염소 화합물 사용. 염소를 생산하는 염소 방법

염소를 예로 들어 주요 하위 그룹 VII 족 원소의 특성

일반적 특성하위 그룹

표 1. 하위 그룹 VIIA 요소의 명칭

P-원소, 일반, 비금속(아스타틴은 반금속), 할로겐.

Hal 원소의 전자 다이어그램(Hal ≠ F):

하위 그룹 VIIA의 요소는 다음과 같은 원자가를 특징으로 합니다.

표 2. 원자가

3. 하위 그룹 VIIA의 원소는 다음과 같은 산화 상태를 특징으로 합니다.

표 3. 원소의 산화 상태

화학 원소의 특성

염소는 VII A족의 원소이다. 일련번호 17

상대 원자 질량: 35.4527 a. 오전 (g/mol)

양성자, 중성자, 전자의 수: 17,18,17

원자 구조:

전자 공식:

일반적인 산화 상태: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7

이온화 에너지: 1254.9(13.01) kJ/mol (eV)

전자 친화도: 349(kJ/mol)

폴링에 따르면 전기음성도: 3.20

단순 물질의 특성

결합 유형: 공유 비극성

이원자 분자

동위원소: 35 Cl(75.78%) 및 37 Cl(24.22%)

결정 격자 유형: 분자

열역학적 매개변수

표 4

물리적 특성

표 5

화학적 특성

염소 수용액은 고도로 치환되어 있습니다(“염소수”).

1단계: Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl

2단계: HOCl = HCl + [O] – 원자 산소

하위 그룹의 산화 능력은 불소에서 요오드로 감소합니다 = ˃

염소는 강력한 산화제입니다.

1. 단순물질과의 상호작용

a) 수소의 경우:

Cl 2 + H 2 = 2HCl

b) 금속의 경우:

Cl 2 + 2Na = 2NaCl

3Cl2 + 2Fe = 2FeCl3

c) 전기음성도가 낮은 비금속의 경우:

3Cl2 + 2P = 2PCl3

Cl 2 + S = SCl 2

산소, 탄소 및 질소, 염소가 직접적으로 반응하지 않습니다!

2. 복합물질과의 상호작용

a) 물 포함: 위 참조

b) 산의 경우: 반응하지 않습니다!

c) 알칼리 용액의 경우:

추위에: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O

가열시 : 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O

e) 많은 유기 물질의 경우:

Cl 2 + CH 4 = CH 3 Cl + HCl

C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 Cl + HCl

가장 중요한 염소 화합물

염화수소, 염화수소(HCl)은 매운 냄새가 나는 무색의 열적으로 안정한 가스 (정상 조건에서)이며 습한 공기에서 연기가 나고 물에 쉽게 용해되어 (물 부피당 최대 500 부피의 가스) 염산을 형성합니다. −114.22 °C에서 HCl은 고체 상태로 변합니다. 고체 상태에서 염화수소는 사방정계, 아래 안정형, 입방정계의 두 가지 결정 변형 형태로 존재합니다.

염화수소 수용액을 염산이라고 합니다. 물에 용해되면 다음과 같은 과정이 발생합니다.

HCl g + H 2 O l = H 3 O + l + Cl − l

용해 과정은 매우 발열적입니다. 물과 함께 HCl은 공비 혼합물을 형성합니다. 그것은 강한 일양자성 산이다. 염기성 및 양쪽성 산화물, 염기 및 염을 사용하여 수소 왼쪽에 있는 전압 계열의 모든 금속과 에너지적으로 상호 작용하여 염을 형성합니다. 염화물:

Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2

FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O

강한 산화제에 노출되거나 전기 분해 중에 염화수소는 환원 특성을 나타냅니다.

MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O

가열하면 염화수소가 산소에 의해 산화됩니다(촉매 - 염화구리(II) CuCl 2):

4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2

그러나 진한 염산은 구리와 반응하여 1가 구리 착물을 형성합니다.

2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2

진한 염산 3부피와 진한 질산 1부피를 섞은 것을 왕수라고 합니다. 왕수는 금과 백금도 녹일 수 있습니다. 왕수의 높은 산화 활성은 출발 물질과 평형을 이루는 염화니트로실과 염소가 존재하기 때문입니다.

4H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O

용액 내 염화물 이온 농도가 높기 때문에 금속은 염화물 복합체에 결합하여 용해를 촉진합니다.

3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O

염화수소는 또한 다중 결합에 대한 첨가 반응(친전자성 첨가)을 특징으로 합니다.

R-CH=CH2 + HCl → R-CHCl-CH3

R-C=CH + 2 HCl → R-CCl 2 -CH 3

염소산화물- 일반식: Cl x O y를 갖는 염소와 산소의 무기 화합물.
염소는 Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7과 같은 산화물을 형성합니다. 또한, 수명이 짧은 라디칼인 ClO, 과산화염소 라디칼인 ClOO 및 사염소 라디칼인 ClO 4 가 알려져 있습니다.
아래 표는 안정한 산화염소의 특성을 보여줍니다.

표 6

재산	Cl2O	ClO2	클로클로 3	Cl 2 O 6 (l) ← 2ClO 3 (g)	Cl2O7
방의 색상과 상태. 온도	황갈색 가스	황록색 가스	담황색 액체	진한 빨간색 액체	무색 액체
염소 산화 상태	(+1)	(+4)	(+1), (+7)	(+6)	(+7)
T. pl., °C	−120,6	−59	−117	3,5	−91,5
끓는점 온도, °C	2,0		44,5
디(f, 0°C), g*cm -3	-	1,64	1,806	-	2,02
ΔH° 샘플(가스, 298 K), kJ*mol -1	80,3	102,6	~180	(155)
ΔG° 샘플(가스, 298 K), kJ*mol -1	97,9	120,6	-	-	-
S° 샘플(가스, 298 K), J*K -1 *mol -1	265,9	256,7	327,2	-	-
쌍극자 모멘트 μ, D	0.78±0.08	1.78±0.01	-	-	0.72±0.02

산화염소(I),산화이염소, 차아염소산 무수물 - 산화 상태 +1의 염소와 산소의 화합물.

정상적인 조건에서는 염소를 연상시키는 특유의 냄새가 나는 갈색-노란색 가스입니다. 2 °C 이하의 온도에서 액체는 황금빛 붉은색을 띕니다. 유독하다: 영향을 끼친다 항공. 자발적으로 천천히 분해됩니다.

고농도에서는 폭발성이 있습니다. 정상적인 조건에서의 밀도는 3.22kg/m3입니다. 사염화탄소에 용해됩니다. 물에 용해되어 약한 차아염소산을 형성합니다.

알칼리와 빠르게 반응합니다.

Cl 2 O + 2NaOH (희석) = 2NaClO + H 2 O

이산화염소- 산성 산화물. 물에 용해되면 아염소산과 과염소산이 형성됩니다(불균형화 반응). 희석 용액은 어둠 속에서 안정하고 빛 속에서 천천히 분해됩니다.

이산화염소- 산화염소( IV), 염소와 산소의 화합물, 공식: ClO 2.

정상적인 조건에서 ClO 2 는 특유의 냄새가 나는 적황색 가스입니다. 10°C 미만의 온도에서 ClO 2 는 적갈색 액체입니다. 낮은 안정성, 빛, 산화제와 접촉 및 가열 시 폭발함. 물에 잘 풀어보자. 폭발 위험으로 인해 이산화염소는 액체로 보관할 수 없습니다.

산성 산화물. 물에 용해되면 아염소산과 과염소산이 형성됩니다(불균형화 반응). 희석 용액은 어둠 속에서 안정하고 빛 속에서 천천히 분해됩니다.

생성된 아염소산은 매우 불안정하며 분해됩니다.

산화 환원 특성을 나타냅니다.

2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (희석) + 10FeSO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O

ClO 2 + 2NaOH 차갑습니다. = NaClO 2 + NaClO 3 + H 2 O

ClO 2 + O 3 = ClO 3 + O 2

ClO 2는 많은 유기 화합물과 반응하고 중간 강도의 산화제로 작용합니다.

차아염소산- HClO는 염소의 산화 상태가 +1인 매우 약한 일양자성 산입니다. 솔루션에만 존재합니다.

수용액에서 차아염소산은 부분적으로 양성자와 차아염소산염 음이온인 ClO -로 분해됩니다.

불안정한. 차아염소산 및 그 염 - 차아염소산염- 강한 산화제. 염산 HCl과 반응하여 염소 분자를 형성합니다.

HClO + NaOH(희석) = NaClO + H 2 O

아염소산- HClO 2, 중간 강도의 일염기산.

유리 형태의 아염소산 HClO 2는 불안정하며 묽은 수용액에서도 빠르게 분해됩니다.

알칼리에 의해 중화됩니다.

HClO 2 + NaOH(희석 냉) = NaClO 2 + H 2 O

이 산의 무수물은 알려져 있지 않습니다.

산성 용액은 염으로부터 제조됩니다 - 아염소산염 ClO 2와 알칼리의 상호 작용의 결과로 형성됩니다.

산화 환원 특성을 나타냅니다.

5HClO2 + 3H2SO4(희석) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

염소산- HClO 3, 염소의 산화 상태가 +5인 강한 일염기산입니다. 자유 형식으로 수신되지 않습니다. 추위에 30% 미만 농도의 수용액에서는 매우 안정적입니다. 더 농축된 용액에서는 다음과 같이 분해됩니다.

차아염소산은 강력한 산화제입니다. 산화 능력은 농도와 온도가 증가함에 따라 증가합니다. HClO 3는 쉽게 염산으로 환원됩니다.

HClO 3 + 5HCl (농도) = 3Cl 2 + 3H 2 O

HClO 3 + NaOH(희석) = NaClO 3 + H 2 O

SO 2와 공기의 혼합물이 강산성 용액을 통과하면 이산화염소가 형성됩니다.

예를 들어 40% 과염소산에서는 여과지가 발화됩니다.

8. 자연 속에 존재하기:

지각에서 염소는 가장 흔한 할로겐입니다. 염소는 매우 활성이 높기 때문에 자연계에서는 광물의 화합물 형태로만 존재합니다.

표 7. 자연에서 찾기

표 7. 미네랄 형태

가장 큰 염소 매장량은 바다와 바다의 소금에 포함되어 있습니다.

영수증

염소를 생산하는 화학적 방법은 비효율적이고 비용이 많이 듭니다. 오늘날 그들은 주로 역사적 중요성을 가지고 있습니다. 과망간산칼륨을 염산과 반응시켜 얻을 수 있습니다.

셸레 방식

처음에 염소를 생산하는 산업적 방법은 Scheele 방법, 즉 피로루사이트와 염산의 반응을 기반으로 했습니다.

집사방법

대기 산소를 이용한 염화수소의 촉매 산화에 의한 염소 생산 방법.

전기화학적 방법

오늘날 염소는 식염 용액의 전기분해를 통해 수산화나트륨 및 수소와 함께 산업 규모로 생산되며, 주요 공정은 요약 공식으로 나타낼 수 있습니다.

애플리케이션

· 염소 함유 폴리머로 만든 창 프로필

· 표백제의 주성분은 라바라코수(차아염소산나트륨)입니다.

· 폴리염화비닐, 플라스틱 화합물, 합성고무 생산에 사용됩니다.

· 유기염소 생산. 생산된 염소의 상당 부분은 식물 보호 제품을 얻기 위해 소비됩니다. 가장 중요한 살충제 중 하나는 헥사클로로사이클로헥산(종종 헥사클로란이라고도 함)입니다.

· 화학전 물질로 사용되며 기타 화학전 물질(겨자 가스, 포스겐) 생산에도 사용됩니다.

· 물 소독의 경우 - "염소화".

· 식품업 등록 식품 첨가물 E925.

· 염산, 표백제, 베르톨레 염, 금속 염화물, 독물, 의약품, 비료의 화학 생산에 사용됩니다.

· 순수 금속 생산을 위한 야금: 티타늄, 주석, 탄탈륨, 니오븀.

· 염소-아르곤 검출기의 태양 중성미자의 지표로 사용됩니다.

많은 선진국에서는 염소 함유 폐기물을 연소할 때 상당한 양의 다이옥신이 생성되는 등 일상생활에서 염소 사용을 제한하기 위해 노력하고 있습니다.

