Örnek olarak klor kullanılarak ana alt grubun VII. grubunun elemanlarının özellikleri
Genel özellikleri alt gruplar
Tablo 1. Alt grup VIIA'nın elemanlarının isimlendirilmesi
P elementleri, tipik, metal olmayanlar (astatin bir yarı metaldir), halojenler.
Hal elementinin elektron diyagramı (Hal ≠ F):
Alt grup VIIA'nın elemanları aşağıdaki değerlerle karakterize edilir:
Tablo 2. Değerlik
3. Alt grup VIIA'nın elemanları aşağıdaki oksidasyon durumlarıyla karakterize edilir:
Tablo 3. Elementlerin oksidasyon durumları
Kimyasal bir elementin özellikleri
Klor VII A grubunun bir elementidir. Seri numarası 17
Bağıl atom kütlesi: 35,4527 a. e.m. (g/mol)
Proton, nötron, elektron sayısı: 17,18,17
Atomik yapı:
Elektronik formül:
Tipik oksidasyon durumları: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
İyonlaşma enerjisi: 1254,9(13,01) kJ/mol (eV)
Elektron ilgisi: 349 (kJ/mol)
Pauling'e göre elektronegatiflik: 3.20
Basit bir maddenin özellikleri
Bağ tipi: kovalent polar olmayan
İki atomlu molekül
İzotoplar: 35 Cl (%75,78) ve 37 Cl (%24,22)
Kristal kafes tipi: moleküler
Termodinamik parametreler
Tablo 4
Fiziki ozellikleri
Tablo 5
Sulu bir klor çözeltisi yüksek oranda dismutasyona uğramıştır (“klorlu su”)
Aşama 1: Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl
Aşama 2: HOCl = HCl + [O] – atomik oksijen
Alt gruptaki oksitleme kapasitesi flordan iyota doğru azalır = ˃
Klor güçlü bir oksitleyici ajandır:
1. Basit maddelerle etkileşim
a) hidrojen ile:
Cl2 + H2 = 2HCl
b) metallerle:
Cl2 + 2Na = 2NaCl
3Cl2 + 2Fe = 2FeCl3
c) daha az elektronegatif ametallerle:
3Cl2 + 2P = 2PCl3
Cl2 + S = SCl2
Oksijen, karbon ve nitrojen ile doğrudan klor tepki vermiyor!
2. Karmaşık maddelerle etkileşim
a) suyla: yukarıya bakın
b) asitlerle: tepki vermiyor!
c) alkali çözeltilerle:
soğukta: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O
ısıtıldığında: 3Cl2 + 6 KOH = 5KCl + KClO3 + 3H2O
e) birçok organik maddeyle:
Cl2 + CH4 = CH3Cl + HC1
C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 Cl + HC1
En önemli klor bileşikleri
Hidrojen klorür, hidrojen klorür(HCl) keskin bir kokuya sahip, renksiz, termal olarak kararlı bir gazdır (normal koşullar altında), nemli havada duman çıkarır, hidroklorik (hidroklorik) asit oluşturmak için suda (su hacmi başına 500 hacme kadar gaza kadar) kolayca çözünür. -114,22 °C'de HCl katı hale dönüşür. Katı halde, hidrojen klorür iki kristal modifikasyon formunda bulunur: ortorombik, aşağıda stabil ve kübik.
Hidrojen klorürün sulu çözeltisine hidroklorik asit denir. Suda çözündüğünde aşağıdaki işlemler meydana gelir:
HCl g + H 2 Ö l = H 3 Ö + l + Cl - l
Çözünme süreci oldukça ekzotermiktir. HCl su ile azeotropik bir karışım oluşturur. Güçlü bir monoprotik asittir. Hidrojenin solundaki voltaj serisindeki tüm metallerle, bazik ve amfoterik oksitler, bazlar ve tuzlarla enerjik olarak etkileşime girerek tuzlar oluşturur - klorürler:
Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O
Güçlü oksitleyici maddelere maruz kaldığında veya elektroliz sırasında hidrojen klorür indirgeyici özellikler sergiler:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
Isıtıldığında hidrojen klorür oksijenle oksitlenir (katalizör - bakır(II) klorür CuCl2):
4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2
Ancak konsantre hidroklorik asit bakırla reaksiyona girerek tek değerlikli bir bakır kompleksi oluşturur:
2 Cu + 4 HC1 → 2 H + H 2
Hacimce 3 kısım konsantre hidroklorik asit ve hacimce 1 kısım konsantre nitrik asitten oluşan karışıma "aqua regia" adı verilir. Aqua regia altın ve platini bile çözebilir. Kraliyet suyunun yüksek oksidatif aktivitesi, içindeki başlangıç maddeleri ile dengede olan nitrosil klorür ve klorun varlığından kaynaklanmaktadır:
4 H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Çözeltideki yüksek klorür iyonu konsantrasyonu nedeniyle metal, çözünmesini teşvik eden bir klorür kompleksine bağlanır:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
Hidrojen klorür aynı zamanda çoklu bağlara ilave reaksiyonları (elektrofilik ilave) ile de karakterize edilir:
R-CH=CH2 + HC1 → R-CHCl-CH3
R-C≡CH + 2 HC1 → R-CCl2-CH3
Klor oksitler- genel formüle sahip, klor ve oksijenin inorganik kimyasal bileşikleri: Cl x O y.
Klor aşağıdaki oksitleri oluşturur: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Ek olarak aşağıdakiler de bilinmektedir: kısa ömürlü radikal ClO, klor peroksit radikali ClOO ve klor tetroksit radikali ClO4.
Aşağıdaki tablo kararlı klor oksitlerin özelliklerini göstermektedir:
Tablo 6
| Mülk | Cl2O | ClO2 | ClOCIO3 | Cl 2 O 6 (l)↔2ClO 3 (g) | Cl2O7 |
| Odanın rengi ve durumu. sıcaklık | Sarı-kahverengi gaz | Sarı-yeşil gaz | Açık sarı sıvı | Koyu kırmızı sıvı | Renksiz sıvı |
| Klorun oksidasyon durumu | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| T. pl., °C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| Kaynama sıcaklığı, °C | 2,0 | 44,5 | |||
| D(f, 0°C), g*cm -3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| ΔH° numunesi (gaz, 298 K), kJ*mol -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| ΔG° numunesi (gaz, 298 K), kJ*mol -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| S° numunesi (gaz, 298 K), J*K -1 *mol -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Dipol momenti μ, D | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
Klor oksit (I), Diklor oksit, hipokloröz asit anhidrit - oksijen ile +1 oksidasyon durumunda bir klor bileşiği.
Normal koşullar altında, kloru anımsatan karakteristik bir kokuya sahip, kahverengimsi sarı bir gazdır. 2 °C'nin altındaki sıcaklıklarda sıvının rengi altın kırmızısıdır. Zehirli: etkiler Hava yolları. Kendiliğinden yavaş yavaş ayrışır:
Yüksek konsantrasyonlarda patlayıcı. Normal şartlarda yoğunluğu 3,22 kg/m³'tür. Karbon tetraklorürde çözünür. Zayıf hipokloröz asit oluşturmak için suda çözünür:
Alkalilerle hızlı reaksiyona girer:
Cl20 + 2NaOH (dil.) = 2NaClO + H20
Klor dioksit- asit oksit. Suda çözündüğünde klorlu ve perklorik asitler oluşur (orantısızlık reaksiyonu). Seyreltik çözeltiler karanlıkta stabildir ve ışıkta yavaşça ayrışır:
Klor dioksit- klor oksit ( IV), bir klor ve oksijen bileşiği, formül: ClO 2.
Normal koşullar altında ClO2, karakteristik bir kokuya sahip kırmızımsı sarı bir gazdır. 10 °C'nin altındaki sıcaklıklarda ClO2 kırmızı-kahverengi bir sıvıdır. Düşük stabilite, ışıkta, oksitleyici maddelerle temas ettiğinde ve ısıtıldığında patlar. Suda iyice eritelim. Patlayıcı tehlikesi nedeniyle klor dioksit sıvı olarak depolanamaz.
Asidik oksit. Suda çözündüğünde klorlu ve perklorik asitler oluşur (orantısızlık reaksiyonu). Seyreltik çözeltiler karanlıkta stabildir ve ışıkta yavaşça ayrışır:
Ortaya çıkan klorlu asit çok kararsızdır ve ayrışır:
Redoks özellikleri sergiler.
2ClO2 + 5H2SO4 (seyreltilmiş) + 10FeSO4 = 5Fe2 (SO4)3 + 2HCl + 4H2O
ClO2 + 2NaOH soğuk. = NaClO2 + NaClO3 + H20
ClO2 + O3 = ClO3 + O2
ClO2 birçok organik bileşikle reaksiyona girer ve orta kuvvette bir oksitleyici madde olarak görev yapar.
Hipokloröz asit- HClO, klorun +1 oksidasyon durumuna sahip olduğu çok zayıf bir monoprotik asit. Yalnızca çözümlerde bulunur.
Sulu çözeltilerde, hipokloröz asit kısmen bir protona ve hipoklorit anyonu ClO -'ye ayrışır:
Dengesiz. Hipokloröz asit ve tuzları - hipoklorit- güçlü oksitleyici maddeler. Hidroklorik asit HCl ile reaksiyona girerek moleküler klor oluşturur:
HClO + NaOH (seyreltilmiş) = NaClO + H20 
klorlu asit- HClO 2, orta kuvvette bir monobazik asit.
Serbest formundaki klorlu asit HClO2 kararsızdır; seyreltik sulu bir çözeltide bile hızla ayrışır:
Alkaliler tarafından nötralize edilir.
HClO2 + NaOH (seyreltik soğuk) = NaClO2 + H20
Bu asidin anhidriti bilinmiyor.
Tuzlarından bir asit çözeltisi hazırlanır - kloritler ClO2'nin alkali ile etkileşimi sonucu oluşur:
Redoks özellikleri sergiler.
5HClO2 + 3H2SO4 (seyreltilmiş) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O
Klorik asit- HClO 3, klorun +5 oksidasyon durumuna sahip olduğu güçlü bir monobazik asit. Ücretsiz biçimde alınmadı; soğukta %30'un altındaki konsantrasyonlarda sulu çözeltilerde oldukça stabildir; daha konsantre çözeltilerde ayrışır:
Hipokloröz asit güçlü bir oksitleyici maddedir; Oksitleyici kapasite artan konsantrasyon ve sıcaklıkla artar. HClO3 kolaylıkla hidroklorik asite indirgenir:
HClO3 + 5HCl (kons.) = 3Cl2 + 3H20
HClO3 + NaOH (seyreltilmiş) = NaClO3 + H20
SO2 ve hava karışımı kuvvetli asidik bir çözeltiden geçirildiğinde klor dioksit oluşur:
Örneğin %40 perklorik asitte filtre kağıdı tutuşur.
8. Doğada olmak:
Yer kabuğunda en yaygın halojen klordur. Klor çok aktif olduğundan doğada yalnızca mineral bileşikleri halinde bulunur.
Tablo 7. Doğada Bulgular
Tablo 7. Mineral formları
En büyük klor rezervleri deniz ve okyanus sularının tuzlarında bulunur.
Fiş
Klor üretimine yönelik kimyasal yöntemler etkisiz ve pahalıdır. Bugün esas olarak tarihsel öneme sahipler. Potasyum permanganatın hidroklorik asitle reaksiyona sokulmasıyla elde edilebilir:
Scheele yöntemi
Başlangıçta, klor üretimine yönelik endüstriyel yöntem Scheele yöntemine, yani piroluzitin hidroklorik asit ile reaksiyonuna dayanıyordu:
Deacon Yöntemi
Hidrojen klorürün atmosferik oksijenle katalitik oksidasyonu yoluyla klor üretme yöntemi.
Elektrokimyasal yöntemler
Günümüzde klor, endüstriyel ölçekte sodyum hidroksit ve hidrojen ile birlikte, bir sofra tuzu çözeltisinin elektrolizi ile üretilmekte olup, ana işlemleri aşağıdaki özet formülle temsil edilebilmektedir:
Başvuru
· Klor içeren polimerlerden yapılmış pencere profili
· Ağartıcıların ana bileşeni Labarraco suyudur (sodyum hipoklorit)
· Polivinil klorür, plastik bileşikler, sentetik kauçuk üretiminde.
· Organoklorin üretimi. Üretilen klorun önemli bir kısmı bitki koruma ürünleri elde etmek amacıyla tüketilmektedir. En önemli böcek öldürücülerden biri heksaklorosikloheksandır (genellikle heksakloran olarak adlandırılır).
· Kimyasal savaş ajanı olarak ve diğer kimyasal savaş ajanlarının üretiminde kullanılır: hardal gazı, fosgen.
· Su dezenfeksiyonu için - “klorlama”.
· Gıda sektöründe kayıtlıdır Gıda katkı maddeleri E925.
· Hidroklorik asit, çamaşır suyu, berthollet tuzu, metal klorürler, zehirler, ilaçlar, gübrelerin kimyasal üretiminde.
· Saf metallerin üretimi için metalurjide: titanyum, kalay, tantal, niyobyum.
· Klor-argon dedektörlerinde güneş nötrinolarının göstergesi olarak.
Pek çok gelişmiş ülke, klor içeren atıkların yakılmasının önemli miktarda dioksin üretmesi de dahil olmak üzere, günlük yaşamda klor kullanımını sınırlamaya çalışmaktadır.
