Мысал ретінде хлорды қолданып, негізгі топшаның VII тобының элементтерінің сипаттамасы
Жалпы сипаттамасыішкі топтар
Кесте 1. VIIA кіші топ элементтерінің номенклатурасы
Р-элементтер, типтік, бейметалдар (астатин – жартылай металл), галогендер.
Hal (Hal ≠ F) элементінің электрондық диаграммасы:
VIIA топшасының элементтері келесі валенттіліктермен сипатталады:
Кесте 2. Валенттілік
3. VIIA топшасының элементтері келесі тотығу дәрежелерімен сипатталады:
Кесте 3. Элементтердің тотығу күйлері
Химиялық элементтің сипаттамасы
Хлор VII А тобының элементі. Сериялық нөмірі 17
Салыстырмалы атомдық массасы: 35,4527 а. э.м. (г/моль)
Протондар, нейтрондар, электрондар саны: 17,18,17
Атом құрылысы:
Электрондық формула:
Типтік тотығу дәрежелері: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Иондану энергиясы: 1254,9(13,01) кДж/моль (эВ)
Электрондық жақындығы: 349 (кДж/моль)
Полинг бойынша электртерістігі: 3.20
Қарапайым заттың сипаттамасы
Байланыс түрі: ковалентті полюссіз
Екі атомды молекула
Изотоптар: 35 Cl (75,78%) және 37 Cl (24,22%)
Кристалл торының түрі: молекулалық
Термодинамикалық параметрлер
4-кесте
Физикалық қасиеттері
5-кесте
Химиялық қасиеттері
Хлордың сулы ерітіндісі жоғары дисмутацияланған («хлорлы су»)
1-кезең: Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl
2-кезең: HOCl = HCl + [O] – атомдық оттегі
Топшадағы тотықтырғыштық қабілеті фтордан йодқа дейін төмендейді = ˃
Хлор күшті тотықтырғыш болып табылады:
1. Жай заттармен әрекеттесуі
а) сутегімен:
Cl 2 + H 2 = 2HCl
б) металдармен:
Cl 2 + 2Na = 2NaCl
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3
в) электртерістігі аз бейметалдармен:
3Cl 2 + 2P = 2PCl 3
Cl 2 + S = SCl 2
Оттегімен, көміртегімен және азотпен, хлормен тікелей реакция жасамайды!
2. Күрделі заттармен әрекеттесу
а) сумен: жоғарыдан қараңыз
б) қышқылдармен: реакция жасамайды!
в) сілті ерітінділерімен:
суықта: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O
қыздырғанда: 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
д) көптеген органикалық заттармен:
Cl 2 + CH 4 = CH 3 Cl + HCl
C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 Cl + HCl
Ең маңызды хлор қосылыстары
Хлорсутек, хлорсутек(HCl) – түссіз, термиялық тұрақты газ (қалыпты жағдайда), өткір иісі бар, ылғалды ауада түтін шығаратын, суда оңай ериді (судың көлеміне 500 көлемге дейін газ) тұз (тұз) қышқылын түзеді. -114,22 °C температурада HCl қатты күйге айналады. Қатты күйде хлорсутек екі кристалдық модификация түрінде болады: орторомбты, төменде тұрақты және текше.
Хлорлы сутегінің сулы ерітіндісі тұз қышқылы деп аталады. Суда еріген кезде келесі процестер жүреді:
HCl g + H 2 O l = H 3 O + l + Cl − l
Еріту процесі өте экзотермиялық. Сумен HCl азеотропты қоспа түзеді. Бұл күшті монопротикалық қышқыл. Сутегінің сол жағындағы кернеу қатарындағы барлық металдармен, негіздік және амфотерлі оксидтермен, негіздермен және тұздармен энергетикалық әрекеттеседі, тұз түзеді - хлоридтер:
Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O
Күшті тотықтырғыштармен әсер еткенде немесе электролиз кезінде хлорсутек тотықсыздандырғыш қасиет көрсетеді:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
Қыздырған кезде хлорсутек оттегімен тотығады (катализатор – мыс(II) хлориді CuCl 2):
4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2
Бірақ концентрлі тұз қышқылы мысмен әрекеттесіп, бір валентті мыс кешенін түзеді:
2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2
Концентрлі тұз қышқылының көлемінің 3 бөлігі мен концентрлі азот қышқылының көлемінің 1 бөлігінің қоспасы «аква региа» деп аталады. Aqua regia тіпті алтын мен платинаны да еріте алады. Акварегияның жоғары тотығу белсенділігі ондағы бастапқы заттармен тепе-теңдікте болатын нитрозилхлорид пен хлордың болуына байланысты:
4 H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Ерітіндідегі хлорид иондарының жоғары концентрациясына байланысты металл хлоридті кешенмен байланысады, бұл оның еруіне ықпал етеді:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
Хлорсутек сонымен қатар көптеген байланыстарға қосылу реакцияларымен сипатталады (электрофильді қосылу):
R-CH=CH 2 + HCl → R-CHCl-CH 3
R-C≡CH + 2 HCl → R-CCl 2 -CH 3
Хлор оксидтері- хлор мен оттегінің бейорганикалық химиялық қосылыстары, жалпы формуласы: Cl x O y.
Хлор келесі оксидтерді түзеді: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Сонымен қатар, келесілер белгілі: қысқа мерзімді радикал ClO, хлор пероксиді радикалы ClOO және хлор тетроксиді радикалы ClO 4 .
Төмендегі кестеде тұрақты хлор оксидтерінің қасиеттері көрсетілген:
6-кесте
| Меншік | Cl2O | ClO2 | ClOClO 3 | Cl 2 O 6 (л)↔2ClO 3 (г) | Cl2O7 |
| Бөлмедегі түс және жағдай. температура | Сары-қоңыр газ | Сары-жасыл газ | Ашық сары сұйықтық | Қою қызыл сұйықтық | Түссіз сұйықтық |
| Хлордың тотығу дәрежесі | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| T. п., °C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| Қайнау температурасы, °C | 2,0 | 44,5 | |||
| г(f, 0°C), г*см -3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| ΔH° үлгісі (газ, 298 К), кДж*моль -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| ΔG° үлгісі (газ, 298 К), кДж*моль -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| S° үлгісі (газ, 298 К), J*K -1 *моль -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Дипольдік момент μ, D | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
Хлор оксиді (I),Дихлор оксиді, гипохлор қышқылы ангидриді – хлордың оттегімен +1 тотығу күйіндегі қосылысы.
Қалыпты жағдайда бұл хлорды еске түсіретін өзіне тән иісі бар қоңыр-сары газ. 2 °C төмен температурада сұйықтық алтын-қызыл түсті болады. Улы: әсер етеді Әуе жолдары. Өздігінен баяу ыдырайды:
Жоғары концентрацияда жарылғыш. Қалыпты жағдайда тығыздығы 3,22 кг/м³. Көміртек төртхлоридінде ериді. Әлсіз гипохлор қышқылын түзу үшін суда ериді:
Сілтілермен тез әрекеттеседі:
Cl 2 O + 2NaOH (дил.) = 2NaClO + H 2 O
Хлор диоксиді- қышқыл оксиді. Суда ерігенде хлор және перхлор қышқылдары түзіледі (диспропорция реакциясы). Сұйылтылған ерітінділер қараңғыда тұрақты және жарықта баяу ыдырайды:
Хлор диоксиді- хлор оксиді ( IV), хлор мен оттегінің қосылысы, формуласы: ClO 2.
Қалыпты жағдайда ClO 2 өзіне тән иісі бар қызыл-сары газ болып табылады. 10 °C төмен температурада ClO 2 қызыл-қоңыр сұйықтық болып табылады. Тұрақтылығы төмен, жарықта, тотықтырғыш заттармен жанасқанда және қыздырғанда жарылады. Суда жақсы ерітейік. Жарылыс қаупіне байланысты хлор диоксидін сұйықтық ретінде сақтауға болмайды.
Қышқыл оксиді. Суда ерігенде хлор және перхлор қышқылдары түзіледі (диспропорция реакциясы). Сұйылтылған ерітінділер қараңғыда тұрақты және жарықта баяу ыдырайды:
Алынған хлор қышқылы өте тұрақсыз және ыдырайды:
Тотығу-тотықсыздану қасиетін көрсетеді.
2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (сұйылтылған) + 10FeSO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O
ClO 2 + 2NaOH суық. = NaClO 2 + NaClO 3 + H 2 O
ClO 2 + O 3 = ClO 3 + O 2
ClO 2 көптеген органикалық қосылыстармен әрекеттеседі және орташа күшті тотықтырғыш ретінде әрекет етеді.
Гипохлор қышқылы- HClO, хлордың тотығу дәрежесі +1 болатын өте әлсіз монопротикалық қышқыл. Тек шешімдерде болады.
Су ерітінділерінде гипохлор қышқылы ішінара протонға және гипохлорит анионына ClO - ыдырайды:
Тұрақсыз. Гипохлор қышқылы және оның тұздары гипохлориттер- күшті тотықтырғыштар. HCl тұз қышқылымен әрекеттесіп, молекулалық хлор түзеді:
HClO + NaOH (сұйылтылған) = NaClO + H 2 O 
Хлор қышқылы- HClO 2, орташа беріктіктегі бір негізді қышқыл.
Хлор қышқылы HClO 2 бос күйінде тұрақсыз, тіпті сұйылтылған сулы ерітіндіде ол тез ыдырайды:
Сілтілермен бейтараптандырылған.
HClO 2 + NaOH (дил. суық) = NaClO 2 + H 2 O
Бұл қышқылдың ангидриді белгісіз.
Оның тұздарынан қышқыл ерітіндісі дайындалады - хлориттер ClO 2 сілтімен әрекеттесу нәтижесінде түзіледі:
Тотығу-тотықсыздану қасиетін көрсетеді.
5HClO2 + 3H2SO4 (сұйылтылған) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Хлор қышқылы- HClO 3, хлордың тотығу дәрежесі +5 болатын күшті бір негізді қышқыл. Еркін нысанда алынбаған; суықта 30% төмен концентрациядағы сулы ерітінділерде ол айтарлықтай тұрақты; неғұрлым концентрлі ерітінділерде ыдырайды:
Гипохлор қышқылы күшті тотықтырғыш болып табылады; тотығу қабілеті концентрация мен температураның жоғарылауымен артады. HClO 3 оңай тұз қышқылына дейін тотықсызданады:
HClO 3 + 5HCl (конс.) = 3Cl 2 + 3H 2 O
HClO 3 + NaOH (сұйылтылған) = NaClO 3 + H 2 O
Қатты қышқыл ерітінді арқылы SO 2 және ауа қоспасын өткізгенде хлор диоксиді түзіледі:
40% перхлор қышқылында, мысалы, сүзгі қағазы тұтанады.
8. Табиғатта болу:
Жер қыртысында хлор ең көп таралған галоген болып табылады. Хлор өте белсенді болғандықтан табиғатта тек минералдар құрамындағы қосылыстар түрінде кездеседі.
Кесте 7. Табиғатта табу
Кесте 7. Минералды формалар
Хлордың ең үлкен қоры теңіздер мен мұхиттар суларының тұздарында болады.
Түбіртек
Хлорды алудың химиялық әдістері тиімсіз және қымбат. Бүгінде олар негізінен тарихи маңызға ие. Калий перманганатын тұз қышқылымен әрекеттестіру арқылы алуға болады:
Шел әдісі
Бастапқыда хлор алудың өнеркәсіптік әдісі Шееле әдісіне негізделген, яғни пиролузиттің тұз қышқылымен реакциясы:
Дикон әдісі
Атмосфералық оттегімен хлорсутекті каталитикалық тотықтыру арқылы хлор алу әдісі.
Электрохимиялық әдістер
Бүгінгі күні хлор өнеркәсіптік ауқымда натрий гидроксидімен және сутегімен бірге ас тұзының ерітіндісін электролиздеу арқылы өндіріледі, оның негізгі процестерін жиынтық формуламен көрсетуге болады:
Қолдану
· Құрамында хлор бар полимерлерден жасалған терезе профилі
· Ағартқыштардың негізгі компоненті - Лабаррако суы (натрий гипохлориті)
· Поливинилхлорид, пластмасса қосылыстары, синтетикалық каучук өндірісінде.
· Хлорорганикалық заттардың өндірісі. Өсімдіктерді қорғау құралдарын алу үшін өндірілген хлордың едәуір бөлігі жұмсалады. Ең маңызды инсектицидтердің бірі - гексахлорциклогексан (көбінесе гексахлоран деп аталады).
· Химиялық соғыс агенті ретінде, сондай-ақ басқа химиялық соғыс агенттерін өндіру үшін қолданылады: қыша газы, фосген.
· Суды залалсыздандыру үшін – «хлорлау».
· Тамақ өнеркәсібінде тіркелген тағамдық қоспалар E925.
· Химиялық өндірісте тұз қышқылы, ағартқыш, бертоллет тұзы, металл хлоридтері, улар, дәрі-дәрмектер, тыңайтқыштар.
· Металлургияда таза металдарды алу үшін: титан, қалайы, тантал, ниобий.
· Хлор-аргон детекторларында күн нейтриносының индикаторы ретінде.
Көптеген дамыған елдер хлорды күнделікті өмірде пайдалануды шектеуге ұмтылуда, оның ішінде хлоры бар қалдықтардың жануы диоксиндердің айтарлықтай мөлшерін шығарады.
