Caracteristicile elementelor grupei VII a subgrupului principal, folosind clorul ca exemplu
caracteristici generale subgrupuri
Tabelul 1. Nomenclatura elementelor subgrupei VIIA
Elemente P, tipice, nemetale (astatina este un semimetal), halogeni.
Diagrama electronică a elementului Hal (Hal ≠ F):
Elementele subgrupului VIIA sunt caracterizate de următoarele valențe:
Tabelul 2. Valența
3. Elementele subgrupei VIIA se caracterizează prin următoarele stări de oxidare:
Tabelul 3. Stările de oxidare ale elementelor
Caracteristicile unui element chimic
Clorul este un element din grupa VII A. Numărul de serie 17
Masa atomică relativă: 35,4527 a. e.m. (g/mol)
Numărul de protoni, neutroni, electroni: 17,18,17
Structura atomica:
Formula electronica:
Stari tipice de oxidare: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Energia de ionizare: 1254,9(13,01) kJ/mol (eV)
Afinitate electronică: 349 (kJ/mol)
Electronegativitatea după Pauling: 3,20
Caracteristicile unei substanțe simple
Tip de legătură: covalent nepolar
Moleculă diatomică
Izotopi: 35 Cl (75,78%) și 37 Cl (24,22%)
Tip rețea cristalină: moleculară
Parametrii termodinamici
Tabelul 4
Proprietăți fizice
Tabelul 5
O soluție apoasă de clor este foarte dismutată („apă cu clor”)
Etapa 1: CI2 + H20 = HCI + HOCl
Etapa 2: HOCl = HCl + [O] – oxigen atomic
Capacitatea de oxidare în subgrup scade de la fluor la iod = ˃
Clorul este un agent oxidant puternic:
1. Interacțiunea cu substanțe simple
a) cu hidrogen:
CI2 + H2 = 2HCI
b) cu metale:
CI2 + 2Na = 2NaCI
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3
c) cu unele nemetale mai puțin electronegative:
3CI2 + 2P = 2PCl3
CI2 + S = SCl2
Cu oxigen, carbon și azot, clor direct nu reactioneaza!
2. Interacțiunea cu substanțe complexe
a) cu apă: vezi mai sus
b) cu acizi: nu reactioneaza!
c) cu soluții alcaline:
la rece: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O
la încălzire: 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
e) cu multe substanțe organice:
CI2 + CH4 = CH3CI + HCI
C6H6 + CI2 = C6H5CI + HCI
Cei mai importanți compuși ai clorului
Acid clorhidric, acid clorhidric(HCl) este un gaz incolor, stabil termic (în condiții normale) cu un miros înțepător, fum în aer umed, se dizolvă ușor în apă (până la 500 de volume de gaz per volum de apă) pentru a forma acid clorhidric (clorhidric). La -114,22 °C, HCl se transformă într-o stare solidă. În stare solidă, clorura de hidrogen există sub formă de două modificări cristaline: ortorombic, stabil dedesubt și cubic.
O soluție apoasă de acid clorhidric se numește acid clorhidric. Când se dizolvă în apă, au loc următoarele procese:
HCl g + H 2 O l = H 3 O + l + Cl − l
Procesul de dizolvare este extrem de exotermic. Cu apa, HCI formează un amestec azeotrop. Este un acid monoprotic puternic. Interacționează energetic cu toate metalele din seria de tensiune din stânga hidrogenului, cu oxizi, baze și săruri bazice și amfoterice, formând săruri - cloruri:
Mg + 2 HCI → MgCl2 + H2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2O
Când este expusă la agenți oxidanți puternici sau în timpul electrolizei, clorura de hidrogen prezintă proprietăți reducătoare:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
Când este încălzită, acidul clorhidric este oxidat de oxigen (catalizator - clorură de cupru (II) CuCl 2):
4 HCI + O 2 → 2 H 2 O + 2 Cl 2
Cu toate acestea, acidul clorhidric concentrat reacţionează cu cuprul formând un complex monovalent de cupru:
2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2
Un amestec de 3 părți în volum de acid clorhidric concentrat și 1 parte în volum de acid azotic concentrat se numește „aqua regia”. Aqua regia poate dizolva chiar și aurul și platina. Activitatea oxidativă ridicată a acva regiei se datorează prezenței clorurii de nitrozil și clorului în ea, care sunt în echilibru cu substanțele inițiale:
4 H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Datorită concentrației mari de ioni de clorură în soluție, metalul se leagă într-un complex de clorură, care favorizează dizolvarea acestuia:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
Clorura de hidrogen este, de asemenea, caracterizată prin reacții de adiție la legături multiple (adăugare electrofilă):
R-CH=CH2 + HCI → R-CHCI-CH3
R-C≡CH + 2 HCI → R-CCl2-CH3
Oxizi de clor- compuși chimici anorganici ai clorului și oxigenului, cu formula generală: Cl x O y.
Clorul formează următorii oxizi: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. În plus, sunt cunoscute următoarele: radicalul de scurtă durată ClO, radicalul peroxid de clor ClOO și radicalul tetroxid de clor ClO 4 .
Tabelul de mai jos prezintă proprietățile oxizilor de clor stabili:
Tabelul 6
| Proprietate | Cl2O | ClO2 | ClOClO 3 | Cl 2 O 6 (l)↔2ClO 3 (g) | Cl2O7 |
| Culoare si stare in camera. temperatura | Gaz galben-maro | Gaz galben-verde | Lichid galben deschis | Lichid roșu închis | Lichid incolor |
| Starea de oxidare a clorului | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| T. pl., °C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| Temperatura de fierbere, °C | 2,0 | 44,5 | |||
| d(f, 0°C), g*cm -3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| Probă ΔH° (gaz, 298 K), kJ*mol -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| Probă ΔG° (gaz, 298 K), kJ*mol -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| Probă S° (gaz, 298 K), J*K -1 *mol -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Momentul dipol μ, D | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
oxid de clor (I), Oxid de diclor, anhidridă de acid hipocloros - un compus al clorului în starea de oxidare +1 cu oxigen.
În condiții normale, este un gaz galben-maroniu cu un miros caracteristic care amintește de clor. La temperaturi sub 2 °C lichidul este de culoare roșie-aurie. Otrăvitoare: afectează Căile aeriene. Se descompune lent spontan:
Exploziv la concentrații mari. Densitatea în condiții normale este de 3,22 kg/m³. Se dizolvă în tetraclorură de carbon. Solubil în apă pentru a forma acid hipocloros slab:
Reacționează rapid cu alcalii:
CI2O + 2NaOH (dil.) = 2NaClO + H2O
Dioxid de clor- oxid acid. Când se dizolvă în apă, se formează acizi clor și percloric (reacție de disproporționare). Soluțiile diluate sunt stabile în întuneric și se descompun încet la lumină:
Dioxid de clor- oxid de clor ( IV), un compus de clor și oxigen, formula: ClO 2.
În condiții normale, ClO 2 este un gaz galben-roșiatic cu un miros caracteristic. La temperaturi sub 10 °C, ClO2 este un lichid roșu-brun. Stabilitate scăzută, explodează la lumină, la contactul cu agenți oxidanți și la încălzire. Să ne dizolvăm bine în apă. Datorită pericolului de explozie, dioxidul de clor nu poate fi depozitat ca lichid.
Oxid acid. Când se dizolvă în apă, se formează acizi clor și percloric (reacție de disproporționare). Soluțiile diluate sunt stabile în întuneric și se descompun încet la lumină:
Acidul cloros rezultat este foarte instabil și se descompune:
Prezintă proprietăți redox.
2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (diluat) + 10FeSO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O
ClO2 + 2NaOH rece. = NaClO2 + NaClO3 + H2O
ClO 2 + O 3 = ClO 3 + O 2
ClO 2 reacționează cu mulți compuși organici și acționează ca un agent oxidant de tărie medie.
Acid hipocloros- HClO, un acid monoprotic foarte slab în care clorul are o stare de oxidare de +1. Există doar în soluții.
În soluții apoase, acidul hipocloros se descompune parțial într-un proton și anionul hipoclorit ClO − :
Instabil. Acidul hipocloros și sărurile sale - hipocloriti- agenţi oxidanţi puternici. Reacționează cu acidul clorhidric HCl, formând clor molecular:
HClO + NaOH (diluat) = NaClO + H2O 
Acid cloros- HClO 2, un acid monobazic de putere medie.
Acidul cloros HClO 2 în forma sa liberă este instabil; chiar și într-o soluție apoasă diluată se descompune rapid:
Neutralizată de alcalii.
HClO 2 + NaOH (dil. rece) = NaClO 2 + H 2 O
Anhidrida acestui acid este necunoscută.
Din sărurile sale se prepară o soluție acidă - cloriți format ca urmare a interacțiunii ClO 2 cu alcalii:
Prezintă proprietăți redox.
5HClO2 + 3H2SO4 (diluat) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Acid cloric- HClO 3, un acid monobazic puternic în care clorul are o stare de oxidare de +5. Nu este primit în formă gratuită; în soluții apoase la concentrații sub 30% la rece este destul de stabil; în soluții mai concentrate se descompune:
Acidul hipocloros este un agent oxidant puternic; capacitatea de oxidare crește odată cu creșterea concentrației și a temperaturii. HCIO 3 este ușor redus la acid clorhidric:
HCIO3 + 5HCI (conc.) = 3Cl2 + 3H2O
HCIO3 + NaOH (diluat) = NaClO3 + H2O
Când un amestec de SO2 și aer este trecut printr-o soluție puternic acidă, se formează dioxid de clor:
În acid percloric 40%, hârtia de filtru, de exemplu, se aprinde.
8. Fiind în natură:
În scoarța terestră, clorul este cel mai comun halogen. Deoarece clorul este foarte activ, acesta apare în natură numai sub formă de compuși din minerale.
Tabelul 7. Găsirea în natură
Tabelul 7. Forme minerale
Cele mai mari rezerve de clor sunt conținute în sărurile apelor mărilor și oceanelor.
Chitanță
Metodele chimice de producere a clorului sunt ineficiente și costisitoare. Astăzi ele au în principal semnificație istorică. Poate fi obținut prin reacția permanganatului de potasiu cu acid clorhidric:
Metoda Scheele
Inițial, metoda industrială de producere a clorului s-a bazat pe metoda Scheele, adică reacția piroluzitului cu acidul clorhidric:
Metoda Diaconului
Metodă de producere a clorului prin oxidarea catalitică a acidului clorhidric cu oxigenul atmosferic.
Metode electrochimice
Astăzi, clorul este produs la scară industrială împreună cu hidroxid de sodiu și hidrogen prin electroliza unei soluții de sare de masă, ale cărei procese principale pot fi reprezentate prin formula rezumativă:
Aplicație
· Profil de fereastră din polimeri care conţin clor
· Componenta principală a înălbitorilor este apa Labarraco (hipoclorit de sodiu)
· În producția de clorură de polivinil, compuși plastici, cauciuc sintetic.
· Producerea de organoclorați. O parte semnificativă a clorului produs este consumată pentru a obține produse de protecție a plantelor. Unul dintre cele mai importante insecticide este hexaclorociclohexanul (numit adesea hexacloran).
· Folosit ca agent de război chimic, precum și pentru producerea altor agenți de război chimic: gaz muștar, fosgen.
· Pentru dezinfecția apei - „clorinare”.
· Înregistrat în industria alimentară ca aditivi alimentari E925.
· În producția chimică de acid clorhidric, înălbitor, sare berthollet, cloruri metalice, otrăvuri, medicamente, îngrășăminte.
· În metalurgie pentru producerea metalelor pure: titan, staniu, tantal, niobiu.
· Ca indicator al neutrinilor solari în detectoarele de clor-argon.
Multe țări dezvoltate se străduiesc să limiteze utilizarea clorului în viața de zi cu zi, inclusiv pentru că arderea deșeurilor care conțin clor produce o cantitate semnificativă de dioxine.
