Klor

Det enkla ämnet klor (under normala förhållanden ) är en giftig kvävande diatomisk gas (formel - Cl 2 ) gulgrön till färgen, tyngre än luft, med en stickande lukt och en sötaktig, "metallisk" smak.

Historien om upptäckten av klor

Föreningen med väte - gasformigt väteklorid - erhölls först av Joseph Priestley 1772. Klor erhölls 1774 av den svenske kemisten Carl Wilhelm Scheele , som beskrev dess frisättning under växelverkan mellan pyrolusit och saltsyra i sin avhandling om pyrolusit:

{\mathsf {4HCl+MnO_{2}\högerpil MnCl_{2}+Cl_{2}\uparrow +2H_{2}O))

Scheele noterade lukten av klor, liknande den av aqua regia , dess förmåga att interagera med guld och cinnober , och dess blekningsegenskaper. Emellertid föreslog Scheele , i enlighet med teorin om flogiston som dominerade den tidens kemi , att klor är avflogistisk murinsyra (saltsyra) . Berthollet och Lavoisier , inom ramen för syreteorin om syror, styrkte att det nya ämnet måste vara en oxid av det hypotetiska grundämnet murium . Men försök att isolera det förblev misslyckade tills arbetet av G. Davy , som lyckades sönderdela bordssalt till natrium och klor genom elektrolys , vilket bevisade den senares elementära natur.

1811 föreslog Davy namnet " klor " för det nya elementet . Ett år senare "kortade" J. Gay-Lussac det franska namnet till klor ( chlore ), även om det på engelska förblev detsamma. Samma 1811 föreslog den tyske fysikern Johann Schweiger namnet " halogen " för klor (bokstavligen saltlösning ), men senare tilldelades denna term till hela den 17:e (VIIA) gruppen av grundämnen, som inkluderar klor [4] .

1826 bestämdes atommassan för klor med hög noggrannhet av den svenske kemisten Jöns Jakob Berzelius (den skiljer sig från moderna data med högst 0,1%) [5] .

Fördelning i naturen

Klor är den vanligaste halogenen i jordskorpan. Klor är mycket aktivt - det kombineras direkt med nästan alla element i det periodiska systemet. Därför förekommer det i naturen endast i form av föreningar i sammansättningen av mineraler: halit NaCl, sylvin KCl, sylvinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H 2 O, karnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 A. De största reserverna av klor finns i salterna i havens och oceanernas vatten (innehållet i havsvatten är 19 g/l [6] ). Klor står för 0,025 % av det totala antalet atomer i jordskorpan ; Clarke-talet för klor är 0,017%. Människokroppen innehåller 0,25 viktprocent kloridjoner. Hos människor och djur finns klor huvudsakligen i intercellulära vätskor (inklusive blod) och spelar en viktig roll i regleringen av osmotiska processer, såväl som i processer associerade med nervcellers funktion.

Isotopkomposition

I naturen finns det 2 stabila isotoper av klor: med masstalet 35 och 37. Proportionerna av deras innehåll är 75,78 % respektive 24,22 % [7] . Egenskaper för stabila och vissa radioaktiva isotoper av klor är listade i tabellen (se [1] , [8] :

Isotop	Relativ massa, en. äta.	Halva livet	Förfallstyp	kärnkraftssnurr
35Cl _	34.968852721	stabil	—	3/2
36Cl _	35,9683069	301 tusen år	β-sönderfall i 36 Ar	2
37Cl _	36.96590262	stabil	—	3/2
38Cl _	37.9680106	37,2 minuter	β-sönderfall i 38 Ar	2
39Cl _	38,968009	55,6 minuter	β-sönderfall i 39 Ar	3/2
40 Cl _	39,97042	1.38 minuter	β-sönderfall i 40 Ar	2
41Cl _	40,9707	34 c	β-sönderfall i 41 Ar
42Cl _	41,9732	46,8 s	β-sönderfall i 42 Ar
43Cl _	42,9742	3,3 s	β-sönderfall i 43 Ar

Fysikaliska och kemiska egenskaper

Under normala förhållanden är klor en gulgrön gas med en stickande lukt. Några av dess fysiska egenskaper presenteras i tabellen.