Klor muhtemelen simyacılar tarafından elde edildi, ancak keşfi ve ilk araştırması ünlü İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele'nin adıyla ayrılmaz bir şekilde bağlantılı. Scheele beşi açtı kimyasal elementler- baryum ve manganez (Johan Hahn ile birlikte), molibden, tungsten, klor ve diğer kimyagerlerden bağımsız olarak (daha sonra da olsa) - üç tane daha: oksijen, hidrojen ve nitrojen. Bu başarı daha sonra hiçbir kimyager tarafından tekrarlanamadı. Aynı zamanda İsveç Kraliyet Bilimler Akademisi'nin bir üyesi olarak seçilmiş olan Scheele, daha onurlu ve prestijli bir pozisyon alabilecek olmasına rağmen Köping'de basit bir eczacıydı. Prusya kralı Büyük II. Frederick, ona Berlin Üniversitesi'nde kimya profesörü görevini teklif etti. Bu tür cazip teklifleri reddeden Scheele, şunları söyledi: "İhtiyacım olandan fazlasını yiyemiyorum ve burada, Köping'de kazandıklarım yemek yememe yetiyor."
Çok sayıda klor bileşiği elbette Scheele'den çok önce biliniyordu. Bu element, en ünlüsü sofra tuzu da dahil olmak üzere birçok tuzun bir parçasıdır. 1774 yılında Scheele, siyah mineral pirolusiti konsantre hidroklorik asitle ısıtarak serbest formdaki kloru izole etti: MnO2 + 4HCl® Cl2 + MnCl2 + 2H2O.
İlk başta kimyagerler kloru bir element olarak değil, bilinmeyen element muria'nın (Latince muria - tuzlu sudan) oksijenle kimyasal bir bileşiği olarak görüyorlardı. Hidroklorik asidin (murik asit olarak adlandırıldı) kimyasal olarak bağlı oksijen içerdiğine inanılıyordu. Bu, özellikle şu gerçekle "kanıtlandı": ışıkta bir klor çözeltisi durduğunda, ondan oksijen salındı ve çözeltide hidroklorik asit kaldı. Bununla birlikte, oksijeni klordan "yırtmaya" yönelik sayısız girişim hiçbir sonuç vermedi. Bu nedenle hiç kimse kloru kömürle ısıtarak (yüksek sıcaklıklarda oksijeni onu içeren birçok bileşikten "uzaklaştırır") karbondioksit elde edemedi. Humphry Davy, Joseph Louis Gay-Lussac ve Louis Jacques Thenard tarafından yapılan benzer deneyler sonucunda klorun oksijen içermediği ve basit bir madde olduğu ortaya çıktı. Klorun hidrojenle reaksiyonunda gazların niceliksel oranını analiz eden Gay-Lussac'ın deneyleri de aynı sonuca varmıştır.
1811'de Davy, yeni element için Yunancadan "klor" adını önerdi. "kloros" - sarı-yeşil. Bu tam olarak klorun rengidir. Aynı kök “klorofil” kelimesinde de bulunur (Yunanca “kloros” ve “phyllon” - yapraktan gelir). Bir yıl sonra Gay-Lussac bu ismi "klor" olarak "kısalttı". Ama yine de İngilizler (ve Amerikalılar) bu elemente “klor” diyor, Fransızlar ise klor diyor. Neredeyse tüm 19. yüzyıl boyunca kimyanın “yasa koyucuları” olan Almanlar da bu kısaltılmış ismi benimsemiştir. (Almanca'da klor Klor'dur). 1811'de Alman fizikçi Johann Schweiger, klor için "halojen" adını önerdi (Yunanca "hals" - tuz ve "gennao" - doğumdan geliyor). Daha sonra, bu terim sadece klora değil, aynı zamanda yedinci gruptaki tüm analoglarına da (flor, brom, iyot, astatin) verildi.
Klor atmosferinde hidrojen yanmasının gösterilmesi ilginçtir: bazen deney sırasında olağandışı bir olay meydana gelir. yan etki: Bir uğultu sesi var. Çoğu zaman, hidrojenin sağlandığı ince bir tüp, klorla dolu koni şeklindeki bir kaba indirildiğinde alev uğultu yapar; aynısı küresel şişeler için de geçerlidir, ancak silindirlerde alev genellikle uğultu yapmaz. Bu olguya "şarkı söyleyen alev" adı verildi.
Sulu bir çözeltide klor, suyla kısmen ve oldukça yavaş reaksiyona girer; 25° C'de denge: Cl 2 + H 2 O HClO + HCl iki gün içinde kurulur. Hipokloröz asit ışıkta ayrışır: HClO ® HCl + O. Ağartma etkisine sahip olduğu düşünülen atomik oksijendir (kesinlikle kuru klorun bu yeteneği yoktur).
Bileşiklerindeki klor, -1'den +7'ye kadar tüm oksidasyon durumlarını sergileyebilir. Oksijen ile klor bir dizi oksit oluşturur, bunların hepsi saf formda kararsız ve patlayıcıdır: Cl2O - sarı-turuncu gaz, ClO2 - sarı gaz (9,7 o C'nin altında - parlak kırmızı sıvı), klor perklorat Cl 2 O 4 (ClO –ClO 3, açık sarı sıvı), Cl 2 O 6 (O 2 Cl–O–ClO 3, parlak kırmızı sıvı), Cl 2 O 7 – renksiz, çok patlayıcı sıvı. Düşük sıcaklıklarda kararsız oksitler Cl203 ve ClO3 elde edildi. ClO 2 oksit endüstriyel ölçekte üretilir ve hamuru ağartmak ve içme suyu ile atık suyu dezenfekte etmek için klor yerine kullanılır. Diğer halojenlerle birlikte klor, örneğin ClF, ClF3, ClF5, BrCl, ICl, ICl3 gibi bir dizi interhalojen bileşiği oluşturur.
Klor ve pozitif oksidasyon durumuna sahip bileşikleri güçlü oksitleyici maddelerdir. 1822'de Alman kimyager Leopold Gmelin, sarı kan tuzundan klor ile oksidasyon yoluyla kırmızı tuz elde etti: 2K4 + Cl2® K3 + 2KCl. Klor, bromürleri ve klorürleri kolayca oksitleyerek brom ve iyotu serbest formda açığa çıkarır.
Farklı oksidasyon durumlarındaki klor bir dizi asit oluşturur: HCl - hidroklorik (hidroklorik, tuzlar - klorürler), HClO - hipokloröz (tuzlar - hipokloritler), HClO 2 - klorlu (tuzlar - kloritler), HClO 3 - hipokloröz (tuzlar - kloratlar) , HClO 4 – klor (tuzlar – perkloratlar). Oksijen asitlerinden yalnızca perklorik asit saf haliyle stabildir. Oksijen asitlerinin tuzlarından hipokloritler pratikte kullanılır, sodyum klorit NaClO2 - kumaşların ağartılması için, kompakt piroteknik oksijen kaynaklarının ("oksijen mumları"), potasyum kloratların (Bertholometa tuzu), kalsiyum ve magnezyumun (için) üretimi için kullanılır. kibrit üretiminde piroteknik bileşimlerin ve patlayıcıların bileşenleri olarak tarımsal zararlıların kontrol edilmesi), perkloratlar - patlayıcıların ve piroteknik bileşimlerin bileşenleri; Amonyum perklorat katı roket yakıtlarının bir bileşenidir.
Klor birçok organik bileşikle reaksiyona girer. Çift ve üçlü karbon-karbon bağları olan doymamış bileşiklere (asetilen ile reaksiyon patlayıcı bir şekilde ilerler) ve ışıkta benzene hızla bağlanır. Belirli koşullar altında klor, organik bileşiklerdeki hidrojen atomlarının yerini alabilir: R–H + Cl 2 ® RCl + HCl. Bu reaksiyon organik kimya tarihinde önemli bir rol oynadı. 1840'larda Fransız kimyager Jean Baptiste Dumas klorun vücut üzerindeki etkisini keşfetti. asetik asit reaksiyon inanılmaz bir kolaylıkla gerçekleşir
CH3COOH + Cl2® CH2ClCOOH + HC1. Aşırı klor ile trikloroasetik asit CCl3COOH oluşur. Ancak pek çok kimyager Dumas'ın çalışmalarına güvenmiyordu. Gerçekten de, Berzelius'un o zamanlar genel kabul gören teorisine göre, pozitif yüklü hidrojen atomlarının yerini negatif yüklü klor atomları alamazdı. Bu görüş o zamanlar aralarında Friedrich Wöhler, Justus Liebig ve tabii ki Berzelius'un da bulunduğu birçok seçkin kimyager tarafından savunuluyordu.
Wöhler, Dumas'la alay etmek için arkadaşı Liebig'e, S. Windler (Schwindler - Almanca'da bir dolandırıcı) adına, Dumas tarafından keşfedildiği iddia edilen reaksiyonun yeni ve başarılı bir uygulaması hakkında bir makale verdi. Makalede Wöhler, manganez asetat Mn(CH3COO) 2'de tüm elementleri değerlerine göre klor ile değiştirmenin nasıl mümkün olduğunu ve bunun sonucunda yalnızca klordan oluşan sarı kristalli bir madde elde edildiğini bariz bir alay konusuyla yazdı. Ayrıca İngiltere'de organik bileşiklerdeki tüm atomların klor atomlarıyla değiştirilmesiyle sıradan kumaşların klorlu kumaşlara dönüştürüldüğü ve aynı zamanda eşyaların görünümlerini koruduğu da söylendi. Bir dipnotta, Londra'daki mağazaların yalnızca klordan oluşan malzeme konusunda yoğun bir ticaret yaptığı, çünkü bu malzemenin gece şapkaları ve sıcak tutan iç çamaşırları için çok iyi olduğu belirtiliyordu.
Klorun organik bileşiklerle reaksiyonu birçok organoklorin ürününün oluşumuna yol açar; bunların arasında yaygın olarak kullanılan çözücüler metilen klorür CH2Cl2, kloroform CHCl3, karbon tetraklorür CCl4, trikloretilen CHCl=CCl2, tetrakloretilen C2Cl 4 bulunur. . Nem varlığında klor, bitkilerin yeşil yapraklarının ve birçok boyanın rengini bozar. Bu 18. yüzyılda kullanıldı. kumaşların ağartılması için.
Zehirli bir gaz olarak klor.
Klor alan Scheele, çok hoş olmayan, güçlü bir koku, nefes almada zorluk ve öksürüğü fark etti. Daha sonra öğrendiğimiz gibi, bir litre havada bu gazdan yalnızca 0,005 mg bulunsa bile kişi klor kokusu alır ve aynı zamanda solunum sistemi üzerinde zaten tahriş edici bir etkiye sahiptir ve solunum sisteminin mukoza hücrelerini tahrip eder. sistemi ve akciğerler. 0,012 mg/l'lik bir konsantrasyonun tolere edilmesi zordur; klor konsantrasyonu 0,1 mg/l'yi aşarsa hayati tehlike oluşturur: nefes alma hızlanır, konvülsif hale gelir ve daha sonra giderek seyrekleşir ve 5-25 dakika sonra solunum durur. Endüstriyel işletmelerin havasında izin verilen maksimum konsantrasyon 0,001 mg/l, yerleşim yerlerinin havasında ise 0,00003 mg/l'dir.
St.Petersburg akademisyeni Toviy Egorovich Lovitz, Scheele'nin 1790'daki deneyini tekrarlayarak, yanlışlıkla havaya önemli miktarda klor saldı. Bunu soluduktan sonra bilincini kaybetti ve düştü, ardından sekiz gün boyunca dayanılmaz göğüs ağrısı yaşadı. Neyse ki iyileşti. Ünlü İngiliz kimyager Davy neredeyse klor zehirlenmesinden ölüyordu. Az miktarda klorla yapılan deneyler bile ciddi akciğer hasarına neden olabileceğinden tehlikelidir. Alman kimyager Egon Wiberg'in klor hakkındaki derslerinden birine şu sözlerle başladığını söylüyorlar: “Klor zehirli bir gazdır. Bir sonraki gösteride zehirlenirsem lütfen beni temiz havaya çıkarın. Ancak ne yazık ki derse ara vermek zorunda kalacağız.” Eğer havaya çok fazla klor salarsanız, bu gerçek bir felakete dönüşür. Bunu Birinci Dünya Savaşı sırasında İngiliz-Fransız birlikleri yaşadı. 22 Nisan 1915 sabahı, Alman komutanlığı savaş tarihindeki ilk gaz saldırısını gerçekleştirmeye karar verdi: Rüzgar düşmana doğru estiğinde, Belçika'nın Ypres kasabası yakınlarındaki altı kilometrelik küçük bir cepheye. Her biri 30 kg sıvı klor içeren 5.730 silindirin valfleri aynı anda açıldı. 5 dakika içinde, Alman siperlerinden yavaşça Müttefiklere doğru ilerleyen devasa sarı-yeşil bir bulut oluştu. İngiliz ve Fransız askerleri tamamen savunmasızdı. Gaz, çatlaklardan tüm barınaklara nüfuz etti, ondan kaçış yoktu: sonuçta gaz maskesi henüz icat edilmemişti. Sonuçta 5 bini ölüm olmak üzere 15 bin kişi zehirlendi. Bir ay sonra, 31 Mayıs'ta Almanlar, doğu cephesinde Rus birliklerine yönelik gaz saldırısını tekrarladı. Bu, Polonya'da Bolimova şehri yakınında gerçekleşti. 12 km cephesinde 12 bin silindirden 264 ton klor ve çok daha zehirli fosgen (karbonik asit klorür COCl 2) karışımı salındı. Çarlık komutanlığı Ypres'te olanları biliyordu ama yine de Rus askerlerinin savunma araçları yoktu! Gaz saldırısı sonucunda kayıplar 9.146 kişiye ulaştı, bunlardan sadece 108'i tüfek ve topçu bombardımanı sonucu, geri kalanı zehirlendi. Aynı zamanda 1.183 kişi de hemen öldü.