Clorul a fost probabil obținut de alchimiști, dar descoperirea și primele cercetări ale acestuia sunt indisolubil legate de numele celebrului chimist suedez Carl Wilhelm Scheele. Scheele a deschis cinci elemente chimice- bariu și mangan (împreună cu Johan Hahn), molibden, wolfram, clor și independent de alți chimiști (deși mai târziu) - încă trei: oxigen, hidrogen și azot. Această realizare nu a putut fi repetată de niciun chimist ulterior. În același timp, Scheele, deja ales ca membru al Academiei Regale de Științe Suedeze, era un simplu farmacist la Köping, deși ar fi putut ocupa o poziție mai onorabilă și mai prestigioasă. Însuși Frederic al II-lea cel Mare, regele prusac, i-a oferit postul de profesor de chimie la Universitatea din Berlin. Refuzând astfel de oferte tentante, Scheele a spus: „Nu pot să mănânc mai mult decât am nevoie, iar ceea ce câștig aici, în Köping, îmi este suficient să mănânc”.
Numeroși compuși ai clorului erau cunoscuți, desigur, cu mult înainte de Scheele. Acest element face parte din multe săruri, inclusiv cea mai faimoasă - sarea de masă. În 1774, Scheele a izolat clorul în formă liberă prin încălzirea piroluzitului mineral negru cu acid clorhidric concentrat: MnO 2 + 4HCl ® Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O.
La început, chimiștii au considerat clorul nu ca un element, ci ca un compus chimic al elementului necunoscut muria (din latinescul muria - saramură) cu oxigen. Se credea că acidul clorhidric (a fost numit acid muric) conține oxigen legat chimic. Acest lucru a fost „mărturisit”, în special, de următorul fapt: când o soluție de clor stătea în lumină, oxigenul a fost eliberat din ea și acidul clorhidric a rămas în soluție. Cu toate acestea, numeroasele încercări de a „smulge” oxigenul din clor nu au dus nicăieri. Astfel, nimeni nu a reușit să obțină dioxid de carbon prin încălzirea clorului cu cărbune (care, la temperaturi ridicate, „ia” oxigenul multor compuși care îl conțin). Ca urmare a experimentelor similare efectuate de Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac și Louis Jacques Thenard, a devenit clar că clorul nu conține oxigen și este o substanță simplă. Experimentele lui Gay-Lussac, care a analizat raportul cantitativ al gazelor în reacția clorului cu hidrogenul, au condus la aceeași concluzie.
În 1811, Davy a propus numele „clor” pentru noul element - din greacă. "cloros" - galben-verde. Aceasta este exact culoarea clorului. Aceeași rădăcină se află în cuvântul „clorofilă” (din grecescul „chloros” și „phyllon” - frunză). Un an mai târziu, Gay-Lussac a „scurtat” numele în „clor”. Dar totuși britanicii (și americanii) numesc acest element „clor”, în timp ce francezii îl numesc clor. Germanii, „legislatorii” chimiei de-a lungul aproape întregului secol al XIX-lea, au adoptat și ei numele prescurtat. (în germană clorul este Chlor). În 1811, fizicianul german Johann Schweiger a propus denumirea de „halogen” pentru clor (din grecescul „hals” - sare și „gennao" - dau naștere). Ulterior, acest termen a fost atribuit nu numai clorului, ci și tuturor analogilor săi din al șaptelea grup - fluor, brom, iod, astatin.
Demonstrarea arderii hidrogenului într-o atmosferă de clor este interesantă: uneori în timpul experimentului are loc un fenomen neobișnuit prin efect: Se aude un bâzâit. Cel mai adesea, flacăra zumzăie atunci când un tub subțire prin care este furnizat hidrogen este coborât într-un vas în formă de con umplut cu clor; același lucru este valabil și pentru baloanele sferice, dar în cilindri, de obicei, flacăra nu zumzăie. Acest fenomen a fost numit „flacără cântătoare”.
Într-o soluție apoasă, clorul reacționează parțial și destul de lent cu apa; la 25°C, echilibrul: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl se stabileşte în două zile. Acidul hipocloros se descompune în lumină: HClO ® HCl + O. Este oxigenul atomic căruia i se atribuie efectul de albire (clorul absolut uscat nu are această capacitate).
Clorul din compușii săi poate prezenta toate stările de oxidare - de la –1 la +7. Cu oxigen, clorul formează o serie de oxizi, toți în forma lor pură sunt instabili și explozivi: Cl 2 O - gaz galben-portocaliu, ClO 2 - gaz galben (sub 9,7 o C - lichid roșu aprins), perclorat de clor Cl 2 O 4 (ClO –ClO 3, lichid galben deschis), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3, lichid roșu aprins), Cl 2 O 7 – lichid incolor, foarte exploziv. La temperaturi scăzute s-au obținut oxizi instabili Cl 2 O 3 și ClO 3. Oxidul ClO 2 este produs la scară industrială și este folosit în locul clorului pentru albirea pulpei și dezinfectarea apei potabile și a apelor uzate. Cu alți halogeni, clorul formează un număr de așa-numiți compuși interhalogeni, de exemplu, ClF, ClF 3, ClF 5, BrCl, ICl, ICl 3.
Clorul și compușii săi cu o stare de oxidare pozitivă sunt agenți oxidanți puternici. În 1822, chimistul german Leopold Gmelin a obţinut sare roşie din sare galbenă din sânge prin oxidare cu clor: 2K 4 + Cl 2 ® K 3 + 2KCl. Clorul oxidează cu ușurință bromurile și clorurile, eliberând brom și iod în formă liberă.
Clorul în diferite stări de oxidare formează o serie de acizi: HCl - clorhidric (clorhidric, săruri - cloruri), HClO - hipocloros (săruri - hipocloriți), HClO 2 - clor (săruri - cloriți), HClO 3 - hipocloros (săruri - clorati) , HClO 4 – clor (săruri – perclorati). Dintre acizii oxigenați, numai acidul percloric este stabil în forma sa pură. Dintre sărurile acizilor oxigenați, hipocloriții sunt utilizați în practică, cloritul de sodiu NaClO 2 - pentru albirea țesăturilor, pentru fabricarea surselor pirotehnice compacte de oxigen („lumânări cu oxigen”), clorați de potasiu (sare Bertholometa), calciu și magneziu (pentru combaterea dăunătorilor agricoli, ca componente ale compozițiilor pirotehnice și explozivi, în producția de chibrituri), perclorați - componente ale compozițiilor explozive și pirotehnice; Percloratul de amoniu este o componentă a combustibililor solizi pentru rachete.
Clorul reacționează cu mulți compuși organici. Se atașează rapid de compuși nesaturați cu legături duble și triple carbon-carbon (reacția cu acetilena se desfășoară exploziv), iar în lumină la benzen. În anumite condiții, clorul poate înlocui atomii de hidrogen din compușii organici: R–H + Cl 2 ® RCl + HCl. Această reacție a jucat un rol semnificativ în istoria chimiei organice. În anii 1840, chimistul francez Jean Baptiste Dumas a descoperit că acțiunea clorului asupra acid acetic reacția are loc cu o ușurință uimitoare
CH3COOH + CI2® CH2ClCOOH + HCI. Cu un exces de clor se formează acid tricloracetic CCl 3 COOH. Cu toate acestea, mulți chimiști au fost neîncrezători în munca lui Dumas. Într-adevăr, conform teoriei general acceptate de atunci a lui Berzelius, atomii de hidrogen încărcați pozitiv nu puteau fi înlocuiți cu atomi de clor încărcați negativ. Această opinie a fost susținută la acea vreme de mulți chimiști remarcabili, printre care se numărau Friedrich Wöhler, Justus Liebig și, desigur, Berzelius însuși.
Pentru a-l ridiculiza pe Dumas, Wöhler i-a predat prietenului său Liebig un articol în numele unui anume S. Windler (Schwindler - în germană un fraudator) despre o nouă aplicare cu succes a reacției despre care se presupunea că a descoperit-o Dumas. În articol, Wöhler a scris cu batjocură vădită despre cum în acetatul de mangan Mn(CH 3 COO) 2 se putea înlocui toate elementele, după valența lor, cu clor, rezultând o substanță cristalină galbenă constând doar din clor. S-a mai spus că în Anglia, înlocuind succesiv toți atomii din compușii organici cu atomi de clor, țesăturile obișnuite sunt transformate în cele de clor și că, în același timp, lucrurile își păstrează aspectul. Într-o notă de subsol s-a afirmat că magazinele londoneze vindeau un comerț rapid cu materiale constând doar din clor, deoarece acest material era foarte bun pentru șepci de noapte și chiloți caldi.
Reacția clorului cu compușii organici duce la formarea multor produse organoclorate, printre care se numără solvenții larg utilizați clorură de metilen CH 2 Cl 2, cloroform CHCl 3, tetraclorura de carbon CCl 4, tricloretilena CHCl=CCl 2, tetracloretilena C 2 Cl 4 . În prezența umezelii, clorul decolorează frunzele verzi ale plantelor și mulți coloranți. Acesta a fost folosit încă din secolul al XVIII-lea. pentru albirea țesăturilor.
Clorul ca gaz otrăvitor.
Scheele, care a primit clor, a observat un miros puternic foarte neplăcut, dificultăți de respirație și tuse. După cum am aflat mai târziu, o persoană miroase a clor chiar dacă un litru de aer conține doar 0,005 mg din acest gaz și, în același timp, are deja un efect iritant asupra tractului respirator, distrugând celulele membranei mucoase a căilor respiratorii. tractului și plămânilor. O concentrație de 0,012 mg/l este greu de tolerat; dacă concentrația de clor depășește 0,1 mg/l, devine în pericol de viață: respirația se accelerează, devine convulsivă și apoi devine din ce în ce mai rară, iar după 5-25 de minute respirația se oprește. Concentrația maximă admisă în aerul întreprinderilor industriale este de 0,001 mg/l, iar în aerul zonelor rezidențiale - 0,00003 mg/l.
Academicianul din Sankt Petersburg Toviy Egorovich Lovitz, repetând experimentul lui Scheele în 1790, a eliberat accidental o cantitate semnificativă de clor în aer. După ce l-a inhalat, și-a pierdut cunoștința și a căzut, apoi a suferit o durere chinuitoare în piept timp de opt zile. Din fericire, și-a revenit. Celebrul chimist englez Davy aproape că a murit din cauza otrăvirii cu clor. Experimentele chiar și cu cantități mici de clor sunt periculoase, deoarece pot provoca leziuni pulmonare severe. Ei spun că chimistul german Egon Wiberg și-a început una dintre prelegerile sale despre clor cu cuvintele: „Clorul este un gaz otrăvitor. Dacă mă otrăvesc în timpul următoarei demonstrații, vă rog să mă scoateți la aer curat. Dar, din păcate, prelegerea va trebui întreruptă.” Dacă eliberezi mult clor în aer, devine un adevărat dezastru. Acest lucru a fost experimentat de trupele anglo-franceze în timpul Primului Război Mondial. În dimineața zilei de 22 aprilie 1915, comandamentul german a decis să efectueze primul atac cu gaze din istoria războaielor: când vântul a suflat spre inamic, pe o mică porțiune de șase kilometri a frontului în apropierea orașului belgian Ypres. , s-au deschis simultan robinetele a 5.730 de cilindri, fiecare conținând 30 kg de clor lichid. În 5 minute, s-a format un nor uriaș galben-verde, care s-a îndepărtat încet de tranșeele germane către Aliați. Soldații englezi și francezi erau complet lipsiți de apărare. Gazul a pătruns prin crăpături în toate adăposturile; nu se putea scăpa de el: până la urmă, masca de gaz nu fusese încă inventată. Ca urmare, 15 mii de oameni au fost otrăviți, dintre care 5 mii au murit. O lună mai târziu, pe 31 mai, germanii au repetat atacul cu gaze pe frontul de est - împotriva trupelor ruse. Acest lucru s-a întâmplat în Polonia, lângă orașul Bolimova. Pe frontul de 12 km, din 12 mii de cilindri au fost eliberate 264 de tone dintr-un amestec de clor și fosgen mult mai toxic (clorură de acid carbonic COCl 2). Comandamentul țarist știa ce s-a întâmplat la Ypres și totuși soldații ruși nu aveau mijloace de apărare! În urma atacului cu gaze, pierderile s-au ridicat la 9.146 de persoane, dintre care doar 108 au fost ca urmare a bombardamentelor cu pușcă și artilerie, restul au fost otrăviți. În același timp, 1.183 de persoane au murit aproape imediat.