Fast egendom	Värde [9]
Färg (gas)	gulgrön
Koktemperatur	-34°C
Smält temperatur	-100°C
Nedbrytningstemperatur (dissociation till atomer)	~1400 °C
Densitet (gas, n.o.s. )	3,214 g/l
Affinitet för en atoms elektron	3,65 eV
Första joniseringsenergin	12,97 eV
Värmekapacitet (298 K, gas)	34,94 J/(mol K)
Kritisk temperatur	144°C
kritiskt tryck	76 atm
Standardentalpi för formation (298 K, gas)	0 kJ/mol
Standardentropi av formation (298 K, gas)	222,9 J/(mol K)
Entalpi av fusion	6,406 kJ/mol
Kokande entalpi	20,41 kJ/mol
Energi för homolytisk brytning av X-X-bindning	243 kJ/mol
Energi av heterolytisk störning av X—X-bindningen	1150 kJ/mol
Joniseringsenergi	1255 kJ/mol
Elektronaffinitetsenergi	349 kJ/mol
Atom radie	0,073 nm
Elektronegativitet enligt Pauling	3.20
Allred-Rochov elektronegativitet	2,83
Stabila oxidationstillstånd	−1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7

Gasformigt klor är relativt lätt att göra flytande. Från ett tryck på 0,8 MPa (8 atmosfärer) kommer klor att vara flytande redan vid rumstemperatur. När det kyls till en temperatur av -34 ° C blir klor också flytande vid normalt atmosfärstryck. Flytande klor är en gulgrön vätska med mycket hög frätande effekt (på grund av den höga koncentrationen av molekyler). Genom att öka trycket är det möjligt att uppnå förekomsten av flytande klor upp till en temperatur på +144 ° C (kritisk temperatur) vid ett kritiskt tryck på 7,6 MPa.

Vid temperaturer under −101 °C kristalliseras flytande klor till ett ortorombiskt gitter med rymdgruppen Cmca och parametrarna a = 6,29 Å , b = 4,50 Å , c = 8,21 Å [10] . Under 100 K omvandlas den ortorhombiska modifieringen av kristallint klor till en tetragonal , med rymdgruppen P 4 2 / ncm och gitterparametrarna a = 8,56 Å och c = 6,12 Å [10] .

Löslighet

Lösningsmedel	Löslighet g/100 g
Bensen	Löslig
Vatten [11] (0 °C)	1,48
Vatten (20°C)	0,96
Vatten (25°C)	0,65
Vatten (40°C)	0,46
Vatten (60°C)	0,38
Vatten (80°C)	0,22
Koltetraklorid (0 °C)	31.4
Koltetraklorid (19 °C)	17,61
Koltetraklorid (40 °C)	elva
Kloroform	Mycket löslig
TiCl4 , SiCl4 , SnCl4 _ _ _	Löslig

Dissociationsgraden för klormolekylen Cl 2 → 2Cl vid 1000 K är 2,07⋅10 −4 %, och vid 2500 K är den 0,909 %.

Tröskeln för luktuppfattning i luften är 2-3 mg/m³.

När det gäller elektrisk ledningsförmåga rankas flytande klor bland de starkaste isolatorerna (på grund av dess starka elektronaffinitet, vilket leder till nästan fullständig frånvaro av gratis laddningsbärare): det leder ström nästan en miljard gånger sämre än destillerat vatten och 10 22 gånger värre än silver . Ljudhastigheten i gasformigt klor är ungefär en och en halv gånger lägre än i luft.

Kemiska egenskaper

Strukturen av elektronskalet

Valensnivån för kloratomen innehåller 1 oparad elektron : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 , så valensen , lika med 1 för kloratomen, är mycket stabil. På grund av närvaron av en ledig orbital av d-subnivån i kloratomen, kan kloratomen även uppvisa andra oxidationstillstånd. Schema för bildandet av exciterade tillstånd av atomen:

Valens	Möjliga oxidationstillstånd	Elektroniskt tillstånd för valensnivån	Exempel på anslutning
jag	+1, -1, 0	3s 2 3p 5	NaCl , NaClO , Cl2
III	+3	3s 2 3p 4 3d 1	NaClO2 _
V	+5	3s 2 3p 3 3d 2	KClO 3
VII	+7	3s 1 3p 3 3d 3	KClO 4

Klorföreningar är också kända i vilka kloratomen formellt uppvisar valenserna IV och VI , till exempel ClO2 och Cl2O6 . Men klor(IV)oxid är en stabil radikal , det vill säga den har en oparad elektron, och klor(VI)oxid innehåller två kloratomer med oxidationstillstånd på +5 och +7.

Interaktion med metaller

Klor reagerar direkt med nästan alla metaller (med vissa endast i närvaro av fukt eller vid upphettning):

{\mathsf {2Na+Cl_{2}\högerpil 2NaCl))

{\mathsf {2Sb+3Cl_{2}\högerpil 2SbCl_{3))}

\mathsf{2Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3}

Interaktion med icke-metaller

Med icke-metaller (förutom kol , kväve , fluor , syre och inerta gaser ) bildas motsvarande klorider .