염소는 아마도 연금술사에 의해 얻어졌을 것입니다. 그러나 염소의 발견과 최초의 연구는 스웨덴의 유명한 화학자 칼 빌헬름 셸레(Carl Wilhelm Scheele)의 이름과 불가분의 관계가 있습니다. Scheele는 5개 오픈 화학 원소- 바륨 및 망간(요한 한(Johan Hahn)과 함께), 몰리브덴, 텅스텐, 염소 및 기타 화학자와 독립적으로(나중에) - 산소, 수소 및 질소 세 개가 더 있습니다. 이 성취는 이후 어떤 화학자도 반복할 수 없었습니다. 동시에 이미 스웨덴 왕립과학원의 회원으로 선출된 Scheele는 Köping에서 단순한 약사였지만 더 명예롭고 권위 있는 위치를 차지할 수도 있었습니다. 프로이센의 왕인 프리드리히 2세는 그에게 베를린 대학교의 화학 교수 자리를 제안했습니다. 그러한 유혹적인 제안을 거절한 Scheele는 이렇게 말했습니다. “저는 필요한 것보다 더 많이 먹을 수 없습니다. 여기 Köping에서 벌어들이는 돈이면 충분히 먹을 수 있습니다.”

물론 수많은 염소 화합물은 Scheele 이전에도 알려져 있었습니다. 이 요소는 가장 유명한 식용 소금을 포함하여 많은 소금의 일부입니다. 1774년에 Scheele는 흑색 광물 황철석을 진한 염산(MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O)으로 가열하여 유리 형태의 염소를 분리했습니다.

처음에 화학자들은 염소를 원소가 아니라 산소와 함께 알려지지 않은 원소 무리아(라틴어 무리아-염수)의 화합물로 간주했습니다. 염산(뮤르산이라고 함)에는 화학적으로 결합된 산소가 포함되어 있다고 믿어졌습니다. 이는 특히 다음 사실에 의해 "증명"되었습니다. 염소 용액이 빛에 닿으면 산소가 방출되고 염산이 용액에 남아있었습니다. 그러나 염소에서 산소를 "분리"하려는 수많은 시도는 아무 소용이 없었습니다. 따라서 석탄과 함께 염소를 가열하여 이산화탄소를 얻을 수 있는 사람은 아무도 없습니다(고온에서는 이를 함유한 많은 화합물에서 산소를 "제거"합니다). Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac 및 Louis Jacques Thenar가 유사한 실험을 수행한 결과 염소가 산소를 포함하지 않으며 단순한 물질이라는 것이 분명해졌습니다. 염소와 수소의 반응에서 가스의 정량적 비율을 분석한 Gay-Lussac의 실험에서도 동일한 결론이 나왔습니다.

1811년에 데이비는 새로운 원소에 그리스어에서 유래한 "염소"라는 이름을 제안했습니다. "클로로스" - 황록색. 이것이 바로 염소의 색입니다. 같은 어근은 "엽록소"(그리스어 "클로로스"와 "필론"-잎에서 유래)라는 단어에 있습니다. 1년 후 Gay-Lussac은 이름을 "염소"로 "단축"했습니다. 그러나 여전히 영국인과 미국인은 이 원소를 "염소"라고 부르고, 프랑스인은 이를 염소라고 부릅니다. 거의 19세기 전체에 걸쳐 화학의 "입법자"였던 독일인들도 약칭을 채택했습니다. (독일어로 염소는 Chlor입니다.) 1811년 독일의 물리학자 요한 슈바이거(Johann Schweiger)는 염소에 대해 "할로겐"이라는 이름을 제안했습니다(그리스어 "hals" - 소금 및 "gennao" - 출산). 결과적으로 이 용어는 염소뿐만 아니라 일곱 번째 그룹의 모든 유사체(불소, 브롬, 요오드, 아스타틴)에도 지정되었습니다.

염소 대기에서의 수소 연소 시연은 흥미롭습니다. 때때로 실험 중에 특이한 현상이 발생합니다. 부작용: 윙윙거리는 소리가 납니다. 대부분의 경우 수소가 공급되는 얇은 튜브가 염소로 채워진 원뿔 모양의 용기로 내려갈 때 화염이 윙윙 거립니다. 구형 플라스크의 경우에도 마찬가지이지만 원통형 플라스크에서는 불꽃이 일반적으로 윙윙거리지 않습니다. 이 현상을 '노래하는 불꽃'이라고 불렀습니다.

수용액에서 염소는 물과 부분적으로 그리고 다소 느리게 반응합니다. 25°C에서 평형: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl이 2일 이내에 확립됩니다. 차아염소산은 빛에 의해 분해됩니다: HClO ® HCl + O. 표백 효과가 있는 것은 원자 산소입니다(절대 건조 염소에는 이러한 능력이 없습니다).

화합물의 염소는 –1에서 +7까지의 모든 산화 상태를 나타낼 수 있습니다. 산소와 함께 염소는 여러 가지 산화물을 형성하며 순수한 형태의 모든 산화물은 불안정하고 폭발적입니다. Cl 2 O - 노란색-주황색 가스, ClO 2 - 노란색 가스 (9.7 o C 미만 - 밝은 빨간색 액체), 염소 과염소산염 Cl 2 O 4 (ClO –ClO 3, 담황색 액체), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3, 밝은 빨간색 액체), Cl 2 O 7 – 무색의 매우 폭발성이 높은 액체. 저온에서는 불안정한 산화물 Cl 2 O 3 및 ClO 3가 얻어졌습니다. ClO 2 산화물은 산업 규모로 생산되며 염소 대신 펄프 표백과 식수 및 폐수 소독에 사용됩니다. 다른 할로겐과 함께 염소는 ClF, ClF 3, ClF 5, BrCl, ICl, ICl 3와 같은 소위 할로겐간 화합물을 형성합니다.

양성 산화 상태를 갖는 염소 및 그 화합물은 강력한 산화제입니다. 1822년 독일의 화학자 레오폴드 그멜린(Leopold Gmelin)은 염소(2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl)로 산화하여 황혈염에서 붉은 소금을 얻었습니다. 염소는 브롬화물과 염화물을 쉽게 산화시켜 브롬과 요오드를 유리 형태로 방출합니다.

다양한 산화 상태의 염소는 여러 가지 산을 형성합니다. HCl - 염산(염산, 염 - 염화물), HClO - 차아염소산(염 - 차아염소산염), HClO 2 - 염소(염 - 아염소산염), HClO 3 - 차아염소산(염 - 염소산염) , HClO 4 – 염소(염 – 과염소산염). 산소산 중에서 과염소산만이 순수한 형태로 안정합니다. 산소산 염 중에서 차아염소산염은 실제로 아염소산나트륨 NaClO 2 - 직물 표백용, 소형 불꽃 공급원(“산소 양초”), 염소산 칼륨(Bertholometa 염), 칼슘 및 마그네슘(용) 제조용으로 사용됩니다. 성냥 생산 시 불꽃 성분 및 폭발물의 성분인 농업 해충 방제), 과염소산염 - 폭발물 및 불꽃 성분의 성분; 과염소산암모늄은 고체 로켓 연료의 구성 요소입니다.

염소는 많은 유기 화합물과 반응합니다. 이는 이중 및 삼중 탄소-탄소 결합(아세틸렌과의 반응이 폭발적으로 진행됨)을 갖는 불포화 화합물과 빛 속에서 벤젠에 빠르게 부착됩니다. 특정 조건에서 염소는 유기 화합물(R–H + Cl 2 ® RCl + HCl)의 수소 원자를 대체할 수 있습니다. 이 반응은 유기화학의 역사에서 중요한 역할을 했습니다. 1840년대 프랑스 화학자 장 바티스트 뒤마(Jean Baptiste Dumas)는 염소의 작용이 인체에 미치는 영향을 발견했습니다. 아세트산반응은 놀라울 정도로 쉽게 일어난다

CH 3 COOH + Cl 2 ® CH 2 ClCOOH + HCl. 과량의 염소로 인해 삼염화 아세트산 CCl 3 COOH가 형성됩니다. 그러나 많은 화학자들은 Dumas의 연구를 불신했습니다. 실제로 당시 일반적으로 받아들여졌던 베르셀리우스(Berzelius)의 이론에 따르면, 양전하를 띤 수소 원자는 음전하를 띤 염소 원자로 대체될 수 없었습니다. 이 의견은 당시 Friedrich Wöhler, Justus Liebig 및 Berzelius 자신을 포함한 많은 뛰어난 화학자들에 의해 유지되었습니다.

Dumas를 조롱하기 위해 Wöhler는 특정 S. Windler(Schwindler - 독일어로 사기꾼)를 대신하여 Dumas가 발견한 것으로 알려진 반응의 새로운 성공적인 적용에 관한 기사를 친구 Liebig에게 넘겼습니다. 기사에서 Wöhler는 망간 아세테이트 Mn(CH 3 COO) 2에서 원자가에 따라 모든 원소를 염소로 대체하여 염소로만 구성된 노란색 결정질 물질을 생성하는 방법에 대해 명백한 조롱으로 썼습니다. 또한 영국에서는 유기 화합물의 모든 원자를 염소 원자로 연속적으로 대체함으로써 일반 직물을 염소 직물로 변환하는 동시에 사물의 외관을 유지한다고 합니다. 각주에는 런던 상점에서 염소만으로 구성된 물질이 활발하게 거래되고 있다고 명시되어 있습니다. 이 물질은 잠옷과 따뜻한 속옷에 매우 좋기 때문입니다.

염소와 유기 화합물의 반응은 널리 사용되는 용매인 염화메틸렌 CH 2 Cl 2, 클로로포름 CHCl 3, 사염화탄소 CCl 4, 트리클로로에틸렌 CHCl=CCl 2, 테트라클로로에틸렌 C 2 Cl 4 등 많은 유기염소 생성물을 형성합니다. . 습기가 있는 경우 염소는 식물의 녹색 잎과 많은 염료를 변색시킵니다. 이것은 18세기에도 사용되었습니다. 표백용 직물.

유독가스로서의 염소.

염소를 투여받은 Scheele는 매우 불쾌하고 강한 냄새, 호흡 곤란 및 기침을 지적했습니다. 나중에 알아낸 바와 같이 공기 1리터에 이 가스가 0.005mg만 포함되어 있어도 사람은 염소 냄새를 맡으며 동시에 이미 호흡기에 자극 효과를 주어 호흡기 점막 세포를 파괴합니다. 기관과 폐. 0.012mg/l의 농도는 견디기가 어렵습니다. 염소 농도가 0.1mg/l를 초과하면 생명을 위협하게 됩니다. 호흡이 빨라지고 경련이 발생하며 점차 드물어지며 5~25분 후에 호흡이 중단됩니다. 산업 기업의 공기 중 최대 허용 농도는 0.001mg/l이고 주거 지역의 공기 중 최대 허용 농도는 0.00003mg/l입니다.

1790년 Scheele의 실험을 반복한 상트페테르부르크 학자 Toviy Egorovich Lovitz는 실수로 상당한 양의 염소를 공기 중으로 방출했습니다. 이를 흡입한 뒤 의식을 잃고 쓰러졌고, 이후 8일 동안 극심한 가슴 통증을 겪었다. 다행히 그는 회복되었습니다. 영국의 유명한 화학자 데이비는 염소 중독으로 거의 죽을 뻔했습니다. 소량의 염소를 사용하는 실험은 심각한 폐 손상을 일으킬 수 있으므로 위험합니다. 독일의 화학자 Egon Wiberg는 염소에 관한 강의 중 하나를 다음과 같은 말로 시작했다고 합니다. “염소는 유독 가스입니다. 다음 시연 중에 제가 중독되면 신선한 공기가 있는 곳으로 데리고 나가주세요. 하지만 아쉽게도 강의는 중단되어야 할 것 같습니다.” 많은 양의 염소를 공기 중으로 방출하면 정말 재앙이 됩니다. 이것은 제1차 세계대전 당시 영국-프랑스 군대가 경험한 것입니다. 1915년 4월 22일 아침, 독일군 사령부는 전쟁 역사상 최초의 가스 공격을 수행하기로 결정했습니다. 바람이 적을 향해 불었을 때 벨기에 마을 이프레스 근처 전선의 작은 6km 구간에서였습니다. , 각각 30kg의 액체 염소를 담고 있는 5,730개 실린더의 밸브가 동시에 열렸습니다. 5분 안에 거대한 황록색 구름이 형성되었고, 이는 독일 참호에서 연합군 쪽으로 천천히 이동했습니다. 영국군과 프랑스군은 완전히 무방비 상태였습니다. 가스는 균열을 통해 모든 대피소로 침투했지만 탈출구가 없었습니다. 결국 방독면은 아직 발명되지 않았습니다. 그 결과 15,000명이 중독되었고, 그 중 5,000명이 사망했습니다. 한 달 후인 5월 31일, 독일군은 러시아군을 상대로 동부 전선에서 가스 공격을 반복했습니다. 이것은 폴란드 볼리모바(Bolimova) 시 근처에서 일어났습니다. 12km 전방에서 264톤의 염소 혼합물과 훨씬 더 독성이 강한 포스겐(염화탄산 COCl 2)이 12,000개의 실린더에서 방출되었습니다. 짜르 사령부는 이프르에서 무슨 일이 일어났는지 알고 있었지만, 러시아 병사들은 방어 수단이 전혀 없었습니다! 가스 공격으로 인한 손실은 9,146명에 달했으며, 그 중 소총과 포격으로 인해 108명만 피해를 입었고 나머지는 중독되었습니다. 동시에 1,183명이 거의 즉시 사망했습니다.