În curând, chimiștii au arătat cum să scapi de clor: trebuie să respiri printr-un pansament de tifon înmuiat într-o soluție de tiosulfat de sodiu (această substanță este folosită în fotografie, este adesea numită hiposulfit). Clorul reacționează foarte repede cu o soluție de tiosulfat, oxidându-l:
Na2S2O3 + 4CI2 + 5H2O® 2H2S04 + 2NaCI + 6HCI. Desigur, nici acidul sulfuric nu este o substanță inofensivă, dar soluția sa apoasă diluată este mult mai puțin periculoasă decât clorul otrăvitor. Prin urmare, în acei ani, tiosulfatul avea un alt nume - „anticlor”, dar primele măști de gaz tiosulfat nu erau foarte eficiente.
În 1916, chimistul și viitorul academician rus Nikolai Dmitrievich Zelinsky a inventat o mască de gaz cu adevărat eficientă, în care substanțele toxice erau reținute de un strat de cărbune activ. Un astfel de cărbune cu o suprafață foarte dezvoltată ar putea reține semnificativ mai mult clor decât tifonul înmuiat în hiposulfit. Din fericire, „atacurile cu clor” au rămas doar un episod tragic în istorie. După Războiul Mondial, clorului i-au mai rămas doar profesii pașnice.
Utilizarea clorului.
În fiecare an, la nivel mondial sunt produse cantități uriașe de clor – zeci de milioane de tone. Doar în SUA până la sfârșitul secolului al XX-lea. Aproximativ 12 milioane de tone de clor au fost produse anual prin electroliză (locul 10 în rândul producției chimice). Cea mai mare parte (până la 50%) este cheltuită pentru clorurarea compușilor organici - pentru a produce solvenți, cauciuc sintetic, clorură de polivinil și alte materiale plastice, cauciuc cloropren, pesticide, medicamente și multe alte produse necesare și utile. Restul se consumă pentru sinteza clorurilor anorganice, în industria celulozei și hârtiei pentru albirea pastei de lemn și pentru purificarea apei. Clorul este utilizat în cantități relativ mici în industria metalurgică. Cu ajutorul lui se obțin metale foarte pure - titan, staniu, tantal, niobiu. Prin arderea hidrogenului în clor se obține acid clorhidric, iar din acesta se obține acid clorhidric. Clorul este folosit și pentru producerea de agenți de albire (hipocloriți, înălbitor) și pentru dezinfecția apei prin clorinare.
Ilya Leenson
Ministerul Educației și Științei al FEDERATIEI RUSE
Instituția de învățământ de învățământ profesional superior bugetar de stat federal
UNIVERSITATEA DE STAT CHIMICO-TEHNOLOGICĂ IVANOVSK
Departamentul de TP și MET
Eseu
Clorul: proprietăți, aplicare, producție
Șef: Efremov A.M.
Ivanovo 2015
Introducere
Informații generale pentru clor
Utilizarea clorului
Metode chimice de producere a clorului
Electroliză. Conceptul și esența procesului
Producția industrială de clor
Măsuri de siguranță în producția de clor și protecția mediului
Concluzie
Introducere
electroliza elementului chimic clor
Datorită utilizării pe scară largă a clorului în diverse domenii ale științei, industriei, medicinei și în viața de zi cu zi, cererea pentru acesta a crescut recent în mod catastrofal. Există multe metode de producere a clorului folosind metode de laborator și industriale, dar toate au mai multe dezavantaje decât avantaje. Obținerea clorului, de exemplu, din acidul clorhidric, care este un produs secundar și deșeu al multor industrii chimice și de altă natură, sau a sării de masă extrasă în zăcăminte de sare, este un proces destul de consumator de energie, dăunător din punct de vedere al mediului și foarte periculos pentru viață și sănătate.
În prezent, problema dezvoltării unei tehnologii de producere a clorului care să elimine toate dezavantajele de mai sus și să aibă, de asemenea, un randament ridicat de clor este foarte urgentă.
.Informații generale despre clor
Clorul a fost obţinut pentru prima dată în 1774 de către K. Scheele prin reacţia acidului clorhidric cu piroluzitul MnO2. Cu toate acestea, abia în 1810 G. Davy a stabilit că clorul este un element și l-a numit clor (din grecescul chloros - galben-verde). În 1813, J. L. Gay-Lussac a propus numele „Clor” pentru acest element.
Clorul este un element din grupa VII a tabelului periodic al elementelor lui D.I. Mendeleev. Greutate moleculară 70,906, greutate atomică 35,453, număr atomic 17, aparține familiei halogenilor. În condiții normale, clorul liber, format din molecule diatomice, este un gaz galben-verzui, neinflamabil, cu un miros caracteristic înțepător și iritant. Este otrăvitor și provoacă sufocare. Gazul de clor comprimat la presiunea atmosferică se transformă într-un lichid chihlimbar la -34,05 °C, se solidifică la -101,6 °C și o presiune de 1 atm. De obicei, clorul este un amestec de 75,53% 35Cl și 24,47% 37Cl. În condiții normale, densitatea clorului gazos este de 3,214 kg/m3, adică este de aproximativ 2,5 ori mai greu decât aerul.
Din punct de vedere chimic, clorul este foarte activ, se combină direct cu aproape toate metalele (cu unele doar în prezența umezelii sau la încălzire) și cu nemetale (cu excepția carbonului, azotului, oxigenului, gazelor inerte), formând clorurile corespunzătoare, reacţionează cu mulți compuși, înlocuiește hidrogenul în hidrocarburile saturate și se alătură compușilor nesaturați. Acest lucru se datorează diversității sale aplicațiilor. Clorul înlocuiește bromul și iodul din compușii lor cu hidrogen și metale. Metalele alcaline, în prezența urmelor de umiditate, reacționează cu clorul la aprindere; majoritatea metalelor reacţionează cu clorul uscat numai atunci când sunt încălzite. Oțelul, precum și unele metale, sunt rezistente la o atmosferă de clor uscat la temperaturi scăzute, așa că sunt utilizate pentru fabricarea de echipamente și instalații de depozitare a clorului uscat. Fosforul se aprinde într-o atmosferă de clor, formând PCl3, iar cu clorarea ulterioară - PCl5. Sulful cu clor când este încălzit dă S2Cl2, SCl2 și alte SnClm. Arsenicul, antimoniul, bismutul, stronțiul, telurul reacţionează puternic cu clorul. Un amestec de clor și hidrogen arde cu o flacără incoloră sau galben-verde pentru a forma acid clorhidric (aceasta este o reacție în lanț). Temperatura maximă a flăcării hidrogen-clor este de 2200°C. Amestecuri de clor cu hidrogen care conțin de la 5,8 la 88,5% H2 sunt explozive și pot exploda din cauza luminii, a unei scântei electrice, a căldurii sau din prezența anumitor substanțe, cum ar fi oxizii de fier.
Cu oxigen, clorul formează oxizi: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, precum și hipocloriți (săruri ale acidului hipocloros), cloriți, clorați și perclorați. Toți compușii cu oxigen ai clorului formează amestecuri explozive cu substanțe ușor oxidabile. Oxizii de clor sunt instabili și pot exploda spontan; hipocloriții se descompun lent în timpul depozitării; clorații și perclorații pot exploda sub influența inițiatorilor. Clorul din apă se hidrolizează, formând acizi hipocloros și clorhidric: Cl2 + H2O? HCIO + HCI. Soluția gălbuie rezultată este adesea numită apă cu clor. Când soluțiile apoase de alcalii sunt clorurate la rece, se formează hipocloriți și cloruri: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, iar la încălzire se formează clorați. Clorarea hidroxidului de calciu uscat produce înălbitor. Când amoniacul reacţionează cu clorul, se formează triclorura de azot. La clorinarea compușilor organici, clorul fie înlocuiește hidrogenul, fie unește legături multiple, formând diferiți compuși organici care conțin clor. Clorul formează compuși interhalogeni cu alți halogeni. Fluorurile de clor ClF, ClF3, ClF3 sunt foarte reactive; de exemplu, într-o atmosferă ClF3, vata de sticlă se aprinde spontan. Compuși cunoscuți ai clorului cu oxigen și fluor sunt oxifluorurile de clor: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 și perclorat de fluor FClO4.
Clorul apare în natură numai sub formă de compuși. Conținutul său mediu în scoarța terestră este de 1,7·10-2% în masă. Migrația apei joacă un rol major în istoria clorului din scoarța terestră. Se găsește sub formă de Cl- ion în Oceanul Mondial (1,93%), saramură subterană și lacuri sărate. Numărul de minerale proprii (în principal cloruri naturale) este de 97, principalul fiind halit NaCl (sare de rocă). Mai sunt cunoscute depozite mari de cloruri de potasiu si magneziu si cloruri mixte: silvinita KCl, silvinita (Na,K)Cl, carnalita KCl MgCl2 6H2O, kainita KCl MgSO4 3H2O, bischofita MgCl2 6H2O. În istoria Pământului, aportul de HCl conținut în gazele vulcanice în părțile superioare ale scoarței terestre a fost de mare importanță.
Standarde de calitate a clorului
Denumirea indicatorului GOST 6718-93 Gradul cel mai înalt Gradul întâi Fracția de volum de clor, nu mai puțin de, % 99.899.6 Fracția de masă de apă, nu mai mult de % 0.010.04 Fracția de masă de triclorura de azot, nu mai mult de % 0.0020.004 Masă fracție de reziduu nevolatil, nu mai mult de %0,0150,10
Depozitarea și transportul clorului
Clorul produs prin diferite metode este stocat în „rezervoare” speciale sau pompat în cilindri cilindric (volum 10-250 m3) și sferici (volum 600-2000 m3) de oțel sub propria presiune a vaporilor de 18 kgf/cm2. Volumul maxim de depozitare este de 150 de tone. Cilindrii cu clor lichid sub presiune au o culoare specială - o culoare protectoare. Dacă o butelie de clor se depresurizează, are loc o eliberare bruscă de gaz cu o concentrație de câteva ori mai mare decât cea letală. Trebuie remarcat faptul că, atunci când buteliile de clor sunt utilizate pentru o perioadă lungă de timp, în ele se acumulează triclorura de azot extrem de explozivă și, prin urmare, din când în când, buteliile de clor trebuie să fie supuse spălării și curățării de rutină a clorurii de azot. Clorul este transportat în containere, cisterne feroviare și cilindri, care servesc drept depozitare temporară.
2.Utilizarea clorului
Clorul este consumat în primul rând de industria chimică pentru producerea diferiților derivați organici ai clorului utilizați la producerea materialelor plastice, cauciucurilor sintetice, fibrelor chimice, solvenților, insecticidelor etc. În prezent, peste 60% din producția globală de clor este folosită pentru sinteza organică. În plus, clorul este folosit pentru a produce acid clorhidric, înălbitor, clorați și alte produse. Cantități semnificative de clor sunt folosite în metalurgie pentru clorinare în timpul prelucrării minereurilor polimetalice, extragerea aurului din minereuri, și este utilizat și în industria de rafinare a petrolului, în agricultură, în medicină și salubrizare, pentru neutralizarea apelor potabile și uzate. , în pirotehnică și o serie de alte domenii ale economiei naționale. Ca urmare a dezvoltării zonelor de utilizare a clorului, în principal datorită succesului sintezei organice, producția mondială de clor este de peste 20 de milioane de tone/an.
Principalele exemple de aplicare și utilizare a clorului în diferite ramuri ale științei, industriei și nevoilor casnice:
1.în producția de clorură de polivinil, compuși din plastic, cauciuc sintetic, din care se fabrică: izolație de sârmă, profile de ferestre, materiale de ambalare, îmbrăcăminte și încălțăminte, discuri de linoleum și gramofon, lacuri, echipamente și materiale plastice spumă, jucării, piese de instrumente, Materiale de construcție. Clorura de polivinil este produsă prin polimerizarea clorurii de vinil, care astăzi este cel mai adesea produsă din etilenă prin metoda echilibrată cu clor prin intermediarul 1,2-dicloretan.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)ca agent de albire (deși nu clorul în sine „albiște”, ci oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii acidului hipocloros în funcție de reacția: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)în producția de insecticide organoclorurate - substanțe care ucid insectele dăunătoare culturilor, dar sunt sigure pentru plante (aldrin, DDT, hexacloran). Unul dintre cele mai importante insecticide este hexaclorociclohexanul (C6H6Cl6).