{\mathsf {5Cl_{2}+2P\rightarrow 2PCl_{5}}},

{\mathsf {2S+Cl_{2}\rightarrow S_{2}Cl_{2))}

{\mathsf {S+Cl_{2}\rightarrow SCl_{2}}}.

I ljus eller vid uppvärmning reagerar den aktivt (ibland med en explosion) med väte genom en radikalkedjemekanism . Blandningar av klor med väte, innehållande från 5,8 till 88,3 % väte, exploderar när de bestrålas med bildning av väteklorid . En blandning av klor och väte i små koncentrationer brinner med en färglös [12] eller gulgrön låga. Den maximala temperaturen för en väte-klor låga är 2200 °C.

{\mathsf {H_{2}+Cl_{2}\högerpil 2HCl}}.

Med syre bildar klor oxider ), i vilka det uppvisar ett oxidationstillstånd från +1 till +7: Cl 2 O , ClO 2 , Cl 2 O 5 , Cl 2 O 7 . De har en stickande lukt, är termiskt och fotokemiskt instabila och benägna att explosivt sönderfalla. Klor reagerar inte direkt med syre.

Vid reaktion med fluor bildas inte klorid, utan fluorider :

{\mathsf {Cl_{2}+F_{2}\rightarrow 2ClF}},

{\mathsf {Cl_{2}+3F_{2}\högerpil 2ClF_{3}}},

{\mathsf {Cl_{2}+5F_{2}\högerpil 2ClF_{5}}}.

Klor(I) fluorid , klor(III) fluorid och klor(V)fluorid (ClF, ClF 3 och ClF 5 ) är kända De kan syntetiseras från grundämnen, oxidationstillståndet för klor varierar beroende på syntesförhållandena. Alla är färglösa giftiga tunga gaser vid rumstemperatur med en stark irriterande lukt. Starka oxidationsmedel, reagerar med vatten och glas. De används som fluoreringsmedel.

Andra egenskaper

Klor ersätter brom och jod från deras föreningar med väte och metaller:

{\mathsf {Cl_{2}+2HBr\rightarrow Br_{2}+2HCl))

{\mathsf {Cl_{2}+2NaI\högerpil I_{2}+2NaCl))

Vid reaktion med kolmonoxid bildas fosgen :

{\mathsf {Cl_{2}+CO\högerpil COCl_{2))}

När det löses i vatten eller alkalier, blir klor oproportionerligt och bildar underklor (och vid upphettning underklor ) och saltsyror , eller deras salter:

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}O\rightleftarrows HCl+HClO))

{\mathsf {Cl_{2}+2NaOH\högerpil NaCl+NaClO+H_{2}O))

{\mathsf {3Cl_{2}+6NaOH\högerpil 5NaCl+NaClO_{3}+3H_{2}O))

(vid uppvärmning)

Klor reagerar med vatten i närvaro av koboltsalter :

{\mathsf {2H_{2}O+2Cl_{2}}}\xrightarrow {h\nu ,\,{\textrm {CoCl}}_{2}} {\mathsf {4HCl\uparrow +O_{ 2}\uparrow}}

Genom klorering av torr kalciumhydroxid erhålls blekmedel :

{\mathsf {Cl_{2}+Ca(OH)_{2}\högerpil CaCl(OCl)+H_{2}O))

Genom inverkan av klor på ammoniak kan kvävetriklorid erhållas :

{\mathsf {4NH_{3}+3Cl_{2}\högerpil NCl_{3}+3NH_{4}Cl))

Oxiderande egenskaper hos klor

Klor är ett mycket starkt oxidationsmedel :

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}S\rightarrow 2HCl\uparrow +S))

En lösning av klor i vatten används för att bleka tyger och papper.

Reaktioner med organiska ämnen

Med mättade föreningar :

{\mathsf {CH_{3}{\text{-}}CH_{3}+Cl_{2}\högerpil C_{2}H_{5}Cl+HCl))

{\mathsf {CH_{4}+Cl_{2}\högerpil CH_{3}Cl+HCl))

(vid erhållande av kloroform är reaktionen flerstegs med bildning av koltetraklorid CCl 4 )

Fäster till omättade föreningar med flera bindningar:

{\mathsf {CH_{2}{\text{=}}CH_{2}+Cl_{2}\högerpil Cl{\text{-}}CH_{2}{\text{-}}CH_{2}{ \text{-}}Cl}}

Aromatiska föreningar ersätter en väteatom med klor i närvaro av katalysatorer (till exempel AlCl 3 eller FeCl 3 ):

{\mathsf {C_{6}H_{6}+Cl_{2}\högerpil C_{6}H_{5}Cl+HCl))

Sätt att få

Kemiska metoder

Kemiska metoder för att erhålla klor är ineffektiva och kostsamma. Idag är de främst av historisk betydelse.

