U prirodi se klor javlja u plinovitom stanju i samo u obliku spojeva s drugim plinovima. U uvjetima bliskim normalnim, to je zelenkast, otrovan, kaustični plin. Ima veću težinu od zraka. Ima slatkast miris. Molekula klora sadrži dva atoma. Ne gori u mirovanju, ali na visokim temperaturama stupa u interakciju s vodikom, nakon čega je moguća eksplozija. Kao rezultat, oslobađa se plin fosgen. Vrlo otrovno. Dakle, čak i pri niskoj koncentraciji u zraku (0,001 mg po 1 dm3) može uzrokovati smrt. Glavna karakteristika nemetalnog klora je da je teži od zraka, stoga će uvijek biti blizu poda u obliku žućkastozelene izmaglice.
Povijesne činjenice
Prvi put u praksi, ovu tvar je dobio K. Schelee 1774. kombiniranjem klorovodične kiseline i piroluzita. Međutim, tek 1810. P. Davy je uspio okarakterizirati klor i ustanoviti da onzaseban kemijski element.
Vrijedi napomenuti da je 1772. Joseph Priestley uspio dobiti klorovodik - spoj klora s vodikom, ali kemičar nije mogao razdvojiti ova dva elementa.
Kemijska karakterizacija klora
Klor je kemijski element glavne podskupine VII grupe periodnog sustava. Nalazi se u trećem razdoblju i ima atomski broj 17 (17 protona u atomskoj jezgri). Reaktivni nemetal. Označeno slovima Cl.
Tipičan je predstavnik halogena. To su plinovi koji nemaju boju, ali imaju oštar oštar miris. Obično otrovan. Svi halogeni su vrlo topljivi u vodi. Počinju pušiti kada su izloženi vlažnom zraku.
Vanjska elektronska konfiguracija atoma Cl 3s2Zr5. Stoga, u spojevima, kemijski element pokazuje razine oksidacije od -1, +1, +3, +4, +5, +6 i +7. Kovalentni polumjer atoma je 0,96Å, ionski radijus Cl je 1,83 Å, afinitet atoma prema elektronu je 3,65 eV, razina ionizacije je 12,87 eV.
Kao što je gore spomenuto, klor je prilično aktivan nemetal, koji vam omogućuje stvaranje spojeva s gotovo bilo kojim metalom (u nekim slučajevima, zagrijavanjem ili korištenjem vlage, dok istiskuje brom) i nemetala. U obliku praha, reagira s metalima samo kada je izložen visokim temperaturama.
Maksimalna temperatura izgaranja - 2250 °C. S kisikom može stvarati okside, hipoklorite, klorite i klorate. Svi spojevi koji sadrže kisik postaju eksplozivni u interakciji s oksidacijomtvari. Vrijedi napomenuti da oksidi klora mogu eksplodirati nasumično, dok klorati eksplodiraju samo kada su izloženi bilo kojem inicijatoru.
Karakterizacija klora prema položaju u periodnom sustavu:
• jednostavna tvar;
• element sedamnaeste grupe periodnog sustava;
• treća razdoblja trećeg retka;
• sedma skupina glavne podskupine;
• atomski broj 17;
• označen simbolom Cl;
• reaktivni nemetal;
• je u halogenoj skupini;
• u gotovo normalnim uvjetima, to je otrovni plin žućkasto-zelene boje s oštrim mirisom;
• molekula klora ima 2 atoma (formula Cl2).
Fizička svojstva klora:
• Točka vrenja: -34,04 °S;
• Točka topljenja: -101,5 °S;
• Gustoća plina - 3,214 g/l;
• gustoća tekući klor (tijekom ključanja) - 1,537 g/cm3;
• gustoća krutog klora - 1,9 g/cm 3;
• specifičan volumen – 1,745 x 10-3 l/godina.
Klor: karakteristike temperaturnih promjena
U plinovitom stanju, lako se ukapljuje. Pri tlaku od 8 atmosfera i temperaturi od 20 ° C izgleda kao zelenkasto-žuta tekućina. Ima vrlo visoka svojstva korozije. Kao što pokazuje praksa, ovaj kemijski element može održavati tekuće stanje do kritične temperature (143 °C), podložan porastu tlaka.