)folosit ca agent de război chimic, precum și pentru producerea altor agenți de război chimic: gaz muștar (C4H8Cl2S), fosgen (CCl2O).
)pentru dezinfecția apei - „clorinare”. Cea mai comună metodă de dezinfectare a apei potabile se bazează pe capacitatea clorului liber și a compușilor săi de a inhiba sistemele enzimatice ale microorganismelor care catalizează procesele redox. Pentru dezinfectarea apei potabile se folosesc: clor (Cl2), dioxid de clor (ClO2), cloramină (NH2Cl) și înălbitor (Ca(Cl)OCl).
)în industria alimentară este înregistrat ca aditiv alimentar E925.
)în producția chimică de sodă caustică (NaOH) (utilizată în producția de raion, în industria săpunului), acid clorhidric (HCl), înălbitor, sare bertolită (KClO3), cloruri metalice, otrăvuri, medicamente, îngrășăminte.
)în metalurgie pentru producerea de metale pure: titan, staniu, tantal, niobiu.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (la T=850°C)
)ca indicator al neutrinilor solari în detectoarele de clor-argon (Ideea unui „detector de clor” pentru înregistrarea neutrinilor solari a fost propusă de celebrul fizician sovietic Academician B. Pontecorvo și implementată de fizicianul american R. Davis și colaboratorii săi. După ce a prins nucleul neutrin al izotopului de clor cu o greutate atomică de 37, se transformă în nucleul izotopului argon-37, care produce un electron care poate fi înregistrat.).
Multe țări dezvoltate încearcă să limiteze utilizarea clorului în viața de zi cu zi, inclusiv pentru că arderea deșeurilor care conțin clor produce o cantitate semnificativă de dioxine (ecotoxice globale cu proprietăți mutagene puternice).
3.Metode chimice de producere a clorului
Anterior, producția de clor prin mijloace chimice folosind metodele Weldon și Deacon era larg răspândită. În aceste procese, clorul a fost produs prin oxidarea acidului clorhidric format ca produs secundar în producerea sulfatului de sodiu din sare de masă prin acțiunea acidului sulfuric.
reacție care are loc folosind metoda Weldon:
4HCl + MnO2 => MnCl2+ 2H2O + Cl2
reacție care are loc folosind metoda lui Deacon:
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
În procesul Dikonovsky, clorura de cupru a fost folosită ca catalizator, o soluție de 50% din care (uneori cu adăugarea de NaCl) a fost impregnată cu un purtător ceramic poros. Temperatura optimă de reacţie pe un astfel de catalizator a fost de obicei în intervalul 430-490°. Acest catalizator este ușor otrăvit de compușii de arsenic, cu care formează arseniat de cupru inactiv, precum și dioxid de sulf și trioxid de sulf. Prezența chiar și a unor cantități mici de vapori de acid sulfuric în gaz determină o scădere bruscă a randamentului de clor ca urmare a reacțiilor secvențiale:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Astfel, acidul sulfuric este un catalizator care promovează conversia inversă a Cl2 în HCI. Prin urmare, înainte de oxidare pe un catalizator de cupru, gazul clorhidrat trebuie să fie complet purificat de impuritățile care reduc randamentul de clor.
Instalația lui Deacon a constat dintr-un încălzitor pe gaz, un filtru de gaz și un aparat de contact al unei carcase cilindrice de oțel, în interiorul căreia se aflau doi cilindri ceramici așezați concentric cu orificii; spațiul inelar dintre ele este umplut cu un catalizator. Clorura de hidrogen a fost oxidată cu aer, astfel încât clorul a fost diluat. Un amestec care conține 25% vol. HCI și 75% vol.% aer (~16% O2) a fost introdus în aparatul de contact, iar gazul care părăsește aparatul conținea aproximativ 8% C12, 9% HCI, 8% vapori de apă și 75% aer . Un astfel de gaz, după spălarea cu HCI și uscarea cu acid sulfuric, era de obicei folosit pentru a produce înălbitor.
Restaurarea procesului Deacon se bazează în prezent pe oxidarea clorurii de hidrogen nu cu aer, ci cu oxigen, ceea ce face posibilă obținerea de clor concentrat folosind catalizatori foarte activi. Amestecul clor-oxigen rezultat este spălat din reziduurile de HC1 succesiv cu acid clorhidric 36 și 20% și uscat cu acid sulfuric. Clorul este apoi lichefiat și oxigenul este returnat procesului. De asemenea, clorul este separat de oxigen prin absorbția clorului la o presiune de 8 atm cu clorură de sulf, care este apoi regenerat pentru a produce 100% clor:
Cl2 + S2CI2
Se folosesc catalizatori la temperatură joasă, de exemplu, diclorură de cupru activată cu săruri ale metalelor pământurilor rare, ceea ce face posibilă efectuarea procesului chiar și la 100°C și, prin urmare, crește brusc gradul de conversie a HCI la Cl2. Pe un catalizator de oxid de crom, HCI este ars în oxigen la 340-480°C. Este descrisă utilizarea unui catalizator dintr-un amestec de V2O5 cu pirosulfați de metale alcaline și activatori pe silicagel la 250–20°C. S-a studiat mecanismul și cinetica acestui proces și s-au stabilit condițiile optime pentru implementarea lui, în special în pat fluidizat.
Oxidarea acidului clorhidric cu oxigen se realizează, de asemenea, utilizând un amestec topit de FeCl3 + KCl în două etape, efectuate în reactoare separate. În primul reactor, clorura ferică este oxidată pentru a forma clor:
2FeCl3 + 1
În al doilea reactor, clorura ferică este regenerată din oxidul feric cu acid clorhidric:
O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H20
Pentru a reduce presiunea de vapori a clorurii ferice, se adaugă clorură de potasiu. De asemenea, se propune realizarea acestui proces într-un singur aparat, în care o masă de contact constând din Fe2O3, KC1 și clorură de cupru, cobalt sau nichel depuse pe un purtător inert se deplasează de sus în jos a aparatului. În partea de sus a aparatului, acesta trece printr-o zonă de clorinare fierbinte, unde Fe2O3 este transformat în FeCl3, interacționând cu HCl situat în fluxul de gaz care merge de jos în sus. Apoi masa de contact este coborâtă în zona de răcire, unde, sub influența oxigenului, se formează clorul elementar, iar FeCl3 se transformă în Fe2O3. Masa de contact oxidată este returnată în zona de clorinare.
O oxidare indirectă similară a HCI la Cl2 este efectuată conform următoarei scheme:
2HC1 + MgO = MgCI2 + H2O
Se propune producerea simultană de clor și acid sulfuric prin trecerea unui gaz care conține HCI, O2 și un exces mare de SO2 printr-un catalizator de vanadiu la 400600°C. Apoi H2SO4 și HSO3Cl sunt condensate din gaz și SO3 este absorbit cu acid sulfuric; clorul rămâne în fază gazoasă. HSO3CI este hidrolizat și HC1 eliberat este returnat procesului.
Oxidarea este realizată și mai eficient de agenți oxidanți precum PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Clorul poate fi obținut și prin oxidarea clorurilor. De exemplu, atunci când NaCl și SO3 interacționează, apar următoarele reacții:
NaCI + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl se descompune la 275°C. Un amestec de gaze SO2 și C12 poate fi separat prin absorbția clorului SO2Cl2 sau CCl4 sau supunerea acestuia la rectificare, ceea ce are ca rezultat un amestec azeotrop care conține 88 mol. % CI2 şi 12 mol. %SO2. Amestecul azeotrop poate fi separat în continuare prin conversia S02 în S02C12 și separarea excesului de clor și S02Cl2 descompunându-se la 200° în S02 și CI2, care sunt adăugate la amestecul trimis pentru rectificare.
Clorul poate fi obținut prin oxidarea clorurii sau a acidului clorhidric cu acid azotic, precum și dioxid de azot:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
O altă modalitate de a obține clor este descompunerea clorurii de nitrozil, care poate fi realizată prin oxidarea acestuia:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
De asemenea, se propune, de exemplu, oxidarea NOCl cu acid azotic 75% pentru a obține clor:
2NOCl + 4HNO3 = CI2 + 6NO2 + 2H2O
Amestecul de clor și dioxid de azot este separat, transformând NO2 în acid azotic slab, care este apoi folosit pentru a oxida HCl în prima etapă a procesului pentru a forma Cl2 și NOCl. Principala dificultate în realizarea acestui proces la scară industrială este eliminarea coroziunii. Ceramica, sticla, plumbul, nichelul și materialele plastice sunt folosite ca materiale pentru echipamente. Folosind această metodă în SUA în 1952-1953. Instalația funcționa cu o capacitate de 75 de tone de clor pe zi.
A fost dezvoltată o metodă ciclică pentru producerea de clor prin oxidarea acidului clorhidric cu acid azotic fără formarea de clorură de nitrozil conform reacției:
2HCI + 2HNO3 = CI2 + 2NO2 + 2H2O
Procesul are loc în fază lichidă la 80°C, randamentul în clor ajunge la 100%, NO2 se obține sub formă lichidă.
Ulterior, aceste metode au fost complet înlocuite cu cele electrochimice, dar în prezent metodele chimice de producere a clorului sunt reînviate pe o nouă bază tehnică. Toate se bazează pe oxidarea directă sau indirectă a HCl (sau a clorurilor), cel mai comun agent oxidant fiind oxigenul atmosferic.
Electroliză. Conceptul și esența procesului
Electroliza este un set de procese electrochimice redox care au loc pe electrozi în timpul trecerii unui curent electric direct printr-o topitură sau soluție cu electrozi scufundați în ea.
Orez. 4.1. Procese care au loc în timpul electrolizei. Diagrama băii de electroliză: 1 - baie, 2 - electrolit, 3 - anod, 4 - catod, 5 - sursă de alimentare
Electrozii pot fi orice materiale care conduc curentul electric. Metalele și aliajele sunt utilizate în principal; electrozii nemetalici pot fi, de exemplu, tije de grafit (sau carbon). Mai rar, lichidele sunt folosite ca electrod. Un electrod încărcat pozitiv este anodul. Un electrod încărcat negativ este un catod. În timpul electrolizei, anodul este oxidat (se dizolvă) și catodul este redus. De aceea, anodul trebuie luat în așa fel încât dizolvarea lui să nu afecteze procesul chimic care are loc în soluție sau topitură. Un astfel de anod se numește electrod inert. Puteți folosi grafit (carbon) sau platină ca anod inert. Puteți folosi o placă de metal ca catod (nu se va dizolva). Cupru, alamă, carbon (sau grafit), zinc, fier, aluminiu, oțel inoxidabil sunt potrivite.
Exemple de electroliză a topiturii:
Exemple de electroliză a soluțiilor de sare:
(Anionii Cl? sunt oxidați la anod, și nu moleculele de apă de oxigen O? II, deoarece electronegativitatea clorului este mai mică decât oxigenul și, prin urmare, clorul cedează electronii mai ușor decât oxigenul)
Electroliza apei se efectuează întotdeauna în prezența unui electrolit inert (pentru a crește conductivitatea electrică a unui electrolit foarte slab - apă):
În funcție de electrolitul inert, electroliza se realizează într-un mediu neutru, acid sau alcalin. Atunci când alegeți un electrolit inert, este necesar să țineți cont de faptul că cationii metalici, care sunt agenți reducători tipici (de exemplu, Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+), nu sunt niciodată reduse la catod într-o soluție apoasă. soluția și anionii de oxigen O?II ai oxoacizilor nu sunt niciodată oxidați la anod cu un element în cel mai înalt grad de oxidare (de exemplu, ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), apa este oxidata in schimb.
Electroliza implică două procese: migrarea particulelor care reacţionează sub influenţa unui câmp electric la suprafaţa electrodului şi transferul de sarcină de la particulă la electrod sau de la electrod la particulă. Migrarea ionilor este determinată de mobilitatea și numărul lor de transport. Procesul de transfer a mai multor sarcini electrice se realizează, de regulă, sub forma unei secvențe de reacții cu un singur electron, adică în etape, cu formarea de particule intermediare (ioni sau radicali), care uneori există pentru ceva timp pe electrod în stare adsorbită.