Kısa süre sonra kimyagerler klordan nasıl kaçılacağını gösterdiler: Sodyum tiyosülfat çözeltisine batırılmış bir gazlı bezden nefes almanız gerekir (bu madde fotoğrafçılıkta kullanılır, genellikle hiposülfit olarak adlandırılır). Klor, tiyosülfat çözeltisiyle çok hızlı reaksiyona girerek onu oksitler:
Na2S203 + 4Cl2 + 5H20® 2H2S04 + 2NaCl + 6HCl. Elbette sülfürik asit de zararsız bir madde değildir, ancak seyreltilmiş sulu çözeltisi zehirli klordan çok daha az tehlikelidir. Bu nedenle o yıllarda tiyosülfatın başka bir adı vardı - “antiklor”, ancak ilk tiyosülfat gaz maskeleri pek etkili değildi.
1916'da Rus kimyager ve geleceğin akademisyeni Nikolai Dmitrievich Zelinsky, toksik maddelerin aktif karbon tabakası tarafından tutulduğu gerçekten etkili bir gaz maskesi icat etti. Çok gelişmiş bir yüzeye sahip bu tür kömür, hiposülfite batırılmış gazlı bezden önemli ölçüde daha fazla klor tutabilir. Neyse ki “klor saldırıları” tarihte yalnızca trajik bir olay olarak kaldı. Dünya Savaşı'ndan sonra klorun yalnızca barışçıl meslekleri kaldı.
Klor kullanımı.
Her yıl dünya çapında çok büyük miktarda, yani on milyonlarca ton klor üretiliyor. 20. yüzyılın sonunda yalnızca ABD'de. Elektroliz yoluyla yılda yaklaşık 12 milyon ton klor üretildi (kimyasal üretimde 10. sırada). Bunun büyük bir kısmı (% 50'ye kadar) organik bileşiklerin klorinasyonuna - solventler, sentetik kauçuk, polivinil klorür ve diğer plastikler, kloropren kauçuğu, pestisitler, ilaçlar ve diğer birçok gerekli ve faydalı ürünün üretilmesi için harcanmaktadır. Geri kalanı inorganik klorürlerin sentezinde, kağıt hamuru ve kağıt endüstrisinde odun hamurunun ağartılmasında ve suyun arıtılmasında tüketilir. Klor, metalurji endüstrisinde nispeten küçük miktarlarda kullanılır. Onun yardımıyla çok saf metaller elde edilir - titanyum, kalay, tantal, niyobyum. Hidrojenin klor içinde yakılmasıyla hidrojen klorür elde edilir ve ondan hidroklorik asit elde edilir. Klor ayrıca ağartma maddelerinin (hipokloritler, ağartıcı) üretiminde ve klorlama yoluyla su dezenfeksiyonunda da kullanılır.
Ilya Leenson
RUSYA FEDERASYONU Eğitim ve Bilim Bakanlığı
Federal Devlet Bütçe Yüksek Mesleki Eğitim Kurumu
İVANOVSK DEVLET KİMYA-TEKNOLOJİ ÜNİVERSİTESİ
TP ve MET Bölümü
Makale
Klor: özellikleri, uygulaması, üretimi
Başkan: Efremov A.M.
İvanovo 2015
giriiş
Genel bilgi klor için
Klor kullanımı
Klor üretimi için kimyasal yöntemler
Elektroliz. Sürecin kavramı ve özü
Klorun endüstriyel üretimi
Klor üretiminde güvenlik önlemleri ve çevrenin korunması
Çözüm
giriiş
klor kimyasal element elektrolizi
Bilimin, endüstrinin, tıbbın çeşitli alanlarında ve günlük yaşamda klorun geniş çapta kullanılması nedeniyle, buna olan talep son zamanlarda felaket derecede arttı. Laboratuvar ve endüstriyel yöntemleri kullanarak klor üretmenin birçok yöntemi vardır, ancak hepsinin avantajlarından çok dezavantajları vardır. Örneğin birçok kimya ve diğer endüstrinin bir yan ürünü ve atığı olan hidroklorik asitten veya tuz yataklarından çıkarılan sofra tuzundan klor elde etmek, oldukça enerji tüketen bir işlemdir, çevresel açıdan zararlıdır ve çok önemlidir. yaşam ve sağlık için tehlikelidir.
Şu anda, yukarıdaki dezavantajların tümünü ortadan kaldıracak ve aynı zamanda yüksek klor verimine sahip olacak bir klor üretim teknolojisinin geliştirilmesi sorunu çok acildir.
.Klor hakkında genel bilgi
Klor ilk kez 1774 yılında K. Scheele tarafından hidroklorik asitin pirolusit MnO2 ile reaksiyona sokulmasıyla elde edildi. Ancak ancak 1810'da G. Davy, klorun bir element olduğunu tespit etti ve ona klor adını verdi (Yunan klorosundan - sarı-yeşil). 1813 yılında J. L. Gay-Lussac bu elemente “Klor” ismini önerdi.
Klor, D.I. Mendeleev'in periyodik tablosunun VII. grubunun bir elementidir. Molekül ağırlığı 70.906, atom ağırlığı 35.453, atom numarası 17, halojen ailesine aittir. Normal koşullar altında, iki atomlu moleküllerden oluşan serbest klor, karakteristik keskin ve tahriş edici bir kokuya sahip, yeşilimsi sarı, yanıcı olmayan bir gazdır. Zehirlidir ve boğulmaya neden olur. Atmosfer basıncındaki sıkıştırılmış klor gazı -34,05 °C'de amber rengi bir sıvıya dönüşür, -101,6 °C'de ve 1 atm basınçta katılaşır. Tipik olarak klor, %75,53 35Cl ve %24,47 37Cl'nin bir karışımıdır. Normal şartlarda klor gazının yoğunluğu 3.214 kg/m3 olup, havadan yaklaşık 2,5 kat daha ağırdır.
Kimyasal olarak klor çok aktiftir, hemen hemen tüm metallerle (bazıları sadece nem varlığında veya ısıtıldığında) ve metal olmayanlarla (karbon, nitrojen, oksijen, inert gazlar hariç) doğrudan birleşerek karşılık gelen klorürleri oluşturur, reaksiyona girer. birçok bileşik, doymuş hidrokarbonlardaki hidrojenin yerini alır ve doymamış bileşikleri birleştirir. Bu, uygulamalarının çok çeşitli olmasından kaynaklanmaktadır. Klor, brom ve iyotu hidrojen ve metallerle olan bileşiklerinden uzaklaştırır. Alkali metaller, eser miktarda nem varlığında klor ile tutuşarak reaksiyona girer; metallerin çoğu kuru klor ile yalnızca ısıtıldığında reaksiyona girer. Çelik ve bazı metaller düşük sıcaklıklarda kuru klor atmosferine dayanıklıdır, bu nedenle kuru klor için ekipman ve depolama tesislerinin imalatında kullanılırlar. Fosfor, klor atmosferinde tutuşarak PCl3'ü ve daha fazla klorlamayla PCl5'i oluşturur. Klorlu kükürt ısıtıldığında S2Cl2, SCl2 ve diğer SnClm'yi verir. Arsenik, antimon, bizmut, stronsiyum, tellür, klor ile kuvvetli reaksiyona girer. Klor ve hidrojen karışımı renksiz veya sarı-yeşil bir alevle yanarak hidrojen klorür oluşturur (bu bir zincirleme reaksiyondur). Hidrojen-klor alevinin maksimum sıcaklığı 2200°C'dir. %5,8 ila %88,5 H2 içeren klor ve hidrojen karışımları patlayıcıdır ve ışıktan, elektrik kıvılcımından, ısıdan veya demir oksitler gibi belirli maddelerin varlığından dolayı patlayabilir.
Klor, oksijenle birlikte oksitler oluşturur: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, ayrıca hipokloritler (hipokloröz asit tuzları), kloritler, kloratlar ve perkloratlar. Klorun tüm oksijen bileşikleri, kolayca oksitlenen maddelerle patlayıcı karışımlar oluşturur. Klor oksitler kararsızdır ve kendiliğinden patlayabilir; hipokloritler depolama sırasında yavaş yavaş ayrışır; kloratlar ve perkloratlar başlatıcıların etkisi altında patlayabilir. Sudaki klor hidrolize olup hipokloröz ve hidroklorik asitler oluşturur: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Ortaya çıkan sarımsı çözeltiye genellikle klorlu su denir. Alkalilerin sulu çözeltileri soğukta klorlandığında hipoklorit ve klorürler oluşur: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O ve ısıtıldığında kloratlar oluşur. Kuru kalsiyum hidroksitin klorlanması ağartıcı üretir. Amonyak klorla reaksiyona girdiğinde nitrojen triklorür oluşur. Organik bileşikleri klorlarken, klor ya hidrojenin yerini alır ya da birden fazla bağı birleştirerek çeşitli klor içeren organik bileşikler oluşturur. Klor, diğer halojenlerle interhalojen bileşikleri oluşturur. Klor florürleri ClF, ClF3, ClF3 çok reaktiftir; örneğin ClF3 atmosferinde cam yünü kendiliğinden tutuşur. Klorun oksijen ve flor ile bilinen bileşikleri klor oksiflorürlerdir: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 ve flor perklorat FClO4.
Klor doğada yalnızca bileşikler halinde bulunur. Yer kabuğundaki ortalama içeriği kütlece %1,7·10-2'dir. Su göçü, yer kabuğundaki klorun tarihinde önemli bir rol oynar. Dünya okyanuslarında (%1,93), yer altı tuzlu sularında ve tuz göllerinde Clion şeklinde bulunur. Kendi minerallerinin sayısı (çoğunlukla doğal klorürler) 97 olup, bunların en önemlisi halit NaCl'dir (Kaya tuzu). Potasyum ve magnezyum klorürlerin ve karışık klorürlerin büyük yatakları da bilinmektedir: silvinit KCl, silvinit (Na,K)Cl, karnalit KCl MgCl2 6H2O, kainit KCl MgSO4 3H2O, bişofit MgCl2 6H2O. Dünya tarihinde volkanik gazların içerdiği HCl'nin yer kabuğunun üst kısımlarına sağlanması büyük önem taşıyordu.
Klor Kalite Standartları
Göstergenin adı GOST 6718-93 En yüksek derece Birinci sınıf Klorun hacim oranı, en az % 99.899.6 Suyun kütle oranı, en fazla % 0.010.04 Nitrojen triklorürün kütle oranı, en fazla % 0.0020.004 Kütle uçucu olmayan kalıntı oranı, en fazla %0 .0150.10
Klorun depolanması ve taşınması
Çeşitli yöntemlerle üretilen klor, özel “tanklarda” depolanır veya 18 kgf/cm2 buhar basıncı altında çelik silindirik (hacim 10-250 m3) ve küresel (hacim 600-2000 m3) silindirlere pompalanır. Maksimum depolama hacimleri 150 tondur. Basınç altında sıvı klor içeren silindirlerin özel bir rengi vardır - koruyucu bir renk. Klor silindirinin basıncı düşerse, ölümcül olanın birkaç katı konsantrasyonda ani bir gaz salınımı meydana gelir. Klor silindirleri uzun süre kullanıldığında, içlerinde son derece patlayıcı nitrojen triklorürün biriktiği ve bu nedenle zaman zaman klor silindirlerinin nitrojen klorürle rutin olarak yıkanması ve temizlenmesi gerektiğine dikkat edilmelidir. Klor, geçici depolama görevi gören konteynerlerde, demiryolu tanklarında ve silindirlerde taşınır.
2.Klor kullanımı
Klor öncelikle kimya endüstrisi tarafından plastikler, sentetik kauçuklar, kimyasal elyaflar, solventler, böcek ilaçları vb. üretmek için kullanılan çeşitli organik klor türevlerinin üretimi için tüketilir. Şu anda küresel klor üretiminin %60'ından fazlası organik sentez için kullanılıyor. Ayrıca klor, hidroklorik asit, ağartıcı, kloratlar ve diğer ürünleri üretmek için kullanılır. Metalurjide, polimetalik cevherlerin işlenmesi sırasında klorlama için, cevherlerden altının çıkarılması için önemli miktarda klor kullanılır ve ayrıca petrol rafineri endüstrisinde, tarımda, tıpta ve sanitasyonda, içme ve atık suların nötralizasyonunda kullanılır. , piroteknikte ve ulusal ekonominin diğer bazı alanlarında. . Organik sentezin başarısı başta olmak üzere klorun kullanım alanlarının gelişmesi sonucunda dünya klor üretimi 20 milyon ton/yılın üzerindedir.
Çeşitli bilim dallarında, sanayide ve evsel ihtiyaçlarda klorun uygulanması ve kullanımının ana örnekleri:
1.polivinil klorür, plastik bileşikler, sentetik kauçuk üretiminde: tel izolasyonu, pencere profilleri, ambalaj malzemeleri, giyim ve ayakkabılar, linolyum ve gramofon plakları, cilalar, ekipman ve köpük plastikler, oyuncaklar, alet parçaları, İnşaat malzemeleri. Polivinil klorür, günümüzde çoğunlukla etilenden klor dengeli yöntemle ara madde 1,2-dikloroetan aracılığıyla üretilen vinil klorürün polimerizasyonuyla üretilir.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)bir ağartma maddesi olarak ("ağartıcı" olan klorun kendisi değil, hipokloröz asidin aşağıdaki reaksiyona göre ayrışması sırasında oluşan atomik oksijen olmasına rağmen: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)organoklorlu böcek öldürücülerin üretiminde - mahsullere zararlı böcekleri öldüren ancak bitkiler için güvenli olan maddeler (aldrin, DDT, heksakloran). En önemli böcek öldürücülerden biri hekzaklorosikloheksandır (C6H6Cl6).
)kimyasal savaş ajanı olarak ve diğer kimyasal savaş ajanlarının üretiminde kullanılır: hardal gazı (C4H8Cl2S), fosgen (CCl2O).