Scheeles metod

Ursprungligen baserades den industriella metoden för att producera klor på Scheele- metoden , det vill säga reaktionen av mangan (IV) oxid ( pyrolusit ) med saltsyra :

{\mathsf {MnO_{2}+4HCl\högerpil MnCl_{2}+Cl_{2}\uparrow +2H_{2}O))

Diakonmetoden

År 1867 utvecklade Deacon en metod för att producera klor genom katalytisk oxidation av väteklorid med atmosfäriskt syre . Deacon-processen används för närvarande vid utvinning av klor från väteklorid , en biprodukt av industriell klorering av organiska föreningar.

{\mathsf {4HCl+O_{2}\högerpil 2H_{2}O+2Cl_{2}\uparrow ))

Moderna laboratoriemetoder

På grund av tillgången på klor används flytande klor på flaska ofta i laboratoriepraxis.

Klor kan erhållas genom inverkan av en syra på natriumhypoklorit :

{\mathsf {4NaClO+4CH_{3}COOH\högerpil 4NaCH_{3}COO+2Cl_{2}\uparrow +O_{2}\uparrow +2H_{2}O))

Det frigör också syre. Om du använder saltsyra ser reaktionen annorlunda ut:

{\mathsf {NaClO+2HCl\rightarrow NaCl+Cl_{2}\uparrow +H_{2}O))

För att erhålla klor används vanligtvis processer baserade på oxidation av väteklorid med starka oxidationsmedel (oftast mangandioxid eller kaliumpermanganat , men även kalciumklorit , kaliumkromat , kaliumdikromat , blydioxid , bartoletsalt , etc.) [13 ] :

{\mathsf {2KMnO_{4}+16HCl\högerpil 2KCl+2MnCl_{2}+5Cl_{2}\uparrow +8H_{2}O))

Om det är omöjligt att använda cylindrar och kemiska metoder för att producera klor, kan elektrokemiska metoder användas - med hjälp av små elektrolysatorer med en konventionell eller ventilelektrod för att producera klor.

Elektrokemiska metoder

Idag produceras klor i industriell skala tillsammans med natriumhydroxid och väte genom elektrolys av en vattenlösning av natriumklorid , vars huvudprocesser kan representeras av sammanfattningsformeln:

{\mathsf {2NaCl+2H_{2}O+2e^{{-}}\högerpil 2NaOH+Cl_{2}\uparrow +H_{2}\uparrow }}

1,13 ton natriumhydroxid bildas per ton frigjort klor [2] . Eftersom klor är en av de mest efterfrågade produkterna från den kemiska industrin, är kostnaden för el för dess produktion mycket märkbar: i USA används cirka 2 % av all genererad el och 28 % av energin som förbrukas av elektrokemiska industrianläggningar för framställning av klor [2] .

Mycket mindre vanligt förekommande inom industrin är elektrolys av en lösning av kaliumklorid [2] .

Tre varianter av den elektrokemiska metoden för framställning av klor används. Två av dem är fast katodelektrolys: diafragma och membranmetoder. Den tredje är elektrolys med en flytande kvicksilverkatod (kvicksilverproduktionsmetod). Kvaliteten på klor som erhålls med elektrokemiska metoder skiljer sig lite:

	kvicksilvermetoden	diafragmametoden	Membranmetod
Klorutbyte, %	99	96	98,5
El ( kWh ) per 1 ton klor	3150	3260	2520
Renhet av klor, %	99,2	98	99,3
Massfraktion av O 2 i klor, %	0,1	1-2	0,3
Start av ansökan [2]	1800-talet	1800-talet	1975

Diafragmametod

Den enklaste av de elektrokemiska metoderna för att erhålla klor, när det gäller organisationen av processen och strukturella material för elektrolysatorn, är membranmetoden.

Saltlösningen i diafragmacellen matas kontinuerligt in i anodutrymmet och strömmar genom, som regel, ett asbestmembran monterat på ett stålkatodgaller, till vilket ibland tillsätts en liten mängd polymerfibrer.

Membransug utförs genom att man pumpar massa från asbestfibrer genom elektrolysatorn, som fastnar i katodgallret och bildar ett asbestskikt som spelar rollen som ett diafragma.