Хлорды алхимиктер алған шығар, бірақ оның ашылуы мен алғашқы зерттеулері әйгілі швед химигі Карл Вильгельм Шееленің есімімен тығыз байланысты. Шели бесті ашты химиялық элементтер- барий және марганец (Иоган Ханмен бірге), молибден, вольфрам, хлор және басқа химиктерге тәуелсіз (кейінірек болса да) - тағы үшеуі: оттегі, сутегі және азот. Бұл жетістікті кейіннен ешбір химик қайталай алмады. Сонымен бірге, Швеция Корольдік ғылым академиясының мүшесі болып сайланған Шееле, бұдан да құрметті және беделді лауазымды иеленуі мүмкін болса да, Кепингте қарапайым фармацевт болды. Пруссия королі Ұлы Фредерик II-нің өзі оған Берлин университетінің химия профессоры лауазымын ұсынды. Мұндай еліктіргіш ұсыныстардан бас тартып, Шееле: «Мен қажетінен артық жей алмаймын және Кепингте тапқаным жеуге жеткілікті», - деді.
Көптеген хлор қосылыстары, әрине, Шееледен көп бұрын белгілі болды. Бұл элемент көптеген тұздардың құрамына кіреді, соның ішінде ең танымал - ас тұзы. 1774 жылы Шееле қара түсті минералды пиролюзитті концентрлі тұз қышқылымен қыздыру арқылы хлорды бос күйде бөліп алды: MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O.
Алғашында химиктер хлорды элемент ретінде емес, белгісіз muria элементінің (латын тілінен muria – тұзды ерітінді) оттегімен химиялық қосылысы ретінде қарастырды. Тұз қышқылында (ол мурин қышқылы деп аталды) химиялық байланысқан оттегі бар деп есептелді. Бұл «куә», атап айтқанда, келесі факт бойынша болды: хлор ерітіндісі жарықта тұрғанда, одан оттегі бөлініп, ерітіндіде тұз қышқылы қалады. Дегенмен, хлордан оттегін «жыртуға» жасалған көптеген әрекеттер еш нәтиже бермеді. Осылайша, хлорды көмірмен қыздыру арқылы ешкім көмірқышқыл газын ала алмады (ол жоғары температурада құрамындағы көптеген қосылыстардан оттегін «алып тастайды»). Хамфри Дэви, Джозеф Луи Гей-Люссак және Луи Жак Тенард жүргізген ұқсас тәжірибелердің нәтижесінде хлордың құрамында оттегі жоқ және қарапайым зат екені белгілі болды. Хлордың сутегімен әрекеттесуі кезіндегі газдардың сандық қатынасын талдаған Гей-Люссактың тәжірибелері осындай қорытындыға әкелді.
1811 жылы Дэви грек тілінен алынған жаңа элемент үшін «хлор» атауын ұсынды. «хлорос» - сары-жасыл. Бұл хлордың дәл түсі. Дәл сол түбір «хлорофилл» (грекше «chloros» және «phyllon» - жапырақ) сөзінде. Бір жылдан кейін Гей-Люссак бұл атауды «хлор» деп «қысқартты». Бірақ әлі де британдықтар (және американдықтар) бұл элементті «хлор» деп атаса, француздар оны хлор деп атайды. Бүкіл 19 ғасырда химияның «заң шығарушылары» немістер де қысқартылған атауды қабылдады. (неміс тілінде хлор – хлор). 1811 жылы неміс физигі Иоганн Швайгер хлордың «галоген» атауын ұсынды (грек тілінен «hals» - тұз және «геннао» - туады). Кейіннен бұл термин тек хлорға ғана емес, сонымен қатар оның жетінші топтағы барлық аналогтарына – фтор, бром, йод, астатинге де берілді.
Хлор атмосферасында сутегінің жануын көрсету қызықты: кейде эксперимент кезінде әдеттен тыс құбылыс орын алады. жанама әсер: ызылдаған дыбыс бар. Көбінесе жалын сутегі жіберілетін жұқа түтік хлор толтырылған конус тәрізді ыдысқа түсірілгенде ызылдайды; сфералық колбалар үшін де солай, бірақ цилиндрлерде жалын әдетте ызылдамайды. Бұл құбылыс «ән шырқау» деп аталды.
Су ерітіндісінде хлор сумен ішінара және біршама баяу әрекеттеседі; 25°С, тепе-теңдік: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl екі күн ішінде орнатылады. Гипохлор қышқылы жарықта ыдырайды: HClO ® HCl + O. Ағартқыш әсерге атомдық оттегі жатады (абсолютті құрғақ хлорда мұндай қабілет жоқ).
Оның қосылыстарындағы хлор барлық тотығу күйлерін көрсете алады -1-ден +7-ге дейін. Оттегімен хлор бірқатар оксидтер түзеді, олардың барлығы таза күйінде тұрақсыз және жарылғыш: Cl 2 O - сары-қызғылт сары газ, ClO 2 - сары газ (9,7 o C төмен - ашық қызыл сұйықтық), хлор перхлораты Cl. 2 O 4 (ClO –ClO 3, ашық сары сұйықтық), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3, ашық қызыл сұйықтық), Cl 2 O 7 – түссіз, өте жарылғыш сұйықтық. Төмен температурада тұрақсыз оксидтер Cl 2 O 3 және ClO 3 алынды. ClO 2 оксиді өнеркәсіптік ауқымда шығарылады және целлюлозаны ағарту және ауыз су мен сарқынды суларды зарарсыздандыру үшін хлордың орнына қолданылады. Басқа галогендермен хлор галогенаралық деп аталатын бірқатар қосылыстарды түзеді, мысалы, ClF, ClF 3, ClF 5, BrCl, ICl, ICl 3.
Хлор және оның тотығу дәрежесі оң қосылыстары күшті тотықтырғыштар болып табылады. 1822 жылы неміс химигі Леопольд Гмелин сары қан тұзынан хлормен тотықтыру арқылы қызыл тұз алды: 2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl. Хлор бромдар мен хлоридтерді оңай тотықтырады, бром мен йодты бос күйінде шығарады.
Хлор әртүрлі тотығу күйінде бірқатар қышқылдар түзеді: HCl - тұзды (тұз, тұздар - хлоридтер), HClO - гипохлорлы (тұздар - гипохлориттер), HClO 2 - хлорлы (тұздар - хлориттер), HClO 3 - гипохлорлы (тұздар - тұздар) , HClO 4 – хлор (тұздар – перхлораттар). Оттегі қышқылдарының ішінен таза күйінде тек перхлор қышқылы ғана тұрақты. Оттегі қышқылдарының тұздарынан гипохлориттер тәжірибеде, натрий хлориті NaClO 2 – маталарды ағарту үшін, оттегінің ықшам пиротехникалық көздерін («оттегі шамдары»), калий хлораттарын (бертоломета тұзы), кальций мен магнийді (үшін) өндіру үшін қолданылады. сіріңке өндірісінде пиротехникалық құрамдар мен жарылғыш заттардың құрамдас бөлігі ретінде ауыл шаруашылығы зиянкестерімен күресу, перхлораттар – жарылғыш заттар мен пиротехникалық құрамдардың құрамдас бөліктері; Аммоний перхлораты қатты зымыран отынының құрамдас бөлігі болып табылады.
Хлор көптеген органикалық қосылыстармен әрекеттеседі. Ол қос және үш көміртек-көміртек байланыстары бар қанықпаған қосылыстарға (ацетиленмен реакция жарылыспен жүреді), ал жарықта бензолға тез қосылады. Белгілі бір жағдайларда хлор органикалық қосылыстардағы сутегі атомдарын алмастыра алады: R–H + Cl 2 ® RCl + HCl. Бұл реакция органикалық химия тарихында маңызды рөл атқарды. 1840 жылдары француз химигі Жан Батист Дюма хлордың әсер ететінін анықтады. сірке қышқылыреакция таңғажайып оңай жүреді
CH 3 COOH + Cl 2 ® CH 2 ClCOOH + HCl. Хлордың артық мөлшерімен үшхлорсірке қышқылы CCl 3 COOH түзіледі. Алайда көптеген химиктер Дюманың жұмысына сенімсіздікпен қарады. Шынында да, Берцелиустың сол кездегі жалпы қабылданған теориясына сәйкес, оң зарядты сутегі атомдарын теріс зарядталған хлор атомдарымен алмастыруға болмайды. Бұл пікірді сол кезде көптеген көрнекті химиктер ұстанды, олардың арасында Фридрих Вёлер, Юстус Либиг және, әрине, Берцелиустың өзі болды.
Дюманы келемеждеу үшін Вёлер өзінің досы Либигке белгілі бір С.Виндлердің (Швиндлер – неміс тілінде алаяқ) атынан Дюма ашты деген реакцияның жаңа сәтті қолданылуы туралы мақаланы тапсырды. Мақалада Вёлер марганец ацетаты Mn(CH 3 COO) 2 құрамында валенттілігіне қарай барлық элементтерді хлормен ауыстыруға болатынын, нәтижесінде тек хлордан тұратын сары кристалды зат пайда болғаны туралы анық келекемен жазды. Одан әрі Англияда органикалық қосылыстардың барлық атомдарын ретімен хлор атомдарымен алмастыру арқылы қарапайым маталар хлорға айналады, сонымен бірге заттар өздерінің сыртқы түрін сақтайды деп айтылды. Түсіндірмеде Лондон дүкендері тек хлордан тұратын материалды жылдам сататыны айтылған, өйткені бұл материал түнгі қалпақ пен жылы іш шалбарға өте қолайлы.
Хлордың органикалық қосылыстармен әрекеттесуі көптеген хлорорганикалық өнімдердің түзілуіне әкеледі, олардың арасында кеңінен қолданылатын еріткіштер метиленхлорид CH 2 Cl 2, хлороформ CHCl 3, төрт хлорлы көміртек CCl 4, трихлорэтилен CHCl=CCl 2, тетрахлор Сl2 . Ылғал болған жағдайда хлор өсімдіктердің жасыл жапырақтарын және көптеген бояғыштарды түссіздендіреді. Бұл 18 ғасырда қолданылған. маталарды ағарту үшін.
Хлор улы газ ретінде.
Хлорды қабылдаған Шееле өте жағымсыз күшті иіс, тыныс алу және жөтел қиындықтарын атап өтті. Кейінірек анықтағанымыздай, адам бір литр ауада осы газдың бар болғаны 0,005 мг болса да, хлордың иісін сезеді, сонымен бірге ол тыныс алу жолдарын тітіркендіргіш әсер етеді, тыныс алу жолдарының шырышты қабатының жасушаларын бұзады. трактаттар мен өкпелер. 0,012 мг/л концентрацияға шыдау қиын; хлордың концентрациясы 0,1 мг/л-ден асса, ол өмірге қауіп төндіреді: тыныс алу жиілейді, құрысулар пайда болады, содан кейін барған сайын сирек болады және 5-25 минуттан кейін тыныс тоқтайды. Өнеркәсіптік кәсіпорындардың ауасындағы шекті рұқсат етілген концентрация 0,001 мг/л, ал елді мекендердің ауасында - 0,00003 мг/л.
Петербург академигі Товий Егорович Ловиц 1790 жылы Шееле тәжірибесін қайталай отырып, абайсызда хлордың едәуір мөлшерін ауаға шығарды. Оны жұтқаннан кейін ол есін жоғалтып, құлап қалды, содан кейін сегіз күн бойы кеудесі шыдатпай ауырды. Бақытымызға орай, ол сауығып кетті. Әйгілі ағылшын химигі Дэви хлордан уланып өліп қала жаздады. Тіпті аз мөлшердегі хлормен тәжірибелер қауіпті, өйткені олар өкпеге ауыр зақым келтіруі мүмкін. Олардың айтуынша, неміс химигі Эгон Виберг хлор туралы лекцияларының бірін: «Хлор – улы газ. Келесі демонстрация кезінде уланып қалсам, мені таза ауаға шығаруыңызды өтінемін. Бірақ, өкінішке орай, дәріс үзілуі керек». Егер сіз ауаға көп хлор шығарсаңыз, бұл нағыз апатқа айналады. Мұны Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде ағылшын-француз әскерлері басынан өткерді. 1915 жылы 22 сәуірде таңертең неміс қолбасшылығы соғыстар тарихындағы алғашқы газ шабуылын жасау туралы шешім қабылдады: жел жауға қарай соққанда, Бельгияның Ипр қаласына жақын маңдағы алты шақырымдық шағын учаскеде , әрқайсысында 30 кг сұйық хлор бар 5730 баллонның клапандары бір уақытта ашылды. 5 минут ішінде үлкен сары-жасыл бұлт пайда болды, ол неміс траншеяларынан одақтастарға қарай баяу жылжыды. Ағылшын және француз солдаттары мүлдем қорғансыз болды. Газ барлық баспаналарға жарықтар арқылы еніп кетті, одан құтылу мүмкін болмады: противогаз әлі ойлап табылған жоқ. Салдарынан 15 мың адам уланып, оның 5 мыңы қайтыс болды. Бір айдан кейін, 31 мамырда немістер шығыс майданда - орыс әскерлеріне қарсы газ шабуылын қайталады. Бұл Польшада Болимова қаласының маңында болған. 12 км фронтта 12 мың баллоннан 264 тонна хлор қоспасы және одан да көп улы фосген (көмір қышқылы хлориді COCl 2) шығарылды. Патша командованиесі Ипрде не болғанын білді, бірақ орыс әскерлерінің қорғаныс құралдары болмады! Газ шабуылы нәтижесінде шығын 9146 адамды құрады, оның 108-і ғана винтовкадан және артиллериядан атқылаудан болған, қалғандары уланған. Бұл ретте 1183 адам бірден көз жұмды.