)su dezenfeksiyonu için - “klorlama”. İçme suyunu dezenfekte etmenin en yaygın yöntemi, serbest klor ve bileşiklerinin, redoks işlemlerini katalize eden mikroorganizmaların enzim sistemlerini engelleme yeteneğine dayanmaktadır. İçme suyunu dezenfekte etmek için aşağıdakiler kullanılır: klor (Cl2), klor dioksit (ClO2), kloramin (NH2Cl) ve çamaşır suyu (Ca(Cl)OCl).
)Gıda endüstrisinde E925 gıda katkı maddesi olarak kayıtlıdır.
)kostik soda (NaOH) (suni ipek üretiminde, sabun endüstrisinde kullanılır), hidroklorik asit (HCl), çamaşır suyu, bertolit tuzu (KClO3), metal klorürler, zehirler, ilaçlar, gübrelerin kimyasal üretiminde.
)saf metallerin üretimi için metalurjide: titanyum, kalay, tantal, niyobyum.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (T=850°C'de)
)Klor-argon dedektörlerinde güneş nötrinolarının bir göstergesi olarak (Güneş nötrinolarını kaydetmek için bir “klor dedektörü” fikri, ünlü Sovyet fizikçi Akademisyen B. Pontecorvo tarafından önerilmiş ve Amerikalı fizikçi R. Davis ve işbirlikçileri tarafından uygulanmıştır. Atom ağırlığı 37 olan klor izotopunun nötrino çekirdeğini yakalayan, kaydedilebilen bir elektron üreten argon-37 izotopunun çekirdeğine dönüşür.
Pek çok gelişmiş ülke, klor içeren atıkların yakılmasının önemli miktarda dioksin (güçlü mutajenik özelliklere sahip küresel ekotoksik maddeler) üretmesi nedeniyle günlük yaşamda klor kullanımını sınırlamaya çalışmaktadır.
3.Klor üretimi için kimyasal yöntemler
Daha önce Weldon ve Deacon yöntemleri kullanılarak kimyasal yollarla klor üretimi yaygındı. Bu işlemlerde, sofra tuzundan sodyum sülfat üretiminde yan ürün olarak oluşan hidrojen klorürün sülfürik asitin etkisiyle oksidasyonu sonucu klor elde edildi.
Weldon yöntemi kullanılarak meydana gelen reaksiyon:
4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2
Deacon'un yöntemi kullanılarak meydana gelen reaksiyon:
HCl + O2 =>2H2O + 2Cl2
Dikonovsky işleminde, katalizör olarak bakır klorür kullanıldı ve bunun% 50'lik bir çözeltisi (bazen NaCl ilavesiyle) gözenekli bir seramik taşıyıcı ile emprenye edildi. Böyle bir katalizör üzerindeki optimal reaksiyon sıcaklığı genellikle 430-490° aralığındaydı. Bu katalizör, inaktif bakır arsenatın yanı sıra kükürt dioksit ve kükürt trioksit oluşturduğu arsenik bileşikleri tarafından kolayca zehirlenir. Gazda az miktarda sülfürik asit buharının bile bulunması, ardışık reaksiyonlar sonucunda klor veriminde keskin bir düşüşe neden olur:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Dolayısıyla sülfürik asit, Cl2'nin HCl'ye ters dönüşümünü destekleyen bir katalizördür. Bu nedenle, bir bakır katalizör üzerinde oksidasyondan önce, hidroklorür gazının, klor verimini azaltan yabancı maddelerden tamamen arındırılması gerekir.
Deacon'un kurulumu, bir gaz ısıtıcısı, bir gaz filtresi ve içinde eşmerkezli olarak yerleştirilmiş delikli iki seramik silindirin bulunduğu çelik silindirik bir mahfazanın temas aparatından oluşuyordu; aralarındaki halka şeklindeki boşluk bir katalizörle doldurulur. Hidrojen klorür havayla oksitlendi, böylece klor seyreltildi. Hacimce %25 HCl ve hacimce %75 hava (~%16 O2) içeren bir karışım, kontak aparatına beslendi ve aparattan çıkan gaz, yaklaşık %8 C12, %9 HCl, %8 su buharı ve %75 içeriyordu. hava. Böyle bir gaz, HCl ile yıkandıktan ve sülfürik asit ile kurutulduktan sonra genellikle ağartıcı üretmek için kullanıldı.
Deacon işleminin restorasyonu şu anda hidrojen klorürün havayla değil oksijenle oksidasyonuna dayanmaktadır ve bu, yüksek derecede aktif katalizörler kullanılarak konsantre klor elde edilmesini mümkün kılmaktadır. Elde edilen klor-oksijen karışımı, HC1 kalıntılarından sırasıyla %36 ve %20 hidroklorik asit ile yıkanır ve sülfürik asit ile kurutulur. Daha sonra klor sıvılaştırılır ve oksijen prosese geri döndürülür. Klor ayrıca 8 atm basınç altında klorun kükürt klorür ile emilmesiyle oksijenden ayrılır ve bu daha sonra %100 klor üretmek üzere yeniden üretilir:
Сl2 + S2CI2
Düşük sıcaklık katalizörleri kullanılır, örneğin nadir toprak metallerinin tuzlarıyla aktifleştirilen bakır diklorür, işlemin 100°C'de bile gerçekleştirilmesini mümkün kılar ve dolayısıyla HCl'nin Cl2'ye dönüşüm derecesini keskin bir şekilde artırır. Bir krom oksit katalizöründe HCl, 340-480°C'de oksijen içinde yakılır. 250–20°C'de silika jel üzerinde alkali metal pirosülfatlar ve aktivatörlerle V2O5 karışımından elde edilen bir katalizörün kullanımı anlatılmaktadır. Bu prosesin mekanizması ve kinetiği incelenmiş ve özellikle akışkan yatakta uygulanması için en uygun koşullar oluşturulmuştur.
Hidrojen klorürün oksijenle oksidasyonu da ayrı reaktörlerde gerçekleştirilen iki aşamada erimiş FeCl3 + KCl karışımı kullanılarak gerçekleştirilir. Birinci reaktörde ferrik klorür, klor oluşturmak üzere oksitlenir:
2FeCl3 + 1
İkinci reaktörde ferrik klorür, demir oksitten hidrojen klorür ile yeniden üretilir:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Ferrik klorürün buhar basıncını azaltmak için potasyum klorür eklenir. Bu prosesin, Fe2O3, KC1 ve inert bir taşıyıcı üzerinde biriken bakır, kobalt veya nikel klorürden oluşan bir temas kütlesinin, aparatın üstünden altına doğru hareket ettiği bir aparatta gerçekleştirilmesi de önerilmektedir. Cihazın üst kısmında Fe2O3'ün FeCl3'e dönüştüğü sıcak klorlama bölgesinden geçerek aşağıdan yukarıya doğru giden gaz akışında bulunan HCl ile etkileşime girer. Daha sonra temas kütlesi, oksijenin etkisi altında elementel klorun oluştuğu ve FeCl3'ün Fe2O3'e dönüştüğü soğutma bölgesine indirilir. Oksitlenmiş temas kütlesi klorlama bölgesine geri gönderilir.
HCl'nin Cl2'ye benzer bir dolaylı oksidasyonu aşağıdaki şemaya göre gerçekleştirilir:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
HCl, O2 ve büyük miktarda SO2 içeren bir gazın 400600°C'deki bir vanadyum katalizöründen geçirilmesiyle eşzamanlı olarak klor ve sülfürik asit üretilmesi önerilmektedir. Daha sonra gazdan H2SO4 ve HSO3Cl yoğunlaşır ve SO3 sülfürik asit ile emilir, gaz fazında klor kalır. HSO3Cl hidrolize edilir ve açığa çıkan HC1 işleme geri gönderilir.
Oksidasyon, PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7 gibi oksitleyici maddelerle daha da verimli bir şekilde gerçekleştirilir:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Klor ayrıca klorürlerin oksidasyonu ile de elde edilebilir. Örneğin NaCl ve SO3 etkileşime girdiğinde aşağıdaki reaksiyonlar meydana gelir:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl 275°C'de ayrışır. SO2 ve C12 gazlarından oluşan bir karışım, klor SO2Cl2 veya CCl4'ün emilmesi veya bunun rektifikasyona tabi tutulmasıyla ayrılabilir; bu, 88 mol içeren azeotropik bir karışımla sonuçlanır. % Cl2 ve 12 mol. %SO2. Azeotropik karışım, SO2'nin SO2C12'ye dönüştürülmesi ve fazla klorun ve 200°'de ayrışan SO2Cl2'nin SO2 ve Cl2'ye ayrılmasıyla daha da ayrılabilir; bunlar, rektifikasyon için gönderilen karışıma eklenir.
Klor, klorür veya hidrojen klorürün nitrik asit ve nitrojen dioksit ile oksidasyonu yoluyla elde edilebilir:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Klor elde etmenin başka bir yolu da nitrosil klorürün oksidasyonu ile elde edilebilen ayrışmasıdır:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Ayrıca klor elde etmek için NOCl'nin %75 nitrik asitle oksitlenmesi de önerilmektedir:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O
Klor ve nitrojen dioksit karışımı ayrılarak NO2 zayıf nitrik asite dönüştürülür ve bu daha sonra prosesin ilk aşamasında Cl2 ve NOCl oluşturmak üzere HCl'yi oksitlemek için kullanılır. Bu işlemin endüstriyel ölçekte gerçekleştirilmesindeki temel zorluk, korozyonun ortadan kaldırılmasıdır. Ekipman malzemesi olarak seramik, cam, kurşun, nikel ve plastik kullanılır. Bu yöntemin 1952-1953 yıllarında ABD'de kullanılması. Tesis günlük 75 ton klor kapasitesiyle çalışıyordu.
Reaksiyona göre, nitrosil klorür oluşmadan hidrojen klorürün nitrik asit ile oksidasyonu yoluyla klor üretimi için döngüsel bir yöntem geliştirilmiştir:
2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O
İşlem 80°C'de sıvı fazda gerçekleşir, klor verimi %100'e ulaşır, sıvı halde NO2 elde edilir.
Daha sonra bu yöntemlerin yerini tamamen elektrokimyasal yöntemler aldı, ancak şu anda klor üretimine yönelik kimyasal yöntemler yeni bir teknik temelde yeniden canlandırılıyor. Hepsi HCl'nin (veya klorürlerin) doğrudan veya dolaylı oksidasyonuna dayanmaktadır; en yaygın oksitleyici ajan atmosferik oksijendir.
Elektroliz. Sürecin kavramı ve özü
Elektroliz, doğrudan elektrik akımının bir eriyik veya içine daldırılmış elektrotlarla çözeltiden geçişi sırasında elektrotlarda meydana gelen bir dizi elektrokimyasal redoks işlemidir.
Pirinç. 4.1. Elektroliz sırasında meydana gelen işlemler. Elektroliz banyosu şeması: 1 - banyo, 2 - elektrolit, 3 - anot, 4 - katot, 5 - güç kaynağı
Elektrotlar elektrik akımını ileten herhangi bir malzeme olabilir. Esas olarak metaller ve alaşımlar kullanılır; metal olmayan elektrotlar örneğin grafit çubuklar (veya karbon) olabilir. Daha az yaygın olarak sıvılar elektrot olarak kullanılır. Pozitif yüklü bir elektrot anottur. Negatif yüklü bir elektrot bir katottur. Elektroliz sırasında anot oksitlenir (çözünür) ve katot azalır. Bu nedenle anotun, çözünmesinin çözeltide veya eriyikte meydana gelen kimyasal süreci etkilemeyecek şekilde alınması gerekir. Böyle bir anota inert elektrot denir. İnert anot olarak grafit (karbon) veya platin kullanabilirsiniz. Katot olarak metal bir plaka kullanabilirsiniz (çözünmez). Bakır, pirinç, karbon (veya grafit), çinko, demir, alüminyum, paslanmaz çelik uygundur.
Eriyiklerin elektroliz örnekleri:
Tuz çözeltilerinin elektroliz örnekleri:
(Cl? anyonları anotta oksitlenir ve oksijen O? II su molekülleri değil, çünkü klorun elektronegatifliği oksijenden daha azdır ve bu nedenle klor, elektronları oksijenden daha kolay verir)
Suyun elektrolizi her zaman inert bir elektrolit varlığında gerçekleştirilir (çok zayıf bir elektrolitin - suyun elektriksel iletkenliğini arttırmak için):
İnert elektrolite bağlı olarak elektroliz nötr, asidik veya alkali bir ortamda gerçekleştirilir. İnert bir elektrolit seçerken, tipik indirgeyici ajanlar olan metal katyonlarının (örneğin, Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+) sulu bir ortamda katotta hiçbir zaman indirgenmediğini hesaba katmak gerekir. Oksoasitlerin çözelti ve oksijen O?II anyonları, en yüksek oksidasyon derecesine sahip bir elementle (örneğin, ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?) anotta asla oksitlenmez. bunun yerine su oksitlenir.
Elektroliz iki süreci içerir: bir elektrik alanının etkisi altında reaksiyona giren parçacıkların elektrot yüzeyine taşınması ve yükün parçacıktan elektrota veya elektrottan parçacığa aktarılması. İyonların göçü, hareketliliklerine ve taşınma sayılarına göre belirlenir. Birkaç elektrik yükünün transfer işlemi, kural olarak, bir dizi tek elektronlu reaksiyon şeklinde, yani aşamalar halinde, bazen mevcut olan ara parçacıkların (iyonlar veya radikaller) oluşumu ile gerçekleştirilir. adsorbe edilmiş durumda elektrot üzerinde bir süre.
Elektrot reaksiyonlarının oranları aşağıdakilere bağlıdır:
elektrolit bileşimi
elektrolit konsantrasyonu
elektrot malzemesi
Elektrot potansiyeli
sıcaklık
Hidrodinamik koşullar.