I många konstruktioner av elektrolysatorer är katoden helt nedsänkt under anolytskiktet (elektrolyt från anodutrymmet), och vätet som frigörs på katodgallret avlägsnas från under katoden med hjälp av gasrör, utan att penetrera genom membranet in i anodutrymmet på grund av motström.

Motflöde är ett mycket viktigt inslag i designen av en membranelektrolysator. Det är tack vare det motströmsflöde som riktas från anodutrymmet till katodutrymmet genom ett poröst membran som det blir möjligt att separat erhålla lut och klor. Motströmsflödet är utformat för att motverka diffusion och migration av OH - joner in i anodutrymmet. Om mängden motström är otillräcklig börjar hypokloritjon (ClO - ) att bildas i anodutrymmet i stora mängder, som sedan kan oxideras vid anoden till kloratjonen ClO 3 - . Bildandet av kloratjoner minskar avsevärt strömeffektiviteten hos klor och är den huvudsakliga sidoprocessen i denna metod. Utsläpp av syre är också skadligt, vilket också leder till att anoderna förstörs och, om de är gjorda av kolmaterial, att fosgenföroreningar tränger in i klor .

Anod :

{\mathsf {2Cl^{{-}}-2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl_{2}\uparrow }}

- huvudprocess

{\mathsf {2H_{2}O-4e^{-}\ {\xrightarrow {}}\ O_{2}\uparrow +4H^{+}}}

{\mathsf {12ClO^{{-}}+6H_{2}O-12e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ 4ClO_{3}^{{-}}+8Cl^{{-} }+3O_{2}\uparrow +6H^{{+}}}}

Katod :

{\mathsf {2H_{2}O+2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ H_{2}\uparrow +2OH^{{-}}}}

- huvudprocess

{\mathsf {ClO^{{-}}+H_{2}O+2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl^{{-}}+2OH^{{-}}}}

{\mathsf {ClO_{3}^{{-}}+3H_{2}O+6e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl^{{-}}+6OH^{{-} }}}

Grafit- eller kolelektroder kan användas som anod i diafragmaelektrolysatorer . Hittills har de huvudsakligen ersatts av titananoder med en ruteniumoxid-titanbeläggning (ORTA-anoder) eller andra lågförbrukningsanoder.

Salt, natriumsulfat och andra föroreningar, när deras koncentration i lösningen ökar över deras löslighetsgräns, fälls ut. Den kaustiska lösningen dekanteras från fällningen och överförs som en färdig produkt till lagret eller så fortsätter indunstningssteget för att erhålla en fast produkt, följt av smältning, flagning eller granulering.

Det omvända, det vill säga bordssalt som kristalliserats till en fällning, återförs tillbaka till processen och förbereder den så kallade omvända saltlösningen från den. Från det, för att undvika ansamling av föroreningar i lösningar, separeras föroreningar innan retursaltlösningen förbereds.

Förlusten av anolyt fylls på genom att tillsätta färsk saltlösning som erhålls genom underjordisk urlakning av saltlager av halit , bischofit och andra mineraler som innehåller natriumklorid, samt lösa upp dem i speciella behållare på produktionsplatsen. Innan den blandas med den omvända saltlösningen, rengörs färsk saltlösning från mekaniska suspensioner och en betydande del av kalcium- och magnesiumjoner.

Det resulterande kloret separeras från vattenånga, komprimeras och matas antingen till produktion av klorhaltiga produkter eller till kondensering.

På grund av dess relativa enkelhet och låga kostnad används membranmetoden för framställning av klor fortfarande i stor utsträckning inom industrin.

Schema för en membranelektrolysator. Membranmetoden

Membranmetoden för klorproduktion är den mest energieffektiva, men svår att organisera och använda.

Ur synvinkel av elektrokemiska processer liknar membranmetoden diafragmametoden, men anod- och katodutrymmena är helt åtskilda av ett anjonogenomträngligt katjonbytarmembran. Därför, i en membranelektrolysator, i motsats till en diafragmaelektrolysator, finns det inte en ström, utan två.

Som i diafragmametoden kommer ett saltlösningsflöde in i anodutrymmet och avjoniserat vatten kommer in i katodutrymmet. En ström av utarmad anolyt rinner ut ur anodutrymmet, som även innehåller föroreningar av hypoklorit och kloratjoner, och klor kommer ut, och från katodutrymmet lut och väte, som praktiskt taget inte innehåller föroreningar och är nära kommersiell koncentration, vilket minskar energikostnaderna för deras avdunstning och rening.