곧 화학자들은 염소에서 탈출하는 방법을 보여주었습니다. 티오황산나트륨 용액에 적신 거즈 붕대를 통해 숨을 쉬어야 합니다(이 물질은 사진에 사용되며 종종 차아황산염이라고 함). 염소는 티오황산염 용액과 매우 빠르게 반응하여 산화시킵니다.

Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 + 5H 2 O ® 2H 2 SO 4 + 2NaCl + 6HCl. 물론 황산도 무해한 물질은 아니지만 희석된 수용액은 유독한 염소보다 훨씬 덜 위험합니다. 따라서 그 당시 티오황산염에는 "염소제"라는 또 다른 이름이 있었지만 최초의 티오황산염 방독면은 그다지 효과적이지 않았습니다.

1916년에 러시아의 화학자이자 미래의 학자인 니콜라이 드미트리예비치 젤린스키(Nikolai Dmitrievich Zelinsky)는 독성 물질이 활성탄 층에 의해 유지되는 정말 효과적인 방독면을 발명했습니다. 표면이 매우 발달된 석탄은 차아황산염에 담근 거즈보다 훨씬 더 많은 염소를 보유할 수 있습니다. 다행히도 '염소 ​​공격'은 역사상 비극적인 사건으로만 남았습니다. 제1차 세계대전 이후 염소에게는 평화로운 직업만이 남았습니다.

염소 사용.

매년 전 세계적으로 수천만 톤에 달하는 엄청난 양의 염소가 생산됩니다. 20세기 말까지 미국에서만 가능했습니다. 전기분해를 통해 연간 약 1,200만 톤의 염소가 생산되었습니다(화학제품 생산 중 10위). 그 중 대부분(최대 50%)은 용매, 합성 고무, 폴리염화비닐 및 기타 플라스틱, 클로로프렌 고무, 살충제, 의약품 및 기타 필요하고 유용한 제품을 생산하기 위해 유기 화합물의 염소화에 사용됩니다. 나머지는 무기 염화물 합성, 목재 펄프 표백을 위한 펄프 및 제지 산업, 수질 정화에 사용됩니다. 염소는 야금 산업에서 비교적 소량으로 사용됩니다. 그것의 도움으로 티타늄, 주석, 탄탈륨, 니오브와 같은 매우 순수한 금속이 얻어집니다. 염소에 수소를 태워 염화수소를 얻고, 이로부터 염산을 얻는다. 염소는 표백제(차아염소산염, 표백제) 생산과 염소 처리를 통한 물 소독에도 사용됩니다.

일리아 린슨

러시아 연방 교육과학부

고등 전문 교육을 위한 연방 주 예산 교육 기관

IVANOVSK 주립 화학 기술 대학

TP 및 MET학과

수필

염소 : 특성, 적용, 생산

머리: Efremov A.M.

이바노보 2015

소개

일반 정보염소의 경우

염소의 사용

염소를 생산하는 화학적 방법

전기 분해. 프로세스의 개념과 본질

염소의 산업 생산

염소 생산 및 환경 보호 시 안전 예방조치

결론

소개

염소 화학 원소 전기 분해

과학, 산업, 의학, 일상생활 등 다양한 분야에서 염소의 대규모 사용으로 인해 최근 염소의 수요가 급격히 증가하고 있습니다. 실험실 및 산업적 방법을 사용하여 염소를 생산하는 방법에는 여러 가지가 있지만 모두 장점보다 단점이 더 많습니다. 예를 들어, 많은 화학 및 기타 산업의 부산물이자 폐기물인 염산이나 소금 매장지에서 채굴되는 식염에서 염소를 얻는 것은 에너지 소비가 많은 과정이며 환경적 관점에서 해롭고 매우 위험합니다. 생명과 건강에 위험합니다.

현재, 상기 단점을 모두 제거하고 염소 수율도 높은 염소 생산 기술을 개발하는 문제가 매우 시급하다.

.염소에 대한 일반 정보

염소는 1774년 K. Scheele에 의해 염산과 피로루사이트 MnO2를 반응시켜 처음으로 얻었습니다. 그러나 1810년 G. Davy는 염소가 원소임을 확인하고 이를 염소라고 명명했습니다(그리스 클로로 - 황록색에서 유래). 1813년에 J. L. Gay-Lussac은 이 원소에 대해 "염소"라는 이름을 제안했습니다.

염소는 D.I. Mendeleev 원소 주기율표의 VII족 원소입니다. 분자량 70.906, 원자량 35.453, 원자번호 17은 할로겐족에 속합니다. 정상적인 조건에서 이원자 분자로 구성된 유리 염소는 특유의 자극적이고 자극적인 냄새가 나는 녹황색의 불연성 가스입니다. 독성이 있으며 질식을 유발합니다. 대기압에서 압축된 염소 가스는 -34.05°C에서 호박색 액체로 변하고, -101.6°C 및 1atm의 압력에서 응고됩니다. 일반적으로 염소는 75.53% 35Cl과 24.47% 37Cl의 혼합물입니다. 정상적인 조건에서 염소 가스의 밀도는 3.214kg/m3입니다. 즉, 공기보다 약 2.5배 더 무겁습니다.

화학적으로 염소는 매우 활동적이며 거의 모든 금속(수분이 있거나 가열된 경우에만 일부) 및 비금속(탄소, 질소, 산소, 불활성 가스 제외)과 직접 결합하여 해당 염화물을 형성하고 다음과 반응합니다. 많은 화합물은 포화 탄화수소의 수소를 대체하고 불포화 화합물을 결합합니다. 이는 응용 분야가 다양하기 때문입니다. 염소는 화합물의 브롬과 요오드를 수소와 금속으로 대체합니다. 알칼리 금속은 미량의 수분이 있을 때 염소와 반응하여 점화됩니다. 대부분의 금속은 가열될 때만 건조 염소와 반응합니다. 강철은 일부 금속과 마찬가지로 저온에서 건조 염소 분위기에 강하므로 건조 염소 장비 제조 및 저장 시설에 사용됩니다. 인은 염소 대기에서 발화하여 PCl3을 형성하고 추가 염소화로 PCl5를 형성합니다. 가열되면 염소와 황이 S2Cl2, SCl2 및 기타 SnClm을 생성합니다. 비소, 안티몬, 비스무트, 스트론튬, 텔루륨은 염소와 격렬하게 반응합니다. 염소와 수소의 혼합물은 무색 또는 황록색 불꽃으로 연소하여 염화수소를 형성합니다(이것은 연쇄 반응입니다). 염소-염소 불꽃의 최대 온도는 2200°C입니다. 5.8~88.5% H2를 함유한 염소와 수소의 혼합물은 폭발성이 있으며 빛, 전기 스파크, 열 또는 산화철과 같은 특정 물질의 존재로 인해 폭발할 수 있습니다.

산소와 함께 염소는 Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8뿐만 아니라 차아염소산염(차아염소산 염), 아염소산염, 염소산염 및 과염소산염과 같은 산화물을 형성합니다. 염소의 모든 산소 화합물은 쉽게 산화되는 물질과 폭발성 혼합물을 형성합니다. 산화염소는 불안정하여 자연적으로 폭발할 수 있고, 차아염소산염은 보관 중에 천천히 분해되며, 염소산염과 과염소산염은 개시제의 영향으로 폭발할 수 있습니다. 물 속의 염소가 가수분해되어 차아염소산과 염산(Cl2 + H2O?)을 형성합니다. HClO + HCl. 생성된 황색 용액을 흔히 염소수라고 합니다. 알칼리 수용액을 추위에 염소화하면 차아염소산염과 염화물이 형성됩니다. 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, 가열하면 염소산염이 형성됩니다. 건조 수산화칼슘을 염소화하면 표백제가 생성됩니다. 암모니아가 염소와 반응하면 삼염화질소가 생성됩니다. 유기 화합물을 염소화할 때 염소는 수소를 대체하거나 다중 결합을 결합하여 다양한 염소 함유 유기 화합물을 형성합니다. 염소는 다른 할로겐과 함께 할로겐간 화합물을 형성합니다. 불화염소 ClF, ClF3, ClF3는 반응성이 매우 높습니다. 예를 들어, ClF3 대기에서는 유리솜이 자연적으로 발화됩니다. 알려진 염소와 산소 및 불소의 화합물은 염소 옥시불화물(ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 및 과염소산 불소 FClO4)입니다.

염소는 자연에서 화합물의 형태로만 존재합니다. 지각의 평균 함량은 1.7·10-2질량%입니다. 물 이동은 지각의 염소 역사에서 중요한 역할을 합니다. 이는 세계 해양(1.93%), 지하 염수 및 염호에서 Cl-ion의 형태로 발견됩니다. 자체 미네랄(주로 천연 염화물)의 수는 97개이며, 주요 광물은 암염(암염)입니다. 칼륨 및 염화마그네슘 및 혼합 염화물의 대규모 침전물도 알려져 있습니다: 실비나이트 KCl, 실비나이트 (Na,K)Cl, 카르날라이트 KCl MgCl2 6H2O, 카이나이트 KCl MgSO4 3H2O, 비스코파이트 MgCl2 6H2O. 지구 역사상 화산 가스에 포함된 HCl을 지각 상부로 공급하는 것은 매우 중요했습니다.

염소 품질 표준

표시기 이름 GOST 6718-93 최고 등급 1 등급 염소의 부피 분율, % 99.899.6 물의 질량 분율, % 0.010.04 이하 삼염화질소의 질량 분율, % 0.0020.004 질량 비휘발성 잔류물의 비율, %0 .0150.10 이하

염소의 보관 및 운송

다양한 방법으로 생산된 염소는 특수 "탱크"에 저장되거나 자체 증기압 18kgf/cm2 하에서 강철 원통형(부피 10-250m3) 및 구형(부피 600-2000m3) 실린더로 펌핑됩니다. 최대 저장량은 150톤입니다. 압력을 받는 액체 염소가 있는 실린더에는 보호 색상이라는 특별한 색상이 있습니다. 염소 실린더의 압력이 낮아지면 치명적인 가스보다 몇 배 더 높은 농도의 가스가 갑자기 방출됩니다. 염소 실린더를 장기간 사용하면 폭발성이 매우 높은 삼염화질소가 내부에 축적되므로 때때로 염소 실린더는 정기적인 염화질소 세척 및 청소를 받아야 합니다. 염소는 임시 저장소 역할을 하는 컨테이너, 철도 탱크 및 실린더를 통해 운송됩니다.

2.염소의 사용

염소는 플라스틱, 합성 고무, 화학 섬유, 용제, 살충제 등을 생산하는 데 사용되는 다양한 유기 염소 유도체 생산을 위해 화학 산업에서 주로 소비됩니다. 현재 전 세계 염소 생산량의 60% 이상이 유기 합성에 사용됩니다. 또한 염소는 염산, 표백제, 염소산염 및 기타 제품을 생산하는 데 사용됩니다. 상당량의 염소는 다금속 광석 처리, 광석에서 금 추출 중 염소화를 위해 야금학에서 사용되며 정유 산업, 농업, 의학 및 위생 분야, 식수 및 폐수 중화에도 사용됩니다. , 불꽃놀이 및 기타 국가 경제 분야에서. 주로 유기 합성의 성공으로 인해 염소 사용 지역이 개발된 결과, 세계 염소 생산량은 연간 2천만 톤 이상입니다.

과학, 산업 및 가정의 다양한 분야에서 염소를 적용하고 사용하는 주요 사례는 다음과 같습니다.