Көп ұзамай химиктер хлордан қалай құтылуға болатындығын көрсетті: натрий тиосульфатының ерітіндісіне малынған дәке таңғышы арқылы тыныс алу керек (бұл зат фотосуретте қолданылады, оны көбінесе гипосульфит деп атайды). Хлор тиосульфат ерітіндісімен өте тез әрекеттеседі, оны тотықтырады:
Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ® 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl. Әрине, күкірт қышқылы да зиянсыз зат емес, бірақ оның сұйылтылған сулы ерітіндісі улы хлорға қарағанда әлдеқайда қауіпті. Сондықтан, сол жылдары тиосульфаттың басқа атауы болды - «антихлор», бірақ алғашқы тиосульфатты газқағарлар өте тиімді болмады.
1916 жылы орыс химигі және болашақ академигі Николай Дмитриевич Зелинский белсендірілген көмір қабаты арқылы улы заттар ұсталатын нағыз тиімді противогазды ойлап тапты. Өте дамыған беті бар мұндай көмір гипосульфитке малынған дәкеге қарағанда хлорды едәуір көп ұстай алады. Бақытымызға орай, «хлор шабуылдары» тарихта тек қайғылы эпизод болып қалды. Дүниежүзілік соғыстан кейін хлордың тек бейбіт кәсіптері қалды.
Хлорды қолдану.
Жыл сайын дүние жүзінде хлордың үлкен мөлшері өндіріледі – ондаған миллион тонна. Тек АҚШ-та 20 ғасырдың аяғында. Электролиз арқылы жыл сайын шамамен 12 миллион тонна хлор өндірілді (химиялық өндіріс арасында 10-орын). Оның негізгі бөлігі (50%-ға дейін) органикалық қосылыстарды хлорлауға – еріткіштер, синтетикалық каучук, поливинилхлорид және басқа да пластмассалар, хлоропренді каучук, пестицидтер, дәрі-дәрмектер және басқа да көптеген қажетті және пайдалы өнімдерді өндіруге жұмсалады. Қалғаны бейорганикалық хлоридтерді синтездеу үшін, целлюлоза-қағаз өнеркәсібінде ағаш целлюлозасын ағарту үшін және суды тазарту үшін жұмсалады. Хлор металлургия өнеркәсібінде салыстырмалы түрде аз мөлшерде қолданылады. Оның көмегімен өте таза металдар – титан, қалайы, тантал, ниобий алынады. Хлорда сутекті жағу арқылы хлорсутек, одан тұз қышқылын алады. Хлор сонымен қатар ағартқыш заттарды (гипохлориттер, ағартқыштар) алу үшін және хлорлау арқылы суды зарарсыздандыру үшін қолданылады.
Илья Линсон
РЕСЕЙ ФЕДЕРАЦИЯСЫНЫҢ Білім және ғылым министрлігі
Жоғары кәсіптік білім беретін федералды мемлекеттік бюджеттік оқу орны
ИВАНОВСК МЕМЛЕКЕТТІК ХИМИЯ-ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ УНИВЕРСИТЕТІ
TP және MET кафедрасы
Эссе
Хлор: қасиеттері, қолданылуы, алынуы
Жетекшісі: Ефремов А.М.
Иваново 2015 ж
Кіріспе
Негізгі ақпаратхлор үшін
Хлорды қолдану
Хлорды алудың химиялық әдістері
Электролиз. Процестің түсінігі мен мәні
Хлордың өнеркәсіптік өндірісі
Хлор өндірісіндегі және қоршаған ортаны қорғаудағы қауіпсіздік шаралары
Қорытынды
Кіріспе
хлордың химиялық элементінің электролизі
Хлордың ғылымның, өндірістің, медицинаның және күнделікті өмірдің әртүрлі салаларында кең көлемде қолданылуына байланысты соңғы уақытта оған сұраныс апатты түрде өсті. Хлорды зертханалық және өнеркәсіптік әдістермен алудың көптеген әдістері бар, бірақ олардың барлығында артықшылықтардан гөрі кемшіліктер көп. Хлорды, мысалы, көптеген химиялық және басқа да өнеркәсіптердің жанама өнімі мен қалдықтары болып табылатын тұз қышқылынан немесе тұз кен орындарында өндірілетін ас тұзынан алу өте энергияны қажет ететін, қоршаған орта тұрғысынан зиянды және өте қауіпті процесс. өмірі мен денсаулығына қауіпті.
Қазіргі уақытта жоғарыда аталған кемшіліктердің барлығын жойып, хлордың жоғары шығымдылығына ие болатын хлор өндіру технологиясын жасау мәселесі өте өзекті болып табылады.
.Хлор туралы жалпы мәліметтер
Хлорды алғаш рет 1774 жылы К.Шееле тұз қышқылын пиролузит MnO2 әрекеттестіру арқылы алды. Бірақ 1810 жылы ғана Г.Дэви хлордың элемент екенін анықтап, оны хлор (грек тілінен аударғанда chloros – сары-жасыл) деп атады. 1813 жылы Дж.Л.Гей-Люссак бұл элемент үшін «Хлор» атауын ұсынды.
Хлор Д.И.Менделеев элементтерінің периодтық жүйесінің VII тобының элементі. Молекулалық массасы 70,906, атомдық салмағы 35,453, атомдық нөмірі 17, галогендік отбасына жатады. Қалыпты жағдайда екі атомды молекулалардан тұратын бос хлор жасыл-сары түсті, өткір және тітіркендіргіш иісі бар жанбайтын газ болып табылады. Ол улы және тұншығуды тудырады. Атмосфералық қысымда сығымдалған хлор газы -34,05 °С-та сарғыш сұйықтыққа айналады, -101,6 °С және қысымы 1 атм қатады. Әдетте хлор 75,53% 35Cl және 24,47% 37Cl қоспасы болып табылады. Қалыпты жағдайда хлор газының тығыздығы 3,214 кг/м3, яғни ауадан шамамен 2,5 есе ауыр.
Химиялық тұрғыдан хлор өте белсенді, барлық дерлік металдармен (кейбіреулерімен тек ылғал болған кезде немесе қыздырғанда) және бейметалдармен (көміртек, азот, оттегі, инертті газдардан басқа) тікелей қосылып, сәйкес хлоридтерді түзеді. көптеген қосылыстар, қаныққан көмірсутектердегі сутекті алмастырады және қанықпаған қосылыстарға қосылады. Бұл оның қолдану аясының кең ауқымына байланысты. Хлор бром мен йодты сутегімен және металдармен қосылыстарынан ығыстырып шығарады. Сілтілік металдар ылғал іздері болған кезде тұтану арқылы хлормен әрекеттеседі, металдардың көпшілігі қыздырылған кезде ғана құрғақ хлормен әрекеттеседі. Болат, сондай-ақ кейбір металдар, төмен температурада құрғақ хлор атмосферасына төзімді, сондықтан олар құрғақ хлорды сақтау үшін жабдықтар мен қоймалар жасау үшін қолданылады. Фосфор хлорлы атмосферада жанып, РСl3 түзеді, ал одан әрі хлорлау кезінде - РСl5. Хлормен күкірт қыздырғанда S2Cl2, SCl2 және басқа SnClm береді. Мышьяк, сурьма, висмут, стронций, теллур хлормен қарқынды әрекеттеседі. Хлор мен сутегі қоспасы түссіз немесе сары-жасыл жалынмен жанып, хлорсутек түзеді (бұл тізбекті реакция). Сутекті-хлорлы жалынның максималды температурасы 2200°С. Құрамында 5,8-88,5% H2 бар хлордың сутегімен қоспалары жарылғыш болып табылады және жарықтан, электр ұшқынынан, жылудан немесе темір оксидтері сияқты белгілі бір заттардың қатысуынан жарылуы мүмкін.
Оттегімен хлор оксидтер түзеді: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, сонымен қатар гипохлориттер (гипохлор қышқылының тұздары), хлориттер, хлораттар және перхлораттар. Хлордың барлық оттекті қосылыстары оңай тотыққан заттармен жарылғыш қоспалар түзеді. Хлор оксидтері тұрақсыз және өздігінен жарылуы мүмкін, гипохлориттер сақтау кезінде баяу ыдырайды, хлораттар мен перхлораттар инициаторлардың әсерінен жарылуы мүмкін. Судағы хлор гидролизденіп, гипохлор және тұз қышқылдарын түзеді: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Алынған сарғыш ерітіндіні жиі хлорлы су деп атайды. Сілтілердің судағы ерітінділерін суықта хлорлағанда гипохлориттер мен хлоридтер түзіледі: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, қыздырғанда хлораттар түзіледі. Құрғақ кальций гидроксидін хлорлау ағартқышты шығарады. Аммиак хлормен әрекеттескенде азот үшхлориді түзіледі. Органикалық қосылыстарды хлорлау кезінде хлор сутектің орнын басады немесе бірнеше байланыстарды біріктіріп, құрамында хлоры бар әртүрлі органикалық қосылыстар түзеді. Хлор басқа галогендермен интергалогендік қосылыстар түзеді. Хлор фторидтері ClF, ClF3, ClF3 өте реактивті; мысалы, ClF3 атмосферасында шыны жүн өздігінен тұтанады. Хлордың оттегімен және фтормен белгілі қосылыстары хлор оксифторидтері: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 және фтор перхлораты FClO4.
Хлор табиғатта тек қосылыстар түрінде кездеседі. Оның жер қыртысындағы орташа мөлшері массалық 1,7·10-2% құрайды. Су миграциясы жер қыртысындағы хлордың тарихында үлкен рөл атқарады. Дүниежүзілік мұхитта (1,93%), жер асты тұзды суларында және тұзды көлдерде Cl- ион түрінде кездеседі. Өзіндік минералдардың саны (негізінен табиғи хлоридтер) 97, ең бастысы галит NaCl (тас тұзы). Калий мен магний хлоридтерінің және аралас хлоридтердің ірі кен орындары да белгілі: сильвинит KCl, силвинит (Na,K)Cl, карналит KCl MgCl2 6H2O, кайнит KCl MgSO4 3H2O, бисофит MgCl26H. Жер тарихында жанартаулық газдардың құрамындағы HCl-ді жер қыртысының жоғарғы бөліктеріне жеткізудің маңызы зор болды.
Хлор сапасының стандарттары
Көрсеткіштің атауы ГОСТ 6718-93 Жоғары сорт Бірінші сорт Хлордың көлемдік үлесі, кем емес, % 99,899,6 Судың массалық үлесі, % артық емес 0,010,04 Азот үшхлоридінің массалық үлесі, % көп емес 0,0020,004 Масса. ұшпайтын қалдық үлесі, %0 .0150.10 артық емес
Хлорды сақтау және тасымалдау
Әртүрлі әдістермен өндірілген хлор арнайы «цистерналарда» сақталады немесе болат цилиндрлік (көлемі 10-250 м3) және сфералық (көлемі 600-2000 м3) цилиндрлерге 18 кгс/см2 меншікті бу қысымымен айдалады. Максималды сақтау көлемі - 150 тонна. Қысым астында сұйық хлоры бар баллондар ерекше түске ие - қорғаныс түсі. Егер хлор баллоны қысымын төмендетсе, газдың кенеттен бөлінуі өлімге әкелетін концентрациядан бірнеше есе жоғары болады. Айта кету керек, хлор баллондарын ұзақ уақыт пайдаланған кезде оларда өте жарылғыш азот үшхлориді жиналады, сондықтан мезгіл-мезгіл хлор баллондары азот хлоридінен жоспарлы жуудан және тазалаудан өтуі керек. Хлор контейнерлерде, теміржол цистерналарында, цилиндрлерде тасымалданады, олар уақытша сақтау орны ретінде қызмет етеді.
2.Хлорды қолдану
Хлорды ең алдымен химия өнеркәсібінде пластмасса, синтетикалық каучук, химиялық талшықтар, еріткіштер, инсектицидтер және т.б. алу үшін қолданылатын әртүрлі органикалық хлор туындыларын алу үшін тұтынады. Қазіргі уақытта әлемдік хлор өндірісінің 60%-дан астамы органикалық синтезге жұмсалады. Сонымен қатар, хлор тұз қышқылын, ағартқышты, хлораттарды және басқа да өнімдерді өндіру үшін қолданылады. Хлордың едәуір мөлшері металлургияда полиметалл кендерін өңдеу, кендерден алтын алу кезінде хлорлау үшін пайдаланылады, сонымен қатар ол мұнай өңдеу өнеркәсібінде, ауыл шаруашылығында, медицинада және санитарияда, ауыз және ағынды суларды залалсыздандыру үшін қолданылады. , пиротехникада және халық шаруашылығының бірқатар басқа салаларында. . Негізінен органикалық синтездің жетістігіне байланысты хлорды пайдалану аймақтарын игеру нәтижесінде хлордың әлемдік өндірісі жылына 20 млн.тоннадан асады.
Хлорды ғылымның әртүрлі салаларында, өндірісте және тұрмыстық қажеттіліктерде қолдану мен пайдаланудың негізгі мысалдары:
1.поливинилхлорид, пластмасса қосылыстары, синтетикалық каучук, олардан: сым оқшаулау, терезе профильдері, орау материалдары, киім мен аяқ киім, линолеум және грампластинкалар, лактар, жабдықтар мен пенопласт, ойыншықтар, аспаптар бөлшектері, құрылыс материалдары. Поливинилхлорид винилхлоридті полимерлеу арқылы өндіріледі, ол бүгінде аралық 1,2-дихлорэтан арқылы хлор-теңдестіру әдісімен этиленнен жиі өндіріледі.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)ағартқыш ретінде («ағартатын» хлордың өзі емес, реакцияға сәйкес гипохлор қышқылының ыдырауы кезінде түзілетін атомдық оттегі: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)хлорорганикалық инсектицидтер өндірісінде – ауыл шаруашылығы дақылдарына зиянды, бірақ өсімдіктер үшін қауіпсіз жәндіктерді өлтіретін заттар (алдрин, ДДТ, гексахлоран). Ең маңызды инсектицидтердің бірі - гексахлорциклогексан (C6H6Cl6).