Men matningslösningen av salt (både färskt och återvunnet) och vatten rengörs tidigare så mycket som möjligt från eventuella föroreningar. Sådan grundlig rengöring bestäms av den höga kostnaden för polymera katjonbytarmembran och deras sårbarhet för föroreningar i matarlösningen.

Dessutom bestämmer den begränsade geometriska formen, såväl som låg mekanisk hållfasthet och termisk stabilitet hos jonbytesmembran , till stor del den relativt komplexa designen av membranelektrolysanläggningar. Av samma anledning kräver membrananläggningar de mest komplexa automatiska styr- och ledningssystem.

Schema för en membranelektrolysator . Kvicksilvermetod för flytande katod

I ett antal elektrokemiska metoder för att erhålla klor gör kvicksilvermetoden det möjligt att erhålla det renaste kloret.

Schema för en kvicksilverelektrolysator .

Anläggningen för kvicksilverelektrolys består av en elektrolysör, en amalgamnedbrytare och en kvicksilverpump, sammankopplade genom kvicksilverledande kommunikationer.

Elektrolysatorns katod är ett flöde av kvicksilver som pumpas av en pump. Anoder - grafit , kol eller låg slitage (ORTA, TDMA eller andra). Tillsammans med kvicksilver strömmar en ström av natriumkloridmatningslösning kontinuerligt genom elektrolysatorn.

Vid anoden oxideras klorjoner från elektrolyten och klor frigörs:

{\mathsf {2Cl^{{-}}-2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ Cl_{2}\uparrow }}

- huvudprocess

{\mathsf {2H_{2}O-2e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}\ O_{2}\uparrow +4H^{{+}}}}

{\mathsf {12ClO^{{-}}+6H_{2}O-12e^{{-}}\ {\xrightarrow {}}4ClO_{3}^{{-}}+8Cl^{{-}} +3O_{2}\uparrow +12H^{{+}}}}

Klor och anolyt avlägsnas från elektrolysatorn. Anolyten som lämnar elektrolysatorn är mättad med färsk halit, de föroreningar som införs med den, samt tvättas ut från anoderna och strukturmaterialen, avlägsnas från den och återförs till elektrolys. Före mättnad extraheras kloret löst i den från anolyten.

Växande krav på miljösäkerhet vid produktion och den höga kostnaden för metalliskt kvicksilver leder till att kvicksilvermetoden gradvis ersätts med metoder för att erhålla klor med en fast katod.

Klorlagring

Det producerade kloret lagras i speciella "tankar" eller pumpas in i högtryckscylindrar av stål. Cylindrar med flytande klor under tryck har en speciell färg - en skyddande färg med en grön rand. Klorcylindrar kommer att ackumulera extremt explosiv kvävetriklorid när de används under långa perioder , och som sådan måste klorcylindrar rutinmässigt spolas och renas från kväveklorid då och då.

Kvalitetsstandarder för klor

Enligt GOST 6718-93 "Flytande klor. Specifikationer” tillverkas följande klorkvaliteter:

Namn på indikator GOST 6718-93	Högsta betyg	Första klass
Volymandel av klor, inte mindre än, %	99,8	99,6
Massfraktion av vatten, högst, %	0,01	0,04
Massfraktion av kvävetriklorid , högst, %	0,002	0,004
Massfraktion av icke-flyktig rest, högst, %	0,015	0,10

Applikation

Klor används i många industrier, vetenskap och inhemska behov:

Vid tillverkning av polyvinylklorid , plastföreningar, syntetiskt gummi, som används för att göra isolering för trådar, fönsterprofiler, förpackningsmaterial , kläder och skor, linoleum- och grammofonskivor, lack, utrustning och skumplast , leksaker, instrumentdelar, byggnader material. Polyvinylklorid framställs genom polymerisation av vinylklorid , som idag oftast framställs av eten i en klorbalanserad process genom en mellanprodukt 1,2-dikloretan.
Klorens blekande egenskaper har varit kända sedan urminnes tider. Klor förstör många organiska färgämnen , vilket gör dem färglösa, men detta sker endast i närvaro av flytande eller gasformigt vatten [14] eftersom det inte är klor i sig som "bleker", utan atomärt syre, som bildas vid nedbrytning av hypoklorsyra [15] :

{\mathsf {Cl_{2}+H_{2}O\högerpil HCl+HOCl))

{\mathsf {HOCl\rightarrow HCl+O))

Detta är en gammal metod för att bleka tyger, papper, kartong.