1.폴리염화비닐, 플라스틱 화합물, 합성 고무 생산 시: 와이어 절연재, 창 프로필, 포장재, 의류 및 신발, 리놀륨 및 축음기 레코드, 바니시, 장비 및 폼 플라스틱, 장난감, 악기 부품, 건축 자재. 폴리염화비닐은 염화비닐의 중합에 의해 생산되는데, 오늘날 염화비닐은 중간체 1,2-디클로로에탄을 통해 염소 균형 방법으로 에틸렌에서 가장 흔히 생산됩니다.

CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl

1)표백제로 사용됩니다("표백"하는 것은 염소 자체가 아니라 Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O* 반응에 따라 차아염소산이 분해되는 동안 형성되는 원자 산소임).

2)유기염소 살충제 생산 시 - 농작물에 유해한 곤충을 죽이지만 식물에는 안전한 물질(알드린, DDT, 헥사클로란). 가장 중요한 살충제 중 하나는 헥사클로로사이클로헥산(C6H6Cl6)입니다.

)화학전 물질로 사용되며 기타 화학전 물질인 겨자 가스(C4H8Cl2S), 포스겐(CCl2O) 생산에도 사용됩니다.

)물 소독 - "염소화". 식수를 소독하는 가장 일반적인 방법은 산화환원 과정을 촉매하는 미생물의 효소 시스템을 억제하는 유리 염소와 그 화합물의 능력에 기초합니다. 식수를 소독하는 데에는 염소(Cl2), 이산화염소(ClO2), 클로라민(NH2Cl), 표백제(Ca(Cl)OCl)가 사용됩니다.

)식품 산업에서는 식품 첨가물 E925로 등록되어 있습니다.

)가성소다(NaOH)(비누 산업에서 레이온 생산에 사용됨), 염산(HCl), 표백제, 베르톨라이트 염(KClO3), 금속 염화물, 독물, 약물, 비료의 화학 생산에 사용됩니다.

)순수 금속 생산을 위한 야금: 티타늄, 주석, 탄탈륨, 니오븀.

TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;

TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (T=850°C에서)

)염소-아르곤 검출기의 태양 중성미자 표시기(태양 중성미자를 등록하기 위한 "염소 검출기" 아이디어는 유명한 소련 물리학자 Academician B. Pontecorvo에 의해 제안되었고 미국 물리학자 R. Davis와 그의 협력자들에 의해 구현되었습니다. 원자량이 37인 염소 동위원소의 중성미자 핵을 잡아서 아르곤-37 동위원소의 핵으로 변환되어 등록 가능한 전자 1개를 생성합니다.)

많은 선진국에서는 염소 함유 폐기물의 연소로 인해 상당한 양의 다이옥신(강력한 돌연변이 유발 특성을 지닌 세계적인 환경 독성 물질)이 생성되기 때문에 일상 생활에서 염소 사용을 제한하려고 노력하고 있습니다. , 면역억제제 , 발암성, 기형 유발성 및 배아 독성 영향. 그들은 약하게 분해되어 인체와 공기, 물, 음식을 포함한 지구의 생물권에 축적됩니다.

3.염소를 생산하는 화학적 방법

이전에는 Weldon 및 Deacon 방법을 사용하여 화학적 수단으로 염소를 생산하는 것이 일반적이었습니다. 이 공정에서는 황산의 작용으로 식염에서 황산나트륨을 생산할 때 부산물로 형성된 염화수소가 산화되어 염소가 생산되었습니다.

Weldon 방법을 사용하여 일어나는 반응:

4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2

Deacon의 방법을 사용하여 발생하는 반응:

HCl + O2 =>2H2O + 2Cl2

Dikonovsky 공정에서는 염화구리가 촉매로 사용되었으며, 이 중 50% 용액(때로는 NaCl을 첨가함)에 다공성 세라믹 담체가 함침되었습니다. 이러한 촉매의 최적 반응 온도는 일반적으로 430~490° 범위 내였습니다. 이 촉매는 비활성 구리 비산염뿐만 아니라 이산화황 및 삼산화황을 형성하는 비소 화합물에 의해 쉽게 중독됩니다. 가스에 소량의 황산 증기가 존재하더라도 순차적 반응의 결과로 염소 수율이 급격히 감소합니다.

H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4

C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl

따라서 황산은 Cl2가 HCl로 역전환되는 것을 촉진하는 촉매입니다. 따라서 구리 촉매에서 산화되기 전에 염산염 가스는 염소 수율을 감소시키는 불순물로부터 철저히 정제되어야 합니다.

Deacon의 설치는 가스 히터, 가스 필터 및 강철 원통형 케이스의 접촉 장치로 구성되었으며 내부에는 구멍이있는 동심원으로 위치한 두 개의 세라믹 실린더가 있습니다. 그들 사이의 환형 공간은 촉매로 채워져 있습니다. 염화수소는 공기로 산화되어 염소가 희석되었습니다. 25vol.% HCl과 75vol.% 공기(~16% O2)를 포함하는 혼합물이 접촉 장치에 공급되었으며, 장치에서 나오는 가스는 약 8% C12, 9% HCl, 8% 수증기 및 75%를 포함했습니다. 공기. 이러한 가스는 HCl로 세척하고 황산으로 건조시킨 후 일반적으로 표백제 제조에 사용됩니다.

Deacon 공정의 복원은 현재 공기가 아닌 산소를 이용한 염화수소의 산화를 기반으로 하며, 이를 통해 고활성 촉매를 사용하여 농축된 염소를 얻을 수 있습니다. 생성된 염소-산소 혼합물을 36% 및 20% 염산으로 연속적으로 세척하고 황산으로 건조시킵니다. 그런 다음 염소는 액화되고 산소는 공정으로 반환됩니다. 또한 염소는 8기압의 압력에서 염화황으로 염소를 흡수한 후 재생되어 100% 염소를 생성함으로써 산소와 분리됩니다.

Сl2 + S2CI2 S2Cl4

예를 들어 희토류 금속 염으로 활성화된 이염화구리와 같은 저온 촉매가 사용되어 100°C에서도 공정을 수행할 수 있으므로 HCl에서 Cl2로의 전환 정도가 급격히 증가합니다. 산화크롬 촉매에서 HCl은 340~480°C의 산소 중에서 연소됩니다. 250~20°C에서 실리카겔 위에 V2O5와 알칼리 금속 피로황산염 및 활성화제 혼합물의 촉매를 사용하는 방법이 설명되어 있습니다. 이 공정의 메커니즘과 동역학이 연구되었으며 특히 유동층에서 구현을 위한 최적의 조건이 확립되었습니다.

산소에 의한 염화수소의 산화는 FeCl3 + KCl의 용융 혼합물을 두 단계로 사용하여 별도의 반응기에서 수행됩니다. 첫 번째 반응기에서는 염화제이철이 산화되어 염소를 형성합니다.

2FeCl3 + 1 O2 => Fe3O3 + 3Cl2

두 번째 반응기에서는 염화제이철이 염화수소를 사용하여 산화제이철에서 재생됩니다.

O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20

염화제이철의 증기압을 낮추기 위해 염화칼륨을 첨가합니다. 또한 불활성 캐리어에 증착된 Fe2O3, KCl 및 구리, 코발트 또는 염화 니켈로 구성된 접촉 물질이 장치의 위에서 아래로 이동하는 하나의 장치에서 이 공정을 수행하는 것이 제안되었습니다. 장치 상단에서는 Fe2O3가 FeCl3로 변환되는 뜨거운 염소화 구역을 통과하며, 아래에서 위로 이동하는 가스 흐름에 있는 HCl과 상호 작용합니다. 그런 다음 접촉 질량은 산소의 영향으로 염소 원소가 형성되고 FeCl3가 Fe2O3로 변환되는 냉각 영역으로 낮아집니다. 산화된 접촉 물질은 염소화 구역으로 되돌아갑니다.

HCl의 Cl2로의 유사한 간접 산화는 다음 계획에 따라 수행됩니다.

2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O + 1/2O2 = MgO + Cl2

400600°C에서 HCl, O2 및 과량의 SO2를 함유한 가스를 바나듐 촉매에 통과시켜 염소와 황산을 동시에 생산하는 것이 제안되었습니다. 그런 다음 H2SO4와 HSO3Cl이 가스에서 응축되고 SO3는 황산과 흡수되며 염소는 가스상에 남아 있습니다. HSO3Cl은 가수분해되고 방출된 HC1은 공정으로 반환됩니다.

산화는 PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7과 같은 산화제에 의해 훨씬 더 효율적으로 수행됩니다.

2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O

염소는 염화물을 산화하여 얻을 수도 있습니다. 예를 들어 NaCl과 SO3가 상호 작용하면 다음과 같은 반응이 발생합니다.

NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl

NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4

NaSO3Cl은 275°C에서 분해됩니다. SO2와 C12 가스의 혼합물은 염소 SO2Cl2 또는 CCl4를 흡수하거나 정류하여 분리할 수 있으며, 그 결과 88mol을 함유하는 공비 혼합물이 생성됩니다. % Cl2 및 12 mol. %SO2. 공비 혼합물은 SO2를 SO2Cl2로 전환하고 과잉 염소를 분리하고 200°에서 분해되는 SO2Cl2를 SO2와 Cl2로 추가로 분리할 수 있으며, 이는 정류를 위해 보내지는 혼합물에 첨가됩니다.

염소는 염화물이나 염화수소를 질산 및 이산화질소로 산화하여 얻을 수 있습니다.

ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O

염소를 얻는 또 다른 방법은 산화를 통해 얻을 수 있는 염화니트로실을 분해하는 것입니다.

NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2

예를 들어 NOCl을 75% 질산으로 산화하여 염소를 얻는 것도 제안되었습니다.

2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O

염소와 이산화질소의 혼합물은 분리되어 NO2를 약질산으로 변환한 다음 공정의 첫 번째 단계에서 HCl을 산화시켜 Cl2와 NOCl을 형성하는 데 사용됩니다. 이 공정을 산업 규모로 수행할 때 가장 어려운 점은 부식을 제거하는 것입니다. 장비의 재료로는 세라믹, 유리, 납, 니켈, 플라스틱이 사용됩니다. 1952년부터 1953년까지 미국에서 이 방법을 사용했습니다. 이 시설은 하루 75톤의 염소 용량으로 운영되고 있었습니다.

다음 반응에 따라 염화니트로실을 형성하지 않고 질산으로 염화수소를 산화시켜 염소를 생산하는 순환 방법이 개발되었습니다.

2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O

이 공정은 80°C에서 액체 상태로 진행되며 염소 수율은 100%에 도달하고 NO2는 액체 형태로 얻어집니다.

그 후 이러한 방법은 전기화학적 방법으로 완전히 대체되었지만 현재는 염소를 생산하는 화학적 방법이 새로운 기술 기반으로 다시 부활하고 있습니다. 이들 모두는 HCl(또는 염화물)의 직접 또는 간접 산화를 기반으로 하며, 가장 일반적인 산화제는 대기 산소입니다.

전기 분해. 프로세스의 개념과 본질

전기분해는 전극이 담겨 있는 용융물이나 용액을 통해 직접 전류가 통과하는 동안 전극에서 발생하는 일련의 전기화학적 산화환원 과정입니다.

쌀. 4.1. 전기분해 중에 발생하는 과정. 전기분해조 다이어그램: 1 - 욕조, 2 - 전해질, 3 - 양극, 4 - 음극, 5 - 전원

전극은 전류를 전도하는 모든 물질이 될 수 있습니다. 주로 금속과 합금이 사용되며, 비금속 전극으로는 흑연봉(또는 탄소) 등이 있을 수 있다. 덜 일반적으로 액체가 전극으로 사용됩니다. 양전하를 띤 전극이 양극입니다. 음으로 대전된 전극은 음극이다. 전기분해 중에 양극은 산화되고(용해됨) 음극은 환원됩니다. 그렇기 때문에 양극의 용해가 용액이나 용융물에서 발생하는 화학 과정에 영향을 미치지 않는 방식으로 양극을 가져와야 합니다. 이러한 양극을 불활성 전극이라고 합니다. 불활성 양극으로 흑연(탄소) 또는 백금을 사용할 수 있습니다. 금속판을 음극으로 사용할 수 있습니다(용해되지 않음). 구리, 황동, 탄소(또는 흑연), 아연, 철, 알루미늄, 스테인리스강이 적합합니다.

용융물 전기분해의 예:

소금 용액의 전기분해의 예:

(염소의 전기음성도가 산소보다 작기 때문에 염소가 산소보다 전자를 더 쉽게 포기하기 때문에 Clα 음이온은 산소 Oⅱ II 물 분자가 아닌 양극에서 산화됩니다.)