)химиялық соғыс агенті ретінде, сондай-ақ басқа химиялық соғыс агенттерін өндіру үшін қолданылады: қыша газы (C4H8Cl2S), фосген (CCl2O).
)суды залалсыздандыру үшін – «хлорлау». Ауыз суды залалсыздандырудың кең тараған әдісі бос хлор мен оның қосылыстарының тотығу-тотықсыздану процестерін катализдейтін микроорганизмдердің ферменттік жүйелерін тежеу қабілетіне негізделген. Ауыз суды залалсыздандыру үшін мыналар қолданылады: хлор (Cl2), хлор диоксиді (ClO2), хлорамин (NH2Cl) және ағартқыш (Ca(Cl)OCl).
)тамақ өнеркәсібінде ол E925 тағамдық қоспасы ретінде тіркелген.
)химиялық өндірісте каустикалық сода (NaOH) (район өндірісінде, сабын өнеркәсібінде қолданылады), тұз қышқылы (HCl), ағартқыш, бертолит тұзы (KClO3), металл хлоридтері, улар, препараттар, тыңайтқыштар.
)металлургияда таза металдарды алу үшін: титан, қалайы, тантал, ниобий.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (T=850°C)
)хлор-аргон детекторларындағы күн нейтриносының индикаторы ретінде (Күн нейтриноларын тіркеуге арналған «хлор детекторы» идеясын әйгілі кеңес физигі академик Б.Понтекорво ұсынған және оны американ физигі Р.Дэвис және оның әріптестері жүзеге асырған. Атомдық массасы 37 хлор изотопының нейтрино ядросын ұстай отырып, аргон-37 изотопының ядросына айналады, ол тіркеуге болатын бір электрон шығарады.).
Көптеген дамыған елдер хлорды күнделікті өмірде пайдалануды шектеуге тырысады, оның ішінде хлоры бар қалдықтарды жағу кезінде диоксиндердің едәуір мөлшерін (қуатты мутагендік қасиеттері бар жаһандық экотоксиканттар) түзеді.
3. Хлорды алудың химиялық әдістері
Бұрын Уэлдон және Дикон әдістерін қолдана отырып, хлорды химиялық жолмен алу кең таралған. Бұл процестерде хлор күкірт қышқылының әсерінен ас тұзынан натрий сульфатын алуда жанама өнім ретінде түзілген хлорсутектің тотығуы нәтижесінде алынған.
Уэлдон әдісімен жүретін реакция:
4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2
Дикон әдісімен жүретін реакция:
HCl + O2 =>2H2O + 2Cl2
Диконовский процесінде катализатор ретінде мыс хлориді пайдаланылды, оның 50% ерітіндісі (кейде NaCl қосу арқылы) кеуекті керамикалық тасымалдағышпен сіңдірілген. Мұндай катализатордағы оңтайлы реакция температурасы әдетте 430-490° аралығында болды. Бұл катализатор мышьяк қосылыстарымен оңай уланады, олармен белсенді емес мыс арсенатын, сондай-ақ күкірт диоксиді мен күкірт триоксидін түзеді. Газда күкірт қышқылы буының аздаған мөлшерінің болуы тізбекті реакциялар нәтижесінде хлор шығымының күрт төмендеуіне әкеледі:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Осылайша, күкірт қышқылы Cl2-нің HCl-ге кері айналуына ықпал ететін катализатор болып табылады. Сондықтан мыс катализаторында тотығу алдында гидрохлоридті газды хлор шығымын төмендететін қоспалардан мұқият тазарту керек.
Дикон қондырғысы газ қыздырғыштан, газ сүзгіден және болат цилиндрлік корпустың контактілі аппаратынан тұрды, оның ішінде тесіктері бар екі концентрлі орналасқан керамикалық цилиндрлер болды; олардың арасындағы сақиналы кеңістік катализатормен толтырылады. Хлор сутегі ауамен тотықтырылды, сондықтан хлор сұйылтылған. Құрамында 25 көлемдік% HCl және 75 көлемдік% ауа (~16% O2) бар қоспасы контактілі аппаратқа жіберілді, ал аппараттан шығатын газда шамамен 8% C12, 9% HCl, 8% су буы және 75% болды. ауа. Мұндай газ, оны HCl-мен жуып, күкірт қышқылымен кептіргеннен кейін, әдетте ағартқышты алу үшін пайдаланылды.
Дикон процесін қалпына келтіру қазіргі уақытта хлорсутек ауамен емес, оттегімен тотығуға негізделген, бұл жоғары белсенді катализаторларды пайдалана отырып, концентрацияланған хлорды алуға мүмкіндік береді. Алынған хлор-оттегі қоспасы HC1 қалдықтарынан 36 және 20% тұз қышқылымен кезекпен жуылады және күкірт қышқылымен кептіріледі. Содан кейін хлор сұйылтылып, оттегі процеске қайтарылады. Сондай-ақ хлорды 8 атм қысыммен күкірт хлоридімен сіңіру арқылы оттегінен бөледі, содан кейін ол 100% хлор алу үшін қалпына келтіріледі:
Сl2 + S2CI2
Төмен температуралы катализаторлар қолданылады, мысалы, сирек жер металдарының тұздарымен белсендірілген мыс дихлориді, бұл процесті 100°С температурада да жүргізуге мүмкіндік береді және сондықтан HCl-дің Cl2-ге айналу дәрежесін күрт арттырады. Хром оксиді катализаторында HCl оттегіде 340-480°С температурада жанады. 250–20°С температурада силикагельде сілтілі металл пиросульфаттарымен және активаторлармен V2O5 қоспасынан катализаторды қолдану сипатталған. Бұл процестің механизмі мен кинетикасы зерттелді және оны жүзеге асырудың оңтайлы шарттары, атап айтқанда, сұйық қабатта белгіленді.
Хлорсутекті оттегімен тотықтыру да FeCl3+KCl балқыған қоспасын пайдаланып, екі сатыда бөлек реакторларда жүргізіледі. Бірінші реакторда темір хлориді хлор түзу үшін тотығады:
2FeCl3 + 1
Екінші реакторда темір хлориді темір оксидінен хлорсутекпен регенерацияланады:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Темір хлоридінің бу қысымын төмендету үшін калий хлориді қосылады. Сондай-ақ, бұл процесті Fe2O3, KC1 және инертті тасымалдағышта тұндырылған мыс, кобальт немесе никель хлоридінен тұратын жанасу массасы аппараттың жоғарыдан төмен қарай қозғалатын бір аппаратта жүргізу ұсынылады. Аппараттың жоғарғы жағында ол ыстық хлорлау аймағынан өтеді, онда Fe2O3 төменнен жоғары қарай өтетін газ ағынында орналасқан HCl-мен әрекеттесе отырып, FeCl3-ке айналады. Содан кейін контактілі масса салқындату аймағына түседі, онда оттегінің әсерінен элементтік хлор түзіледі, ал FeCl3 Fe2O3-ке айналады. Тотыққан жанасу массасы хлорлау аймағына қайтарылады.
HCl-дің Cl2-ге ұқсас жанама тотығуы келесі схема бойынша жүзеге асырылады:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Құрамында HCl, O2 және көп мөлшерде SO2 бар газды 400600°С температурада ванадий катализаторы арқылы өткізу арқылы хлор мен күкірт қышқылын бір мезгілде алу ұсынылады. Содан кейін газдан H2SO4 және HSO3Cl конденсацияланады, ал SO3 күкірт қышқылымен жұтылады, хлор газ фазасында қалады. HSO3Cl гидролизденеді және бөлінген HC1 процесске қайтарылады.
Тотығуды PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7 сияқты тотықтырғыштар тиімдірек жүзеге асырады:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Хлорды хлоридтерді тотықтыру арқылы да алуға болады. Мысалы, NaCl мен SO3 әрекеттескенде келесі реакциялар жүреді:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl 275°С температурада ыдырайды. SO2 және C12 газдарының қоспасын хлорды SO2Cl2 немесе CCl4 сіңіру немесе оны түзетуге ұшырату арқылы бөлуге болады, нәтижесінде құрамында 88 моль бар азеотропты қоспа пайда болады. % Cl2 және 12 моль. %SO2. Азеотропты қоспаны SO2-ні SO2C12-ге айналдырып, артық хлорды, ал SO2Cl2-ні 200°-та ыдырайтын SO2 және Cl2-ге бөлу арқылы одан әрі бөлуге болады, олар түзетуге жіберілген қоспаға қосылады.
Хлорды хлоридті немесе хлорсутекті азот қышқылымен, сондай-ақ азот диоксидімен тотықтыру арқылы алуға болады:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Хлорды алудың тағы бір тәсілі - нитрозилхлоридтің ыдырауы, оны тотығу арқылы қол жеткізуге болады:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Сонымен қатар, мысалы, хлор алу үшін NOCl 75% азот қышқылымен тотықтыру ұсынылады:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O
Хлор мен азот диоксиді қоспасы бөлініп, NO2 әлсіз азот қышқылына айналады, содан кейін ол Cl2 және NOCl түзу үшін процестің бірінші сатысында HCl тотықтыру үшін қолданылады. Бұл процесті өнеркәсіптік ауқымда жүргізудің негізгі қиындығы коррозияны жою болып табылады. Жабдықтардың материалы ретінде керамика, шыны, қорғасын, никель, пластмассалар қолданылады. Бұл әдісті АҚШ-та 1952-1953 жж. Қондырғы тәулігіне 75 тонна хлор шығарумен жұмыс істеді.
Реакция бойынша нитрозилхлорид түзілмей, хлорсутекті азот қышқылымен тотықтыру арқылы хлор алудың циклдік әдісі жасалды:
2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O
Процесс сұйық фазада 80°С температурада жүреді, хлор шығымы 100% жетеді, NO2 сұйық күйінде алынады.
Кейіннен бұл әдістер толығымен электрохимиялық әдістермен ауыстырылды, бірақ қазіргі уақытта хлор алудың химиялық әдістері жаңа техникалық негізде қайта жандануда. Олардың барлығы HCl (немесе хлоридтердің) тікелей немесе жанама тотығуына негізделген, ең көп тараған тотықтырғыш - атмосфералық оттегі.
Электролиз. Процестің түсінігі мен мәні
Электролиз - балқыма немесе ерітіндіге батырылған электродтар арқылы тікелей электр тогы өткен кезде электродтарда болатын электрохимиялық тотығу-тотықсыздану процестерінің жиынтығы.
Күріш. 4.1. Электролиз кезінде жүретін процестер. Электролиз ваннасының схемасы: 1 - ванна, 2 - электролит, 3 - анод, 4 - катод, 5 - қуат көзі
Электродтар электр тогын өткізетін кез келген материалдар болуы мүмкін. Негізінен металдар мен қорытпалар қолданылады, металл емес электродтар, мысалы, графит таяқшалары (немесе көміртегі) болуы мүмкін. Көбінесе сұйықтықтар электрод ретінде қолданылады. Оң зарядталған электрод анод болып табылады. Теріс зарядталған электрод катод болып табылады. Электролиз кезінде анод тотығады (ол ериді), катод тотықсызданады. Сондықтан анодты оның еруі ерітіндіде немесе балқымада болатын химиялық процеске әсер етпейтіндей етіп алу керек. Мұндай анод инертті электрод деп аталады. Инертті анод ретінде графитті (көміртек) немесе платинаны пайдалануға болады. Катод ретінде металл пластинаны қолдануға болады (ол ерімейді). Мыс, жез, көміртек (немесе графит), мырыш, темір, алюминий, тот баспайтын болат қолайлы.
Балқымалардың электролизінің мысалдары:
Тұз ерітінділерінің электролизінің мысалдары:
(Анодта Cl? аниондары тотығады, оттегі O? II су молекулалары емес, өйткені хлордың электртерістігі оттегіден аз, сондықтан хлор оттегіге қарағанда электрондарды оңай береді)
Судың электролизі әрқашан инертті электролиттің қатысуымен жүргізіледі (өте әлсіз электролит – судың электр өткізгіштігін арттыру үшін):
Инертті электролитке байланысты электролиз бейтарап, қышқыл немесе сілтілі ортада жүргізіледі. Инертті электролитті таңдағанда, типтік тотықсыздандырғыштар болып табылатын металл катиондарының (мысалы, Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+) судағы катодта ешқашан тотықсызданбайтынын ескеру қажет. Оксоқышқылдардың ерітіндісі мен оттегі O?II аниондары тотығудың ең жоғары дәрежесіндегі элементі бар анодта ешқашан тотықпайды (мысалы, ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), орнына су тотығады.
Электролиз екі процесті қамтиды: электр өрісінің әсерінен реакцияға түсетін бөлшектердің электрод бетіне көшуі және зарядтың бөлшектен электродқа немесе электродтан бөлшекке ауысуы. Иондардың миграциясы олардың қозғалғыштығы мен тасымалдау санымен анықталады. Бірнеше электр зарядтарының берілу процесі, әдетте, бір электронды реакциялар тізбегі түрінде, яғни, аралық бөлшектердің (иондар немесе радикалдар) түзілуімен кезең-кезеңімен жүзеге асырылады. адсорбцияланған күйде электродта біраз уақыт.
Электродтық реакциялардың жылдамдығы мыналарға байланысты:
электролит құрамы
электролит концентрациясы
электрод материалы
электродтық потенциал
температура
гидродинамикалық жағдайлар.
