508 | 1,102 | 1,655 | 2,097 |
| ↓ t, °S | P, kPa → | 133 | 160 | 186 | 213 |
|---|---|---|---|---|
| -20 | 4,695 | 5,768 | — | — |
| -10 | 4,446 | 5,389 | 6,366 | 7,389 |
| 0 | 4,255 | 5,138 | 6,036 | 6,954 |
| 10 | 4,092 | 4,933 | 5,783 | 6,645 |
| 20 | 3,945 | 4,751 | 5,565 | 6,385 |
| 30 | 3,809 | 4,585 | 5,367 | 6,154 |
| 40 | 3,682 | 4,431 | 5,184 | 5,942 |
| 50 | 3,563 | 4,287 | 5,014 | 5,745 |
| 60 | 3,452 | 4,151 | 4,855 | 5,561 |
| 70 | 3,347 | 4,025 | 4,705 | 5,388 |
| 80 | 3,248 | 3,905 | 4,564 | 5,225 |
| 90 | 3,156 | 3,793 | 4,432 | 5,073 |
| 100 | 3,068 | 3,687 | 4,307 | 4,929 |
| 110 | 2,985 | 3,587 | 4,189 | 4,793 |
| 120 | 2,907 | 3,492 | 4,078 | 4,665 |
| 130 | 2,832 | 3,397 | 3,972 | 4,543 |
| 140 | 2,761 | 3,319 | 3,87 | 4,426 |
Gustoća tekućeg klora
Tekući klor može postojati u relativno uskom temperaturnom rasponu, čije granice leže od minus 100,5 do plus 144 ° C (odnosno od tališta do kritične temperature). Iznad temperature od 144°C klor ni pod kakvim pritiskom neće prijeći u tekuće stanje. Gustoća tekućeg klora u ovom temperaturnom području varira od 1717 do 573 kg/m3.
| t, °S | ρ, kg/m3 | t, °S | ρ, kg/m3 |
|---|---|---|---|
| -100 | 1717 | 30 | 1377 |
| -90 | 1694 | 40 | 1344 |
| -80 | 1673 | 50 | 1310 |
| -70 | 1646 | 60 | 1275 |
| -60 | 1622 | 70 | 1240 |
| -50 | 1598 | 80 | 1199 |
| -40 | 1574 | 90 | 1156 |
| -30 | 1550 | 100 | 1109 |
| -20 | 1524 | 110 | 1059 |
| -10 | 1496 | 120 | 998 |
| 0 | 1468 | 130 | 920 |
| 10 | 1438 | 140 | 750 |
| 20 | 1408 | 144 | 573 |
Specifični toplinski kapacitet klora
Specifični toplinski kapacitet plinovitog klora C p u kJ/(kg K) u temperaturnom rasponu od 0 do 1200°C i normalnom atmosferskom tlaku može se izračunati pomoću formule:
gdje je T apsolutna temperatura klora u stupnjevima Kelvina.
Treba napomenuti da je u normalnim uvjetima specifični toplinski kapacitet klora 471 J/(kg K) i povećava se zagrijavanjem. Povećanje toplinskog kapaciteta na temperaturama iznad 500°C postaje beznačajno, a na visokim temperaturama specifična toplina klora ostaje gotovo nepromijenjena.
U tablici su prikazani rezultati izračuna specifične topline klora prema gornjoj formuli (pogreška izračuna je oko 1%).