물의 전기분해는 항상 불활성 전해질이 있는 상태에서 수행됩니다(매우 약한 전해질인 물의 전기 전도도를 높이기 위해).

불활성 전해질에 따라 전기분해는 중성, 산성 또는 알칼리성 환경에서 수행됩니다. 불활성 전해질을 선택할 때 일반적인 환원제인 금속 양이온(예: Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+)은 수성 전해질의 음극에서 절대 환원되지 않는다는 점을 고려해야 합니다. 용액과 옥소산의 산소 O-II 음이온은 산화도가 가장 높은 원소(예: ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?)가 있는 양극에서 절대 산화되지 않습니다. 대신 물이 산화됩니다.

전기분해에는 전기장의 영향으로 반응 입자가 전극 표면으로 이동하는 과정과 입자에서 전극으로 또는 전극에서 입자로 전하가 이동하는 두 가지 과정이 포함됩니다. 이온의 이동은 이동성과 수송 수에 따라 결정됩니다. 여러 전하의 전달 과정은 일반적으로 일련의 단일 전자 반응, 즉 단계적으로 중간 입자 (이온 또는 라디칼)가 형성되는 형태로 수행됩니다. 흡착된 상태에서 전극에 잠시 동안.

전극 반응 속도는 다음에 따라 달라집니다.

전해질 조성

전해질 농도

전극재료

전극 전위

온도

유체 역학적 조건.

전류밀도는 반응속도의 척도이다. 이것은 벡터 물리적이며, 그 모듈은 도체의 전류 강도(단위 시간당 전송된 전하 수)와 단면적의 비율에 의해 결정됩니다.

패러데이의 전기분해 법칙은 전기화학 연구에 기초한 정량적 관계이며 전기분해 중에 형성된 생성물의 질량을 결정하는 데 도움이 됩니다. 가장 일반적인 형태로 법칙은 다음과 같이 공식화됩니다.

)패러데이의 전기분해 제1법칙: 전기분해 중에 전극에 침착된 물질의 질량은 이 전극에 전달된 전기량에 정비례합니다. 전기량이란 일반적으로 쿨롱 단위로 측정되는 전하를 의미합니다.

2)패러데이의 전기분해 제2법칙: 주어진 양의 전기(전하)에 대해 전극에 증착된 화학 원소의 질량은 원소의 등가 질량에 정비례합니다. 물질의 등가질량은 그 물질의 몰 질량, 물질이 참여하는 화학 반응에 따라 정수로 나눕니다.

패러데이의 법칙은 수학적 형태로 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

여기서 m은 전극에 증착된 물질의 질량(그램)이고, 는 물질을 통과하는 총 전하 = 96,485.33(83) C mol?1은 패러데이 상수, 는 물질의 몰 질량(예: 몰 질량)입니다. 물의 질량 H2O = 18 g/mol)은 물질의 이온의 원자가 수(이온당 전자 수)입니다.

M/z는 증착된 물질의 등가 질량입니다.

패러데이 제1법칙의 경우 M, F, z는 상수이므로 Q 값이 클수록 m 값도 커집니다.

패러데이 제2법칙의 경우 Q, F, z는 상수이므로 M/z 값(등가 질량)이 클수록 m 값도 커집니다.

가장 간단한 경우, 직류 전기분해는 다음과 같은 결과를 가져옵니다.

교류 전류의 더 복잡한 경우에 전류 I( ?)는 시간이 지남에 따라 요약됩니까? :

여기서 t는 총 전기분해 시간이다.

산업계에서 전기분해 공정은 특수 장치인 전해조에서 수행됩니다.

염소의 산업 생산

현재 염소는 주로 수용액의 전기분해에 의해 생산됩니다. - 세 가지 전기화학적 방법 중 두 가지는 고체 음극을 사용한 전기분해: 격막 및 막 방법, 다른 하나는 액체 수은 음극을 사용한 전기분해(수은 생산 방법)입니다. 이러한 방법은 거의 동일한 순도의 염소를 생산합니다. 세계적으로는 염소를 생산하는 세 가지 방법이 모두 사용되는데, 가장 간편하고 편리한 방법은 수은음극을 이용한 전기분해인데, 이 방법은 심각한 해를 끼친다. 환경금속 수은과 염소의 증발 및 누출로 인해 발생합니다. 보다 경제적이고 환경에 덜 유해하며 더 높은 품질의 최종 제품을 생산하는 멤브레인 공정을 사용하는 것이 바람직합니다.

염소의 전해 생산을 위한 원료는 주로 고체 소금을 용해시켜 얻은 식염 NaCl 용액 또는 천연 염수입니다. 소금 매장지에는 세 가지 유형이 있습니다. 화석 소금(매장량의 약 99%); 바닥에 자체 침전된 소금 퇴적물이 있는 소금 호수(0.77%); 나머지는 지하 분할입니다. 식염 용액은 제조 경로에 관계없이 전기분해 과정을 손상시키는 불순물을 포함하고 있습니다. 고체 음극을 사용한 전기분해 중 특히 불리한 것은 칼슘 양이온 Ca2+, Mg2+ 및 SO42- 음이온과 액체 음극을 사용한 전기분해 중 크롬, 바나듐, 게르마늄 및 몰리브덴과 같은 중금속을 함유한 화합물의 불순물입니다.

염소 전기분해용 결정질 염은 다음 조성(%)을 가져야 합니다: 염화나트륨 97.5 이상; Mg2+ 0.05 이하; 불용성 침전물은 0.5 이하; Ca2+ 0.4 이하; K+는 0.02 이하; SO42 - 0.84 이하; 습도는 5 이하; 중금속 혼합물 (아말감 시험 cm3 H2로 결정) 0.3 이하. 소금물 정화는 소다(Na2CO3) 용액과 석회유(물에 Ca(OH)2 현탁액)를 사용하여 수행됩니다. 화학적 정제 외에도 용액은 침전 및 여과를 통해 기계적 불순물이 제거됩니다.

식염 용액의 전기분해는 고체 철(또는 강철) 음극이 있는 욕조와 액체 수은 음극이 있는 욕조에서 다이어프램 및 멤브레인이 있는 욕조에서 수행됩니다. 현대의 대규모 염소 작업장에 사용되는 산업용 전해조는 고성능, 단순한 디자인, 소형, 안정적이고 안정적으로 작동해야 합니다.

전기분해는 다음 계획에 따라 진행됩니다.

MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,

여기서 Me는 알칼리 금속이다.

고체 전극이 있는 전해조에서 식염의 전기화학적 분해 중에 다음과 같은 기본적이고 가역적이며 비가역적인 이온 반응이 발생합니다.

식염과 물 분자의 해리(전해질에서 발생)

NaCl-Na++Cl- -H++OH-

염소 이온 산화(양극에서)

C1- - 2e- => C12

수소 이온과 물 분자의 환원(음극에서)

Н+ - 2е- => Н2

Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-

이온이 수산화나트륨 분자로 결합(전해질에서)

Na+ + OH- - NaOH

유용한 제품수산화나트륨, 염소, 수소이다. 이들 모두는 전해조에서 별도로 제거됩니다.

쌀. 5.1. 다이어프램 전해조의 구성

고체 음극(그림 3)이 있는 전해조의 공동은 다공성으로 나누어집니다. 칸막이 - 다이어프램 - 전해조의 음극과 양극이 각각 위치한 음극과 양극 공간에 위치합니다. 따라서 전해조를 흔히 '다이어프램'이라 부르며, 그 생산방식을 다이어프램 전해라 한다.

최초의 산업용 전해조는 배치 모드로 작동했습니다. 그 안에 있는 전기분해 생성물은 시멘트 격막으로 분리되었습니다. 그 후, 종 모양의 칸막이를 사용하여 전기분해 생성물을 분리하는 전해조가 만들어졌습니다. 다음 단계에서는 흐름 다이어프램을 갖춘 전해조가 등장했습니다. 그들은 석면 판지로 만들어진 분리 다이어프램을 사용하여 역류 원리를 결합했습니다. 다음으로, 제지 산업의 기술을 빌려 석면 펄프로 격막을 생산하는 방법이 발견되었습니다. 이 방법을 통해 제거할 수 없는 소형 핑거 음극을 갖춘 고전류 부하용 전해조 설계를 개발할 수 있었습니다. 석면 격막의 수명을 늘리기 위해 일부 합성 물질을 코팅 또는 결합제로서 구성에 도입하는 것이 제안되었습니다. 또한 새로운 합성 재료로 다이어프램을 완전히 만드는 것도 제안되었습니다. 이러한 결합된 석면-합성 또는 특별히 제조된 합성 다이어프램의 사용 수명은 최대 500일이라는 증거가 있습니다. 염화나트륨 함량이 매우 낮은 순수한 가성소다를 얻을 수 있는 특수 이온 교환 격막도 개발되고 있습니다. 이러한 격막의 작용은 다양한 이온의 통과를 위한 선택적 특성의 사용에 기초합니다.

초기 설계에서는 흑연 양극으로 이어지는 전류의 접점이 전해조 캐비티에서 외부로 제거되었습니다. 이후 전해질에 담긴 양극의 접촉부를 보호하는 방법이 개발됐다. 이러한 기술을 사용하여 양극 접점이 전해조의 공동에 위치하는 하단 전류 공급 장치를 갖춘 산업용 전해조가 만들어졌습니다. 그들은 오늘날 고체 음극에서 염소와 가성소다를 생산하기 위해 모든 곳에서 사용됩니다.

식염의 포화 용액(정제된 염수) 흐름이 격막 전해조의 양극 공간으로 연속적으로 흘러 들어갑니다. 전기화학적 공정의 결과, 양극에서는 식염의 분해로 인해 염소가 방출되고, 물의 분해로 인해 음극에서는 수소가 방출된다. 염소와 수소는 혼합하지 않고 전해조에서 별도로 제거됩니다. 이 경우 음극 근처 구역에는 수산화나트륨이 풍부해집니다. 분해되지 않은 식염(염수 공급량의 약 절반)과 수산화나트륨을 포함하는 전해액이라고 불리는 음극 근처 구역의 용액이 전해조에서 지속적으로 제거됩니다. 다음 단계에서는 전해액을 증발시키고 그 안의 NaOH 함량을 표준에 따라 42~50%로 조정합니다. 수산화나트륨의 농도가 증가하면 식염과 황산나트륨이 침전됩니다.

NaOH 용액을 결정에서 따라내고 완제품으로 창고 또는 가성 용해 단계로 옮겨 고체 제품을 얻습니다. 결정질 식염(역염)을 전기분해하여 소위 역염수를 제조합니다. 용액에 황산염이 축적되는 것을 방지하기 위해 역 염수를 준비하기 전에 황산염을 제거합니다. 식염의 손실은 소금층의 지하 침출을 통해 얻은 신선한 염수를 추가하거나 고체 식염을 용해하여 보상됩니다. 반환 염수와 혼합하기 전에 신선한 염수는 기계적 현탁액과 칼슘 및 마그네슘 이온의 상당 부분을 제거합니다. 생성된 염소는 수증기에서 분리되어 압축된 후 소비자에게 직접 전달되거나 염소 액화를 위해 전달됩니다. 수소는 물에서 분리되어 압축되어 소비자에게 전달됩니다.

격막 전해조에서와 마찬가지로 막 전해조에서도 동일한 화학 반응이 발생합니다. 다공성 다이어프램 대신 양이온 멤브레인이 사용됩니다(그림 5).

쌀. 5.2. 막 전해조의 다이어그램

멤브레인은 염소 이온이 음극액(음극 공간의 전해질)으로 침투하는 것을 방지하여 거의 염분 없이 전해조에서 30~35% 농도의 가성소다를 직접 얻을 수 있습니다. 소금을 분리할 필요가 없기 때문에 증발을 통해 훨씬 더 쉽게 그리고 더 낮은 자본 및 에너지 비용으로 50% 상업용 가성소다를 생산할 수 있습니다. 분리막 공정에서는 가성소다의 농도가 훨씬 높기 때문에 고가의 니켈이 음극으로 사용된다.

쌀. 5.3. 수은 전해조의 개략도

수은 전해조에서 식염 분해의 전체 반응은 격막 전해조에서와 동일합니다.

NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2

그러나 여기서는 각각 별도의 장치인 전해조와 분해기에서 두 단계로 진행됩니다. 이들은 구조적으로 서로 결합되어 있어 전해조라고도 하며 때로는 수은전해조라고도 한다.