Ako se ohladi na -32 °C,promijenit će svoje agregatno stanje u tekuće, bez obzira na atmosferski tlak. Daljnjim smanjenjem temperature dolazi do kristalizacije (na -101 °C).
Klor u prirodi
Zemljina kora sadrži samo 0,017% klora. Najveći dio je u vulkanskim plinovima. Kao što je gore navedeno, tvar ima visoku kemijsku aktivnost, zbog čega se u prirodi pojavljuje u spojevima s drugim elementima. Međutim, mnogi minerali sadrže klor. Karakteristika elementa omogućuje stvaranje stotinjak različitih minerala. U pravilu su to metalni kloridi.
Također, velika količina nalazi se u oceanima - gotovo 2%. To je zbog činjenice da se kloridi vrlo aktivno otapaju i nose rijekama i morima. Moguć je i obrnuti proces. Klor se vraća na obalu, a zatim ga vjetar nosi okolo. Zato se njegova najveća koncentracija zapaža u obalnim područjima. U sušnim područjima planeta, plin koji razmatramo nastaje isparavanjem vode, uslijed čega se pojavljuju slane močvare. Godišnje se u svijetu iskopa oko 100 milijuna tona ove tvari. Što, međutim, i ne čudi, jer postoje mnoge naslage koje sadrže klor. Njegove karakteristike, međutim, uvelike ovise o geografskom položaju.
Metode za dobivanje klora
Danas postoji niz metoda za dobivanje klora, od kojih su sljedeće najčešće:
1. dijafragma. Najjednostavniji je i najjeftiniji. klorovodičnaotopina u dijafragmskoj elektrolizi ulazi u anodni prostor. Dalje, čelična katodna mreža teče u dijafragmu. Sadrži malu količinu polimernih vlakana. Važna značajka ovog uređaja je protutok. Usmjeren je iz anodnog prostora u katodni prostor, što omogućuje odvojeno dobivanje klora i lužine.
2. Membrana. Energetski najučinkovitiji, ali teško implementiran u organizaciji. Slično dijafragmi. Razlika je u tome što su anodni i katodni prostor potpuno odvojeni membranom. Stoga su izlaz dva odvojena toka.
Vrijedi napomenuti da je karakteristika kem. element (klor) dobiven ovim metodama bit će drugačiji. Metoda membrane smatra se "čišćom".
3. Živina metoda s tekućom katodom. U usporedbi s drugim tehnologijama, ova opcija vam omogućuje da dobijete najčišći klor.
Glavni dijagram instalacije sastoji se od elektrolizera i međusobno povezane pumpe i razlagača amalgama. Živa koju pumpa pumpa zajedno s otopinom kuhinjske soli služi kao katoda, a ugljične ili grafitne elektrode služe kao anoda. Princip rada instalacije je sljedeći: iz elektrolita se oslobađa klor koji se zajedno s anolitom uklanja iz elektrolizera. Iz potonjeg se uklanjaju nečistoće i ostaci klora, zasićeni halitom i ponovno vraćaju u elektrolizu.
Zahtjevi industrijske sigurnosti i neisplativost proizvodnje doveli su do zamjene tekuće katode čvrstom.
Upotreba klora u industrijisvrhe
Svojstva klora omogućuju njegovu aktivnu upotrebu u industriji. Uz pomoć ovog kemijskog elementa dobivaju se različiti organoklorni spojevi (vinil klorid, kloro-guma itd.), lijekovi i dezinficijensi. Ali najveća niša koju zauzima industrija je proizvodnja klorovodične kiseline i vapna.
Metode za pročišćavanje pitke vode se široko koriste. Danas se pokušavaju odmaknuti od ove metode, zamjenjujući je ozoniranjem, jer tvar koju razmatramo negativno utječe na ljudsko tijelo, osim toga, klorirana voda uništava cjevovode. To je zbog činjenice da u slobodnom stanju Cl negativno utječe na cijevi izrađene od poliolefina. Međutim, većina zemalja preferira metodu kloriranja.
Također, klor se koristi u metalurgiji. Uz njegovu pomoć dobiva se niz rijetkih metala (niobij, tantal, titan). U kemijskoj industriji razni organoklorni spojevi aktivno se koriste za suzbijanje korova i za druge poljoprivredne svrhe, element se također koristi kao izbjeljivač.