Akım yoğunluğu reaksiyon hızının bir ölçüsüdür. Bu, modülü iletkendeki akım kuvvetinin (birim zaman başına aktarılan elektrik yüklerinin sayısı) kesit alanına oranıyla belirlenen bir fiziksel vektördür.
Faraday'ın elektroliz yasaları, elektrokimyasal çalışmalara dayanan niceliksel ilişkilerdir ve elektroliz sırasında oluşan ürünlerin kütlesinin belirlenmesine yardımcı olur. Kanunlar en genel haliyle şu şekilde formüle edilmiştir:
)Faraday'ın birinci elektroliz yasası: Elektroliz sırasında elektrot üzerinde biriken maddenin kütlesi, bu elektrota aktarılan elektrik miktarıyla doğru orantılıdır. Elektrik miktarı derken, genellikle coulomb cinsinden ölçülen elektrik yükünü kastediyoruz.
2)Faraday'ın ikinci elektroliz yasası: Belirli bir miktarda elektrik (elektrik yükü) için, elektrot üzerinde biriken kimyasal elementin kütlesi, elementin eşdeğer kütlesi ile doğru orantılıdır. Bir maddenin eşdeğer kütlesi onun molar kütle, maddenin katıldığı kimyasal reaksiyona bağlı olarak bir tam sayıya bölünür.
Matematiksel formda Faraday yasaları şu şekilde temsil edilebilir:
burada m, elektrot üzerinde biriken maddenin gram cinsinden kütlesidir, maddeden geçen toplam elektrik yükü = 96.485,33(83) C mol?1 Faraday sabitidir, maddenin molar kütlesidir (Örneğin, molar kütle) suyun kütlesi H2O = 18 g/mol), bir maddenin iyonlarının değerlik sayısıdır (iyon başına elektron sayısı).
M/z'nin biriken maddenin eşdeğer kütlesi olduğuna dikkat edin.
Faraday'ın birinci yasasına göre M, F ve z sabittir, dolayısıyla Q'nun değeri ne kadar büyük olursa m'nin değeri de o kadar büyük olacaktır.
Faraday'ın ikinci yasasına göre Q, F ve z sabittir, dolayısıyla M/z değeri (eşdeğer kütle) ne kadar büyük olursa m değeri de o kadar büyük olacaktır.
En basit durumda, doğru akım elektrolizi aşağıdakilere yol açar:
Alternatif elektrik akımının daha karmaşık durumunda, akımın toplam yükü Q( ?) zaman içinde özetleniyor mu? :
burada t toplam elektroliz süresidir.
Endüstride elektroliz işlemi özel cihazlarda - elektrolizörlerde gerçekleştirilir.
Klorun endüstriyel üretimi
Şu anda klor esas olarak sulu çözeltilerin elektrolizi ile üretilmektedir.
Elektrolitik klor üretimi için hammaddeler esas olarak katı tuzun veya doğal tuzlu suların çözülmesiyle elde edilen sofra tuzu NaCl çözeltileridir. Üç tür tuz yatağı vardır: fosil tuzu (rezervlerin yaklaşık %99'u); kendi kendine çökelmiş tuz (%0,77) taban çökeltilerine sahip tuz gölleri; geri kalanı yer altı bölünmeleridir. Sofra tuzu çözeltileri, hazırlanma yoluna bakılmaksızın, elektroliz sürecini bozan yabancı maddeler içerir. Katı katotla elektroliz sırasında kalsiyum katyonları Ca2+, Mg2+ ve SO42- anyonları özellikle olumsuz etkiye sahiptir ve sıvı katotla elektroliz sırasında krom, vanadyum, germanyum ve molibden gibi ağır metaller içeren bileşiklerin safsızlıkları ortaya çıkar.
Klor elektrolizi için kristal tuz aşağıdaki bileşime sahip olmalıdır (%): sodyum klorür 97,5'ten az olmamalıdır; Mg2+ 0,05'ten fazla değil; çözünmeyen tortu 0,5'ten fazla değil; Ca2+ en fazla 0,4; K+ 0,02'den fazla değil; SO42 - en fazla 0,84; nem 5'ten fazla değil; ağır metallerin karışımı (amalgam testi cm3 H2 ile belirlenir) 0,3'ten fazla olmamalıdır. Tuzlu suyun saflaştırılması, bir soda (Na2C03) ve kireç sütü (su içinde bir Ca(OH)2 süspansiyonu) çözeltisi ile gerçekleştirilir. Kimyasal saflaştırmaya ek olarak çözeltiler çöktürme ve filtreleme yoluyla mekanik yabancı maddelerden arındırılır.
Sofra tuzu çözeltilerinin elektrolizi, katı demir (veya çelik) katotlu banyolarda ve diyafram ve membranlı banyolarda, sıvı cıva katotlu banyolarda gerçekleştirilir. Modern büyük klor atölyelerini donatmak için kullanılan endüstriyel elektrolizörlerin yüksek performansa sahip olması, basit bir tasarıma sahip olması, kompakt olması, güvenilir ve istikrarlı bir şekilde çalışması gerekir.
Elektroliz aşağıdaki şemaya göre ilerler:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
burada Me bir alkali metaldir.
Sofra tuzunun katı elektrotlu elektrolizörlerde elektrokimyasal ayrışması sırasında aşağıdaki temel, geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz iyonik reaksiyonlar meydana gelir:
sofra tuzu ve su moleküllerinin ayrışması (elektrolitte meydana gelir)
NaCl-Na++Cl-
Klor iyonunun oksidasyonu (anotta)
C1- - 2e- => C12
hidrojen iyonu ve su moleküllerinin azaltılması (katotta)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-
İyonların bir sodyum hidroksit molekülüne (elektrolitte) bağlanması
Na+ + OH- - NaOH
Faydalı ürünler sodyum hidroksit, klor ve hidrojendir. Hepsi ayrı ayrı elektrolizörden çıkarılır.
Pirinç. 5.1. Diyafram elektrolizörünün şeması
Katı katotlu elektrolizörün boşluğu (Şekil 3) gözenekli bir parça ile bölünmüştür
İlk endüstriyel elektrolizörler toplu modda çalışıyordu. İçlerindeki elektroliz ürünleri bir çimento diyaframı ile ayrıldı. Daha sonra, elektroliz ürünlerini ayırmak için çan şeklindeki bölmelerin kullanıldığı elektrolizörler oluşturuldu. Bir sonraki aşamada akış diyaframına sahip elektrolizörler ortaya çıktı. Karşı akış prensibini asbest kartondan yapılmış bir ayırıcı diyaframın kullanımıyla birleştirdiler. Daha sonra, kağıt endüstrisi teknolojisinden ödünç alınan asbest hamurundan diyafram üretmeye yönelik bir yöntem keşfedildi. Bu yöntem, çıkarılamayan kompakt parmak katotlu, yüksek akım yükleri için elektrolizörler için tasarımlar geliştirmeyi mümkün kıldı. Asbest diyaframının hizmet ömrünü uzatmak için, bazı sentetik malzemelerin bir kaplama veya bağ olarak bileşimine dahil edilmesi önerilmektedir. Ayrıca diyaframların tamamen yeni sentetik malzemelerden yapılması da önerilmektedir. Bu tür kombine asbest sentetik veya özel olarak üretilmiş sentetik diyaframların 500 güne kadar hizmet ömrüne sahip olduğuna dair kanıtlar vardır. Çok düşük sodyum klorür içeriğine sahip saf kostik soda elde edilmesini mümkün kılan özel iyon değiştirme diyaframları da geliştirilmektedir. Bu tür diyaframların etkisi, çeşitli iyonların geçişi için seçici özelliklerinin kullanılmasına dayanmaktadır.
İlk tasarımlarda, akım kablolarının grafit anotlara temas noktaları elektrolizör boşluğundan dışarıya çıkarıldı. Daha sonra elektrolite batırılan anotların temas eden kısımlarını korumaya yönelik yöntemler geliştirildi. Bu teknikleri kullanarak, anot kontaklarının elektrolizörün boşluğuna yerleştirildiği, alt akım beslemeli endüstriyel elektrolizörler oluşturuldu. Katı katot üzerinde klor ve kostik soda üretimi için günümüzde her yerde kullanılmaktadırlar.
Doymuş bir sofra tuzu çözeltisi (saflaştırılmış tuzlu su) akışı sürekli olarak diyafram elektrolizörünün anot alanına akar. Elektrokimyasal işlem sonucunda sofra tuzunun ayrışması nedeniyle anotta klor, suyun ayrışması nedeniyle katotta hidrojen açığa çıkar. Klor ve hidrojen elektrolizörden ayrı ayrı karıştırılmadan çıkarılır. Bu durumda katoda yakın bölge sodyum hidroksit ile zenginleştirilir. Katoda yakın bölgeden, elektrolitik sıvı olarak adlandırılan, ayrışmamış sofra tuzu (tuzlu suyla sağlanan miktarın yaklaşık yarısı) ve sodyum hidroksit içeren bir çözelti, elektrolizörden sürekli olarak çıkarılır. Bir sonraki aşamada elektrolitik sıvı buharlaştırılır ve içindeki NaOH içeriği standarda uygun olarak %42-50'ye ayarlanır. Sodyum hidroksit konsantrasyonu arttığında sofra tuzu ve sodyum sülfat çökelir.
NaOH çözeltisi kristallerden boşaltılır ve katı bir ürün elde etmek için bitmiş ürün olarak bir depoya veya kostik eritme aşamasına aktarılır. Kristal sofra tuzu (ters tuz) elektrolize geri döndürülerek ters salamura adı verilen çözelti hazırlanır. Solüsyonlarda sülfat birikmesini önlemek için, ters tuzlu su hazırlanmadan önce sülfat ondan çıkarılır. Sofra tuzu kaybı, tuz katmanlarının yeraltından süzülmesiyle elde edilen taze tuzlu suyun eklenmesiyle veya katı sofra tuzunun çözülmesiyle telafi edilir. Geri dönüş tuzlu suyuyla karıştırmadan önce taze tuzlu su, mekanik süspansiyonlardan ve önemli miktarda kalsiyum ve magnezyum iyonlarından arındırılır. Ortaya çıkan klor, su buharından ayrıştırılır, sıkıştırılır ve doğrudan tüketicilere veya klorun sıvılaştırılması için aktarılır. Hidrojen sudan ayrıştırılarak sıkıştırılıyor ve tüketicilere aktarılıyor.
Membran elektrolizörde diyafram elektrolizörde olduğu gibi aynı kimyasal reaksiyonlar meydana gelir. Gözenekli diyafram yerine katyonik membran kullanılır (Şekil 5).
Pirinç. 5.2. Membran elektrolizör şeması
Membran, klor iyonlarının katolite (katot boşluğundaki elektrolit) nüfuz etmesini önler, bu sayede kostik soda, elektrolizörde neredeyse tuzsuz olarak% 30 ila 35'lik bir konsantrasyonla doğrudan elde edilebilir. Tuzun ayrıştırılmasına gerek olmadığından buharlaştırma, %50 ticari kostik sodanın çok daha kolay, daha düşük sermaye ve enerji maliyetleriyle üretilmesini mümkün kılar. Membran prosesinde kostik soda çok daha yüksek konsantrasyonda olduğundan katot olarak pahalı nikel kullanılır.
Pirinç. 5.3. Cıva elektrolizörünün şeması
Cıva elektrolizörlerinde sofra tuzunun toplam ayrışma reaksiyonu diyafram elektrolizörlerindeki ile aynıdır:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Ancak burada her biri ayrı bir aparatta olan iki aşamada gerçekleşir: bir elektrolizör ve bir ayrıştırıcı. Yapısal olarak birbirleriyle birleştirilirler ve elektrolitik banyo ve bazen de cıva elektrolizörü olarak adlandırılırlar.
Prosesin ilk aşamasında - elektrolizörde - aşağıdaki reaksiyona göre anotta klor ve cıva katotta sodyum amalgam üretmek için sofra tuzunun elektrolitik ayrışması gerçekleşir (doymuş çözeltisi elektrolizöre verilir) :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
Ayrıştırıcı, suyun etkisi altında sodyum amalgamın sodyum hidroksit ve cıvaya dönüştürüldüğü sürecin ikinci aşamasına geçer:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
Elektrolizöre tuzlu su ile beslenen tüm tuzun yalnızca% 15-20'si reaksiyona (2) girer ve tuzun geri kalanı suyla birlikte elektrolizörden kloranolit formunda ayrılır - bir çözelti 250-270 kg/m3 NaCl içeren, klorla doyurulmuş sudaki sofra tuzu. Elektrolizörden çıkan "güçlü amalgam" ve su, ayrıştırıcıya beslenir.
Mevcut tüm tasarımlardaki elektrolizör, alt kısmı boyunca katot olan ince bir amalgam tabakasının yerçekimi ile aktığı ve üstüne anolitin aktığı uzun ve nispeten dar, hafif eğimli bir çelik hendek şeklinde yapılır. Tuzlu su ve zayıf amalgam, elektrolizörün üst yükseltilmiş kenarından "giriş cebi" yoluyla beslenir.
Güçlü amalgam, elektrolizörün alt ucundan "çıkış cebinden" akar. Klor ve kloranolit yine elektrolizörün alt ucunda bulunan bir boru aracılığıyla birlikte dışarı çıkar. Anotlar, tüm amalgam akış aynasının veya katodun üzerinde, katottan 3-5 mm mesafede asılı kalır. Elektrolizörün üst kısmı bir kapakla kapatılmıştır.
İki tür ayrıştırıcı yaygındır: yatay ve dikey. Birincisi, elektrolizörle aynı uzunlukta çelik eğimli bir oluk şeklinde yapılır. Hafif bir açıyla yerleştirilen ayrıştırıcının tabanı boyunca bir amalgam akışı akar. Grafitten yapılmış bir ayrıştırıcı nozul bu akışa daldırılır. Su ters akıntıyla hareket eder. Amalgamın ayrışması sonucu su kostikle doyurulur. Kostik çözelti hidrojenle birlikte alttaki bir boru aracılığıyla ayrıştırıcıyı terk eder ve zayıf amalgam veya cıva hücre cebine pompalanır.