Viteza reacțiilor electrozilor depind de:
compoziția electrolitică
concentrația de electroliți
materialul electrodului
potenţialul electrodului
temperatura
conditii hidrodinamice.
Densitatea de curent este o măsură a vitezei reacțiilor. Acesta este un vector fizic, al cărui modul este determinat de raportul dintre puterea curentului (numărul de sarcini electrice transferate pe unitatea de timp) în conductor și aria secțiunii transversale.
Legile lui Faraday ale electrolizei sunt relații cantitative bazate pe studii electrochimice și ajută la determinarea masei produselor formate în timpul electrolizei. În forma lor cea mai generală, legile sunt formulate după cum urmează:
)Prima lege a electrolizei a lui Faraday: masa unei substanțe depuse pe un electrod în timpul electrolizei este direct proporțională cu cantitatea de electricitate transferată acestui electrod. Prin cantitatea de electricitate înțelegem sarcina electrică, de obicei măsurată în coulombs.
2)A doua lege a electrolizei a lui Faraday: pentru o cantitate dată de electricitate (sarcină electrică), masa unui element chimic depus pe electrod este direct proporțională cu masa echivalentă a elementului. Masa echivalentă a unei substanțe este ea Masă molară, împărțit la un număr întreg în funcție de reacția chimică la care participă substanța.
În formă matematică, legile lui Faraday pot fi reprezentate după cum urmează:
unde m este masa substanței depuse pe electrod în grame, este sarcina electrică totală care trece prin substanță = 96.485,33(83) C mol?1 este constanta lui Faraday, este masa molară a substanței (De exemplu, molarul masa de apă H2O = 18 g/mol), este numărul de valență al ionilor unei substanțe (numărul de electroni pe ion).
Rețineți că M/z este masa echivalentă a substanței depuse.
Pentru prima lege a lui Faraday, M, F și z sunt constante, deci cu cât valoarea lui Q este mai mare, cu atât valoarea lui m va fi mai mare.
Pentru a doua lege a lui Faraday, Q, F și z sunt constante, deci cu cât valoarea M/z (masa echivalentă) este mai mare, cu atât valoarea m va fi mai mare.
În cel mai simplu caz, electroliza cu curent continuu duce la:
În cazul mai complex al curentului electric alternativ, sarcina totală Q a curentului I( ?) se rezumă în timp? :
unde t este timpul total de electroliză.
În industrie, procesul de electroliză se realizează în dispozitive speciale - electrolizoare.
Producția industrială de clor
În prezent, clorul este produs în principal prin electroliza soluțiilor apoase, și anume una dintre
Materiile prime pentru producerea electrolitică a clorului sunt în principal soluții de sare de masă NaCl, obținute prin dizolvarea sării solide, sau saramură naturală. Există trei tipuri de zăcăminte de sare: sare fosilă (aproximativ 99% din rezerve); lacuri sărate cu sedimente de fund de sare autosedimentată (0,77%); restul sunt rupturi subterane. Soluțiile de sare de masă, indiferent de calea de preparare, conțin impurități care afectează procesul de electroliză. În timpul electrolizei cu catod solid, cationii de calciu Ca2+, Mg2+ și SO42- au un efect deosebit de negativ, iar în timpul electrolizei cu un catod lichid - impurități ale compușilor care conțin metale grele, cum ar fi crom, vanadiu, germaniu și molibden.
Sarea cristalină pentru electroliza clorului trebuie să aibă următoarea compoziție (%): clorură de sodiu nu mai puțin de 97,5; Mg2+ nu mai mult de 0,05; sediment insolubil nu mai mult de 0,5; Ca2+ nu mai mult de 0,4; K+ nu mai mult de 0,02; SO42 - nu mai mult de 0,84; umiditate nu mai mult de 5; amestec de metale grele (determinat prin testul amalgam cm3 H2) nu mai mult de 0,3. Purificarea saramurului se realizează cu o soluție de sodă (Na2CO3) și lapte de var (o suspensie de Ca(OH)2 în apă). Pe lângă purificarea chimică, soluțiile sunt eliberate de impuritățile mecanice prin decantare și filtrare.
Electroliza soluțiilor de sare de masă se realizează în băi cu catod solid din fier (sau oțel) și cu diafragme și membrane, în băi cu catod cu mercur lichid. Electrolizoarele industriale utilizate pentru echiparea magazinelor mari moderne de clor trebuie să aibă performanțe ridicate, un design simplu, să fie compacte, să funcționeze fiabil și constant.
Electroliza se desfășoară după următoarea schemă:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
unde Me este un metal alcalin.
În timpul descompunerii electrochimice a sării de masă în electrolizoarele cu electrozi solizi, apar următoarele reacții ionice de bază, reversibile și ireversibile:
disocierea moleculelor de sare de masă și apă (apare în electrolit)
NaCl-Na++Cl-
Oxidarea ionului de clor (la anod)
C1- - 2e- => C12
reducerea ionilor de hidrogen și a moleculelor de apă (la catod)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-
Asocierea ionilor într-o moleculă de hidroxid de sodiu (într-un electrolit)
Na+ + OH--NaOH
Produse utile sunt hidroxidul de sodiu, clorul și hidrogenul. Toate sunt scoase din electrolizor separat.
Orez. 5.1. Schema unui electrolizor cu diafragmă
Cavitatea electrolizatorului cu catod solid (Fig. 3) este împărțită de un poros
Primele electrolizoare industriale au funcționat în regim batch. Produsele de electroliză din ele au fost separate printr-o diafragmă de ciment. Ulterior, au fost create electrolizoare în care au fost folosite pereți despărțitori în formă de clopot pentru a separa produsele de electroliză. În etapa următoare, au apărut electrolizoare cu diafragmă de curgere. Au combinat principiul contracurent cu utilizarea unei diafragme de separare, care a fost realizată din carton de azbest. În continuare, a fost descoperită o metodă de producere a unei diafragme din pastă de azbest, împrumutată din tehnologia industriei hârtiei. Această metodă a făcut posibilă dezvoltarea unor modele de electrolizoare pentru sarcini de curent ridicate cu un catod compact nedemontabil. Pentru a crește durata de viață a diafragmei de azbest, se propune introducerea unor materiale sintetice în compoziția sa ca acoperire sau lipire. De asemenea, se propune realizarea diafragmelor în întregime din materiale sintetice noi. Există dovezi că astfel de diafragme combinate azbest-sintetic sau sintetic fabricate special au o durată de viață de până la 500 de zile. De asemenea, sunt dezvoltate diafragme speciale de schimb ionic care fac posibilă obținerea de sodă caustică pură cu un conținut foarte scăzut de clorură de sodiu. Acțiunea unor astfel de diafragme se bazează pe utilizarea proprietăților lor selective pentru trecerea diferiților ioni.
În proiectele timpurii, punctele de contact ale conductorilor de curent către anozii de grafit au fost îndepărtate din cavitatea electrolizatorului spre exterior. Ulterior, au fost dezvoltate metode pentru a proteja părțile de contact ale anozilor scufundați în electrolit. Folosind aceste tehnici, s-au creat electrolizoare industriale cu alimentare cu curent inferioară, în care contactele anodului sunt amplasate în cavitatea electrolizorului. Ele sunt folosite peste tot astăzi pentru producerea de clor și sodă caustică pe un catod solid.
Un curent de soluție saturată de sare de masă (saramură purificată) curge continuu în spațiul anodic al electrolizorului cu diafragmă. Ca urmare a procesului electrochimic, clorul este eliberat la anod din cauza descompunerii sării de masă, iar hidrogenul este eliberat la catod din cauza descompunerii apei. Clorul și hidrogenul sunt îndepărtate din electrolizor fără amestecare, separat. În acest caz, zona apropiată de catod este îmbogățită cu hidroxid de sodiu. O soluție din zona apropiată de catod, numită lichid electrolitic, care conține sare de masă necompusă (aproximativ jumătate din cantitatea furnizată cu saramură) și hidroxid de sodiu este îndepărtată continuu din electrolizor. În etapa următoare, lichidul electrolitic este evaporat și conținutul de NaOH din acesta este ajustat la 42-50% în conformitate cu standardul. Sarea de masă și sulfatul de sodiu precipită atunci când concentrația de hidroxid de sodiu crește.
Soluția de NaOH este decantată din cristale și transferată ca produs finit într-un depozit sau într-o etapă de topire caustică pentru a obține un produs solid. Sarea de masă cristalină (sare inversă) este readusă la electroliză, preparând așa-numita saramură inversă. Pentru a evita acumularea de sulfat în soluții, sulfatul este îndepărtat din acesta înainte de a prepara saramura inversă. Pierderea sării de masă este compensată prin adăugarea de saramură proaspătă obținută prin levigarea subterană a straturilor de sare sau prin dizolvarea sării solide de masă. Înainte de a o amesteca cu saramura de retur, saramura proaspătă este curățată de suspensiile mecanice și o parte semnificativă de ioni de calciu și magneziu. Clorul rezultat este separat de vaporii de apă, comprimat și transferat fie direct către consumatori, fie pentru lichefierea clorului. Hidrogenul este separat de apă, comprimat și transferat consumatorilor.
Aceleași reacții chimice au loc într-un electrolizor cu membrană ca și într-un electrolizor cu diafragmă. În locul unei diafragme poroase, se folosește o membrană cationică (Fig. 5).
Orez. 5.2. Schema unui electrolizor cu membrană
Membrana împiedică pătrunderea ionilor de clor în catolit (electrolitul în spațiul catodic), datorită căruia soda caustică poate fi obținută direct în electrolizor aproape fără sare, cu o concentrație de 30 până la 35%. Deoarece nu este necesară separarea sării, evaporarea face posibilă producerea de sodă caustică de 50% din comerț mult mai ușor și cu costuri de capital și energie mai mici. Deoarece soda caustică în procesul membranei are o concentrație mult mai mare, se folosește nichel scump ca catod.
Orez. 5.3. Schema unui electrolizor cu mercur
Reacția totală de descompunere a sării de masă în electrolizatoarele cu mercur este aceeași ca și în electrolizoarele cu diafragmă:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Totuși, aici se desfășoară în două etape, fiecare într-un aparat separat: un electrolizor și un descompunetor. Ele sunt combinate structural între ele și se numesc baie electrolitică și, uneori, electrolizor cu mercur.
În prima etapă a procesului - în electrolizor - are loc descompunerea electrolitică a sării de masă (soluția sa saturată este furnizată la electrolizor) pentru a produce clor la anod și amalgam de sodiu la catodul de mercur, conform următoarei reacții. :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
Descompozitorul trece prin a doua etapă a procesului, în care, sub influența apei, amalgamul de sodiu este transformat în hidroxid de sodiu și mercur:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
Din toată sarea introdusă în electrolizor cu saramură, doar 15-20% din cantitatea furnizată intră în reacție (2), iar restul de sare, împreună cu apă, părăsește electrolizorul sub formă de cloranolit - o soluție de sare de masă în apă care conţine 250-270 kg/ m3 NaCl saturat cu clor. „Amalgamul puternic” care iese din electrolizor și apa sunt introduse în descompozitor.
Electrolizorul din toate modelele disponibile este realizat sub forma unui șanț de oțel lung și relativ îngust, ușor înclinat, de-a lungul căruia curge gravitațional un strat subțire de amalgam, care este catodul, iar deasupra curge anolit. Saramura și amalgamul slab sunt alimentate de la marginea superioară ridicată a electrolizatorului prin „buzunarul de admisie”.
Amalgam puternic curge de la capătul inferior al electrolizatorului prin „buzunarul de ieșire”. Clorul și cloranolitul ies împreună printr-o țeavă, situată de asemenea la capătul inferior al electrolizorului. Anozii sunt suspendați deasupra întregii oglinzi a fluxului de amalgam sau catod la o distanță de 3-5 mm de catod. Partea superioară a electrolizatorului este acoperită cu un capac.
Două tipuri de descompunetoare sunt comune: orizontale și verticale. Primele sunt realizate sub forma unui jgheab înclinat din oțel de aceeași lungime ca și electrolizatorul. Un flux de amalgam curge de-a lungul fundului descompozitorului, care este instalat sub un unghi ușor. În acest flux este scufundată o duză de descompunere din grafit. Apa se mișcă în contracurent. Ca urmare a descompunerii amalgamului, apa este saturată cu caustică. Soluția caustică împreună cu hidrogenul părăsește descompozitorul printr-o țeavă din fund, iar amalgamul sau mercurul sărac este pompat în buzunarul celulei.