Токтың тығыздығы реакция жылдамдығының өлшемі болып табылады. Бұл векторлық физикалық, оның модулі өткізгіштегі ток күші (уақыт бірлігінде берілген электр зарядтарының саны) көлденең қима ауданына қатынасымен анықталады.
Фарадейдің электролиз заңдары электрохимиялық зерттеулерге негізделген сандық қатынастар болып табылады және электролиз кезінде түзілетін өнімдердің массасын анықтауға көмектеседі. Ең жалпы түрде заңдар келесідей тұжырымдалған:
)Фарадейдің электролиздің бірінші заңы: электролиз кезінде электродқа түскен заттың массасы осы электродқа берілген электр мөлшеріне тура пропорционал. Электр мөлшері деп әдетте кулонмен өлшенетін электр зарядын түсінеміз.
2)Фарадейдің электролиздің екінші заңы: берілген электр мөлшері (электр заряды) үшін электродқа түскен химиялық элементтің массасы элементтің эквиваленттік массасына тура пропорционал. Заттың эквиваленттік массасы оның молярлық масса, зат қатысатын химиялық реакцияға байланысты бүтін санға бөлінеді.
Математикалық түрде Фарадей заңдарын келесідей көрсетуге болады:
мұндағы m – электродқа түскен заттың граммен массасы, зат арқылы өтетін жалпы электр заряды = 96,485,33(83) С моль?1 – Фарадей тұрақтысы, заттың молярлық массасы (Мысалы, молярлық судың массасы H2O = 18 г/моль), зат иондарының валенттік саны (иондағы электрондар саны).
М/z – тұндырылған заттың эквивалентті массасы екенін ескеріңіз.
Фарадейдің бірінші заңы үшін M, F және z тұрақтылар, сондықтан Q мәні неғұрлым үлкен болса, m мәні де үлкен болады.
Фарадейдің екінші заңы үшін Q, F және z тұрақтылар, сондықтан M/z мәні (эквивалентті масса) неғұрлым үлкен болса, m мәні соғұрлым үлкен болады.
Ең қарапайым жағдайда тұрақты ток электролизі мыналарға әкеледі:
Айнымалы электр тогының күрделірек жағдайында токтың толық заряды Q I( ?) уақыт бойынша қорытындыланады? :
мұндағы t – жалпы электролиз уақыты.
Өнеркәсіпте электролиз процесі арнайы құрылғыларда – электролизерлерде жүргізіледі.
Хлордың өнеркәсіптік өндірісі
Қазіргі уақытта хлор негізінен сулы ерітінділердің электролизі арқылы өндіріледі, атап айтқанда біреуі
Хлорды электролиттік жолмен алудың шикізаты негізінен қатты тұзды еріту арқылы алынған ас тұзы NaCl ерітінділері немесе табиғи тұзды ерітінділер болып табылады. Тұз кен орындарының үш түрі бар: қазбалы тұз (қордың 99%-ға жуығы); өздігінен шөгілген тұздың түп шөгінділері бар тұзды көлдер (0,77%); қалғандары жер асты аралықтары. Ас тұзының ерітінділері, олардың дайындалу жолына қарамастан, электролиз процесін нашарлататын қоспалардан тұрады. Қатты катодпен электролиз кезінде кальций катиондары Са2+, Mg2+ және SO42- аниондары, ал сұйық катодпен электролиз кезінде құрамында хром, ванадий, германий және молибден сияқты ауыр металдар бар қосылыстардың қоспалары ерекше кері әсер етеді.
Хлор электролизіне арналған кристалдық тұздың келесі құрамы болуы керек (%): натрий хлориді 97,5 кем емес; Mg2+ 0,05 артық емес; ерімейтін тұнба 0,5 артық емес; Са2+ 0,4 артық емес; K+ 0,02 артық емес; SO42 - 0,84 артық емес; ылғалдылық 5-тен аспайды; ауыр металдар қоспасы (амальгамдық сынамамен анықталады см3 Н2) 0,3 артық емес. Тұзды тазарту сода (Na2CO3) және әк сүті (судағы Са(ОН)2 суспензиясы) ерітіндісімен жүзеге асырылады. Химиялық тазартудан басқа ерітінділерді тұндыру және сүзу арқылы механикалық қоспалардан тазартады.
Ас тұзының ерітінділерінің электролизі қатты темір (немесе болат) катодты ванналарда және диафрагмалар мен мембраналармен, сұйық сынапты катодты ванналарда жүргізіледі. Қазіргі заманғы ірі хлор цехтарын жабдықтау үшін қолданылатын өнеркәсіптік электролизерлер жоғары өнімділікке, қарапайым конструкцияға, жинақы болуға, сенімді және тұрақты жұмыс істеуге тиіс.
Электролиз келесі схема бойынша жүреді:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
мұндағы Мен - сілтілі металл.
Қатты электродтары бар электролизерлерде ас тұзының электрохимиялық ыдырауы кезінде келесі негізгі, қайтымды және қайтымсыз иондық реакциялар жүреді:
ас тұзы мен су молекулаларының диссоциациялануы (электролитте кездеседі)
NaCl-Na++Cl-
Хлор ионының тотығуы (анодта)
C1- - 2e- => C12
сутегі ионының және су молекулаларының тотықсыздануы (катодта)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-
Натрий гидроксиді молекуласына иондардың қосылуы (электролиттегі)
Na+ + OH- - NaOH
Пайдалы өнімдернатрий гидроксиді, хлор және сутегі. Олардың барлығы электролизерден бөлек шығарылады.
Күріш. 5.1. Диафрагмалық электролизердің схемасы
Қатты катодты электролизердің қуысы (3-сурет) кеуекті бөлікке бөлінген.
Алғашқы өнеркәсіптік электролизерлер сериялық режимде жұмыс істеді. Олардағы электролиз өнімдері цемент диафрагмасымен бөлінген. Кейіннен электролиз өнімдерін бөлу үшін қоңырау тәрізді қалқалар пайдаланылған электролизерлер жасалды. Келесі кезеңде ағынды диафрагмасы бар электролизерлер пайда болды. Олар қарсы ағын принципін асбест картонынан жасалған бөлгіш диафрагманы қолданумен біріктірді. Содан кейін қағаз өнеркәсібінің технологиясынан алынған асбест целлюлозасынан диафрагма алу әдісі ашылды. Бұл әдіс алынбайтын ықшам саусақ катоды бар жоғары ток жүктемелері үшін электролизерлердің конструкцияларын жасауға мүмкіндік берді. Асбест диафрагмасының қызмет ету мерзімін арттыру үшін оның құрамына жабын немесе байланыс ретінде кейбір синтетикалық материалдарды енгізу ұсынылады. Сондай-ақ диафрагмаларды толығымен жаңа синтетикалық материалдардан жасау ұсынылады. Мұндай біріктірілген асбест-синтетикалық немесе арнайы жасалған синтетикалық диафрагмалардың қызмет ету мерзімі 500 күнге дейін болатыны туралы деректер бар. Натрий хлориді өте төмен таза күйдіргіш сода алуға мүмкіндік беретін арнайы ион алмастырғыш диафрагмалар да әзірленуде. Мұндай диафрагмалардың әрекеті олардың селективті қасиеттерін әртүрлі иондардың өтуі үшін пайдалануға негізделген.
Ерте конструкцияларда графиттік анодтарға апаратын токтың жанасу нүктелері электролизердің қуысынан сыртқа шығарылды. Кейіннен электролитке батырылған анодтардың жанасу бөліктерін қорғау әдістері әзірленді. Осы әдістерді қолдана отырып, анодтық контактілер электролизердің қуысында орналасқан төменгі ток көзі бар өнеркәсіптік электролизерлер жасалды. Олар бүгінде қатты катодта хлор мен күйдіргіш сода алу үшін барлық жерде қолданылады.
Ас тұзының қаныққан ерітіндісінің ағыны (тазартылған тұзды ерітінді) диафрагмалық электролизердің анодтық кеңістігіне үздіксіз ағады. Электрохимиялық процестің нәтижесінде ас тұзының ыдырауынан анодта хлор, ал судың ыдырауынан катодта сутегі бөлінеді. Хлор мен сутегі электролизерден араластырмай, бөлек алынады. Бұл жағдайда катодқа жақын аймақ натрий гидроксидімен байытылған. Құрамында ыдырамаған ас тұзы (тұзды ерітіндімен қамтамасыз етілген мөлшердің шамамен жартысы) және натрий гидроксиді бар электролиттік ерітінді деп аталатын катодқа жақын аймақтың ерітіндісі электролизерден үздіксіз шығарылады. Келесі кезеңде электролиттік ерітінді буландырылады және ондағы NaOH мөлшері стандартқа сәйкес 42-50% дейін реттеледі. Натрий гидроксидінің концентрациясы жоғарылағанда ас тұзы мен натрий сульфаты тұнбаға түседі.
NaOH ерітіндісі кристалдардан деканацияланады және қатты өнім алу үшін дайын өнім ретінде қоймаға немесе каустикалық балқыту сатысына жіберіледі. Кристалды ас тұзы (кері тұз) электролизге қайтарылады, кері тұзды ерітінді деп аталады. Ерітінділерде сульфаттың жиналуын болдырмау үшін кері тұзды ерітіндіні дайындамас бұрын одан сульфат алынады. Ас тұзының жоғалуы тұз қабаттарын жер асты шаймалау немесе қатты ас тұзын еріту арқылы алынған жаңа тұзды ерітінді қосу арқылы өтеледі. Қайтарылған тұзды ерітіндімен араластырмас бұрын, жаңа піскен тұзды ерітінді механикалық суспензиялардан және кальций мен магний иондарының едәуір бөлігінен тазартылады. Алынған хлор су буынан бөлініп, сығымдалады және тікелей тұтынушыларға немесе хлорды сұйылтуға жіберіледі. Сутегі судан бөлініп, қысылып, тұтынушыларға беріледі.
Мембраналық электролизерде диафрагмалық электролизердегі сияқты химиялық реакциялар жүреді. Кеуекті диафрагманың орнына катионды мембрана қолданылады (5-сурет).
Күріш. 5.2. Мембраналық электролизердің диаграммасы
Мембрана хлор иондарының католитке (катод кеңістігіндегі электролит) енуіне жол бермейді, соның арқасында күйдіргіш натрийді тікелей электролизерде тұзсыз дерлік, 30-35% концентрациямен алуға болады. Тұзды бөлудің қажеті жоқ болғандықтан, булану 50% тауарлық каустикалық сода өндіруге мүмкіндік береді және капитал мен энергия шығындарын азайтады. Мембраналық процесте каустикалық сода әлдеқайда жоғары концентрацияға ие болғандықтан, катод ретінде қымбат никель қолданылады.
Күріш. 5.3. Сынап электролизерінің схемасы
Сынапты электролизерлердегі ас тұзының ыдырауының жалпы реакциясы диафрагмалық электролизерлердегі сияқты:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Дегенмен, бұл жерде ол екі кезеңде өтеді, әрқайсысы жеке аппаратта: электролизер және ыдыратушы. Олар бір-бірімен құрылымдық түрде біріктіріліп, электролиттік ванна, кейде сынапты электролизер деп аталады.
Процестің бірінші сатысында – электролизерде – ас тұзының электролиттік ыдырауы жүреді (оның қаныққан ерітіндісі электролизерге беріледі) анодта хлор, ал сынап катодында натрий амальгамасы келесі реакцияға сәйкес жүреді. :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
Декомпозитор процестің екінші кезеңінен өтеді, онда судың әсерінен натрий амальгамы натрий гидроксиді мен сынапқа айналады:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
Тұзды ерітіндісі бар электролизерге жіберілген барлық тұздың тек 15-20% берілген мөлшер реакцияға түседі (2), ал қалған тұз сумен бірге электролизерден хлоранолит - ерітінді түрінде шығады. хлормен қаныққан 250-270 кг/м3 NaCl бар судағы ас тұзы. Электролизден шығатын «күшті амальгама» және су ыдыратушыға түседі.
Барлық қол жетімді конструкциялардағы электролизер ұзын және салыстырмалы түрде тар, аздап көлбеу болат траншея түрінде жасалады, оның түбінде катод болып табылатын ауырлық күшімен амальгамның жұқа қабаты ағып жатыр, ал жоғарыдан анолит ағады. Тұзды ерітінді мен әлсіз амальгама электролизердің жоғарғы көтерілген жиегінен «кіру қалтасы» арқылы беріледі.
Күшті амальгама электролизердің төменгі ұшынан «шығатын қалта» арқылы ағады. Хлор мен хлоранолит электролизердің төменгі жағында орналасқан құбыр арқылы бірге шығады. Анодтар катодтан 3-5 мм қашықтықта бүкіл амальгам ағынының айнасының немесе катодтың үстіне ілінеді. Электролизердің жоғарғы жағы қақпақпен жабылған.
Декомпозиторлардың екі түрі кең таралған: көлденең және тік. Біріншілері электролизермен бірдей ұзындықтағы болат көлбеу шұңқыр түрінде жасалған. Аздап бұрышта орнатылған декомпозитордың түбімен амальгам ағыны ағады. Бұл ағынға графиттен жасалған ыдыратушы саптама батырылған. Су қарсы ағынмен қозғалады. Амальгамның ыдырауы нәтижесінде су каустикпен қаныққан. Күйдіргіш ерітінді сутегімен бірге ыдыратушыдан түбіндегі құбыр арқылы шығады, ал нашар амальгама немесе сынап жасуша қалтасына айдалады.