| t, °S | C p , J/(kg K) | t, °S | C p , J/(kg K) |
|---|---|---|---|
| 0 | 471 | 250 | 506 |
| 10 | 474 | 300 | 508 |
| 20 | 477 | 350 | 510 |
| 30 | 480 | 400 | 511 |
| 40 | 482 | 450 | 512 |
| 50 | 485 | 500 | 513 |
| 60 | 487 | 550 | 514 |
| 70 | 488 | 600 | 514 |
| 80 | 490 | 650 | 515 |
| 90 | 492 | 700 | 515 |
| 100 | 493 | 750 | 515 |
| 110 | 494 | 800 | 516 |
| 120 | 496 | 850 | 516 |
| 130 | 497 | 900 | 516 |
| 140 | 498 | 950 | 516 |
| 150 | 499 | 1000 | 517 |
| 200 | 503 | 1100 | 517 |
Na temperaturama blizu apsolutne nule klor je u krutom stanju i ima mali specifični toplinski kapacitet (19 J/(kg K)). Porastom temperature krutog Cl 2 raste i njegov toplinski kapacitet te doseže vrijednost od 720 J/(kg K) pri minus 143°C.
Tekući klor ima specifični toplinski kapacitet od 918...949 J/(kg K) u području od 0 do -90 stupnjeva Celzijusa. Prema tablici vidljivo je da je specifični toplinski kapacitet tekućeg klora veći od plinovitog klora i opada s porastom temperature.
Toplinska vodljivost klora
U tablici su prikazane vrijednosti koeficijenata toplinske vodljivosti plinovitog klora pri normalnom atmosferskom tlaku u temperaturnom rasponu od -70 do 400°C.
Koeficijent toplinske vodljivosti klora u normalnim uvjetima je 0,0079 W/(m deg), što je 3 puta manje nego pri istoj temperaturi i tlaku. Zagrijavanje klora dovodi do povećanja njegove toplinske vodljivosti. Tako se pri temperaturi od 100°C vrijednost ovog fizikalnog svojstva klora povećava na 0,0114 W/(m deg).
| t, °S | λ, W/(m deg) | t, °S | λ, W/(m deg) |
|---|---|---|---|
| -70 | 0,0054 | 50 | 0,0096 |
| -60 | 0,0058 | 60 | 0,01 |
| -50 | 0,0062 | 70 | 0,0104 |
| -40 | 0,0065 | 80 | 0,0107 |
| -30 | 0,0068 | 90 | 0,0111 |
| -20 | 0,0072 | 100 | 0,0114 |
| -10 | 0,0076 | 150 | 0,0133 |
| 0 | 0,0079 | 200 | 0,0149 |
| 10 | 0,0082 | 250 | 0,0165 |
| 20 | 0,0086 | 300 | 0,018 |
| 30 | 0,009 | 350 | 0,0195 |
| 40 | 0,0093 | 400 | 0,0207 |
Viskoznost klora
Koeficijent dinamičke viskoznosti plinovitog klora u temperaturnom području 20...500°C može se približno izračunati pomoću formule:
gdje je η T koeficijent dinamičke viskoznosti klora pri danoj temperaturi T, K;
η T 0 - koeficijent dinamičke viskoznosti klora pri temperaturi T 0 = 273 K (pri normalnim uvjetima);
C je Sutherlandova konstanta (za klor C = 351).
U normalnim uvjetima dinamička viskoznost klora je 0,0123·10 -3 Pa·s. Kada se zagrijava, fizikalna svojstva klora, poput viskoznosti, poprimaju veće vrijednosti.
Tekući klor ima viskoznost za red veličine veću od plinovitog klora. Na primjer, pri temperaturi od 20°C, dinamička viskoznost tekućeg klora ima vrijednost od 0,345·10 -3 Pa·s i opada s porastom temperature.
Izvori:
- Barkov S. A. Halogeni i podskupina mangana. Elementi VII skupine periodnog sustava D. I. Mendeljejeva. Priručnik za studente. M.: Obrazovanje, 1976. - 112 str.
- Tablice fizikalnih veličina. Imenik. ur. akad. I. K. Kikoina. M.: Atomizdat, 1976. - 1008 str.
- Yakimenko L. M., Pasmanik M. I. Priručnik o proizvodnji klora, kaustične sode i osnovnih klornih proizvoda. ur. 2., per. i dr. M.: Kemija, 1976. - 440 str.