Elektroliz banyosu kiti, elektrolizör, ayrıştırıcı, cepler ve transfer boru hatlarına ek olarak bir cıva pompası içerir. İki tip pompa kullanılmaktadır. Banyoların dikey bir çürütücü ile donatıldığı veya çürütücünün elektrolizörün altına monte edildiği durumlarda, çürütücüye indirilen geleneksel dalgıç santrifüj pompalar kullanılır. Ayrıştırıcının elektrolizörün yanına monte edildiği banyolar için, amalgam orijinal tipte konik bir döner pompa ile pompalanır.
Elektrolizörün klor veya kloranolit ile temas eden tüm çelik parçaları, özel bir dereceli vulkanize kauçuk kaplama (zamklama) ile korunur. Koruyucu kauçuk katman tamamen dayanıklı değildir. Zamanla klorlanır ve sıcaklık nedeniyle kırılganlaşır ve çatlar. Periyodik olarak koruyucu tabaka yenilenir. Elektroliz banyosunun diğer tüm parçaları: ayrıştırıcı, pompa, taşmalar korumasız çelikten yapılmıştır, çünkü ne hidrojen ne de kostik çözelti onu korozyona uğratmaz.
Şu anda cıva elektrolizörlerinde en yaygın olanı grafit anotlardır. Ancak bunların yerini ORTA alıyor.
6.Klor üretiminde güvenlik önlemleri
ve çevre koruma
Klor üretiminde personel için tehlike, klor ve cıvanın yüksek toksisitesi, ekipmanda klor ve hidrojen, hidrojen ve havadan oluşan patlayıcı gaz karışımlarının oluşma olasılığı ve ayrıca sıvı klor içindeki nitrojen triklorür çözeltileri ile belirlenir. , elektrolizörlerin üretiminde kullanımı - toprağa göre artan elektrik potansiyeline sahip cihazlar, bu üretimde üretilen kostik alkalinin özellikleri.
0,1 mg/l klor içeren havanın 30-60 dakika süreyle solunması hayati tehlike oluşturur. 0,001 mg/l'den fazla klor içeren havanın solunması solunum yollarını tahriş eder. Nüfuslu alanların havasında izin verilen maksimum klor konsantrasyonu (MPC): günlük ortalama 0,03 mg/m3, bir kerelik maksimum 0,1 mg/m3, endüstriyel tesislerin çalışma alanının havasında 1 mg/m3, koku algılama eşiği 2 mg/m3. 3-6 mg/m3 konsantrasyonunda belirgin bir koku hissedilir, gözlerde ve burun mukozasında tahriş (kızarıklık), 15 mg/m3 konsantrasyonunda - nazofarinks tahrişi, 90 mg/m3 konsantrasyonunda - yoğun öksürük atakları meydana gelir. . 120 - 180 mg/m3'e 30-60 dakika süreyle maruz kalmak yaşamı tehdit eder, 300 mg/m3'te ölüm mümkündür, 2500 mg/m3'lük bir konsantrasyon 5 dakika içinde ölüme yol açar, 3000 mg/m3'lük bir konsantrasyonda ölüm birkaç nefesten sonra ortaya çıkar. Endüstriyel ve sivil gaz maskelerinin filtrelenmesi için izin verilen maksimum klor konsantrasyonu 2500 mg/m3'tür.
Havadaki klorun varlığı kimyasal keşif cihazlarıyla belirlenir: IT-44 gösterge tüpleri (pembe renk, hassasiyet eşiği 5 mg/m3), IT-45 (turuncu renk), aspiratörler kullanılarak VPKhR, PPKhR, PKhR-MV- 5, AM- 0055, AM-0059, NP-3M, klor için gösterge tüpleri ile, 0-80 mg/m3 ölçüm aralığına sahip üniversal gaz analizörü UG-2, 0-80 mg/m3 aralığında gaz dedektörü "Kolion-701" 20 mg/m3. Açık alanda - SIP "KORSAR-X" cihazlarıyla. İç mekan - SIP "VEGA-M" cihazlarıyla. Arıza veya acil durumlarda klora karşı korunmak için atölyelerdeki tüm kişilerin “B” veya “BKF” marka gaz maskelerine (cıva elektroliz atölyeleri hariç) sahip olması ve derhal kullanması ve ayrıca koruyucu giysiler: bez veya lastikli elbiseler, lastik çizmeler ve eldivenler. Klor önleyici gaz maskesi kutuları sarıya boyanmalıdır.
Cıva klordan daha zehirlidir. Buharlarının havadaki izin verilen maksimum konsantrasyonu 0,00001 mg/l'dir. İnsan vücudunu, solunması ve deriyle temasın yanı sıra, birleştirilmiş nesnelerle temas yoluyla da etkiler. Buharları ve sıçramaları giysiler, cilt ve dişler tarafından emilir (emilir). Aynı zamanda cıva sıcaklıkta kolayca buharlaşır; elektroliz atölyesinde mevcuttur ve havadaki buharlarının konsantrasyonu izin verilen maksimum değeri çok aşmaktadır. Bu nedenle sıvı katot elektroliz atölyeleri normal çalışma sırasında güçlü havalandırma ile donatılmıştır. izin verilen seviye cıva buharı konsantrasyonları. Ancak bu güvenli çalışma için yeterli değildir. Aynı zamanda sözde cıva disiplinine de uymak gerekir: cıva ile ilgili kurallara uyun. Onları takip eden personel, işe başlamadan önce hijyen kontrol noktasından geçerek temiz bir bölüme ev kıyafetlerini bırakıyor ve özel kıyafet olan yeni yıkanmış çarşafları giyiyor. Vardiya sonunda dış kıyafetler ve kirli çamaşırlar sıhhi muayene odasının kirli bölümüne bırakılır ve işçiler sıhhi muayene odasının temiz bölümünde duş alır, dişlerini fırçalar ve ev eşyalarını giyerler.
Klor ve cıva ile çalıştıkları atölyelerde “G” marka gaz maskesi kullanmalısınız (gaz maskesi kutusu siyah boyalı ve sarı renkler) ve lastik eldivenler “Cıva disiplini” kuralları, cıva ve alaşımlı yüzeylerle çalışmanın yalnızca bir su tabakası altında gerçekleştirilmesi gerektiğini şart koşar; Dökülen cıva, cıva tuzaklarının bulunduğu kanalizasyona derhal yıkanmalıdır.
Çevre, atmosfere klor ve cıva buharı emisyonları, cıva tuzlarının ve cıva damlacıklarının deşarjı, aktif klor içeren bileşiklerin atık suya karışması ve cıva çamuru nedeniyle toprak zehirlenmesi nedeniyle tehdit altındadır. Klor, kazalar sırasında havalandırma emisyonları ve çeşitli cihazlardan çıkan egzoz gazlarıyla atmosfere karışır. Cıva buharı havalandırma sistemlerinden gelen hava ile gerçekleştirilir. Atmosfere salındığında havadaki klor içeriği normu 0,03 mg/m3'tür. Bu konsantrasyon, alkalin çok aşamalı egzoz gazı yıkama kullanıldığında elde edilebilir. Atmosfere salındığında havadaki cıva içeriği normu 0,0003 mg/m3'tür ve su kütlelerine boşaltıldığında atık sudaki 4 mg/m3'tür.
Kloru aşağıdaki çözümlerle nötralize edin:
ağırlıkça 1 kısım sönmüş kirecin 3 kısım suya döküldüğü, iyice karıştırıldığı, ardından üzerine kireç çözeltisinin döküldüğü kireç sütü (örneğin, 10 kg sönmüş kireç + 30 litre su);
Ağırlıkça 2 kısım soda külünün 18 kısım su (örneğin, 5 kg soda külü + 95 litre su) ile karıştırılarak çözüldüğü% 5 sulu soda külü çözeltisi;
Ağırlıkça 2 kısım kostik sodanın 18 kısım su (örneğin, 5 kg kostik soda + 95 litre su) ile karıştırılarak çözüldüğü %5 sulu kostik soda çözeltisi.
Klor gazı sızıntısı durumunda buharı söndürmek için su püskürtülür. Su tüketim oranı standartlaştırılmamıştır.
Sıvı klor döküldüğünde, dökülme alanı toprak bir surla çevrilir ve kireç sütü, soda külü, kostik soda veya su ile doldurulur. 1 ton sıvı klorun nötralize edilmesi için 0,6-0,9 ton suya veya 0,5-0,8 ton çözeltiye ihtiyaç vardır. 1 ton sıvı klorun nötralize edilmesi için 22-25 ton çözelti veya 333-500 ton suya ihtiyaç duyulmaktadır.
Su veya solüsyon püskürtmek için sulama ve itfaiye araçları, otomatik dolum istasyonları (AT'ler, PM-130, ARS-14, ARS-15), ayrıca kimyasal olarak tehlikeli tesislerde bulunan hidrantlar ve özel sistemler kullanılır.
Çözüm
Laboratuvar yöntemleriyle elde edilen klor hacimleri, bu ürüne yönelik sürekli artan taleple karşılaştırıldığında ihmal edilebilir olduğundan, bunlar üzerinde karşılaştırmalı bir analiz yapmanın bir anlamı yoktur.
Elektrokimyasal üretim yöntemlerinden en kolay ve kullanışlı olanı sıvı (cıva) katotla elektrolizdir, ancak bu yöntemin dezavantajları da yoktur. Metalik cıva ve klor gazının buharlaşması ve sızması yoluyla önemli çevresel hasarlara neden olur.
Katı katotlu elektrolizörler civa ile çevre kirliliği riskini ortadan kaldırır. Yeni üretim tesisleri için diyafram ve membran elektrolizörler arasında seçim yaparken, daha ekonomik olması ve daha kaliteli nihai ürün elde etme fırsatı sağlaması nedeniyle ikincisinin kullanılması tercih edilir.
Kaynakça
1.Zaretsky S.A., Suchkov V.N., Zhivotinsky P.B. İnorganik maddelerin ve kimyasal akım kaynaklarının elektrokimyasal teknolojisi: Teknik okul öğrencileri için bir ders kitabı. M..: Daha yüksek. Okul, 1980. 423 s.
2.Mazanko A.F., Kamaryan G.M., Romashin O.P. Endüstriyel membran elektrolizi. M.: "Kimya" yayınevi, 1989. 240 s.
.Pozin M.E. Mineral tuz teknolojisi (gübreler, pestisitler, endüstriyel tuzlar, oksitler ve asitler), bölüm 1, ed. 4., rev. L., Yayınevi "Kimya", 1974. 792 s.
.Fioshin M. Ya., Pavlov V. N. İnorganik kimyada elektroliz. M.: "Nauka" yayınevi, 1976. 106 s.
.Yakimenko L. M. Klor, kostik soda ve inorganik klor ürünlerinin üretimi. M.: "Kimya" yayınevi, 1974. 600 s.
İnternet kaynakları
6.Klorun üretimi, depolanması, taşınması ve kullanımına ilişkin güvenlik kuralları // URL: #"justify">7. Acil durum kimyasal olarak tehlikeli maddeler // URL: #"justify">. Klor: uygulama // URL: #"haklılaştır">.
(Pauling'e göre)
/cm³
Klor (χλωρός - yeşil) - yedinci grubun ana alt grubunun bir elemanı, atom numarası 17 olan D.I. Mendeleev'in kimyasal elementlerinin periyodik sisteminin üçüncü periyodu. Cl (lat. Chlorum) sembolü ile gösterilir. Kimyasal olarak aktif metal olmayan. Halojen grubunun bir parçasıdır (başlangıçta "halojen" adı Alman kimyager Schweiger tarafından klor için kullanılmıştır [kelimenin tam anlamıyla "halojen" tuz olarak çevrilir), ancak yaygınlaşmamış ve daha sonra grup VII'de ortak hale gelmiştir. Klor içeren elementlerin sayısı).
Basit madde klor (CAS numarası: 7782-50-5) normal koşullar altında sarımsı yeşil renkte, keskin kokulu, zehirli bir gazdır. Diatomik klor molekülü (formül) Cl2).
Klor atom diyagramı
Klor ilk olarak 1772'de piroluzit üzerine yaptığı incelemede piroluzitin hidroklorik asit ile etkileşimi sırasında salındığını açıklayan Scheele tarafından elde edildi:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele, klorun kral suyuna benzer kokusunu, altın ve zinober ile reaksiyona girme yeteneğini ve ağartma özelliklerini kaydetti.
Ancak Scheele, o dönemde kimyada hakim olan flojiston teorisine uygun olarak, klorun flojistondan arındırılmış hidroklorik asit, yani hidroklorik asit oksidi olduğunu öne sürdü. Berthollet ve Lavoisier, klorun muria elementinin bir oksidi olduğunu öne sürdüler, ancak onu izole etme girişimleri, sofra tuzunu elektroliz yoluyla sodyum ve klora ayrıştırmayı başaran Davy'nin çalışmasına kadar başarısız kaldı.
Doğada dağılım
Doğada klorun iki izotopu vardır: 35 Cl ve 37 Cl. Yer kabuğunda en yaygın halojen klordur. Klor çok aktiftir; periyodik tablonun hemen hemen tüm elementleriyle doğrudan birleşir. Bu nedenle doğada yalnızca minerallerdeki bileşikler halinde bulunur: halit NaCl, silvit KCl, silvinit KCl NaCl, bişofit MgCl2 6H2O, karnalit KCl MgCl2 6H2O, kainit KCl MgSO4 3H2O. En büyüğü Deniz ve okyanus sularının tuzlarında klor rezervleri bulunur.