Электролиздік ванна жинағы электролизер, декомпозитор, қалталар мен тасымалдау құбырларынан басқа сынап сорғысын қамтиды. Сорғылардың екі түрі қолданылады. Ванналар тік күйдіргішпен жабдықталған немесе еріткіш электролизердің астына орнатылған жағдайларда еріткішке түсірілген кәдімгі суасты тепкіш сорғылар қолданылады. Электролизатордың жанына ыдыратушы орнатылған ванналар үшін амальгама бастапқы типті конустық айналмалы сорғымен айдалады.
Хлормен немесе хлоранолитпен жанасатын электролизердің барлық болат бөліктері арнайы маркалы вулканизацияланған резеңке жабынмен (гумминг) қорғалған. Қорғаныс резеңке қабаты толығымен төзімді емес. Уақыт өте келе ол хлорланып, температура әсерінен сынғыш және жарылып кетеді. Мерзімді түрде қорғаныс қабаты жаңартылады. Электролиз ваннасының барлық басқа бөліктері: декомпозитор, сорғы, толып кетулер қорғалмаған болаттан жасалған, өйткені оны сутегі де, күйдіргіш ерітінді де тоттандырмайды.
Қазіргі уақытта сынапты электролизерлерде графиттік анодтар ең көп таралған. Алайда олардың орнын ОРТА басып жатыр.
6.Хлор өндірісіндегі қауіпсіздік шаралары
және қоршаған ортаны қорғау
Хлор өндірісіндегі персоналға қауіп хлор мен сынаптың жоғары уыттылығымен, хлор мен сутегінің, сутегінің және ауаның жарылғыш газ қоспаларының, сондай-ақ сұйық хлордағы азот үшхлоридінің ерітінділерінің құрал-жабдықтарында түзілу мүмкіндігімен анықталады. , электролизерлер өндірісінде пайдалану - жерге қатысты жоғары электр потенциалы астында болатын құрылғылар, осы өндірісте өндірілетін каустикалық сілтінің қасиеттері.
Құрамында 0,1 мг/л хлор бар ауаны 30-60 минут бойы жұту өмірге қауіп төндіреді. Құрамында 0,001 мг/л астам хлор бар ауаны ингаляциялау тыныс алу жолдарын тітіркендіреді. Елді мекендердің ауасындағы хлордың шекті рұқсат етілген концентрациясы (ШРК): орташа тәуліктік 0,03 мг/м3, ең жоғары бір реттік 0,1 мг/м3, өндірістік үй-жайлардың жұмыс аймағының ауасында 1 мг/м3, иіс қабылдау шегі 2 мг/м3. 3-6 мг/м3 концентрацияда айқын иіс сезіледі, көздің және мұрынның шырышты қабатының тітіркенуі (қызаруы) пайда болады, 15 мг/м3 - мұрын-жұтқыншақ тітіркенуі, 90 мг/м3 - қарқынды жөтел ұстамалары. . 30-60 минут ішінде 120 - 180 мг/м3 әсер ету өмірге қауіп төндіреді, 300 мг/м3 болғанда өлім мүмкін, 2500 мг/м3 концентрациясы 5 минут ішінде өлімге, 3000 мг/м3 концентрацияда өлімге әкеледі. бірнеше тыныс алудан кейін пайда болады. Өнеркәсіптік және азаматтық противогаздарды сүзуге арналған хлордың шекті рұқсат етілген концентрациясы 2500 мг/м3 құрайды.
Ауада хлордың болуы химиялық барлау құрылғыларымен анықталады: ВПХР, ППХР, ПХР-МВ индикаторлық түтіктер арқылы ИТ-44 (қызғылт түсті, сезімталдық шегі 5 мг/м3), ИТ-45 (қызғылт сары түсті), аспираторлар АМ- 5, АМ- 0055, АМ-0059, хлорға арналған индикатор түтіктері бар НП-3М, өлшеу диапазоны 0-80 мг/м3 УГ-2 әмбебап газ анализаторы, 0- диапазонында «Колион-701» газ детекторы. 20 мг/м3. Ашық кеңістікте – SIP «KORSAR-X» құрылғыларымен. Үй ішінде - SIP «VEGA-M» құрылғыларымен. Ақаулар немесе төтенше жағдайларда хлордан қорғау үшін цехтардағы барлық адамдарда «В» немесе «БКФ» маркалы противогаздар (сынап электролизі цехтарынан басқа), сондай-ақ қорғаныш киімдері болуы және оларды тез арада пайдалануы керек: шүберек немесе резеңкеленген костюмдер, резеңке етік және қолғаптар. Хлорға қарсы противогаздардың қораптары сары түске боялуы керек.
Сынап хлорға қарағанда улы. Оның буларының ауадағы шекті рұқсат етілген концентрациясы 0,00001 мг/л. Ол адам ағзасына деммен жұту және теріге тию, сондай-ақ амальгацияланған заттармен жанасу арқылы әсер етеді. Оның булары мен шашырандылары киіммен, терімен және тістермен адсорбцияланады (сіңіріледі). Бұл ретте сынап температурада оңай буланады; электролиз цехында қол жетімді және оның буларының ауадағы концентрациясы рұқсат етілген ең жоғары деңгейден әлдеқайда асып түседі. Сондықтан сұйық катодты электролиз цехтары қалыпты жұмыс кезінде қамтамасыз ететін қуатты желдеткішпен жабдықталған рұқсат етілген деңгейсынап буының концентрациясы. Дегенмен, бұл қауіпсіз жұмыс істеу үшін жеткіліксіз. Сондай-ақ сынап деп аталатын тәртіпті сақтау қажет: сынаппен жұмыс істеу ережелерін сақтаңыз. Олардың соңынан жұмысқа кіріспес бұрын қызметкерлер санитарлық бақылау бекетінен өтеді, оның таза бөлігінде үй киімдерін қалдырып, жаңадан жуылған зығыр матаны киеді, бұл арнайы киім. Ауысым аяқталғаннан кейін санитарлық бақылау бөлмесінің лас бөлігінде сыртқы киімдер мен лас төсеніштер қалдырылады, ал жұмысшылар санитарлық бақылау бөлмесінің таза бөлімінде душ қабылдап, тістерін тазалап, тұрмыстық заттарын киеді.
Хлормен және сынаппен жұмыс істейтін цехтарда «G» маркалы противогазды пайдалану керек (противогаз қорабы қара түске боялған және сары түстер) және резеңке қолғаптар «сынапты тәртіп» ережелері сынаппен және амальгацияланған беттермен жұмыс тек су қабатының астында жүргізілуі керек; Төгілген сынапты сынап ұстағыштары бар дренажға дереу жуу керек.
Қоршаған ортаға хлор мен сынап буының атмосфераға шығуы, сынап тұздары мен сынап тамшыларының төгілуі, ағынды суларға құрамында белсенді хлоры бар қосылыстар, топырақтың сынап шламымен улану қаупі төніп тұр. Хлор авариялар кезінде атмосфераға желдету шығарындыларымен және әртүрлі құрылғылардан шығатын газдармен енеді. Сынап буы желдету жүйелерінің ауасымен жүзеге асырылады. Атмосфераға шығарылған кезде ауадағы хлор мөлшерінің нормасы 0,03 мг/м3 құрайды. Бұл концентрацияға сілтілі көп сатылы пайдаланылған газды жуу пайдаланылған жағдайда қол жеткізуге болады. Атмосфераға бөлінетін ауадағы сынаптың нормасы 0,0003 мг/м3, ал су объектілеріне шығарылған кезде ағынды суларда 4 мг/м3 құрайды.
Хлорды келесі ерітінділермен бейтараптандырыңыз:
әк сүті, ол үшін судың 3 бөлігіне сөндірілген әктің салмағының 1 бөлігі құйылады, жақсылап араластырылады, содан кейін үстіне әк ерітіндісі құйылады (мысалы, 10 кг сөнген әк + 30 литр су);
Кальцийленген сода күлінің 5% сулы ерітіндісі, ол үшін 18 бөлік сумен (мысалы, 5 кг кальцийлендірілген сода + 95 литр су) араластыру арқылы 2 салмақтық сода күлі ерітіледі;
Күйдіргіш соданың 5% сулы ерітіндісі, ол үшін 18 бөлік сумен (мысалы, 5 кг каустикалық сода + 95 литр су) араластыру арқылы 2 массалық бөлік каустикалық сода ерітіледі.
Хлор газы ағып кетсе, буды сөндіру үшін су шашылады. Суды тұтыну нормасы стандартталмаған.
Сұйық хлор төгілген кезде төгілген жерді топырақ қоршаумен қоршап, әк сүтімен, сода ерітіндісімен, каустикалық содамен немесе сумен толтырады. 1 т сұйық хлорды бейтараптандыру үшін 0,6-0,9 т су немесе 0,5-0,8 т ерітінді қажет. 1 тонна сұйық хлорды залалсыздандыру үшін 22-25 тонна ерітінді немесе 333-500 тонна су қажет.
Суды немесе ерітінділерді бүрку үшін суару және өрт сөндіру машиналары, автоқұю станциялары (АТ, ПМ-130, АРС-14, АРС-15), сондай-ақ химиялық қауіпті объектілерде бар гидранттар мен арнайы жүйелер қолданылады.
Қорытынды
Зертханалық әдістермен алынған хлордың көлемі осы өнімге үнемі өсіп келе жатқан сұраныспен салыстырғанда шамалы болғандықтан, оларға салыстырмалы талдау жүргізудің мағынасы жоқ.
Электрохимиялық өндіріс әдістерінің ішінде ең оңай және ыңғайлысы сұйық (сынапты) катодпен электролиз болып табылады, бірақ бұл әдіс кемшіліктерсіз емес. Ол металдық сынап пен хлор газының булануы және ағуы арқылы қоршаған ортаға айтарлықтай зиян келтіреді.
Қатты катодты электролизерлер қоршаған ортаны сынаппен ластау қаупін жояды. Жаңа өндіріс орындары үшін диафрагмалық және мембраналық электролизерлер арасында таңдау жасағанда, соңғысын қолданған жөн, өйткені олар үнемді және жоғары сапалы түпкілікті өнім алуға мүмкіндік береді.
Библиография
1.Зарецкий С.А., Сучков В.Н., Животинский П.Б. Бейорганикалық заттардың электрохимиялық технологиясы және химиялық ток көздері: Техникалық мектеп студенттеріне арналған оқулық. М..: Жоғары. Мектеп, 1980. 423 б.
2.Мазанко А.Ф., Камарян Г.М., Ромашин О.П. Өндірістік мембраналық электролиз. М.: «Химия» баспасы, 1989. 240 б.
.Позин М.Е. Минералды тұздардың технологиясы (тыңайтқыштар, пестицидтер, өнеркәсіптік тұздар, оксидтер және қышқылдар), 1 бөлім, ред. 4-ші, рев. Л., «Химия» баспасы, 1974. 792 б.
.Фиошин М.Я., Павлов В.Н. Бейорганикалық химиядағы электролиз. М.: «Наука» баспасы, 1976. 106 б.
.Якименко Л.М. Хлор, каустикалық сода және бейорганикалық хлор өнімдерін өндіру. М.: «Химия» баспасы, 1974. 600 б.
Интернет көздері
6.Хлорды өндіру, сақтау, тасымалдау және пайдалану кезіндегі қауіпсіздік ережелері // URL: #"justify">7. Төтенше жағдайда химиялық қауіпті заттар // URL: #"justify">. Хлор: қолданба // URL: #"justify">.
(Полинг бойынша)
/см³
Хлор (χλωρός - жасыл) - жетінші топтың негізгі топшасының элементі, Д.И.Менделеевтің химиялық элементтерінің периодтық жүйесінің үшінші периодының атомдық нөмірі 17. Cl (лат. Chlorum) таңбасымен белгіленеді. Химиялық белсенді бейметалл. Ол галогендер тобына кіреді (бастапқыда «галоген» атауын неміс химигі Швайгер хлор үшін қолданған [сөзбе-сөз «галоген» тұз деп аударылады), бірақ ол ұстанбады, кейіннен VII топқа ортақ болды. хлорды қамтитын элементтер).
Қарапайым хлор заты (CAS нөмірі: 7782-50-5) қалыпты жағдайда сары-жасыл түсті, өткір иісі бар улы газ болып табылады. Екі атомды хлор молекуласы (формула Cl2).
Хлор атомының диаграммасы
Хлорды алғаш рет 1772 жылы Пиролузиттің тұз қышқылымен әрекеттесуі кезінде оның бөлінуін пиролюзит туралы трактатында сипаттаған Шееле алды:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Шееле хлордың аква региа иісіне ұқсас иісін, оның алтынмен және кинабармен әрекеттесу қабілетін және ағартқыш қасиеттерін атап өтті.
Алайда, Шееле сол кездегі химияда басым болған флогистон теориясына сәйкес хлорды дефлогистикалық тұз қышқылы, яғни тұз қышқылының оксиді деп болжайды. Бертолле мен Лавуазье хлордың мурия элементінің оксиді екенін айтты, бірақ оны оқшаулау әрекеттері ас тұзын электролиз арқылы натрий мен хлорға ыдыратқан Дэвидің жұмысына дейін сәтсіз болды.
Табиғатта таралуы
Табиғатта хлордың екі изотопы бар: 35 Cl және 37 Cl. Жер қыртысында хлор ең көп таралған галоген болып табылады. Хлор өте белсенді - ол периодтық жүйенің барлық дерлік элементтерімен тікелей біріктіріледі. Сондықтан табиғатта тек қосылыс түрінде минералдарда кездеседі: галит NaCl, сильвит KCl, силвинит KCl NaCl, бисофит MgCl 2 6H2O, карналлит KCl MgCl 2 6H 2 O, каинит KCl MgSO 4 3H2. Ең үлкені. Хлордың қоры теңіздер мен мұхиттар суларының тұздарында болады.