공정의 첫 번째 단계인 전해조에서는 식염의 전해 분해가 일어나서(포화 용액이 전해조에 공급됨) 다음 반응에 따라 양극에서 염소가 생성되고 수은 음극에서는 나트륨 아말감이 생성됩니다. :

NaCl + nHg => 1/2Cl2 + NaHgn

분해기는 물의 영향으로 나트륨 아말감이 수산화 나트륨과 수은으로 전환되는 과정의 두 번째 단계를 거칩니다.

NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg

염수와 함께 전해조에 공급된 모든 염 중에서 공급된 양의 15-20%만이 반응(2)에 들어가고 나머지 염은 물과 함께 클로라노액(염화물 용액)의 형태로 전해조를 떠납니다. 염소로 포화된 250-270 kg/m3 NaCl을 함유한 물에 담긴 식염. 전해조에서 나오는 “강한 아말감”과 물은 분해기로 공급됩니다.

사용 가능한 모든 설계의 전해조는 길고 상대적으로 좁으며 약간 경사진 강철 트렌치 형태로 만들어지며, 바닥을 따라 얇은 아말감 층이 음극인 중력에 의해 흐르고 양극액이 맨 위에 흐릅니다. 소금물과 약한 아말감은 전해조의 위쪽 가장자리에서 "흡입 포켓"을 통해 공급됩니다.

강한 아말감은 전해조의 하단에서 "배출구 포켓"을 통해 흐릅니다. 염소와 염소분해효소는 역시 전해조 하단에 위치한 파이프를 통해 함께 나옵니다. 양극은 전체 아말감 흐름 거울 또는 음극 위에 음극으로부터 3~5mm 거리에 매달려 있습니다. 전해조의 상단은 뚜껑으로 덮여 있습니다.

분해기에는 수평형과 수직형의 두 가지 유형이 일반적입니다. 첫 번째는 전해조와 동일한 길이의 강철 경사 슈트 형태로 만들어졌습니다. 약간의 각도로 설치된 분해기의 바닥을 따라 아말감의 흐름이 흐릅니다. 흑연으로 만들어진 분해기 노즐이 이 흐름에 잠겨 있습니다. 물은 역류로 움직입니다. 아말감이 분해되어 물은 부식제로 포화됩니다. 수소와 함께 부식성 용액은 바닥에 있는 파이프를 통해 분해기를 떠나고 불량한 아말감이나 수은은 셀 포켓으로 펌핑됩니다.

전해조 키트에는 전해조, 분해기, 포켓 및 이송 파이프라인 외에도 수은 펌프가 포함되어 있습니다. 두 가지 유형의 펌프가 사용됩니다. 수조에 수직 소화조가 설치되어 있거나 소화조가 전해조 아래에 설치된 경우에는 소화조 안으로 내려가는 기존의 수중 원심 펌프가 사용됩니다. 전해조 옆에 분해기가 설치된 욕조의 경우 아말감은 원래 유형의 원추형 회전 펌프로 펌핑됩니다.

염소 또는 염소분해액과 접촉하는 전해조의 모든 강철 부품은 특수 등급의 가황 고무 코팅(검밍)으로 보호됩니다. 보호 고무층은 완전히 저항력이 없습니다. 시간이 지남에 따라 염소화되어 부서지기 쉽고 온도로 인해 균열이 발생합니다. 주기적으로 보호층이 갱신됩니다. 전기분해조의 다른 모든 부분: 분해기, 펌프, 오버플로는 보호되지 않은 강철로 만들어집니다. 수소나 부식성 용액이 부식되지 않기 때문입니다.

현재 흑연 양극은 수은 전해조에서 가장 일반적입니다. 그러나 ORTA로 대체되고 있습니다.

6.염소 생산 시 안전 예방 조치
환경 보호

염소 생산 시 인력에 대한 위험은 염소와 수은의 높은 독성, 염소와 수소, 수소와 공기의 폭발성 가스 혼합물 장비의 형성 가능성뿐만 아니라 액체 염소의 삼염화질소 용액에 의해 결정됩니다. , 전해조 생산에 사용 - 지구에 비해 전위가 증가한 장치, 이 생산에서 생성되는 가성 알칼리의 특성.

0.1mg/l의 염소가 함유된 공기를 30~60분 동안 흡입하면 생명에 위협이 됩니다. 0.001 mg/l 이상의 염소를 함유한 공기를 흡입하면 기도가 자극됩니다. 인구 밀집 지역 공기 중 최대 허용 염소 농도(MPC): 일일 평균 0.03mg/m3, 최대 1회 0.1mg/m3, 산업 시설 작업 공간 공기 중 1mg/m3, 냄새 인식 역치는 2mg/m3입니다. 3-6mg/m3의 농도에서는 뚜렷한 냄새가 느껴지고 눈과 코 점막의 자극(발적)이 발생하며 15mg/m3에서는 비인두 자극, 90mg/m3에서는 강렬한 기침 발작이 발생합니다. . 30-60분 동안 120 - 180 mg/m3에 노출되면 생명을 위협하며, 300 mg/m3에서는 사망이 가능하고, 2500 mg/m3의 농도에서는 5분 이내에 사망하고, 3000 mg/m3의 농도에서는 사망에 이릅니다. 몇 번의 호흡 후에 발생합니다. 산업용 및 민간용 가스 마스크 필터링에 허용되는 최대 염소 농도는 2500mg/m3입니다.

공기 중 염소의 존재는 표시관 IT-44(분홍색, 감도 임계값 5 mg/m3), IT-45(주황색), 흡인기 AM-을 사용하는 화학 정찰 장치인 VPKhR, PPKhR, PKhR-MV에 의해 결정됩니다. 5, AM-0055, AM-0059, 염소 표시관이 있는 NP-3M, 측정 범위가 0-80 mg/m3인 범용 가스 분석기 UG-2, 0-범위의 가스 탐지기 "Kolion-701" 20mg/m3. 열린 공간 - SIP "KORSAR-X" 장치 사용. 실내 - SIP "VEGA-M" 장치 사용. 오작동 또는 긴급 상황 발생 시 염소로부터 보호하기 위해 작업장에 있는 모든 사람은 "B" 또는 "BKF" 브랜드의 방독면(수은 전기분해 작업장 제외)과 보호복(천 또는 고무로 처리된 슈트, 고무 장화 및 장갑. 염소 방지 가스 마스크 상자는 노란색으로 칠해야 합니다.

수은은 염소보다 독성이 더 강합니다. 공기 중 증기의 최대 허용 농도는 0.00001mg/l입니다. 흡입, 피부 접촉, 혼합된 물체와의 접촉을 통해 인체에 영향을 미칩니다. 그 증기와 튀김은 옷, 피부, 치아에 흡착(흡수)됩니다. 동시에 수은은 온도에서 쉽게 증발합니다. 전기 분해 작업장에서 사용할 수 있으며 공기 중 증기 농도는 최대 허용치를 훨씬 초과합니다. 따라서 액체 음극 전기 분해 작업장에는 강력한 환기 시설이 갖추어져 있으며 정상 작동 중에 다음을 제공합니다. 허용 수준수은 증기 농도. 그러나 이는 안전한 작동을 위해서는 충분하지 않습니다. 또한 소위 수은 규율을 준수해야 합니다. 수은 취급 규칙을 따르십시오. 그 뒤를 이어 작업을 시작하기 전에 직원들은 위생 검문소를 통과하며 깨끗한 구역에서 집에서 입는 옷을 맡기고 갓 세탁한 린넨, 즉 특별한 옷을 입습니다. 교대근무가 끝나면 겉옷과 더러운 리넨은 위생검사실 더러운 구역에 남겨두고, 작업자는 위생검사실 클린부에서 샤워하고 양치질하고 가정용품을 입는다.

염소와 수은을 다루는 작업장에서는 "G" 브랜드의 방독면을 사용해야 합니다(방독면 상자는 검은색으로 칠해져 있고 노란색 색상) 및 고무 장갑 "수은 규율"의 규칙은 수은 및 융합된 표면을 다루는 작업은 물 층 아래에서만 수행되어야 한다고 규정합니다. 유출된 수은은 즉시 수은 트랩이 있는 배수구로 씻어내야 합니다.

환경은 염소와 수은 증기가 대기로 배출되고, 수은염과 수은 방울이 배출되고, 활성 염소를 함유한 화합물이 폐수로 배출되고, 수은 슬러지에 의한 토양 중독으로 인해 위협을 받고 있습니다. 사고 발생 시 염소는 다양한 장치의 환기 배출 및 배기 가스와 함께 대기로 유입됩니다. 수은 증기는 환기 시스템의 공기와 함께 배출됩니다. 대기로 방출될 때 공기 중 염소 함량의 표준은 0.03mg/m3입니다. 이 농도는 알칼리성 다단계 배기가스 세척을 사용하면 달성할 수 있습니다. 대기로 방출될 때 공기 중 수은 함량의 표준은 0.0003 mg/m3이고, 수역으로 방출될 때 폐수에 함유된 수은 함량의 표준은 4 mg/m3입니다.

다음 용액으로 염소를 중화하십시오:

소석회 1 중량부를 물 3 부에 붓고 완전히 섞은 다음 석회 용액을 위에 붓습니다 (예 : 소석회 10kg + 물 30 리터).

소다회 2중량부를 물 18부와 혼합하여 용해시키는 5% 소다회 수용액(예를 들어, 소다회 5kg + 물 95리터);

가성소다 2중량부를 물 18부와 혼합하여 용해시키는 5% 가성소다 수용액(예: 가성소다 5kg + 물 95리터).

염소가스가 누출되면 물을 뿌려 증기를 소화합니다. 물 소비량은 표준화되어 있지 않습니다.

액체 염소가 유출되면 유출 장소는 흙으로 된 성벽으로 울타리를 치고 석회유, 소다회 용액, 가성소다 또는 물로 채워집니다. 1톤의 액체 염소를 중화하려면 0.6~0.9톤의 물 또는 0.5~0.8톤의 용액이 필요합니다. 1톤의 액체 염소를 중화하려면 22~25톤의 용액 또는 333~500톤의 물이 필요합니다.

물이나 용액을 뿌리기 위해 급수차와 소방차, 자동 충전소(AT, PM-130, ARS-14, ARS-15), 화학적 위험 시설에서 사용할 수 있는 소화전 및 특수 시스템이 사용됩니다.

결론

실험실 방법으로 얻은 염소의 양은 이 제품에 대한 지속적으로 증가하는 수요에 비해 무시할 수 있으므로 비교 분석을 수행하는 것은 의미가 없습니다.

전기화학적 생산 방법 중 가장 쉽고 편리한 방법은 액체(수은) 음극을 이용한 전기분해이지만 이 방법에도 단점이 없는 것은 아니다. 금속 수은 및 염소 가스의 증발 및 누출로 인해 심각한 환경 피해를 초래합니다.

고체 음극을 사용한 전해조는 수은으로 인한 환경 오염 위험을 제거합니다. 새로운 생산 시설을 위해 다이어프램과 막 전해조 중에서 선택할 때 후자를 사용하는 것이 더 경제적이며 더 높은 품질의 최종 제품을 얻을 수 있는 기회를 제공하므로 선호됩니다.

서지

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인터넷 소스

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이온 반경 (+7e)27 (-1e)오후 181시 전기음성도
(폴링에 따르면) 3.16 전극 전위 0 산화 상태 7, 6, 5, 4, 3, 1, −1 단순 물질의 열역학적 성질 밀도 (−33.6°C에서)1.56
/cm³ 몰 열용량 21.838J/(몰) 열 전도성 0.009W/(·) 녹는 온도 172.2 녹는 열 6.41kJ/mol 끓는점 온도 238.6 기화열 20.41kJ/mol 몰량 18.7cm³/mol 단체의 결정 격자 격자 구조 사방정계 격자 매개변수 a=6.29 b=4.50 c=8.21 C/A 비율 — 데바이 온도 해당 없음 K

염소 (χλωρός - 녹색) - 원자 번호 17의 D.I. Mendeleev 화학 원소주기 시스템의 세 번째 기간 인 일곱 번째 그룹의 주요 하위 그룹의 요소입니다. 기호 Cl (lat. Chlorum)으로 표시됩니다. 화학적으로 활성이 있는 비금속. 이것은 할로겐 그룹의 일부입니다(원래 "할로겐"이라는 이름은 독일 화학자 Schweiger가 염소에 대해 사용했습니다[문자 그대로 "할로겐"은 소금으로 번역됨). 그러나 인기를 끌지 못하여 나중에 그룹 VII에 일반화되었습니다. 염소를 포함하는 원소).