Zbog svoje kemijske strukture, klor uništava većinu organskih i anorganskih boja. To se postiže potpunim obezbojenjem. Takav rezultat je moguć samo ako je prisutna voda, jer se proces izbjeljivanja događa zbog atomskog kisika, koji nastaje nakon razgradnje klora: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Ovu metodu koristio je parprije nekoliko stoljeća, a popularan je i danas.
Upotreba ove tvari vrlo je popularna za proizvodnju organoklornih insekticida. Ovi poljoprivredni pripravci ubijaju štetne organizme, ostavljajući biljke netaknute. Značajan dio cjelokupnog klora koji se iskopa na planetu ide za poljoprivredne potrebe.
Koristi se i u proizvodnji plastičnih smjesa i gume. Uz njihovu pomoć izrađuju se izolacija žica, pribor za pisanje, oprema, školjke kućanskih aparata itd. Postoji mišljenje da gume dobivene na ovaj način štete osobi, ali to ne potvrđuje znanost.
Vrijedi napomenuti da se klor (karakteristike tvari ranije smo detaljno razotkrili) i njegovi derivati, kao što su iperit i fosgen, također koriste u vojne svrhe za dobivanje kemijskih ratnih agenasa.
Klor kao svijetli predstavnik nemetala
Nemetali su jednostavne tvari koje uključuju plinove i tekućine. U većini slučajeva provode električnu struju lošije od metala, a imaju značajne razlike u fizičkim i mehaničkim karakteristikama. Uz pomoć visoke razine ionizacije, sposobni su tvoriti kovalentne kemijske spojeve. U nastavku će se dati karakteristika nemetala na primjeru klora.
Kao što je gore spomenuto, ovaj kemijski element je plin. U normalnim uvjetima potpuno mu nedostaju svojstva slična metalima. Bez vanjske pomoći ne može komunicirati s kisikom, dušikom, ugljikom itd.pokazuje oksidirajuća svojstva u vezama s jednostavnim tvarima i nekim složenim. Odnosi se na halogene, što se jasno odražava u njegovim kemijskim karakteristikama. U spojevima s drugim predstavnicima halogena (brom, astatin, jod), istiskuje ih. U plinovitom stanju klor (njegova karakteristika je izravna potvrda toga) se dobro otapa. Izvrstan je dezinficijens. Ubija samo žive organizme, što ga čini nezamjenjivim u poljoprivredi i medicini.
Upotreba kao otrovna tvar
Karakteristika atoma klora omogućuje da se koristi kao otrovno sredstvo. Prvi put plin je Njemačka upotrijebila 22. travnja 1915. godine tijekom Prvog svjetskog rata, uslijed čega je umrlo oko 15 tisuća ljudi. Trenutno se ne koristi kao otrovna tvar.
Dajmo kratak opis kemijskog elementa kao sredstva za gušenje. Utječe na ljudsko tijelo putem gušenja. Prvo, nadražuje gornje dišne puteve i sluznicu očiju. Jak kašalj počinje napadima gušenja. Nadalje, prodirući u pluća, plin korodira plućno tkivo, što dovodi do edema. Važno! Klor je tvar koja brzo djeluje.
Ovisno o koncentraciji u zraku, simptomi su različiti. S niskim sadržajem u osobi, uočava se crvenilo sluznice očiju, blagi nedostatak daha. Sadržaj u atmosferi od 1,5-2 g/m3 uzrokuje težinu i uzbuđenje u prsima, oštru bol u gornjim dišnim putevima. Također, stanje može biti popraćeno teškim suzenjem. Nakon 10-15 minuta boravka u sobis takvom koncentracijom klora dolazi do teške opekline pluća i smrti. Pri višim koncentracijama smrt je moguća unutar minute od paralize gornjih dišnih puteva.
Pri radu s ovom supstancom preporuča se koristiti kombinezone, gas maske, rukavice.
Klor u životu organizama i biljaka
Klor je dio gotovo svih živih organizama. Posebnost je u tome što nije prisutan u svom čistom obliku, već u obliku spojeva.