Хлор жер қыртысындағы атомдардың жалпы санының 0,025%, хлордың кларк саны 0,19%, ал адам денесісалмағы бойынша 0,25% хлор иондары бар. Адам және жануарлар ағзаларында хлор негізінен жасушааралық сұйықтықтарда (соның ішінде қанда) кездеседі және осмостық процестерді реттеуде, сондай-ақ жүйке жасушаларының жұмысына байланысты процестерде маңызды рөл атқарады.
Изотоптық құрамы
Табиғатта хлордың 2 тұрақты изотопы кездеседі: массалық саны 35 және 37. Олардың мөлшері сәйкесінше 75,78% және 24,22% құрайды.
| Изотоп | Салыстырмалы масса, а.м.у. | Жартылай ыдырау мерзімі | Ыдырау түрі | Ядролық спин |
|---|---|---|---|---|
| 35Кл | 34.968852721 | Тұрақты | — | 3/2 |
| 36Cl | 35.9683069 | 301000 жыл | β ыдырауы 36 Ар | 0 |
| 37 Кл | 36.96590262 | Тұрақты | — | 3/2 |
| 38 Кл | 37.9680106 | 37,2 минут | β ыдырауы 38 Ар | 2 |
| 39Cl | 38.968009 | 55,6 минут | β ыдырауы 39 Ar | 3/2 |
| 40 Кл | 39.97042 | 1,38 минут | β ыдырауы 40 Ар | 2 |
| 41 Кл | 40.9707 | 34 с | β ыдырауы 41 Ар | |
| 42 Кл | 41.9732 | 46,8 с | β ыдырауы 42 Ар | |
| 43 Кл | 42.9742 | 3,3 с | β-ыдырау 43 Ар |
Физикалық және физика-химиялық қасиеттері
Қалыпты жағдайда хлор - тұншықтырғыш иісі бар сары-жасыл газ. Оның кейбір физикалық қасиеттері кестеде берілген.
Хлордың кейбір физикалық қасиеттері
| Меншік | Мағынасы |
|---|---|
| Қайнау температурасы | −34 °C |
| Балқу температурасы | −101 °C |
| Ыдырау температурасы (атомдарға диссоциациялану) |
~1400°C |
| Тығыздығы (газ, н.с.) | 3,214 г/л |
| Атомның электронға жақындығы | 3,65 эВ |
| Бірінші иондану энергиясы | 12,97 эВ |
| Жылу сыйымдылығы (298 К, газ) | 34,94 (Дж/моль К) |
| Критикалық температура | 144 °C |
| Критикалық қысым | 76 атм |
| Стандартты түзілу энтальпиясы (298 К, газ) | 0 (кДж/моль) |
| Стандартты түзілу энтропиясы (298 К, газ) | 222,9 (Дж/моль К) |
| Балқу энтальпиясы | 6,406 (кДж/моль) |
| Қайнау энтальпиясы | 20,41 (кДж/моль) |
Салқындатқанда хлор шамамен 239 К температурада сұйықтыққа айналады, содан кейін 113 К-тан төмен кеңістіктік тобы бар орторомбты торға кристалданады. Cmcaжәне a=6,29 b=4,50, c=8,21 параметрлері. 100 К-ден төмен кристалдық хлордың орторомбты модификациясы кеңістік тобына ие тетрагональды болады. P4 2/нсмжәне тор параметрлері a=8,56 және c=6,12.
Ерігіштік
| Еріткіш | Ерігіштігі г/100 г |
|---|---|
| Бензол | Ерітейік |
| Су (0 °C) | 1,48 |
| Су (20 °C) | 0,96 |
| Су (25 °C) | 0,65 |
| Су (40 °C) | 0,46 |
| Су (60°C) | 0,38 |
| Су (80 °C) | 0,22 |
| Төрт хлорлы көміртегі (0 °C) | 31,4 |
| Төрт хлорлы көміртегі (19 °C) | 17,61 |
| Төрт хлорлы көміртегі (40 °C) | 11 |
| Хлороформ | Жақсы ериді |
| TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 | Ерітейік |
Жарықта немесе қыздырғанда ол радикалды механизм бойынша сутегімен белсенді (кейде жарылыспен) әрекеттеседі. Құрамында 5,8-ден 88,3%-ға дейін сутегі бар хлордың сутегімен қоспалары сәулелену кезінде жарылып, хлорсутек түзеді. Шағын концентрациядағы хлор мен сутегі қоспасы түссіз немесе сары-жасыл жалынмен жанады. Сутекті-хлорлы жалынның максималды температурасы 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (мыс.) → 2ClF 3
Басқа қасиеттер
Cl 2 + CO → COCl 2Суда немесе сілтілерде еріген кезде хлор дисмутацияланып, гипохлорлы (және қыздырғанда перхлор) және тұз қышқылдарын немесе олардың тұздарын түзеді:
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 + 3NH 3 4Cl
Хлордың тотықтырғыш қасиеттері
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SОрганикалық заттармен реакциялар
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClҚанықпаған қосылыстарға бірнеше байланыс арқылы қосылады:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Хош иісті қосылыстар катализаторлардың қатысуымен сутегі атомын хлормен алмастырады (мысалы, AlCl 3 немесе FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Хлорды алудың хлор әдістері
Өндірістік әдістер
Бастапқыда хлор алудың өнеркәсіптік әдісі Шееле әдісіне негізделген, яғни пиролузиттің тұз қышқылымен реакциясы:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Анод: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Катод: 2H 2 O + 2e - 2OH-
Судың электролизі натрий хлоридінің электролизіне параллель жүретіндіктен, жалпы теңдеуді келесі түрде көрсетуге болады:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Хлорды алудың электрохимиялық әдісінің үш нұсқасы қолданылады. Оның екеуі қатты катодпен электролиз: диафрагмалық және мембраналық әдістер, үшіншісі сұйық катодпен электролиз (сынап алу әдісі). Электрохимиялық өндіріс әдістерінің ішінде ең оңай және ыңғайлы әдіс сынап катодымен электролиз болып табылады, бірақ бұл әдіс металл сынаптың булануы және ағуы нәтижесінде қоршаған ортаға айтарлықтай зиян келтіреді.
Тұтас катодты диафрагма әдісі
Электролизердің қуысы кеуекті асбест қалқа - диафрагма арқылы электролизердің катоды мен аноды орналасқан катодтық және анодтық кеңістіктерге бөлінеді. Сондықтан мұндай электролизерді жиі диафрагма деп атайды, ал өндіру әдісі - диафрагмалық электролиз. Қаныққан анолит ағыны (NaCl ерітіндісі) диафрагмалық электролизердің анодтық кеңістігіне үздіксіз ағады. Электрохимиялық процестің нәтижесінде галиттің ыдырауынан анодта хлор, ал судың ыдырауынан катодта сутегі бөлінеді. Бұл жағдайда катодқа жақын аймақ натрий гидроксидімен байытылған.
Қатты катодты мембраналық әдіс
Мембраналық әдіс негізінен диафрагмалық әдіске ұқсас, бірақ анод пен катод кеңістіктері катионалмастырғыш полимерлі мембранамен бөлінген. Мембраналық өндіріс әдісі диафрагма әдісіне қарағанда тиімдірек, бірақ оны пайдалану қиынырақ.
Сұйық катодты сынап әдісі
Процесс электролизер, ыдыратушы және коммуникациялар арқылы өзара байланысқан сынап сорғысынан тұратын электролиттік ваннада жүзеге асырылады. Электролиттік ваннада сынап сынап сорғышының әсерінен электролизер мен ыдыратушы арқылы айналады. Электролизердің катоды сынап ағыны болып табылады. Анодтар – графит немесе аз тозу. Сынаппен бірге электролизер арқылы анолит ағыны – натрий хлоридінің ерітіндісі үздіксіз өтеді. Хлоридтің электрохимиялық ыдырауы нәтижесінде анодта хлор молекулалары түзіледі, ал катодта бөлінген натрий сынапта еріп амальгам түзеді.
Зертханалық әдістер
Лабораторияларда хлор алу үшін әдетте хлорсутегін күшті тотықтырғыштармен (мысалы, марганец (IV) оксиді, калий перманганаты, калий бихроматымен) тотығуға негізделген процестер қолданылады:
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
Хлорды сақтау
Өндірілген хлор арнайы «цистерналарда» сақталады немесе болат цилиндрлерге айдалады жоғары қысым. Қысым астында сұйық хлоры бар цилиндрлер ерекше түске ие - батпақты түсті. Айта кету керек, хлор баллондарын ұзақ уақыт пайдалану кезінде оларда өте жарылғыш азот үшхлориді жиналады, сондықтан мезгіл-мезгіл хлор баллондары азот хлоридінен жоспарлы жуудан және тазалаудан өтуі керек.
Хлор сапасының стандарттары
ГОСТ 6718-93 бойынша «Сұйық хлор. Техникалық шарттар» бойынша хлордың келесі сорттары шығарылады
Қолдану
Хлор көптеген салаларда, ғылымда және тұрмыстық қажеттіліктерде қолданылады:
- Поливинилхлорид, пластмасса қосылыстары, синтетикалық каучук, олардан: сым оқшаулау, терезе профильдері, орау материалдары, киім мен аяқ киім, линолеум және пластиналар, лактар, жабдықтар мен көбік пластмассалары, ойыншықтар, аспаптар бөлшектері, құрылыс материалдары өндірісінде. Поливинилхлорид винилхлоридті полимерлеу арқылы өндіріледі, ол бүгінде аралық 1,2-дихлорэтан арқылы хлор-теңдестіру әдісімен этиленнен жиі өндіріледі.
- Хлордың ағартқыш қасиеттері бұрыннан белгілі, дегенмен «ағартқыш» хлордың өзі емес, гипохлор қышқылының ыдырауы кезінде түзілетін атомдық оттегі: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + О.. Маталарды, қағазды, картонды ағартудың бұл әдісі бірнеше ғасырлар бойы қолданылған.
- Хлорорганикалық инсектицидтерді өндіру – ауыл шаруашылығы дақылдарына зиянды, бірақ өсімдіктер үшін қауіпсіз жәндіктерді өлтіретін заттар. Өсімдіктерді қорғау құралдарын алу үшін өндірілген хлордың едәуір бөлігі жұмсалады. Ең маңызды инсектицидтердің бірі - гексахлорциклогексан (көбінесе гексахлоран деп аталады). Бұл затты алғаш рет 1825 жылы Фарадей синтездеген болатын, бірақ ол практикалық қолдануды 100 жылдан астам уақыттан кейін - біздің ғасырдың 30-жылдарында тапты.
- Ол химиялық соғыс агенті ретінде, сондай-ақ басқа химиялық соғыс агенттерін өндіру үшін пайдаланылды: қыша газы, фосген.
- Суды залалсыздандыру үшін – «хлорлау». Ауыз суды залалсыздандырудың кең тараған әдісі; бос хлор мен оның қосылыстарының тотығу-тотықсыздану процестерін катализдейтін микроорганизмдердің ферменттік жүйелерін тежеу қабілетіне негізделген. Ауыз суды залалсыздандыру үшін мыналар қолданылады: хлор, хлор диоксиді, хлорамин және ағартқыш. SanPiN 2.1.4.1074-01 орталықтандырылған сумен жабдықтау 0,3 - 0,5 мг/л ауыз судағы бос қалдық хлордың рұқсат етілген мөлшерінің келесі шектерін (дәліздерін) белгілейді. Ресейдегі бірқатар ғалымдар мен тіпті саясаткерлер ағынды суды хлорлау тұжырымдамасын сынайды, бірақ хлор қосылыстарының дезинфекциялық әсерлеріне балама ұсына алмайды. Су құбырлары жасалған материалдар хлорланған кран суымен әртүрлі әрекеттеседі. Крандағы судағы бос хлор полиолефин негізіндегі құбырлардың қызмет ету мерзімін айтарлықтай қысқартады: полиэтилен құбырларының әртүрлі түрлері, соның ішінде айқаспалы полиэтилен, PEX (PE-X) деп аталатын үлкен. АҚШ-та хлорланған сумен сумен жабдықтау жүйелерінде пайдалануға полимерлі материалдардан жасалған құбырларды жіберуді бақылау үшін олар 3 стандартты қабылдауға мәжбүр болды: құбырларға, мембраналарға және қаңқа бұлшықеттеріне қатысты ASTM F2023. Бұл арналар сұйықтық көлемін реттеуде, трансэпителиальды иондарды тасымалдауда және мембраналық потенциалдарды тұрақтандыруда маңызды функцияларды орындайды және жасуша рН деңгейін ұстап тұруға қатысады. Хлор висцеральды ұлпаларда, теріде және қаңқа бұлшықеттерінде жиналады. Хлор негізінен тоқ ішекте сіңеді. Хлордың сіңуі мен шығарылуы натрий иондары мен бикарбонаттармен, ал аз дәрежеде минералокортикоидтармен және Na+/K+-АТФаза белсенділігімен тығыз байланысты. Барлық хлордың 10-15%-ы жасушаларда жиналады, оның 1/3-1/2-і қызыл қан жасушаларында болады. Хлордың шамамен 85% жасушадан тыс кеңістікте кездеседі. Хлор организмнен негізінен несеппен (90-95%), нәжіспен (4-8%) және тері арқылы (2%-ға дейін) шығарылады. Хлордың шығарылуы натрий және калий иондарымен, ал өзара HCO 3 - (қышқыл-негіз балансы) байланысты.