Produktion av klororganiska insekticider - ämnen som dödar insekter som är skadliga för grödor, men är säkra för växter. En betydande del av det producerade kloret går åt till att skaffa växtskyddsmedel. En av de viktigaste insekticiderna är hexaklorcyklohexan (ofta kallad hexakloran). Detta ämne syntetiserades först 1825 av Faraday , men fann praktisk tillämpning först efter mer än 100 år - på 30-talet av XX-talet.
Klor användes som kemisk krigföringsmedel , såväl som för produktion av andra kemiska krigföringsmedel: senapsgas , fosgen .
För vattendesinfektion - " klorering ". Den vanligaste metoden att desinficera dricksvatten; baseras på förmågan hos fritt klor och dess föreningar att hämma enzymsystemen hos mikroorganismer som katalyserar redoxprocesser. Klor, klordioxid, kloramin och blekmedel används för att desinficera dricksvatten. SanPiN 2.1.4.1074-01 [16] fastställer gränserna (korridoren) för det tillåtna innehållet av fritt kvarvarande klor i dricksvatten från centraliserad vattenförsörjning på 0,3–0,5 mg/l. Ett antal forskare och till och med politiker i Ryssland kritiserar själva konceptet med kranvattenklorering . Ett alternativ är ozonisering . Materialen som vattenledningar tillverkas av interagerar olika med klorerat kranvatten. Fri klor i kranvatten minskar avsevärt livslängden för rörledningar baserade på polyolefiner : polyetenrör av olika typer, inklusive tvärbunden polyeten, mer känd som PEX (PEX, PE-X). I USA, för att kontrollera införseln av rörledningar gjorda av polymermaterial för användning i vattenförsörjningssystem med klorerat vatten, tvingades de anta tre standarder: ASTM F2023 för rör gjorda av tvärbunden polyeten (PEX) och varmt klorerat vatten, ASTM F2263 för alla polyetenrör och klorerat vatten och ASTM F2330 för flerskiktsrör (metallpolymer) och varmt klorerat vatten. När det gäller hållbarhet vid interaktion med klorerat vatten visar kopparvattenrör positiva resultat .
Registrerad i livsmedelsindustrin som livsmedelstillsats E925 .
Vid kemisk produktion av saltsyra , blekmedel, bertholletsalt , metallklorider , gifter, mediciner, gödningsmedel.
Inom metallurgi för framställning av rena metaller: titan, tenn, tantal, niob.

Många utvecklade länder strävar efter att begränsa användningen av klor i hemmet, också för att förbränning av klorhaltigt sopor producerar betydande mängder dioxiner .

Biologisk roll

Klor är ett av de viktigaste biogena elementen och är en del av alla levande organismer i form av föreningar.

Hos djur och människor är kloridjoner involverade i att upprätthålla osmotisk balans, kloridjonen har en optimal radie för att penetrera cellmembranet . Detta förklarar dess gemensamma deltagande med natrium- och kaliumjoner i skapandet av ett konstant osmotiskt tryck och regleringen av vatten-saltmetabolismen. Under påverkan av GABA ( en neurotransmittor ) har kloridjoner en hämmande effekt på nervceller genom att minska aktionspotentialen . I magen skapar kloridjoner en gynnsam miljö för verkan av proteolytiska enzymer i magsaften . Klorkanaler finns i många celltyper, mitokondriella membran och skelettmuskler. Dessa kanaler utför viktiga funktioner i regleringen av vätskevolym, transepiteljontransport och stabilisering av membranpotentialer och är involverade i att upprätthålla cell- pH . Klor ackumuleras i visceral vävnad, hud och skelettmuskler. Klor absorberas främst i tjocktarmen . Absorptionen och utsöndringen av klor är nära besläktade med natriumjoner och bikarbonater, i mindre utsträckning med mineralokortikoider och aktiviteten av Na + /K + - ATPas . Cellerna ackumulerar 10-15% av allt klor, av denna mängd, från 1/3 till 1/2 - i erytrocyter . Cirka 85 % av klor finns i det extracellulära utrymmet. Klor utsöndras från kroppen huvudsakligen med urin (90-95%), avföring (4-8%) och genom huden (upp till 2%). Utsöndringen av klor är associerad med natrium- och kaliumjoner, och ömsesidigt (ömsesidigt) med bikarbonatjoner HCO 3 - (syra-basbalans).