Pe lângă electrolizor, descompozitor, buzunare și conducte de transfer, setul de baie de electroliză include o pompă de mercur. Sunt utilizate două tipuri de pompe. În cazurile în care băile sunt echipate cu un digestor vertical sau când digestorul este instalat sub electrolizor, se folosesc pompe centrifuge submersibile convenționale coborâte în digestor. Pentru băile în care descompozitorul este instalat lângă electrolizor, amalgamul este pompat cu o pompă rotativă conică de tip original.
Toate piesele de oțel ale electrolizatorului care vin în contact cu clorul sau cloranolitul sunt protejate cu un strat special de cauciuc vulcanizat (gumare). Stratul protector de cauciuc nu este complet rezistent. În timp, devine clorurat și devine casant și crapă din cauza temperaturii. Periodic, stratul protector este reînnoit. Toate celelalte părți ale băii de electroliză: descompozitorul, pompa, preaplinurile sunt fabricate din oțel neprotejat, deoarece nici hidrogenul, nici soluția caustică nu o corodează.
În prezent, anozii de grafit sunt cei mai des întâlniți în electrolizoarele cu mercur. Cu toate acestea, acestea sunt înlocuite de ORTA.
6.Măsuri de siguranță în producția de clor
si protectia mediului
Pericolul pentru personal în producția de clor este determinat de toxicitatea ridicată a clorului și mercurului, posibilitatea formării în echipamente a amestecurilor gazoase explozive de clor și hidrogen, hidrogen și aer, precum și soluții de triclorura de azot în clor lichid. , utilizarea în producția de electrolizoare - dispozitive care sunt la un potențial electric crescut față de pământ, proprietățile alcalii caustice produse în această producție.
Inhalarea aerului care conține 0,1 mg/l de clor timp de 30-60 de minute pune viața în pericol. Inhalarea aerului care contine mai mult de 0,001 mg/l de clor irita tractul respirator. Concentrația maximă admisă (MPC) de clor în aerul zonelor populate: medie zilnică 0,03 mg/m3, maxim o singură dată 0,1 mg/m3, în aerul zonei de lucru a spațiilor industriale este de 1 mg/m3, miros pragul de percepție 2 mg/m3. La o concentrație de 3-6 mg/m3 se simte un miros distinct, apare iritația (roșeața) ochilor și mucoaselor nazale, la 15 mg/m3 - iritație a nazofaringelui, la 90 mg/m3 - atacuri intense de tuse . Expunerea la 120 - 180 mg/m3 timp de 30-60 de minute pune viața în pericol, la 300 mg/m3 este posibilă moartea, o concentrație de 2500 mg/m3 duce la moarte în 5 minute, la o concentrație de 3000 mg/m3 moarte apare după câteva respirații. Concentrația maximă admisă de clor pentru filtrarea măștilor de gaz industriale și civile este de 2500 mg/m3.
Prezența clorului în aer este determinată de dispozitivele de recunoaștere chimică: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV folosind tuburi indicator IT-44 (culoare roz, prag de sensibilitate 5 mg/m3), IT-45 (culoare portocalie), aspiratoare AM- 5, AM- 0055, AM-0059, NP-3M cu tuburi indicatoare pentru clor, analizor de gaz universal UG-2 cu un interval de măsurare de 0-80 mg/m3, detector de gaz „Kolion-701” în intervalul 0- 20 mg/m3. În spațiu deschis - cu dispozitive SIP „KORSAR-X”. În interior - cu dispozitive SIP „VEGA-M”. Pentru a proteja împotriva clorului în caz de defecțiuni sau situații de urgență, toate persoanele din ateliere trebuie să aibă și să utilizeze prompt măști de gaz marca „B” sau „BKF” (cu excepția atelierelor de electroliză cu mercur), precum și îmbrăcăminte de protecție: pânză sau costume cauciucate, cizme și mănuși de cauciuc. Cutiile cu măști de gaz anti-clor trebuie vopsite în galben.
Mercurul este mai otrăvitor decât clorul. Concentrația maximă admisă a vaporilor săi în aer este de 0,00001 mg/l. Afectează corpul uman prin inhalare și contact cu pielea, precum și prin contact cu obiecte amalgamate. Vaporii și stropii săi sunt adsorbiți (absorbiți) de îmbrăcăminte, piele și dinți. În același timp, mercurul se evaporă ușor la temperatură; disponibil în atelierul de electroliză, iar concentrația vaporilor săi în aer depășește cu mult maximul admis. Prin urmare, magazinele de electroliză cu catod lichid sunt echipate cu o ventilație puternică, care, în timpul funcționării normale, asigură nivel admisibil concentrațiile vaporilor de mercur. Cu toate acestea, acest lucru nu este suficient pentru o funcționare în siguranță. De asemenea, este necesar să respectați așa-numita disciplină a mercurului: urmați regulile de manipulare a mercurului. În urma acestora, înainte de a începe lucrul, personalul trece printr-un punct de control sanitar, într-o secție curată din care își lasă hainele de acasă și își îmbracă lenjeria proaspăt spălată, adică îmbrăcăminte specială. La sfârșitul schimbului, îmbrăcămintea exterioară și lenjeria murdară sunt lăsate în secțiunea murdară a camerei de inspecție sanitară, iar muncitorii fac un duș, se spală pe dinți și își îmbracă articole de uz casnic în departamentul curat al camerei de inspecție sanitară.
În atelierele în care se lucrează cu clor și mercur, ar trebui să utilizați o mască de gaz de marca „G” (cutia măștii de gaz este vopsită în negru și culori galbene) și mănuși de cauciuc.Regulile „disciplinei mercurului” prevăd că lucrările cu mercur și suprafețe amalgamate trebuie efectuate numai sub un strat de apă; Mercurul vărsat trebuie spălat imediat în canalul de scurgere unde există capcane de mercur.
Mediul este amenințat de emisiile de clor și vapori de mercur în atmosferă, deversări de săruri de mercur și picături de mercur, compuși care conțin clor activ în apele uzate și otrăvirea solului cu nămolul de mercur. Clorul intră în atmosferă în timpul accidentelor, cu emisii de ventilație și gaze de evacuare de la diverse dispozitive. Vaporii de mercur se efectuează cu aerul din sistemele de ventilație. Norma pentru conținutul de clor din aer atunci când este eliberat în atmosferă este de 0,03 mg/m3. Această concentrație poate fi atinsă dacă se utilizează spălarea alcalină cu mai multe etape a gazelor de eșapament. Norma pentru conținutul de mercur în aer atunci când este eliberat în atmosferă este de 0,0003 mg/m3, iar în apele uzate când este evacuată în corpurile de apă este de 4 mg/m3.
Neutralizați clorul cu următoarele soluții:
lapte de var, pentru care se toarnă 1 parte în greutate de var stins în 3 părți de apă, amestecate bine, apoi se toarnă soluția de var deasupra (de exemplu, 10 kg var stins + 30 litri apă);
Soluție apoasă 5% de sodă, pentru care 2 părți în greutate de sodă se dizolvă amestecând cu 18 părți de apă (de exemplu, 5 kg de sodă + 95 litri de apă);
O soluție apoasă 5% de sodă caustică, pentru care 2 părți în greutate de sodă caustică sunt dizolvate cu amestecare cu 18 părți de apă (de exemplu, 5 kg de sodă caustică + 95 litri de apă).
Dacă se scurge clor gazos, se pulverizează apă pentru a stinge vaporii. Rata consumului de apă nu este standardizată.
Când clorul lichid se scurge, locul deversarii este împrejmuit cu un metereze de pământ și umplut cu lapte de var, o soluție de sodă, sodă caustică sau apă. Pentru a neutraliza 1 tonă de clor lichid, sunt necesare 0,6-0,9 tone de apă sau 0,5-0,8 tone de soluții. Pentru a neutraliza 1 tonă de clor lichid, sunt necesare 22-25 de tone de soluții sau 333-500 de tone de apă.
Pentru a pulveriza apă sau soluții, se folosesc camioane de udare și de pompieri, stații de umplere automată (AT-uri, PM-130, ARS-14, ARS-15), precum și hidranți și sisteme speciale disponibile la instalațiile periculoase din punct de vedere chimic.
Concluzie
Deoarece volumele de clor obținute prin metode de laborator sunt neglijabile în comparație cu cererea în continuă creștere pentru acest produs, nu are sens să se efectueze o analiză comparativă a acestora.
Dintre metodele de producție electrochimică, cea mai ușoară și mai convenabilă este electroliza cu un catod lichid (mercur), dar această metodă nu este lipsită de dezavantaje. Provoacă daune semnificative mediului prin evaporarea și scurgerile de mercur metalic și clor gazos.
Electrolizatoarele cu catod solid elimină riscul de poluare a mediului cu mercur. Atunci când alegeți între electrolizoare cu diafragmă și membrană pentru noi unități de producție, este de preferat să folosiți acestea din urmă, deoarece sunt mai economice și oferă posibilitatea de a obține un produs final de calitate superioară.
Bibliografie
1.Zaretsky S. A., Suchkov V. N., Zhivotinsky P. B. Tehnologia electrochimică a substanțelor anorganice și a surselor de curent chimic: un manual pentru elevii școlilor tehnice. M..: Mai sus. Scoala, 1980. 423 p.
2.Mazanko A.F., Kamaryan G.M., Romashin O.P. Electroliza cu membrane industriale. M.: editura „Chimie”, 1989. 240 p.
.Pozin M.E. Tehnologia sărurilor minerale (îngrășăminte, pesticide, săruri industriale, oxizi și acizi), partea 1, ed. a 4-a, rev. L., Editura „Chimie”, 1974. 792 p.
.Fioshin M. Ya., Pavlov V. N. Electroliza în chimia anorganică. M.: editura „Nauka”, 1976. 106 p.
.Yakimenko L. M. Producția de clor, sodă caustică și produse de clor anorganic. M.: editura „Chimie”, 1974. 600 p.
Surse de internet
6.Reguli de siguranță pentru producerea, depozitarea, transportul și utilizarea clorului // URL: #"justify">7. Substanțe periculoase din punct de vedere chimic de urgență // URL: #"justify">. Clor: cerere // URL: #"justify">.
(după Pauling)
/cm³
Clor (χλωρός - verde) - un element al subgrupului principal al celui de-al șaptelea grup, a treia perioadă a sistemului periodic de elemente chimice al lui D.I. Mendeleev, cu număr atomic 17. Notat cu simbolul Cl (lat. Chlorum). Nemetal activ din punct de vedere chimic. Face parte din grupul de halogeni (inițial, numele „halogen” a fost folosit de chimistul german Schweiger pentru clor [literal, „halogen” se traduce prin sare), dar nu a prins, și ulterior a devenit comun grupului VII. de elemente, care include clorul).
Substanța simplă clorul (număr CAS: 7782-50-5) în condiții normale este un gaz otrăvitor de culoare verde-gălbui, cu miros înțepător. Moleculă de clor diatomic (formula Cl2).
Diagrama atomului de clor
Clorul a fost obținut pentru prima dată în 1772 de Scheele, care a descris eliberarea lui în timpul interacțiunii piroluzitului cu acidul clorhidric în tratatul său despre piroluzit:
4HCI + MnO2 = CI2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele a remarcat mirosul clorului, asemănător cu cel al acva regiei, capacitatea sa de a reacționa cu aurul și cinabrul și proprietățile sale de albire.
Cu toate acestea, Scheele, în conformitate cu teoria flogistului care era dominantă în chimie la acea vreme, a sugerat că clorul este acid clorhidric deflogistic, adică oxidul acidului clorhidric. Berthollet și Lavoisier au sugerat că clorul este un oxid al elementului muria, dar încercările de a-l izola au rămas fără succes până la lucrările lui Davy, care a reușit să descompună sarea de masă în sodiu și clor prin electroliză.