U organizmima životinja i ljudi, kloridni ioni održavaju osmotsku jednakost. To je zbog činjenice da imaju najprikladniji radijus za prodiranje u membranske stanice. Uz kalijeve ione, Cl regulira ravnotežu vode i soli. U crijevima kloridni ioni stvaraju povoljan okoliš za djelovanje proteolitičkih enzima želučanog soka. Klorni kanali su osigurani u mnogim stanicama našeg tijela. Preko njih dolazi do izmjene međustanične tekućine i održava se pH stanice. Oko 85% ukupnog volumena ovog elementa u tijelu nalazi se u međustaničnom prostoru. Izlučuje se iz tijela kroz uretru. Proizvodi ga žensko tijelo tijekom dojenja.
U ovoj fazi razvoja teško je jednoznačno reći koje bolesti izaziva klor i njegovi spojevi. To je zbog nedostatka istraživanja na ovom području.
Također, kloridni ioni su prisutni u biljnim stanicama. Aktivno sudjeluje u razmjeni energije. Bez ovog elementa proces fotosinteze je nemoguć. Uz njegovu pomoćkorijenje aktivno apsorbira potrebne tvari. No visoka koncentracija klora u biljkama može imati štetan učinak (usporavanje procesa fotosinteze, zaustavljanje razvoja i rasta).
Međutim, postoje takvi predstavnici flore koji bi mogli "sprijateljiti" ili se barem slagati s ovim elementom. Karakteristika nemetala (klora) sadrži takvu stavku kao što je sposobnost tvari da oksidira tla. U procesu evolucije, gore spomenute biljke, nazvane halofiti, zauzele su prazne slane močvare, koje su bile prazne zbog prevelike količine ovog elementa. Oni apsorbiraju kloridne ione, a zatim ih se riješe uz pomoć opadanja lišća.
Transport i skladištenje klora
Postoji nekoliko načina za premještanje i skladištenje klora. Karakteristika elementa podrazumijeva potrebu za posebnim visokotlačnim cilindrima. Takvi spremnici imaju identifikacijsku oznaku - okomitu zelenu liniju. Cilindri se moraju temeljito ispirati mjesečno. Kod dugotrajnog skladištenja klora u njima nastaje vrlo eksplozivan talog - dušikov triklorid. Spontano paljenje i eksplozija moguće je ako se ne poštuju sva sigurnosna pravila.
Proučavanje klora
Budući kemičari trebali bi poznavati karakteristike klora. Prema planu, učenici 9. razreda mogu čak napraviti laboratorijske pokuse s ovom tvari na temelju osnovnog znanja discipline. Naravno, nastavnik je dužan provesti sigurnosni brifing.
Redoslijed rada je sljedeći: trebate uzeti tikvicu saklora i u nju sipati sitne metalne strugotine. U letu, čips će se rasplamsati jarkim jarkim iskrama, a u isto vrijeme nastaje lagani bijeli dim SbCl3. Kad se limena folija uroni u posudu s klorom, i ona će se spontano zapaliti, a vatrene pahulje polako će padati na dno tikvice. Tijekom ove reakcije nastaje zadimljena tekućina - SnCl4. Kada se željezne strugotine stave u posudu, nastaju crvene "kapi" i pojavljuje se crveni dim FeCl3.
Uporedo s praktičnim radom, ponavlja se teorija. Konkretno, takvo pitanje kao što je karakterizacija klora po položaju u periodnom sustavu (opisano na početku članka).
Kao rezultat eksperimenata, pokazalo se da element aktivno reagira na organske spojeve. Stavite li vatu natopljenu terpentinom u staklenku s klorom, ona će se odmah zapaliti, a čađa će naglo pasti iz tikvice. Natrij učinkovito tinja žućkastim plamenom, a na stijenkama kemijskih posuđa pojavljuju se kristali soli. Studente će zanimati da je, dok je još bio mlad kemičar, N. N. Semenov (kasnije dobitnik Nobelove nagrade), nakon što je proveo takav eksperiment, skupljao sol sa stijenki tikvice i, posipajući njome kruh, jeo je. Pokazalo se da je kemija bila u pravu i nije iznevjerila znanstvenika. Kao rezultat eksperimenta koji je proveo kemičar, obična kuhinjska sol doista je ispala!