일반적인 조건에서 염소 단체(CAS 번호: 7782-50-5)는 황록색의 유독 가스이며 자극적인 냄새가 납니다. 이원자 염소 분자(식 Cl2).

염소 원자 다이어그램

염소는 1772년 Scheele에 의해 처음으로 얻어졌는데, Scheele는 피로루사이트에 관한 논문에서 피로루사이트와 염산의 상호작용 중에 염소의 방출을 설명했습니다.

4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O

Scheele는 왕수와 유사한 염소 냄새, 금 및 진사와 반응하는 능력 및 표백 특성에 주목했습니다.

그러나 Scheele는 당시 화학에서 지배적이었던 플로지스톤 이론에 따라 염소가 탈플로지스틱된 염산, 즉 염산의 산화물이라고 제안했습니다. Berthollet과 Lavoisier는 염소가 무리아(muria) 원소의 산화물이라고 제안했지만 이를 분리하려는 시도는 전기분해를 통해 식탁용 소금을 나트륨과 염소로 분해하는 데 성공한 Davy의 연구가 성공할 때까지 성공하지 못했습니다.

자연에서의 분포

자연에서 발견되는 염소의 동위원소는 35Cl과 37Cl 두 가지가 있습니다. 지각에서 염소는 가장 흔한 할로겐입니다. 염소는 매우 활동적입니다. 주기율표의 거의 모든 원소와 직접 결합합니다. 따라서 자연적으로는 암염 NaCl, 실바이트 KCl, 실비나이트 KCl NaCl, 비스코파이트 MgCl 2 6H2O, 카르날라이트 KCl MgCl 2 6H 2 O, 카이나이트 KCl MgSO 4 3H 2 O와 같은 광물의 화합물 형태로만 발견됩니다. 바다와 바다의 소금에는 염소 매장량이 포함되어 있습니다.

염소는 지각의 전체 원자 수의 0.025%를 차지하고, 염소의 클라크수는 0.19%이며, 인간의 몸중량 기준으로 0.25%의 염소 이온을 함유하고 있습니다. 인간과 동물의 몸에서 염소는 주로 세포간액(혈액 포함)에서 발견되며 삼투압 과정의 조절뿐만 아니라 신경 세포의 기능과 관련된 과정에서도 중요한 역할을 합니다.

동위원소 조성

자연에서 발견되는 염소의 안정 동위원소는 질량수가 35와 37입니다. 함량 비율은 각각 75.78%와 24.22%입니다.

동위 원소	상대 질량, a.m.u.	반감기	부패 유형	핵스핀
35Cl	34.968852721	안정적인	—	3/2
36Cl	35.9683069	301000년	36 Ar에서의 β 붕괴	0
37Cl	36.96590262	안정적인	—	3/2
38Cl	37.9680106	37.2분	38 Ar에서의 β 붕괴	2
39Cl	38.968009	55.6분	β는 39Ar로 붕괴	3/2
40Cl	39.97042	1분 38초	40 Ar에서 β 붕괴	2
41Cl	40.9707	34초	41 Ar에서의 β 붕괴
42Cl	41.9732	46.8초	42 Ar에서의 β 붕괴
43Cl	42.9742	3.3초	43 Ar에서의 β-붕괴

물리화학적 특성

정상적인 조건에서 염소는 질식하는 냄새가 나는 황록색 가스입니다. 물리적 특성 중 일부가 표에 나와 있습니다.

염소의 일부 물리적 특성

재산	의미
끓는점 온도	−34°C
녹는 온도	−101°C
분해온도 (원자로의 해리)	~1400°C
밀도(가스, n.s.)	3.214g/리터
원자의 전자 친화력	3.65eV
1차 이온화 에너지	12.97eV
열용량(298K, 가스)	34.94 (J/mol·K)
임계온도	144°C
임계압력	76기압
표준 형성 엔탈피(298K, 가스)	0(kJ/mol)
표준 형성 엔트로피(298K, 가스)	222.9 (J/mol·K)
녹는 엔탈피	6.406(kJ/mol)
끓는 엔탈피	20.41(kJ/mol)

냉각되면 염소는 약 239K의 온도에서 액체로 변하고 113K 이하에서는 공간군을 갖는 사방정계 격자로 결정화됩니다. CMCA매개변수 a=6.29 b=4.50, c=8.21. 100K 이하에서 결정질 염소의 사방정계 변형은 공간군을 갖는 정방정계가 됩니다. P4 2/ncm격자 매개변수 a=8.56 및 c=6.12입니다.

용해도

용제	용해도 g/100g
벤젠	녹여보자
물(0°C)	1,48
물(20°C)	0,96
물(25°C)	0,65
물(40°C)	0,46
물(60°C)	0,38
물 (80 °C)	0,22
사염화탄소(0°C)	31,4
사염화탄소 (19 °C)	17,61
사염화탄소(40°C)	11
클로로포름	잘 녹는다
TiCl4, SiCl4, SnCl4	녹여보자

빛을 받거나 가열되면 라디칼 메커니즘에 따라 수소와 적극적으로(때로는 폭발과 함께) 반응합니다. 5.8~88.3%의 수소를 함유한 염소와 수소의 혼합물은 조사 시 폭발하여 염화수소를 형성합니다. 소량의 염소와 수소의 혼합물은 무색 또는 황록색 불꽃을 내며 연소됩니다. 염소-수소 화염의 최대 온도 2200 °C:

Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (예) → 2ClF 3

기타 속성

Cl 2 + CO → COCl 2

물이나 알칼리에 용해되면 염소는 돌연변이를 일으키고 차아염소산(가열하면 과염소산)과 염산 또는 그 염을 형성합니다.

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

염소의 산화성

Cl 2 + H 2 S → 2HCl + S

유기 물질과의 반응

CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HCl

다중 결합을 통해 불포화 화합물에 부착됩니다.

CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl

방향족 화합물은 촉매(예: AlCl 3 또는 FeCl 3)가 있는 경우 수소 원자를 염소로 대체합니다.

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl

염소를 생산하는 염소 방법

산업적 방법

처음에 염소를 생산하는 산업적 방법은 Scheele 방법, 즉 피로루사이트와 염산의 반응을 기반으로 했습니다.

MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH 양극: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 음극: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-

물의 전기분해는 염화나트륨의 전기분해와 평행하게 일어나기 때문에 전체 방정식은 다음과 같이 표현될 수 있습니다.

1.80 NaCl + 0.50 H 2 O → 1.00 Cl 2 + 1.10 NaOH + 0.03 H 2

염소를 생산하는 전기화학적 방법에는 세 가지 변형이 사용됩니다. 그 중 두 가지는 고체 음극을 이용한 전기 분해: 격막 및 멤브레인 방식이고, 세 번째는 액체 음극을 이용한 전기 분해(수은 생산 방법)입니다. 전기화학적 생산방법 중 가장 간편하고 편리한 방법은 수은 음극을 이용한 전기분해이지만, 이 방법은 금속 수은의 증발 및 누출로 인해 환경에 심각한 해를 끼친다.

고체 음극을 이용한 다이어프램 방식

전해조 캐비티는 다공성 석면 칸막이(격막)에 의해 음극과 양극 공간으로 나누어지며, 여기에 전해조의 음극과 양극이 각각 위치합니다. 따라서 이러한 전해조를 흔히 다이어프램(diaphragm)이라 부르며, 그 제조방법이 다이어프램 전기분해(diaphragm 전해)이다. 포화된 양극액(NaCl 용액)의 흐름이 격막 전해조의 양극 공간으로 지속적으로 흐릅니다. 전기화학적 공정의 결과, 암염의 분해로 인해 양극에서 염소가 방출되고, 물의 분해로 인해 음극에서 수소가 방출된다. 이 경우 음극 근처 구역에는 수산화나트륨이 풍부해집니다.

고체 음극을 이용한 멤브레인 방식

멤브레인 방식은 기본적으로 다이어프램 방식과 유사하지만 양극과 음극 공간이 양이온 교환 고분자막으로 분리되어 있습니다. 멤브레인 제조 방식은 다이어프램 방식보다 효율적이지만 사용이 더 어렵습니다.

액체 음극을 이용한 수은법

이 공정은 통신으로 상호 연결된 전해조, 분해기 및 수은 펌프로 구성된 전해조에서 수행됩니다. 전해조에서 수은은 수은 펌프의 작용에 따라 전해조와 분해기를 통과하여 순환합니다. 전해조의 음극은 수은의 흐름입니다. 양극 - 흑연 또는 저마모. 수은과 함께 염화나트륨 용액인 양극액 흐름이 전해조를 통해 지속적으로 흐릅니다. 염화물의 전기화학적 분해 결과, 양극에서는 염소 분자가 형성되고, 음극에서는 방출된 나트륨이 수은에 용해되어 아말감을 형성합니다.

실험실 방법

실험실에서는 염소를 생성하기 위해 일반적으로 강한 산화제(예: 산화 망간(IV), 과망간산 칼륨, 중크롬산 칼륨)을 사용하여 염화수소를 산화하는 공정이 사용됩니다.

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

염소 저장

생산된 염소는 특수 "탱크"에 저장되거나 강철 실린더로 펌핑됩니다. 고압. 압력을 받는 액체 염소가 들어 있는 실린더에는 늪 색상이라는 특별한 색상이 있습니다. 염소 실린더를 장기간 사용하는 경우 폭발성이 매우 높은 삼염화질소가 축적되므로 때때로 염소 실린더를 정기적으로 세척하고 염화질소를 청소해야 합니다.

염소 품질 표준

GOST 6718-93에 따르면 "액체 염소. 기술 사양 "다음 등급의 염소가 생산됩니다.

애플리케이션

염소는 다양한 산업, 과학 및 가정에서 사용됩니다.

• 폴리염화비닐, 플라스틱 화합물, 합성 고무 생산 시 전선 단열재, 창 프로필, 포장재, 의류 및 신발, 리놀륨 및 레코드, 바니시, 장비 및 폼 플라스틱, 장난감, 도구 부품, 건축 자재 등을 만듭니다. 폴리염화비닐은 염화비닐의 중합에 의해 생산되는데, 오늘날 염화비닐은 중간체 1,2-디클로로에탄을 통해 염소 균형 방법으로 에틸렌에서 가장 흔히 생산됩니다.
• 염소의 표백 특성은 오랫동안 알려져 왔지만 "표백"하는 것은 염소 자체가 아니라 차아염소산이 분해되는 동안 형성되는 원자 산소입니다. Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. 직물, 종이, 판지를 표백하는 이 방법은 수세기 동안 사용되어 왔습니다.
• 유기염소 살충제 생산 - 작물에 유해한 곤충을 죽이지만 식물에는 안전한 물질입니다. 생산된 염소의 상당 부분은 식물 보호 제품을 얻기 위해 소비됩니다. 가장 중요한 살충제 중 하나는 헥사클로로사이클로헥산(종종 헥사클로란이라고도 함)입니다. 이 물질은 1825년 패러데이에 의해 처음 합성되었지만 실제 적용은 100년이 더 지난 세기 30년대에야 발견되었습니다.
• 이는 화학전 물질뿐만 아니라 다른 화학전 물질(겨자 가스, 포스겐)의 생산에도 사용되었습니다.
• 물을 소독하려면 - "염소화". 식수를 소독하는 가장 일반적인 방법입니다. 산화환원 과정을 촉매하는 미생물의 효소 시스템을 억제하는 유리 염소와 그 화합물의 능력에 기초합니다. 식수를 소독하기 위해 염소, 이산화염소, 클로라민 및 표백제가 사용됩니다. SanPiN 2.1.4.1074-01은 중앙 급수 장치의 식수에 허용되는 유리 잔류 염소 함량 0.3 - 0.5 mg/l에 대해 다음과 같은 한계(복도)를 설정합니다. 러시아의 많은 과학자들과 심지어 정치인들까지도 수돗물의 염소화 개념 자체를 비판하고 있지만 염소 화합물의 소독 후유증에 대한 대안을 제시하지는 못하고 있습니다. 수도관을 만드는 데 사용되는 재료는 염소 처리된 수돗물과 다르게 상호 작용합니다. 수돗물의 유리 염소는 폴리올레핀 기반 파이프라인(PEX(PE-X)으로 알려진 대형 파이프, 가교 폴리에틸렌을 포함한 다양한 유형의 폴리에틸렌 파이프)의 수명을 크게 단축시킵니다. 미국에서는 염소처리된 물을 사용하는 물 공급 시스템에 사용하기 위해 고분자 재료로 만든 파이프라인의 유입을 통제하기 위해 파이프, 멤브레인 및 골격근과 관련하여 ASTM F2023이라는 3가지 표준을 채택해야 했습니다. 이러한 채널은 체액량 조절, 경상피 이온 수송 및 막 전위 안정화에 중요한 기능을 수행하며 세포 pH 유지에 관여합니다. 염소는 내장 조직, 피부 및 골격근에 축적됩니다. 염소는 주로 대장에서 흡수됩니다. 염소의 흡수 및 배설은 나트륨 이온 및 중탄산염과 밀접하게 관련되어 있으며, 미네랄코르티코이드 및 Na + /K + -ATPase 활성과는 정도가 덜합니다. 전체 염소의 10~15%가 세포에 축적되며, 그 중 1/3~1/2이 적혈구에 축적됩니다. 염소의 약 85%가 세포외 공간에서 발견됩니다. 염소는 주로 소변(90~95%), 대변(4~8%), 피부(최대 2%)를 통해 몸에서 배설됩니다. 염소의 배설은 나트륨 및 칼륨 이온과 연관되어 있으며, 상호적으로 HCO 3 -(산-염기 균형)과 연관되어 있습니다.