Distribuția în natură
În natură se găsesc doi izotopi ai clorului: 35 Cl și 37 Cl. În scoarța terestră, clorul este cel mai comun halogen. Clorul este foarte activ - se combină direct cu aproape toate elementele tabelului periodic. Prin urmare, în natură se găsește numai sub formă de compuși din minerale: halit NaCl, silvit KCl, silvinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H2O, carnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. rezervele de clor sunt conținute în sărurile apelor mărilor și oceanelor.
Clorul reprezintă 0,025% din numărul total de atomi din scoarța terestră, numărul clarke de clor este de 0,19% și corpul uman conține 0,25% ioni de clor în greutate. În corpul uman și animal, clorul se găsește în principal în fluidele intercelulare (inclusiv în sânge) și joacă un rol important în reglarea proceselor osmotice, precum și în procesele asociate cu funcționarea celulelor nervoase.
Compoziție izotopică
În natură se găsesc 2 izotopi stabili ai clorului: cu un număr de masă de 35 și 37. Proporțiile conținutului lor sunt de 75,78% și respectiv 24,22%.
| Izotop | Masa relativă, a.m.u. | Jumătate de viață | Tip de degradare | Spin nuclear |
|---|---|---|---|---|
| 35 cl | 34.968852721 | Grajd | — | 3/2 |
| 36 cl | 35.9683069 | 301000 de ani | dezintegrarea β în 36 Ar | 0 |
| 37 cl | 36.96590262 | Grajd | — | 3/2 |
| 38 cl | 37.9680106 | 37,2 minute | dezintegrarea β în 38 Ar | 2 |
| 39 cl | 38.968009 | 55,6 minute | dezintegrarea β la 39 Ar | 3/2 |
| 40 cl | 39.97042 | 1,38 minute | dezintegrarea β în 40 Ar | 2 |
| 41 cl | 40.9707 | 34 s | dezintegrarea β în 41 Ar | |
| 42 cl | 41.9732 | 46,8 s | dezintegrarea β în 42 Ar | |
| 43 cl | 42.9742 | 3,3 s | Dezintegrarea β în 43 Ar |
Proprietăți fizice și fizico-chimice
În condiții normale, clorul este un gaz galben-verzui cu miros sufocant. Unele dintre proprietățile sale fizice sunt prezentate în tabel.
Unele proprietăți fizice ale clorului
| Proprietate | Sens |
|---|---|
| Temperatura de fierbere | -34 °C |
| Temperatură de topire | -101 °C |
| Temperatura de descompunere (disocieri în atomi) |
~1400°С |
| Densitate (gaz, n.s.) | 3,214 g/l |
| Afinitatea electronică a unui atom | 3,65 eV |
| Prima energie de ionizare | 12,97 eV |
| Capacitate termică (298 K, gaz) | 34,94 (J/mol K) |
| Temperatura critica | 144 °C |
| Presiune critică | 76 atm |
| Entalpia standard de formare (298 K, gaz) | 0 (kJ/mol) |
| Entropia standard de formare (298 K, gaz) | 222,9 (J/mol K) |
| Entalpia de topire | 6,406 (kJ/mol) |
| Entalpia de fierbere | 20,41 (kJ/mol) |
Când este răcit, clorul se transformă într-un lichid la o temperatură de aproximativ 239 K, iar apoi sub 113 K se cristalizează într-o rețea ortorombic cu grup spațial Cmca iar parametrii a=6,29 b=4,50, c=8,21. Sub 100 K, modificarea ortorombică a clorului cristalin devine tetragonală, având un grup spațial P4 2/ncm iar parametrii rețelei a=8,56 și c=6,12.
Solubilitate
| Solvent | Solubilitate g/100 g |
|---|---|
| Benzen | Să ne dizolvăm |
| Apă (0 °C) | 1,48 |
| Apă (20 °C) | 0,96 |
| Apă (25 °C) | 0,65 |
| Apă (40 °C) | 0,46 |
| Apă (60°C) | 0,38 |
| Apă (80 °C) | 0,22 |
| tetraclorura de carbon (0 °C) | 31,4 |
| tetraclorură de carbon (19 °C) | 17,61 |
| tetraclorură de carbon (40 °C) | 11 |
| Cloroform | Bine solubil |
| TiCI4, SiCI4, SnCl4 | Să ne dizolvăm |
La lumină sau la încălzire, reacţionează activ (uneori cu explozie) cu hidrogenul conform unui mecanism radical. Amestecuri de clor cu hidrogen, care conțin de la 5,8 la 88,3% hidrogen, explodează la iradiere pentru a forma acid clorhidric. Un amestec de clor și hidrogen în concentrații mici arde cu o flacără incoloră sau galben-verzuie. Temperatura maximă a flăcării hidrogen-clor 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ex.) → 2ClF 3
Alte proprietăți
Cl 2 + CO → COCl 2Când este dizolvat în apă sau alcalii, clorul se dismută, formând acizi hipocloroși (și când este încălzit, percloric) și acizi clorhidric sau sărurile acestora:
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 4 cl
Proprietățile oxidante ale clorului
CI2 + H2S → 2HCI + SReacții cu substanțe organice
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClSe atașează la compușii nesaturați prin legături multiple:
CH2 =CH2 + CI2 → CI-CH2-CH2-CI
Compușii aromatici înlocuiesc un atom de hidrogen cu clor în prezența catalizatorilor (de exemplu, AlCl 3 sau FeCl 3):
C6H6 + CI2 → C6H5CI + HCI
Metode de clor pentru producerea clorului
Metode industriale
Inițial, metoda industrială de producere a clorului s-a bazat pe metoda Scheele, adică reacția piroluzitului cu acidul clorhidric:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anod: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Catod: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-
Deoarece electroliza apei are loc paralel cu electroliza clorurii de sodiu, ecuația generală poate fi exprimată după cum urmează:
1,80 NaCl + 0,50 H2O → 1,00 CI2 + 1,10 NaOH + 0,03 H2
Se folosesc trei variante ale metodei electrochimice de producere a clorului. Două dintre ele sunt electroliza cu catod solid: metode cu diafragmă și membrană, a treia este electroliza cu catod lichid (metoda de producție a mercurului). Dintre metodele de producție electrochimică, cea mai ușoară și mai convenabilă metodă este electroliza cu catod de mercur, dar această metodă provoacă daune semnificative mediului ca urmare a evaporării și scurgerii de mercur metalic.
Metoda diafragmei cu catod solid
Cavitatea electrolizorului este împărțită printr-o partiție poroasă de azbest - o diafragmă - în spații catodice și anodice, unde se află catodul și anodul electrolizorului. Prin urmare, un astfel de electrolizor este adesea numit diafragmă, iar metoda de producție este electroliza cu diafragmă. Un flux de anolit saturat (soluție de NaCl) curge continuu în spațiul anodic al electrolizorului cu diafragmă. Ca urmare a procesului electrochimic, clorul este eliberat la anod din cauza descompunerii halitei, iar hidrogenul este eliberat la catod din cauza descompunerii apei. În acest caz, zona apropiată de catod este îmbogățită cu hidroxid de sodiu.
Metoda membranei cu catod solid
Metoda membranei este în esență similară cu metoda diafragmei, dar spațiile anodului și catodic sunt separate printr-o membrană polimerică schimbătoare de cationi. Metoda de producere a membranei este mai eficientă decât metoda diafragmei, dar mai dificil de utilizat.
Metoda mercurului cu catod lichid
Procesul se desfășoară într-o baie electrolitică, care constă dintr-un electrolizor, un descompozitor și o pompă de mercur, interconectate prin comunicații. În baia electrolitică, mercurul circulă sub acțiunea unei pompe de mercur, trecând printr-un electrolizor și un descompozitor. Catodul electrolizatorului este un flux de mercur. Anozi - grafit sau cu uzură redusă. Împreună cu mercur, un curent de anolit - o soluție de clorură de sodiu - curge continuu prin electrolizor. Ca urmare a descompunerii electrochimice a clorurii, la anod se formează molecule de clor, iar la catod, sodiul eliberat se dizolvă în mercur formând un amalgam.
Metode de laborator
În laboratoare, pentru a produce clor, se folosesc de obicei procese bazate pe oxidarea clorurii de hidrogen cu agenți oxidanți puternici (de exemplu, oxid de mangan (IV), permanganat de potasiu, dicromat de potasiu):
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
Depozitarea clorului
Clorul produs este stocat în „rezervoare” speciale sau pompat în cilindri de oțel presiune ridicata. Cilindrii cu clor lichid sub presiune au o culoare specială - culoarea mlaștină. Trebuie remarcat faptul că, în timpul utilizării prelungite a buteliilor de clor, triclorura de azot extrem de explozivă se acumulează în ele și, prin urmare, din când în când, buteliile de clor trebuie să fie supuse spălării și curățării de rutină a clorurii de azot.
Standarde de calitate a clorului
Conform GOST 6718-93 „Clor lichid. Specificații tehnice” sunt produse următoarele clase de clor
Aplicație
Clorul este utilizat în multe industrii, știință și nevoi casnice:
- În producția de clorură de polivinil, compuși din plastic, cauciuc sintetic, din care se fabrică: izolație de sârmă, profile de ferestre, materiale de ambalare, îmbrăcăminte și încălțăminte, linoleum și discuri, lacuri, echipamente și materiale plastice spumă, jucării, piese de instrumente, materiale de construcție. Policlorura de vinil este produsă prin polimerizarea clorurii de vinil, care astăzi este cel mai adesea produsă din etilenă prin metoda echilibrată cu clor prin intermediarul 1,2-dicloretan.
- Proprietățile de albire ale clorului sunt cunoscute de mult timp, deși nu clorul în sine „albiște”, ci oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii acidului hipocloros: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Această metodă de albire a țesăturilor, hârtiei, cartonului este folosită de câteva secole.
- Producția de insecticide organoclorurate - substanțe care ucid insectele dăunătoare culturilor, dar sunt sigure pentru plante. O parte semnificativă a clorului produs este consumată pentru a obține produse de protecție a plantelor. Unul dintre cele mai importante insecticide este hexaclorociclohexanul (numit adesea hexacloran). Această substanță a fost sintetizată pentru prima dată în 1825 de Faraday, dar și-a găsit aplicare practică abia peste 100 de ani mai târziu - în anii 30 ai secolului nostru.
- A fost folosit ca agent de război chimic, precum și pentru producerea altor agenți de război chimic: gaz muștar, fosgen.
- Pentru a dezinfecta apa - „clorare”. Cea mai comună metodă de dezinfectare a apei potabile; se bazează pe capacitatea clorului liber și a compușilor săi de a inhiba sistemele enzimatice ale microorganismelor care catalizează procesele redox. Pentru dezinfectarea apei potabile se folosesc: clor, dioxid de clor, cloramina si inalbitor. SanPiN 2.1.4.1074-01 stabilește următoarele limite (coridorul) ale conținutului admisibil de clor rezidual liber în apa potabilă de alimentare cu apă centralizată 0,3 - 0,5 mg/l. O serie de oameni de știință și chiar politicieni din Rusia critică însuși conceptul de clorurare a apei de la robinet, dar nu pot oferi o alternativă la efectul de dezinfectare al compușilor cu clor. Materialele din care sunt realizate conductele de apă interacționează diferit cu apa clorurată de la robinet. Clorul liber din apa de la robinet reduce semnificativ durata de viață a conductelor pe bază de poliolefine: diferite tipuri de țevi de polietilenă, inclusiv polietilenă reticulata, cele mari cunoscute sub numele de PEX (PE-X). În SUA, pentru a controla admiterea conductelor din materiale polimerice pentru utilizare în sistemele de alimentare cu apă cu apă clorurată, aceștia au fost nevoiți să adopte 3 standarde: ASTM F2023 în legătură cu conductele, membranele și mușchii scheletici. Aceste canale îndeplinesc funcții importante în reglarea volumului fluidului, transportul de ioni transepiteliali și stabilizarea potențialelor membranare și sunt implicate în menținerea pH-ului celular. Clorul se acumulează în țesutul visceral, piele și mușchii scheletici. Clorul este absorbit în principal în intestinul gros. Absorbția și excreția clorului sunt strâns legate de ionii de sodiu și bicarbonații și, într-o măsură mai mică, de mineralocorticoizi și activitatea Na + /K + -ATPazei. 10-15% din tot clorul se acumulează în celule, dintre care 1/3 până la 1/2 se află în globulele roșii. Aproximativ 85% din clor se găsește în spațiul extracelular. Clorul este excretat din organism în principal prin urină (90-95%), fecale (4-8%) și prin piele (până la 2%). Excreția de clor este asociată cu ionii de sodiu și potasiu, iar reciproc cu HCO 3 - (echilibrul acido-bazic).