Klor yerkabuğundaki toplam atom sayısının %0,025'ini oluşturur, Clarke sayısı klorun %0,19'unu oluşturur ve insan vücudu ağırlıkça %0,25 klor iyonu içerir. İnsan ve hayvan vücudunda klor esas olarak hücreler arası sıvılarda (kan dahil) bulunur ve ozmotik süreçlerin düzenlenmesinde ve ayrıca sinir hücrelerinin işleyişiyle ilgili süreçlerde önemli bir rol oynar.
İzotopik bileşim
Doğada klorun 2 kararlı izotopu vardır: kütle numarası 35 ve 37'dir. İçerik oranları sırasıyla %75,78 ve %24,22'dir.
| İzotop | Bağıl kütle, a.m.u. | Yarı ömür | Çürüme türü | Nükleer dönüş |
|---|---|---|---|---|
| 35CI | 34.968852721 | Stabil | — | 3/2 |
| 36 CI | 35.9683069 | 301000 yıl | 36 Koç'ta β bozunması | 0 |
| 37CI | 36.96590262 | Stabil | — | 3/2 |
| 38 Cl | 37.9680106 | 37.2 dakika | 38 Koç'ta β bozunması | 2 |
| 39 Cl | 38.968009 | 55.6 dakika | 39 Ar'a β bozunması | 3/2 |
| 40Cl | 39.97042 | 1.38 dakika | 40 Ar'da β bozunması | 2 |
| 41 CI | 40.9707 | 34 saniye | 41 Ar'da β bozunması | |
| 42Cl | 41.9732 | 46,8 sn | 42 Ar'da β bozunması | |
| 43 CI | 42.9742 | 3,3 sn | 43 Ar'da β bozunması |
Fiziksel ve fiziko-kimyasal özellikler
Normal koşullar altında klor, boğucu bir kokuya sahip, sarı-yeşil bir gazdır. Fiziksel özelliklerinden bazıları tabloda sunulmaktadır.
Klorun bazı fiziksel özellikleri
| Mülk | Anlam |
|---|---|
| Kaynama sıcaklığı | −34 °C |
| Erime sıcaklığı | −101 °C |
| ayrışma sıcaklığı (atomlara ayrışma) |
~1400°С |
| Yoğunluk (gaz, bilinmiyor) | 3.214 g/l |
| Bir atomun elektron ilgisi | 3,65 ev |
| Birinci iyonlaşma enerjisi | 12,97 eV |
| Isı kapasitesi (298 K, gaz) | 34,94 (J/mol K) |
| Kritik sıcaklık | 144°C |
| Kritik basınç | 76 atm |
| Standart oluşum entalpisi (298 K, gaz) | 0 (kJ/mol) |
| Standart oluşum entropisi (298 K, gaz) | 222,9 (J/mol K) |
| Erime entalpisi | 6,406 (kJ/mol) |
| Kaynama entalpisi | 20,41 (kJ/mol) |
Klor, soğutulduğunda yaklaşık 239 K sıcaklıkta sıvıya dönüşür ve daha sonra 113 K'nin altında uzay grubuyla ortorombik bir kafes halinde kristalleşir. Cmca ve parametreler a=6.29 b=4.50, c=8.21. 100 K'nin altında, kristal klorun ortorombik modifikasyonu bir uzay grubuna sahip olan tetragonal hale gelir. P4 2/ncm ve kafes parametreleri a=8.56 ve c=6.12.
çözünürlük
| Çözücü | Çözünürlük g/100 g |
|---|---|
| Benzen | Hadi çözelim |
| Su (0 °C) | 1,48 |
| Su (20 °C) | 0,96 |
| Su (25 °C) | 0,65 |
| Su (40 °C) | 0,46 |
| Su (60°C) | 0,38 |
| Su (80 °C) | 0,22 |
| Karbon tetraklorür (0 °C) | 31,4 |
| Karbon tetraklorür (19 °C) | 17,61 |
| Karbon tetraklorür (40 °C) | 11 |
| Kloroform | iyi çözünür |
| TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 | Hadi çözelim |
Işıkta veya ısıtıldığında radikal bir mekanizmaya göre hidrojen ile aktif olarak (bazen patlamayla) reaksiyona girer. % 5,8 ila 88,3 hidrojen içeren klor ve hidrojen karışımları, ışınlama üzerine patlayarak hidrojen klorür oluşturur. Küçük konsantrasyonlarda klor ve hidrojen karışımı renksiz veya sarı-yeşil bir alevle yanar. Hidrojen-klor alevinin maksimum sıcaklığı 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (örn.) → 2ClF 3
Diğer özellikler
Cl 2 + CO → COCl 2Suda veya alkalilerde çözündüğünde klor dismutasyona uğrayarak hipokloröz (ve ısıtıldığında perklorik) ve hidroklorik asitleri veya bunların tuzlarını oluşturur:
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 4NH3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Klorun oksitleyici özellikleri
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SOrganik maddelerle reaksiyonlar
CH3 -CH3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HC1Doymamış bileşiklere çoklu bağlar yoluyla bağlanır:
CH2 =CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl
Aromatik bileşikler, katalizörlerin (örneğin, AlCl3 veya FeCl3) varlığında bir hidrojen atomunu klor ile değiştirir:
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HC1
Klor üretimi için klor yöntemleri
Endüstriyel yöntemler
Başlangıçta, klor üretimine yönelik endüstriyel yöntem Scheele yöntemine, yani piroluzitin hidroklorik asit ile reaksiyonuna dayanıyordu:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anot: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Katot: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-
Suyun elektrolizi, sodyum klorürün elektrolizine paralel olarak gerçekleştiğinden, genel denklem şu şekilde ifade edilebilir:
1,80 NaCl + 0,50 H20 → 1,00 Cl2 + 1,10 NaOH + 0,03 H2
Klor üretimi için elektrokimyasal yöntemin üç çeşidi kullanılır. Bunlardan ikisi katı katotla elektrolizdir: diyafram ve membran yöntemleri, üçüncüsü ise sıvı katotla elektrolizdir (cıva üretim yöntemi). Elektrokimyasal üretim yöntemleri arasında en kolay ve kullanışlı yöntem cıva katot ile elektrolizdir ancak bu yöntem metalik cıvanın buharlaşması ve sızması sonucu çevreye önemli zararlar vermektedir.
Katı katotlu diyafram yöntemi
Elektrolizör boşluğu, gözenekli bir asbest bölümü (bir diyafram) ile elektrolizörün katot ve anotunun sırasıyla yerleştirildiği katot ve anot boşluklarına bölünmüştür. Bu nedenle, böyle bir elektrolizöre genellikle diyafram adı verilir ve üretim yöntemi diyafram elektrolizidir. Doymuş anolitin (NaCl çözeltisi) akışı sürekli olarak diyafram elektrolizörünün anot boşluğuna akar. Elektrokimyasal işlem sonucunda halitin ayrışması nedeniyle anotta klor, suyun ayrışması nedeniyle katotta hidrojen açığa çıkar. Bu durumda katoda yakın bölge sodyum hidroksit ile zenginleştirilir.
Katı katotlu membran yöntemi
Membran yöntemi esasen diyafram yöntemine benzer, ancak anot ve katot boşlukları katyon değiştirici polimer membranla ayrılır. Membran üretim yöntemi diyafram yöntemine göre daha verimlidir ancak kullanımı daha zordur.
Sıvı katotlu cıva yöntemi
İşlem, iletişim yoluyla birbirine bağlanan bir elektrolizör, bir ayrıştırıcı ve bir cıva pompasından oluşan bir elektrolitik banyoda gerçekleştirilir. Elektrolitik banyoda cıva, bir cıva pompasının etkisi altında, bir elektrolizörden ve bir ayrıştırıcıdan geçerek dolaşır. Elektrolizörün katotu bir cıva akışıdır. Anotlar - grafit veya düşük aşınma. Cıva ile birlikte, elektrolizörden sürekli olarak bir anolit akışı - bir sodyum klorür çözeltisi - akar. Klorürün elektrokimyasal ayrışması sonucunda anotta klor molekülleri oluşur ve katotta açığa çıkan sodyum cıva içinde çözünerek bir amalgam oluşturur.
Laboratuvar yöntemleri
Laboratuvarlarda klor üretmek için genellikle hidrojen klorürün güçlü oksitleyici maddelerle (örneğin manganez (IV) oksit, potasyum permanganat, potasyum dikromat) oksidasyonuna dayalı işlemler kullanılır:
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 +8H20K2Cr207 + 14HCl → 3Cl2 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H2O
Klor depolama
Üretilen klor özel “tanklarda” depolanır veya çelik silindirlere pompalanır. yüksek basınç. Basınç altında sıvı klor içeren silindirlerin özel bir rengi vardır - bataklık rengi. Klor silindirlerinin uzun süreli kullanımı sırasında, aşırı derecede patlayıcı nitrojen triklorürün içlerinde biriktiği ve bu nedenle, zaman zaman klor silindirlerinin rutin olarak nitrojen klorürle yıkanması ve temizlenmesi gerektiği unutulmamalıdır.
Klor Kalite Standartları
GOST 6718-93'e göre “Sıvı klor. Teknik özelliklerde aşağıdaki klor sınıflarında üretilmektedir.
Başvuru
Klor birçok endüstride, bilimde ve ev ihtiyaçlarında kullanılır:
- Polivinil klorür, plastik bileşikler, sentetik kauçuk üretiminde: tel izolasyonu, pencere profilleri, ambalaj malzemeleri, giyim ve ayakkabılar, linolyum ve plaklar, vernikler, ekipman ve köpük plastikler, oyuncaklar, alet parçaları, inşaat malzemeleri. Polivinil klorür, günümüzde çoğunlukla etilenden, ara madde 1,2-dikloroetan yoluyla klor dengeli yöntemle üretilen vinil klorürün polimerizasyonuyla üretilir.
- Klorun ağartma özellikleri uzun zamandır bilinmektedir, ancak "ağartıcı" olan klorun kendisi değil, hipokloröz asidin parçalanması sırasında oluşan atomik oksijendir: Cl2 + H2O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Bu kumaş, kağıt, karton ağartma yöntemi birkaç yüzyıldır kullanılmaktadır.
- Organoklorlu böcek öldürücülerin üretimi - mahsullere zararlı böcekleri öldüren ancak bitkiler için güvenli olan maddeler. Üretilen klorun önemli bir kısmı bitki koruma ürünleri elde etmek amacıyla tüketilmektedir. En önemli böcek öldürücülerden biri heksaklorosikloheksandır (genellikle heksakloran olarak adlandırılır). Bu madde ilk olarak 1825'te Faraday tarafından sentezlendi, ancak pratik uygulama ancak 100 yıldan daha uzun bir süre sonra - yüzyılımızın 30'larında bulundu.
- Kimyasal savaş ajanı olarak ve diğer kimyasal savaş ajanlarının üretiminde kullanıldı: hardal gazı, fosgen.
- Suyu dezenfekte etmek için - “klorlama”. İçme suyunun dezenfekte edilmesinde en yaygın yöntem; serbest klor ve bileşiklerinin redoks işlemlerini katalize eden mikroorganizmaların enzim sistemlerini engelleme yeteneğine dayanmaktadır. İçme suyunu dezenfekte etmek için aşağıdakiler kullanılır: klor, klor dioksit, kloramin ve çamaşır suyu. SanPiN 2.1.4.1074-01, merkezi su kaynağının içme suyunda 0,3 - 0,5 mg/l'lik izin verilen serbest artık klor içeriğinin aşağıdaki sınırlarını (koridor) belirler. Rusya'daki bazı bilim adamları ve hatta politikacılar, musluk suyunun klorlanması kavramını eleştiriyor, ancak klor bileşiklerinin dezenfekte edici etkisine bir alternatif sunamıyor. Su borularının yapıldığı malzemeler klorlu musluk suyuyla farklı etkileşime girer. Musluk suyundaki serbest klor, poliolefin bazlı boru hatlarının servis ömrünü önemli ölçüde azaltır: çapraz bağlı polietilen dahil olmak üzere çeşitli polietilen boru türleri, büyük olanlar PEX (PE-X) olarak bilinir. ABD'de, klorlu su içeren su tedarik sistemlerinde kullanılmak üzere polimer malzemelerden yapılmış boru hatlarının kabulünü kontrol etmek için 3 standardı benimsemek zorunda kaldılar: borular, membranlar ve iskelet kaslarıyla ilgili olarak ASTM F2023. Bu kanallar sıvı hacminin düzenlenmesinde, transepitelyal iyon taşınmasında ve membran potansiyellerinin stabilize edilmesinde önemli işlevler yerine getirir ve hücre pH'ının korunmasında rol oynar. Klor iç dokuda, deride ve iskelet kaslarında birikir. Klor esas olarak kalın bağırsakta emilir. Klorun emilimi ve atılımı, sodyum iyonları ve bikarbonatlarla ve daha az ölçüde mineralokortikoidler ve Na + /K + -ATPaz aktivitesiyle yakından ilişkilidir. Tüm klorun %10-15'i hücrelerde birikir ve bunun 1/3 ila 1/2'si kırmızı kan hücrelerindedir. Klorun yaklaşık %85'i hücre dışı alanda bulunur. Klor vücuttan esas olarak idrar (%90-95), dışkı (%4-8) ve deri (%2'ye kadar) yoluyla atılır. Klorun atılımı sodyum ve potasyum iyonlarıyla ve karşılıklı olarak HCO3 - (asit-baz dengesi) ile ilişkilidir.