  사람은 하루에 5-10g의 NaCl을 섭취합니다.인간의 최소 염소 필요량은 하루 약 800mg입니다. 아기는 11mmol/l의 염소가 함유된 모유를 통해 필요한 양의 염소를 섭취합니다. NaCl은 위에서 소화를 촉진하고 병원성 박테리아를 파괴하는 염산 생성에 필요합니다. 현재 인간의 특정 질병 발생에 염소가 관여한다는 점은 주로 연구 수가 적기 때문에 잘 연구되지 않았습니다. 일일 염소 섭취량에 대한 권장 사항조차 개발되지 않았다고 말하면 충분합니다. 인간의 근육 조직에는 0.20-0.52%의 염소, 뼈 조직에는 0.09%의 염소가 포함되어 있습니다. 혈액 내 - 2.89g/l. 평균적인 사람의 몸(체중 70kg)에는 95g의 염소가 포함되어 있습니다. 매일 사람은 음식에서 3-6g의 염소를 섭취하며 이는 이 요소의 필요성을 충족합니다.

  염소 이온은 식물에 필수적입니다. 염소는 산화적 인산화를 활성화하여 식물의 에너지 대사에 관여합니다. 이는 분리된 엽록체에 의한 광합성 동안 산소 형성에 필요하며, 주로 에너지 축적과 관련된 광합성의 보조 과정을 자극합니다. 염소는 뿌리의 산소, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘 화합물의 흡수에 긍정적인 영향을 미칩니다. 식물의 염소 이온 농도가 과도하면 부정적인 측면도 있을 수 있습니다. 예를 들어 엽록소 함량 감소, 광합성 활동 감소, 식물 성장 및 발달 지연 Baskunchak 염소). 염소는 최초로 사용된 화학 물질 중 하나였습니다.

  — 분석 실험실 장비, 실험실 및 산업용 전극, 특히 Cl- 및 K+의 함량을 분석하는 ESR-10101 기준 전극을 사용합니다.

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  상호 작용, 중독, 물, 반응 및 염소 생성

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염소의 물리적 특성, 즉 염소의 밀도, 열전도도, 비열 및 다양한 온도에서의 동적 점도가 고려됩니다. Cl 2의 물리적 특성은 이 할로겐의 액체, 고체 및 기체 상태에 대한 표 형식으로 표시됩니다.

염소의 기본 물리적 특성

염소는 주기율표 17번의 세 번째 주기의 VII족에 속합니다. 할로겐의 하위 그룹에 속하며 상대 원자 질량과 분자 질량은 각각 35.453과 70.906입니다. -30°C 이상의 온도에서 염소는 특유의 강하고 자극적인 냄새가 나는 녹황색 가스입니다. -34°C로 냉각하면 상압(1.013·10 5 Pa)에서 쉽게 액화되며, -101°C에서 응고되는 투명한 호박색 액체를 형성합니다.

화학적 활성이 높기 때문에 유리 염소는 자연에서 발생하지 않고 화합물 형태로만 존재합니다. 주로 광물 암염()에서 발견되며 실바이트(KCl), 카르날라이트(KCl MgCl 2 6H 2 O) 및 실비나이트(KCl NaCl)와 같은 광물의 일부이기도 합니다. 지각의 염소 함량은 지각의 총 원자 수의 0.02%에 접근하며, 75.77% 35 Cl 및 24.23% 37 Cl의 백분율 비율로 두 동위원소 35 Cl 및 37 Cl의 형태로 발견됩니다. .

염소의 물리적 특성 - 주요 지표 표

재산	의미
녹는점, °C	-100,5
끓는점, °C	-30,04
임계 온도, °C	144
임계 압력, Pa	77.1 10 5
임계 밀도, kg/m 3	573
가스 밀도(0°C 및 1.013 · 10 5 Pa에서), kg/m 3	3,214
포화 증기 밀도(0°C 및 3.664 · 10 5 Pa에서), kg/m 3	12,08
액체 염소의 밀도(0°C 및 3.664 · 10 5 Pa에서), kg/m 3	1468
액체 염소의 밀도(15.6°C 및 6.08 · 10 5 Pa), kg/m 3	1422
고체 염소의 밀도(-102°C에서), kg/m 3	1900
공기 중 가스의 상대 밀도(0°C 및 1.013 10 5 Pa)	2,482
공기 중 포화 증기의 상대 밀도(0°C 및 3.664 · 10 5 Pa)	9,337
0°C에서의 액체 염소의 상대 밀도(4°C의 물에 대한 상대 밀도)	1,468
가스의 비체적(0°C 및 1.013 · 10 5 Pa에서), m 3 /kg	0,3116
포화 증기의 비체적(0°C 및 3.664 · 10 5 Pa에서), m 3 /kg	0,0828
액체 염소의 비체적(0°C 및 3.664 · 10 5 Pa에서), m 3 /kg	0,00068
0°C에서의 염소 증기압, Pa	3.664 10 5
20°C, 10 -3 Pa s에서 가스의 동적 점도	0,013
20°C, 10 -3 Pa s에서 액체 염소의 동적 점도	0,345
고체 염소의 융해열(용융점), kJ/kg	90,3
증발열(끓는점), kJ/kg	288
승화열(용융점), kJ/mol	29,16
가스의 몰 열용량 C p (-73…5727°C에서), J/(mol K)	31,7…40,6
액체 염소의 몰 열용량 C p(-101…-34°C에서), J/(mol K)	67,1…65,7
0°C에서의 가스 열전도 계수, W/(m·K)	0,008
30°C에서 액체 염소의 열전도 계수, W/(m·K)	0,62
가스 엔탈피, kJ/kg	1,377
포화 증기 엔탈피, kJ/kg	1,306
액체 염소 엔탈피, kJ/kg	0,879
14°C에서의 굴절률	1,367
-70°С에서의 전기 전도성, S/m	10 -18
전자 친화력, kJ/mol	357
이온화 에너지, kJ/mol	1260

염소 밀도

정상적인 조건에서 염소는 밀도가 약 2.5배 더 높은 무거운 가스입니다. 기체 및 액체 염소의 밀도 정상 조건(0°C)에서 각각 3.214 및 1468kg/m3입니다.. 액체 또는 기체 염소를 가열하면 열팽창으로 인한 부피 증가로 인해 밀도가 감소합니다.

염소 가스의 밀도

표는 다양한 온도(-30 ~ 140°C 범위)와 일반 대기압(1.013·10 5 Pa)에서 기체 상태의 염소 밀도를 보여줍니다. 염소의 밀도는 온도에 따라 변하며, 가열하면 감소합니다. 예를 들어, 20°C에서 염소의 밀도는 2.985kg/m3입니다., 이 가스의 온도가 100°C로 증가하면 밀도 값은 2.328 kg/m 3 값으로 감소합니다.

다양한 온도에서의 염소 가스 밀도

t, °С	ρ,kg/m 3	t, °С	ρ,kg/m 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

압력이 증가하면 염소의 밀도가 증가합니다.. 아래 표는 -40 ~ 140°C의 온도 범위와 26.6·10 5 ~ 213·10 5 Pa의 압력에서 염소 가스의 밀도를 보여줍니다. 압력이 증가함에 따라 기체 상태의 염소 밀도는 비례적으로 증가합니다. 예를 들어, 10°C 온도에서 염소 압력이 53.2·10 5 Pa에서 106.4·10 5 Pa로 증가하면 이 가스의 밀도가 2배 증가합니다.

다양한 온도와 압력에서 염소 가스의 밀도는 0.26에서 1atm입니다.

↓ t, °С | 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

다양한 온도와 압력에서 염소 가스의 밀도는 1.31~2.1atm입니다.

↓ t, °С | 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

액체 염소의 밀도

액체 염소는 상대적으로 좁은 온도 범위에서 존재할 수 있으며 그 경계는 영하 100.5 ~ 영하 144 ° C (즉, 녹는 점에서 임계 온도까지)입니다. 144°C 이상의 온도에서 염소는 어떤 압력에서도 액체 상태로 변하지 않습니다. 이 온도 범위에서 액체 염소의 밀도는 1717~573kg/m3입니다.

다양한 온도에서의 액체 염소 밀도

t, °С	ρ,kg/m 3	t, °С	ρ,kg/m 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

염소의 비열 용량

0~1200°C의 온도 범위와 일반 대기압에서 염소 가스 C p(kJ/(kg K))의 비열 용량은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

여기서 T는 염소의 절대 온도(켈빈 온도)입니다.

정상적인 조건에서 염소의 비열 용량은 471 J/(kg K)이며 가열되면 증가한다는 점에 유의해야 합니다. 500°C 이상의 온도에서는 열용량의 증가가 미미하며, 고온에서 염소의 비열은 사실상 변하지 않습니다.

위의 공식을 이용하여 염소의 비열을 계산한 결과를 표로 나타내었다. (계산오차는 약 1%이다.)

온도에 따른 염소 가스의 비열 용량

t, °С	C p , J/(kg·K)	t, °С	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

절대 영도에 가까운 온도에서 염소는 고체 상태이며 비열 용량(19 J/(kg K))이 낮습니다. 고체 Cl 2의 온도가 증가함에 따라 열용량이 증가하여 영하 143°C에서 720 J/(kg K) 값에 도달합니다.

액체 염소의 비열 용량은 섭씨 0~-90도 범위에서 918...949 J/(kg K)입니다. 표에 따르면 액체 염소의 비열 용량은 기체 염소의 비열 용량보다 크고 온도가 증가함에 따라 감소하는 것을 알 수 있습니다.

염소의 열전도도

표는 -70 ~ 400°C의 온도 범위에서 일반 대기압에서 염소 가스의 열전도 계수 값을 보여줍니다.

정상적인 조건에서 염소의 열전도 계수는 0.0079W/(mdeg)로 동일한 온도 및 압력에서보다 3배 낮습니다. 염소를 가열하면 열전도도가 증가합니다. 따라서 100°C의 온도에서 염소의 이러한 물리적 특성 값은 0.0114 W/(m deg)로 증가합니다.

염소가스의 열전도율

t, °С	λ, W/(m도)	t, °С	λ, W/(m도)
-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

염소 점도

20~500°C 온도 범위에서 염소 기체의 동적 점도 계수는 다음 공식을 사용하여 대략적으로 계산할 수 있습니다.

여기서 θ T는 주어진 온도 T, K에서 염소의 동적 점도 계수입니다.
θ T 0 - 온도 T 0 = 273 K(정상 조건에서)에서 염소의 동적 점도 계수;
C는 서덜랜드 상수(염소 C = 351)입니다.

정상적인 조건에서 염소의 동적 점도는 0.0123·10 -3 Pa·s입니다. 가열하면 점도와 같은 염소의 물리적 특성이 더 높은 값을 갖습니다.

액체 염소는 기체 염소보다 점도가 훨씬 높습니다. 예를 들어, 20°C의 온도에서 액체 염소의 동적 점도는 0.345·10 -3 Pa·s의 값을 가지며 온도가 증가함에 따라 감소합니다.

출처:

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2. 물리량 표. 예배 규칙서. 에드. acad. I. K. 키코이나. M .: Atomizdat, 1976-1008 p.
3. Yakimenko L. M., Pasmanik M. I. 염소, 가성소다 및 기본 염소 제품 생산에 관한 핸드북. 에드. 2위, 당. 및 기타 M .: 화학, 1976 - 440 p.