O persoană consumă 5-10 g de NaCl pe zi. Necesarul uman minim de clor este de aproximativ 800 mg pe zi. Bebelușul primește cantitatea necesară de clor prin laptele matern, care conține 11 mmol/l de clor. NaCl este necesar pentru producerea acidului clorhidric în stomac, care favorizează digestia și distruge bacteriile patogene. În prezent, implicarea clorului în apariția anumitor boli la om nu este bine studiată, în principal din cauza numărului mic de studii. Este suficient să spunem că nici măcar recomandări privind aportul zilnic de clor nu au fost elaborate. Țesutul muscular uman conține 0,20-0,52% clor, țesut osos - 0,09%; în sânge - 2,89 g/l. Corpul obișnuit al unei persoane (greutate corporală 70 kg) conține 95 g de clor. În fiecare zi, o persoană primește 3-6 g de clor din alimente, ceea ce acoperă mai mult decât necesarul acestui element.
Ionii de clor sunt vitali pentru plante. Clorul este implicat în metabolismul energetic la plante prin activarea fosforilării oxidative. Este necesar pentru formarea oxigenului în timpul fotosintezei de către cloroplaste izolate și stimulează procesele auxiliare ale fotosintezei, în primul rând cele asociate cu acumularea de energie. Clorul are un efect pozitiv asupra absorbției de către rădăcini a oxigenului, potasiului, calciului și magneziului. Concentrația excesivă de ioni de clor în plante poate avea, de asemenea, o parte negativă, de exemplu, reduce conținutul de clorofilă, reduce activitatea fotosintezei, întârzie creșterea și dezvoltarea plantelor Baskunchak clor). Clorul a fost unul dintre primii agenți chimici folosiți
— Utilizarea de echipamente de laborator analitice, electrozi de laborator și industriali, în special: electrozi de referință ESR-10101 care analizează conținutul de Cl- și K+.
Interogări de clor, suntem găsiți după interogări de clor
Interacțiune, otrăvire, apă, reacții și producție de clor
- oxid
- soluţie
- acizi
- conexiuni
- proprietăți
- definiție
- dioxid
- formulă
- greutate
- activ
- lichid
- substanţă
- aplicarea
- acțiune
- starea de oxidare
- hidroxid
Proprietățile fizice ale clorului sunt luate în considerare: densitatea clorului, conductivitatea termică a acestuia, căldura specifică și vâscozitatea dinamică la diferite temperaturi. Proprietățile fizice ale Cl 2 sunt prezentate sub formă de tabele pentru stările lichide, solide și gazoase ale acestui halogen.
Proprietățile fizice de bază ale clorului
Clorul este inclus în grupa VII a perioadei a treia a tabelului periodic al elementelor la numărul 17. Aparține subgrupului de halogeni, are mase atomice și moleculare relative de 35,453 și, respectiv, 70,906. La temperaturi peste -30°C, clorul este un gaz galben-verzui cu un miros caracteristic puternic, iritant. Se lichefiază ușor la presiune normală (1,013·10 5 Pa) când este răcit la -34°C și formează un lichid limpede de culoare chihlimbar care se solidifică la -101°C.
Datorită activității sale chimice ridicate, clorul liber nu apare în natură, ci există doar sub formă de compuși. Se găsește în principal în mineralul halit () și face parte, de asemenea, din minerale precum silvita (KCl), carnalita (KCl MgCl 2 6H 2 O) și silvinita (KCl NaCl). Conținutul de clor din scoarța terestră se apropie de 0,02% din numărul total de atomi ai scoarței terestre, unde se găsește sub formă de doi izotopi 35 Cl și 37 Cl într-un raport procentual de 75,77% 35 Cl și 24,23% 37 Cl. .
| Proprietate | Sens |
|---|---|
| Punct de topire, °C | -100,5 |
| Punct de fierbere, °C | -30,04 |
| Temperatura critică, °C | 144 |
| Presiune critică, Pa | 77,1 10 5 |
| Densitatea critică, kg/m 3 | 573 |
| Densitatea gazului (la 0°C și 1,013 10 5 Pa), kg/m 3 | 3,214 |
| Densitatea aburului saturat (la 0°C și 3,664 10 5 Pa), kg/m 3 | 12,08 |
| Densitatea clorului lichid (la 0°C și 3,664 10 5 Pa), kg/m 3 | 1468 |
| Densitatea clorului lichid (la 15,6°C și 6,08 10 5 Pa), kg/m 3 | 1422 |
| Densitatea clorului solid (la -102°C), kg/m 3 | 1900 |
| Densitatea relativă a gazului în aer (la 0°C și 1,013 10 5 Pa) | 2,482 |
| Densitatea relativă a aburului saturat în aer (la 0°C și 3,664 10 5 Pa) | 9,337 |
| Densitatea relativă a clorului lichid la 0°C (față de apa la 4°C) | 1,468 |
| Volumul specific de gaz (la 0°C și 1,013 10 5 Pa), m 3 /kg | 0,3116 |
| Volumul specific de abur saturat (la 0°C și 3,664 10 5 Pa), m 3 /kg | 0,0828 |
| Volumul specific de clor lichid (la 0°C și 3,664 10 5 Pa), m 3 /kg | 0,00068 |
| Presiunea vaporilor de clor la 0°C, Pa | 3.664 10 5 |
| Vâscozitatea dinamică a gazului la 20°C, 10 -3 Pa s | 0,013 |
| Vâscozitatea dinamică a clorului lichid la 20°C, 10 -3 Pa s | 0,345 |
| Căldura de fuziune a clorului solid (la punctul de topire), kJ/kg | 90,3 |
| Căldura de vaporizare (la punctul de fierbere), kJ/kg | 288 |
| Căldura de sublimare (la punctul de topire), kJ/mol | 29,16 |
| Capacitatea termică molară C p a gazului (la -73…5727°C), J/(mol K) | 31,7…40,6 |
| Capacitatea termică molară C p a clorului lichid (la -101…-34°C), J/(mol K) | 67,1…65,7 |
| Coeficientul de conductivitate termică a gazului la 0°C, W/(m K) | 0,008 |
| Coeficientul de conductivitate termică a clorului lichid la 30°C, W/(m K) | 0,62 |
| Entalpia gazului, kJ/kg | 1,377 |
| Entalpia aburului saturat, kJ/kg | 1,306 |
| Entalpia clorului lichid, kJ/kg | 0,879 |
| Indice de refracție la 14°C | 1,367 |
| Conductivitate electrică specifică la -70°С, S/m | 10 -18 |
| Afinitatea electronică, kJ/mol | 357 |
| Energia de ionizare, kJ/mol | 1260 |
Densitatea clorului
În condiții normale, clorul este un gaz greu cu o densitate de aproximativ 2,5 ori mai mare. Densitatea clorului gazos și lichid în condiții normale (la 0°C) este egală cu 3,214 și, respectiv, 1468 kg/m3. Când clorul lichid sau gazos este încălzit, densitatea acestuia scade din cauza creșterii volumului datorită dilatației termice.
Densitatea clorului gazos
Tabelul arată densitatea clorului în stare gazoasă la diferite temperaturi (între -30 și 140°C) și presiunea atmosferică normală (1,013·10 5 Pa). Densitatea clorului se modifică cu temperatura - scade la încălzire. De exemplu, la 20°C densitatea clorului este de 2,985 kg/m3, iar când temperatura acestui gaz crește la 100°C, valoarea densității scade la o valoare de 2,328 kg/m 3.
| 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 |
Pe măsură ce presiunea crește, densitatea clorului crește. Tabelele de mai jos arată densitatea clorului gazos în intervalul de temperatură de la -40 la 140°C și presiunea de la 26,6·105 la 213·105 Pa. Odată cu creșterea presiunii, densitatea clorului în stare gazoasă crește proporțional. De exemplu, o creștere a presiunii clorului de la 53,2·10 5 la 106,4·10 5 Pa la o temperatură de 10°C duce la o creștere de două ori a densității acestui gaz.
| ↓ 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 |
| ↓ 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 |
Densitatea clorului lichid
Clorul lichid poate exista într-un interval de temperatură relativ îngust, ale cărui limite sunt de la minus 100,5 la plus 144 ° C (adică de la punctul de topire la temperatura critică). Peste o temperatură de 144°C, clorul nu se va transforma în stare lichidă sub nicio presiune. Densitatea clorului lichid în acest interval de temperatură variază de la 1717 la 573 kg/m3.
| 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 |
Capacitatea termică specifică a clorului
Capacitatea termică specifică a clorului gazos C p în kJ/(kg K) în intervalul de temperatură de la 0 la 1200°C și presiunea atmosferică normală poate fi calculată folosind formula:
unde T este temperatura absolută a clorului în grade Kelvin.
Trebuie remarcat faptul că în condiții normale capacitatea termică specifică a clorului este de 471 J/(kg K) și crește la încălzire. Creșterea capacității termice la temperaturi peste 500°C devine nesemnificativă, iar la temperaturi ridicate căldura specifică a clorului rămâne practic neschimbată.
Tabelul arată rezultatele calculării căldurii specifice a clorului folosind formula de mai sus (eroarea de calcul este de aproximativ 1%).
| 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 |
La temperaturi apropiate de zero absolut, clorul este în stare solidă și are o capacitate termică specifică scăzută (19 J/(kg K)). Pe măsură ce temperatura Cl 2 solidă crește, capacitatea acestuia de căldură crește și atinge o valoare de 720 J/(kg K) la minus 143°C.
Clorul lichid are o capacitate termică specifică de 918...949 J/(kg K) în intervalul de la 0 la -90 grade Celsius. Conform tabelului, se poate observa că capacitatea termică specifică a clorului lichid este mai mare decât cea a clorului gazos și scade odată cu creșterea temperaturii.
Conductibilitatea termică a clorului
Tabelul prezintă valorile coeficienților de conductivitate termică a clorului gazos la presiunea atmosferică normală în intervalul de temperatură de la -70 la 400°C.
Coeficientul de conductivitate termică al clorului în condiții normale este de 0,0079 W/(m deg), care este de 3 ori mai mic decât la aceeași temperatură și presiune. Încălzirea clorului duce la o creștere a conductibilității sale termice. Astfel, la o temperatură de 100°C, valoarea acestei proprietăți fizice a clorului crește la 0,0114 W/(m grad).
| t, °С | λ, W/(m grade) | t, °С | λ, W/(m grade) |
|---|---|---|---|
| -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 |
Vâscozitatea clorului
Coeficientul de vâscozitate dinamică a clorului gazos în intervalul de temperatură 20...500°C poate fi calculat aproximativ folosind formula:
unde η T este coeficientul de vâscozitate dinamică a clorului la o temperatură dată T, K;
η T 0 - coeficientul de vâscozitate dinamică a clorului la temperatura T 0 = 273 K (în condiții normale);
C este constanta Sutherland (pentru clor C = 351).
În condiții normale, vâscozitatea dinamică a clorului este de 0,0123·10 -3 Pa·s. Când este încălzit, proprietatea fizică a clorului, cum ar fi vâscozitatea, capătă valori mai mari.
Clorul lichid are o viscozitate cu un ordin de mărime mai mare decât clorul gazos. De exemplu, la o temperatură de 20°C, vâscozitatea dinamică a clorului lichid are o valoare de 0,345·10 -3 Pa·s și scade odată cu creșterea temperaturii.
Surse:
- Barkov S. A. Halogeni și subgrupul de mangan. Elemente din grupa VII a tabelului periodic al lui D. I. Mendeleev. Un manual pentru elevi. M.: Educație, 1976 - 112 p.
- Tabele de mărimi fizice. Director. Ed. acad. I. K. Kikoina. M.: Atomizdat, 1976 - 1008 p.
- Yakimenko L. M., Pasmanik M. I. Manual pentru producția de clor, sodă caustică și produse cu clor de bază. Ed. al 2-lea, per. şi alţii.M.: Chimie, 1976 - 440 p.