Адам тәулігіне 5-10 г NaCl тұтынады.Адамның хлорға ең аз қажеттілігі тәулігіне шамамен 800 мг құрайды. Нәресте хлордың қажетті мөлшерін ана сүтімен алады, оның құрамында 11 ммоль/л хлор бар. NaCl асқазандағы тұз қышқылын өндіру үшін қажет, ол ас қорытуды жақсартады және патогендік бактерияларды жояды. Қазіргі уақытта адамдарда кейбір аурулардың пайда болуына хлордың қатысуы жақсы зерттелмеген, негізінен зерттеулер санының аздығына байланысты. Тіпті хлордың күнделікті тұтынуы бойынша ұсыныстар әзірленбегенін айту жеткілікті. Адамның бұлшықет тінінде 0,20-0,52% хлор, сүйек тінінде - 0,09%; қанда – 2,89 г/л. Орташа адамның денесінде (дене салмағы 70 кг) 95 г хлор бар. Күн сайын адам тағамнан 3-6 г хлор алады, бұл осы элементке деген қажеттілікті өтейді.
Хлор иондары өсімдіктер үшін өте маңызды. Хлор тотығу фосфорлануын белсендіру арқылы өсімдіктерде энергия алмасуына қатысады. Ол оқшауланған хлоропластар арқылы фотосинтез кезінде оттегінің түзілуі үшін қажет және фотосинтездің қосалқы процестерін, ең алдымен энергияның жинақталуымен байланысты процестерін ынталандырады. Хлор оттегі, калий, кальций, магний қосылыстарының тамыр арқылы сіңуіне оң әсер етеді. Өсімдіктердегі хлор иондарының шамадан тыс концентрациясының теріс жағы да болуы мүмкін, мысалы, хлорофилл құрамын төмендетеді, фотосинтез белсенділігін төмендетеді, өсімдіктердің өсуі мен дамуын тежейді Басқұншақ хлор). Хлор алғашқы қолданылған химиялық заттардың бірі болды
— Аналитикалық зертханалық жабдықты, зертханалық және өндірістік электродтарды қолдану, атап айтқанда: Cl- және K+ мазмұнын талдайтын ESR-10101 эталондық электродтар.
Хлор сұраулары, біз хлор сұраулары арқылы табыламыз
Өзара әрекеттесу, улану, су, реакциялар және хлордың түзілуі
- оксиді
- шешім
- қышқылдар
- байланыстар
- қасиеттері
- анықтамасы
- диоксид
- формуласы
- салмақ
- белсенді
- сұйықтық
- зат
- қолдану
- әрекет
- тотығу дәрежесі
- гидроксиді
Хлордың физикалық қасиеттері қарастырылады: хлордың тығыздығы, оның жылу өткізгіштігі, меншікті жылуы және әртүрлі температурадағы динамикалық тұтқырлығы. Cl 2 физикалық қасиеттері осы галогеннің сұйық, қатты және газ тәрізді күйлері үшін кесте түрінде берілген.
Хлордың негізгі физикалық қасиеттері
Хлор элементтердің периодтық жүйесінің үшінші периодының VII тобына 17 санымен кіреді. Ол галогендер тобына жатады, салыстырмалы атомдық және молекулалық массалары сәйкесінше 35,453 және 70,906. -30°С жоғары температурада хлор өзіне тән күшті, тітіркендіргіш иісі бар жасыл-сары газ болып табылады. Ол қалыпты қысымда (1,013·10 5 Па) -34°С-қа дейін салқындатылғанда оңай сұйылтылады және -101°С-та қататын мөлдір сары түсті сұйықтық түзеді.
Химиялық белсенділігі жоғары болғандықтан бос хлор табиғатта кездеспейді, тек қосылыстар түрінде болады. Ол негізінен галит () минералында кездеседі, сонымен қатар сильвит (KCl), карналлит (KCl MgCl 2 6H 2 O) және сильвинит (KCl NaCl) сияқты минералдардың құрамына кіреді. Жер қыртысындағы хлордың мөлшері жер қыртысының атомдарының жалпы санының 0,02%-ына жақындайды, мұнда ол екі изотоптар 35 Cl және 37 Cl түрінде 75,77% 35 Cl және 24,23% 37 Cl пайыздық қатынасында кездеседі. .
| Меншік | Мағынасы |
|---|---|
| Балқу температурасы, °C | -100,5 |
| Қайнау температурасы, °C | -30,04 |
| Критикалық температура, °C | 144 |
| Критикалық қысым, Па | 77,1 10 5 |
| Критикалық тығыздық, кг/м 3 | 573 |
| Газ тығыздығы (0°C және 1,013 10 5 Па), кг/м 3 | 3,214 |
| Қаныққан бу тығыздығы (0°C және 3,664 10 5 Па), кг/м 3 | 12,08 |
| Сұйық хлордың тығыздығы (0°С және 3,664 10 5 Па), кг/м 3 | 1468 |
| Сұйық хлордың тығыздығы (15,6°С және 6,08 10 5 Па), кг/м 3 | 1422 |
| Қатты хлордың тығыздығы (-102°С), кг/м 3 | 1900 |
| Ауадағы газдың салыстырмалы тығыздығы (0°C және 1,013 10 5 Па) | 2,482 |
| Ауадағы қаныққан будың салыстырмалы тығыздығы (0°C және 3,664 10 5 Па) | 9,337 |
| Сұйық хлордың салыстырмалы тығыздығы 0°С (4°С суға қатысты) | 1,468 |
| Газдың меншікті көлемі (0°С және 1,013 10 5 Па), м 3 /кг | 0,3116 |
| Қаныққан будың үлестік көлемі (0°С және 3,664 10 5 Па), м 3 /кг | 0,0828 |
| Сұйық хлордың үлестік көлемі (0°С және 3,664 10 5 Па), м 3 /кг | 0,00068 |
| Хлор буының қысымы 0°С, Па | 3.664 10 5 |
| Газдың динамикалық тұтқырлығы 20°С, 10 -3 Па с | 0,013 |
| Сұйық хлордың динамикалық тұтқырлығы 20°С, 10 -3 Па с. | 0,345 |
| Қатты хлордың балқу жылуы (балқу температурасында), кДж/кг | 90,3 |
| Булану жылуы (қайнау температурасында), кДж/кг | 288 |
| Сублимация жылуы (балқу температурасында), кДж/моль | 29,16 |
| Газдың молярлық жылу сыйымдылығы C p (-73…5727°C), Дж/(моль К) | 31,7…40,6 |
| Сұйық хлордың молярлық жылу сыйымдылығы C p (-101…-34°C), Дж/(моль К) | 67,1…65,7 |
| Газдың жылу өткізгіштік коэффициенті 0°С, Вт/(м К) | 0,008 |
| Сұйық хлордың жылу өткізгіштік коэффициенті 30°С, Вт/(м К) | 0,62 |
| Газ энтальпиясы, кДж/кг | 1,377 |
| Қаныққан будың энтальпиясы, кДж/кг | 1,306 |
| Сұйық хлордың энтальпиясы, кДж/кг | 0,879 |
| Сыну көрсеткіші 14°С | 1,367 |
| Меншікті электр өткізгіштігі -70°С, С/м | 10 -18 |
| Электрондардың жақындығы, кДж/моль | 357 |
| Иондану энергиясы, кДж/моль | 1260 |
Хлордың тығыздығы
Қалыпты жағдайда хлор тығыздығы шамамен 2,5 есе жоғары ауыр газ болып табылады. Газ тәрізді және сұйық хлордың тығыздығы қалыпты жағдайда (0°С) сәйкесінше 3,214 және 1468 кг/м3 тең. Сұйық немесе газ тәріздес хлорды қыздырғанда оның тығыздығы термиялық кеңею есебінен көлемнің ұлғаюына байланысты азаяды.
Хлор газының тығыздығы
Кестеде хлордың газ күйіндегі тығыздығы әртүрлі температурада (-30-дан 140°С-қа дейін) және қалыпты атмосфералық қысымда (1,013·10 5 Па) көрсетілген. Хлордың тығыздығы температураға байланысты өзгереді - қыздырған кезде азаяды. Мысалы, 20°С температурада хлордың тығыздығы 2,985 кг/м3, ал бұл газдың температурасы 100°С-қа дейін көтерілгенде, тығыздық мәні 2,328 кг/м 3 мәніне дейін төмендейді.
| т, °С | ρ, кг/м 3 | т, °С | ρ, кг/м 3 |
|---|---|---|---|
| -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 |
Қысым жоғарылаған сайын хлордың тығыздығы артады. Төмендегі кестелерде хлор газының тығыздығы -40-тан 140°С-қа дейінгі температура диапазонында және 26,6·10 5-тен 213·10 5 Па дейінгі қысымда көрсетілген. Қысымның жоғарылауымен газ күйіндегі хлордың тығыздығы пропорционалды түрде артады. Мысалы, 10°С температурада хлор қысымының 53,2·10 5-тен 106,4·10 5 Па-ға дейін артуы бұл газдың тығыздығының екі есе артуына әкеледі.
| ↓ т, °С | P, кПа → | 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 |
| ↓ т, °С | P, кПа → | 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 |
Сұйық хлордың тығыздығы
Сұйық хлор салыстырмалы түрде тар температура диапазонында болуы мүмкін, оның шекаралары минус 100,5-тен плюс 144 ° C-қа дейін (яғни балқу нүктесінен критикалық температураға дейін). 144°С-тан жоғары температурада хлор ешқандай қысымда сұйық күйге айналмайды. Бұл температура диапазонында сұйық хлордың тығыздығы 1717-ден 573 кг/м3-ге дейін өзгереді.
| т, °С | ρ, кг/м 3 | т, °С | ρ, кг/м 3 |
|---|---|---|---|
| -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 |
Хлордың меншікті жылу сыйымдылығы
КДж/(кг К) хлор газының меншікті жылу сыйымдылығын 0-ден 1200°С-қа дейінгі температура диапазонындағы және қалыпты атмосфералық қысымдағы C p-мен мына формуламен есептеуге болады:
мұндағы T - Кельвин градусындағы хлордың абсолютті температурасы.
Айта кету керек, қалыпты жағдайда хлордың меншікті жылу сыйымдылығы 471 Дж/(кг К) құрайды және қыздырғанда артады. 500°С жоғары температурада жылу сыйымдылығының артуы шамалы болады, ал жоғары температурада хлордың меншікті жылуы іс жүзінде өзгеріссіз қалады.
Кестеде жоғарыда келтірілген формула бойынша хлордың меншікті жылуын есептеу нәтижелері берілген (есептеу қателігі шамамен 1%).
| т, °С | C p , Дж/(кг К) | т, °С | C p , Дж/(кг К) |
|---|---|---|---|
| 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 |
Абсолютті нөлге жақын температурада хлор қатты күйде болады және меншікті жылу сыйымдылығы төмен (19 Дж/(кг К)). Қатты Cl 2 температурасы жоғарылаған сайын оның жылу сыйымдылығы артып, минус 143°С кезінде 720 Дж/(кг К) мәнге жетеді.
Сұйық хлордың 0-ден -90 градус Цельсий аралығындағы меншікті жылу сыйымдылығы 918...949 Дж/(кг К) болады. Кестеге сәйкес сұйық хлордың меншікті жылу сыйымдылығы газ тәрізді хлорға қарағанда жоғары және температура жоғарылаған сайын төмендейтінін көруге болады.
Хлордың жылу өткізгіштігі
Кестеде қалыпты атмосфералық қысымдағы хлор газының жылу өткізгіштік коэффициенттерінің мәндері -70-тен 400°С-қа дейінгі температура диапазонында көрсетілген.
Қалыпты жағдайда хлордың жылу өткізгіштік коэффициенті 0,0079 Вт/(м град) құрайды, бұл бірдей температура мен қысымдағыдан 3 есе аз. Хлорды қыздыру оның жылу өткізгіштігінің жоғарылауына әкеледі. Сонымен, 100°С температурада хлордың бұл физикалық қасиетінің мәні 0,0114 Вт/(м град) дейін артады.
| т, °С | λ, Вт/(м градус) | т, °С | λ, Вт/(м градус) |
|---|---|---|---|
| -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 |
Хлордың тұтқырлығы
20...500°С температуралық диапазондағы газ тәрізді хлордың динамикалық тұтқырлық коэффициентін шамамен мына формула бойынша есептеуге болады:
мұндағы η T – берілген температурадағы хлордың динамикалық тұтқырлығының коэффициенті T, K;
η T 0 - T 0 = 273 К температурадағы хлордың динамикалық тұтқырлық коэффициенті (қалыпты жағдайда);
C - Сазерленд тұрақтысы (хлор үшін C = 351).
Қалыпты жағдайда хлордың динамикалық тұтқырлығы 0,0123·10 -3 Па·с құрайды. Қыздырғанда, бұл физикалық қасиетхлор тұтқырлық ретінде жоғары мәндерді қабылдайды.
Сұйық хлордың тұтқырлығы газ тәрізді хлорға қарағанда әлдеқайда жоғары. Мысалы, 20°С температурада сұйық хлордың динамикалық тұтқырлығы 0,345·10 -3 Па·с мәніне ие және температура жоғарылаған сайын төмендейді.
Дереккөздер:
- Барков С.А. Галогендер және марганец топшасы. Д.И.Менделеевтің периодтық жүйесінің VII тобының элементтері. Оқушыларға арналған оқу құралы. М.: Білім, 1976 - 112 б.
- Физикалық шамалардың кестелері. Каталог. Ред. акад. И.К. Кикоина. М.: Атомиздат, 1976 - 1008 б.
- Якименко Л.М., Пасманик М.И. Хлор, каустикалық сода және негізгі хлор өнімдерін өндіру бойынша анықтамалық. Ред. 2-ші, пер. және т.б.М.: Химия, 1976 - 440 б.