Bir kişi günde 5-10 gr NaCl tüketir.İnsanın minimum klor ihtiyacı günde yaklaşık 800 mg'dır. Bebek gerekli miktarda kloru, 11 mmol/l klor içeren anne sütünden alır. Midede sindirimi kolaylaştıran ve patojenik bakterileri yok eden hidroklorik asit üretimi için NaCl gereklidir. Şu anda, insanlarda bazı hastalıkların ortaya çıkmasında klorun rolü, esas olarak az sayıda çalışma nedeniyle iyi araştırılmamıştır. Günlük klor alımına ilişkin önerilerin bile geliştirilmediğini söylemek yeterli. İnsan kas dokusu% 0,20-0,52 klor, kemik dokusu -% 0,09; kanda - 2,89 g/l. Ortalama bir insanın vücudu (vücut ağırlığı 70 kg) 95 g klor içerir. Bir kişi her gün yiyeceklerden 3-6 g klor alır ve bu, bu elemente olan ihtiyacı fazlasıyla karşılar.
Klor iyonları bitkiler için hayati öneme sahiptir. Klor, bitkilerde oksidatif fosforilasyonu aktive ederek enerji metabolizmasında rol oynar. İzole edilmiş kloroplastlar tarafından fotosentez sırasında oksijen oluşumu için gereklidir ve fotosentezin yardımcı süreçlerini, özellikle enerji birikimiyle ilişkili olanları uyarır. Klorun oksijen, potasyum, kalsiyum ve magnezyum bileşiklerinin kökler tarafından emilimi üzerinde olumlu etkisi vardır. Bitkilerde aşırı klor iyonu konsantrasyonunun olumsuz bir yanı da olabilir, örneğin klorofil içeriğini azaltabilir, fotosentez aktivitesini azaltabilir, bitkilerin büyümesini ve gelişmesini geciktirebilir Baskunchak klor). Klor kullanılan ilk kimyasal ajanlardan biriydi
— Analitik laboratuvar ekipmanı, laboratuvar ve endüstriyel elektrotların kullanılması, özellikle: Cl- ve K+ içeriğini analiz eden ESR-10101 referans elektrotları.
Klor sorguları, klor sorgularıyla bulunuruz
Etkileşim, zehirlenme, su, reaksiyonlar ve klor üretimi
- oksit
- çözüm
- asitler
- bağlantılar
- özellikler
- tanım
- dioksit
- formül
- ağırlık
- aktif
- sıvı
- madde
- başvuru
- aksiyon
- paslanma durumu
- hidroksit
Klorun fiziksel özellikleri dikkate alınır: klorun yoğunluğu, termal iletkenliği, özgül ısısı ve çeşitli sıcaklıklarda dinamik viskozitesi. Cl2'nin fiziksel özellikleri, bu halojenin sıvı, katı ve gaz halleri için tablolar şeklinde sunulmaktadır.
Klorun temel fiziksel özellikleri
Klor, elementlerin periyodik tablosunun üçüncü periyodunun VII. grubunda 17 numarada yer alır. Halojenlerin alt grubuna aittir, sırasıyla 35.453 ve 70.906 bağıl atom ve moleküler kütleye sahiptir. -30°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda klor, karakteristik güçlü, tahriş edici bir kokuya sahip, yeşilimsi sarı bir gazdır. -34°C'ye soğutulduğunda normal basınç (1.013·10 5 Pa) altında kolayca sıvılaşır ve -101°C'de katılaşan berrak amber rengi bir sıvı oluşturur.
Yüksek kimyasal aktivitesi nedeniyle serbest klor doğada oluşmaz, yalnızca bileşikler halinde bulunur. Esas olarak halit () mineralinde bulunur ve ayrıca silvit (KCl), karnalit (KCl MgCl2 6H2O) ve silvinit (KCl NaCl) gibi minerallerin bir parçasıdır. Yer kabuğundaki klor içeriği, yer kabuğundaki toplam atom sayısının %0,02'sine yaklaşmaktadır; burada %75,77 35 Cl ve %24,23 37 Cl yüzde oranında 35 Cl ve 37 Cl iki izotop formunda bulunur. .
| Mülk | Anlam |
|---|---|
| Erime noktası, °C | -100,5 |
| Kaynama noktası, °C | -30,04 |
| Kritik sıcaklık, °C | 144 |
| Kritik basınç, Pa | 77,1 10 5 |
| Kritik yoğunluk, kg/m3 | 573 |
| Gaz yoğunluğu (0°C ve 1,013 10 5 Pa'da), kg/m3 | 3,214 |
| Doymuş buhar yoğunluğu (0°C ve 3.664 10 5 Pa'da), kg/m3 | 12,08 |
| Sıvı klorun yoğunluğu (0°C ve 3.664 10 5 Pa'da), kg/m 3 | 1468 |
| Sıvı klorun yoğunluğu (15,6°C ve 6,08 10 5 Pa'da), kg/m3 | 1422 |
| Katı klorun yoğunluğu (-102°C'de), kg/m3 | 1900 |
| Havadaki gazın bağıl yoğunluğu (0°C ve 1,013 10 5 Pa'da) | 2,482 |
| Havadaki doymuş buharın bağıl yoğunluğu (0°C ve 3.664 · 10 5 Pa'da) | 9,337 |
| Sıvı klorun 0°C'deki bağıl yoğunluğu (4°C'deki suya göre) | 1,468 |
| Gazın özgül hacmi (0°C ve 1,013 10 5 Pa'da), m3 /kg | 0,3116 |
| Doymuş buharın özgül hacmi (0°C ve 3.664 10 5 Pa'da), m3 /kg | 0,0828 |
| Sıvı klorun spesifik hacmi (0°C ve 3.664 10 5 Pa'da), m3 /kg | 0,00068 |
| 0°C'de klor buhar basıncı, Pa | 3.664 10 5 |
| 20°C'de gazın dinamik viskozitesi, 10 -3 Pa·s | 0,013 |
| Sıvı klorun 20°C'de dinamik viskozitesi, 10 -3 Pa·s | 0,345 |
| Katı klorun füzyon ısısı (erime noktasında), kJ/kg | 90,3 |
| Buharlaşma ısısı (kaynama noktasında), kJ/kg | 288 |
| Süblimleşme ısısı (erime noktasında), kJ/mol | 29,16 |
| Gazın molar ısı kapasitesi C p (-73…5727°C'de), J/(mol K) | 31,7…40,6 |
| Sıvı klorun molar ısı kapasitesi C p (-101…-34°C'de), J/(mol K) | 67,1…65,7 |
| 0°C'de gaz ısıl iletkenlik katsayısı, W/(m·K) | 0,008 |
| 30°C'de sıvı klorun termal iletkenlik katsayısı, W/(m·K) | 0,62 |
| Gaz entalpisi, kJ/kg | 1,377 |
| Doymuş buharın entalpisi, kJ/kg | 1,306 |
| Sıvı klorun entalpisi, kJ/kg | 0,879 |
| 14°C'de kırılma indisi | 1,367 |
| -70°С'de spesifik elektrik iletkenliği, S/m | 10 -18 |
| Elektron ilgisi, kJ/mol | 357 |
| İyonlaşma enerjisi, kJ/mol | 1260 |
Klor Yoğunluğu
Normal koşullar altında klor, yoğunluğu yaklaşık 2,5 kat daha yüksek olan ağır bir gazdır. Gaz ve sıvı klorun yoğunluğu normal koşullar altında (0°C'de) sırasıyla 3,214 ve 1468 kg/m3'e eşittir. Sıvı veya gaz halindeki klor ısıtıldığında termal genleşmeden dolayı hacim artışı nedeniyle yoğunluğu azalır.
Klor gazının yoğunluğu
Tablo, çeşitli sıcaklıklarda (-30 ila 140°C arasında değişen) ve normal atmosferik basınçta (1,013·10 5 Pa) gaz halindeki klorun yoğunluğunu gösterir. Klorun yoğunluğu sıcaklıkla değişir; ısıtıldığında azalır. Örneğin, 20°C'de klorun yoğunluğu 2,985 kg/m3'tür Bu gazın sıcaklığı 100°C'ye çıktığında yoğunluk değeri 2.328 kg/m3 değerine düşer.
| t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 |
|---|---|---|---|
| -30 | 3,722 | 60 | 2,616 |
| -20 | 3,502 | 70 | 2,538 |
| -10 | 3,347 | 80 | 2,464 |
| 0 | 3,214 | 90 | 2,394 |
| 10 | 3,095 | 100 | 2,328 |
| 20 | 2,985 | 110 | 2,266 |
| 30 | 2,884 | 120 | 2,207 |
| 40 | 2,789 | 130 | 2,15 |
| 50 | 2,7 | 140 | 2,097 |
Basınç arttıkça klorun yoğunluğu artar. Aşağıdaki tablolar, -40 ila 140°C sıcaklık aralığında ve 26,6·10 5 ila 213·10 5 Pa basınç aralığında klor gazının yoğunluğunu göstermektedir. Artan basınçla gaz halindeki klorun yoğunluğu orantılı olarak artar. Örneğin, 10°C sıcaklıkta klor basıncının 53,2·10 5'ten 106,4·10 5 Pa'ya artması, bu gazın yoğunluğunun iki kat artmasına yol açar.
| ↓ 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 |
Sıvı klorun yoğunluğu
Sıvı klor, sınırları eksi 100,5 ila artı 144 ° C (yani erime noktasından kritik sıcaklığa kadar) olan nispeten dar bir sıcaklık aralığında mevcut olabilir. 144°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda klor herhangi bir basınç altında sıvı hale geçmez. Bu sıcaklık aralığında sıvı klorun yoğunluğu 1717 ila 573 kg/m3 arasında değişmektedir.
| t, °С | ρ, kg/m3 | t, °С | ρ, kg/m3 |
|---|---|---|---|
| -100 | 1717 | 30 | 1377 |
| -90 | 1694 | 40 | 1344 |
| -80 | 1673 | 50 | 1310 |
| -70 | 1646 | 60 | 1275 |
| -60 | 1622 | 70 | 1240 |
| -50 | 1598 | 80 | 1199 |
| -40 | 1574 | 90 | 1156 |
| -30 | 1550 | 100 | 1109 |
| -20 | 1524 | 110 | 1059 |
| -10 | 1496 | 120 | 998 |
| 0 | 1468 | 130 | 920 |
| 10 | 1438 | 140 | 750 |
| 20 | 1408 | 144 | 573 |
Klorun özgül ısı kapasitesi
0 ila 1200°C sıcaklık aralığında ve normal atmosfer basıncında klor gazı C p'nin kJ/(kg K) cinsinden spesifik ısı kapasitesi aşağıdaki formül kullanılarak hesaplanabilir:
burada T, Kelvin derece cinsinden klorun mutlak sıcaklığıdır.
Normal şartlarda klorun özgül ısı kapasitesinin 471 J/(kg·K) olduğu ve ısıtıldığında arttığı unutulmamalıdır. 500°C'nin üzerindeki sıcaklıklarda ısı kapasitesindeki artış önemsiz hale gelir ve yüksek sıcaklıklarda klorun özgül ısısı hemen hemen değişmeden kalır.
Tablo, yukarıdaki formülü kullanarak klorun özgül ısısını hesaplamanın sonuçlarını göstermektedir (hesaplama hatası yaklaşık% 1'dir).
| 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 |
Mutlak sıfıra yakın sıcaklıklarda klor katı haldedir ve düşük özgül ısı kapasitesine sahiptir (19 J/(kg K)). Katı Cl 2'nin sıcaklığı arttıkça ısı kapasitesi artar ve eksi 143°C'de 720 J/(kg K) değerine ulaşır.
Sıvı klorun 0 ila -90 santigrat derece aralığında 918...949 J/(kg K) özgül ısı kapasitesi vardır. Tablo, sıvı klorun spesifik ısı kapasitesinin gaz klorunkinden daha yüksek olduğunu ve artan sıcaklıkla azaldığını göstermektedir.
Klorun termal iletkenliği
Tablo, -70 ila 400°C sıcaklık aralığında normal atmosfer basıncında klor gazının ısıl iletkenlik katsayılarının değerlerini göstermektedir.
Normal koşullar altında klorun ısıl iletkenlik katsayısı 0,0079 W/(m derece) olup, aynı sıcaklık ve basınçtakinden 3 kat daha azdır. Klorun ısıtılması termal iletkenliğinde bir artışa yol açar. Böylece 100°C sıcaklıkta klorun bu fiziksel özelliğinin değeri 0,0114 W/(m derece)'ye yükselir.
| t, °С | λ, W/(m derece) | t, °С | λ, W/(m derece) |
|---|---|---|---|
| -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 |
Klor viskozitesi
20...500°C sıcaklık aralığında gaz halindeki klorun dinamik viskozite katsayısı aşağıdaki formül kullanılarak yaklaşık olarak hesaplanabilir:
burada η T, belirli bir T, K sıcaklığında klorun dinamik viskozite katsayısıdır;
η T 0 - T 0 = 273 K sıcaklıkta klorun dinamik viskozite katsayısı (normal koşullarda);
C, Sutherland sabitidir (klor için C = 351).
Normal koşullar altında klorun dinamik viskozitesi 0,0123·10 -3 Pa·s'dir. Isıtıldığında klorun viskozite gibi fiziksel özelliği daha yüksek değerler alır.
Sıvı klorun viskozitesi, gaz halindeki klordan daha büyük bir mertebeye sahiptir. Örneğin, 20°C sıcaklıkta, sıvı klorun dinamik viskozitesi 0,345·10-3 Pa·s değerine sahiptir ve artan sıcaklıkla birlikte azalır.
Kaynaklar:
- Barkov S. A. Halojenler ve manganez alt grubu. D. I. Mendeleev'in periyodik tablosunun VII. grubunun elemanları. Öğrenciler için bir el kitabı. M.: Eğitim, 1976 - 112 s.
- Fiziksel büyüklük tabloları. Dizin. Ed. akad. I. K. Kikoina. M.: Atomizdat, 1976 - 1008 s.
- Yakimenko L. M., Pasmanik M. I. Klor, kostik soda ve bazik klor ürünlerinin üretimine ilişkin el kitabı. Ed. 2., başına. ve diğerleri M .: Kimya, 1976 - 440 s.