En person konsumerar 5-10 g NaCl per dag. Det minsta mänskliga behovet av klor är cirka 800 mg per dag. Spädbarnet får den nödvändiga mängden klor genom modersmjölken, som innehåller 11 mmol / l klor. NaCl är nödvändigt för produktionen av saltsyra i magen , vilket främjar matsmältningen och förstörelsen av patogena bakterier. För närvarande är klorets roll i förekomsten av vissa sjukdomar hos människor inte väl förstått, främst på grund av det lilla antalet studier. Det räcker med att säga att inte ens rekommendationer om det dagliga intaget av klor har utvecklats. Mänsklig muskelvävnad innehåller 0,20-0,52% klor, ben - 0,09%; i blodet - 2,89 g / l. I kroppen på en genomsnittlig person (kroppsvikt 70 kg) 95 g klor. Varje dag med mat får en person 3-6 g klor, vilket i överskott täcker behovet av detta element.

Klorjoner är viktiga för växter. Klor är involverat i energimetabolismen i växter genom att aktivera oxidativ fosforylering . Det är nödvändigt för bildandet av syre i processen för fotosyntes av isolerade kloroplaster , stimulerar hjälpprocesser för fotosyntes, främst de som är förknippade med ackumulering av energi. Klor har en positiv effekt på rötternas absorption av syre-, kalium-, kalcium- och magnesiumföreningar. En överdriven koncentration av kloridjoner i växter kan också ha en negativ sida, till exempel minska halten av klorofyll , minska aktiviteten av fotosyntes, fördröja tillväxt och utveckling av växter .

Men det finns växter som, i evolutionsprocessen , antingen anpassade sig till markens salthalt eller, i kampen om rymden, ockuperade tomma saltmarker , där det inte finns någon konkurrens. Växter som växer i salthaltiga jordar kallas halofyter . De ackumulerar klorid under växtsäsongen och avger sedan överskott av klorid genom lövfall , eller så släpper de ut klorid på ytan av löv och kvistar och får den dubbla fördelen av att skugga ytor från solljus.

Bland mikroorganismer är även halofiler kända - halobakterier - som lever i mycket salthaltiga vatten eller jordar.

Toxicitet

Klor är en giftig kvävande gas, ett starkt irriterande ämne , om det kommer in i lungorna , orsakar det en brännskada av lungvävnaden (som ett resultat av bildandet av underklor och saltsyra i dem), kvävning .

Det har en irriterande effekt på luftvägarna vid en koncentration i luften redan från 1 till 6 mg / m³ (vilket är nära tröskeln för uppfattningen av lukten av klor), vid 12 mg / m³ är det svårt att tolerera , koncentrationer över 100 mg/m³ är livshotande ( död till följd av andningsstopp inträffar inom 5-25 minuter, vid höga koncentrationer - omedelbart) [17] .

Den högsta tillåtna koncentrationen av klor i atmosfärens luft är som följer: genomsnittlig daglig - 0,03 mg / m³; maximal engång - 0,1 mg / m³; i ett industriföretags arbetslokaler - 1 mg / m³.

Vid arbete med klor ska skyddskläder, gasmasker och handskar användas. Under en kort tid är det möjligt att skydda andningsorganen från inträngning av klor med ett trasbandage fuktat med en lösning av natriumsulfit Na 2 SO 3 eller natriumtiosulfat Na 2 S 2 O 3 .

Klor var ett av de första kemiska krigföringsmedlen som användes under första världskriget , som först användes av Tyskland 1915 under slaget vid Ypres .

Kommentarer

↑ Området för atommassavärdena anges på grund av heterogeniteten i fördelningen av isotoper i naturen.

Anteckningar

↑ Michael E. Wieser, Norman Holden, Tyler B. Coplen, John K. Böhlke, Michael Berglund, Willi A. Brand, Paul De Bièvre, Manfred Gröning, Robert D. Loss, Juris Meija, Takafumi Hirata, Thomas Prohaska, Ronny Schoenberg , Glenda O'Connor, Thomas Walczyk, Shige Yoneda, Xiang-Kun Zhu. Grundämnenas atomvikter 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Vol. 85 , nr. 5 . - P. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ 1 2 3 4 5 Rosalovsky V. Ya. Klor // Chemical Encyclopedia : i 5 volymer / Kap. ed. N.S. Zefirov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrokemi. - S. 280-281. — 783 sid. — 10 000 exemplar. — ISBN 5-85270-310-9 .
↑ Dvoretsky I. Kh. Forntida grekisk-ryska ordbok. - M . : Stat. utländskt förlag och nationella ordböcker, 1958. - T. II. - S. 1777. - 12 000 exemplar.
↑ Populärt bibliotek av kemiska element. Boka ett. Väte - palladium / I. V. Petryanov-Sokolov (ansvariga redaktörer), V. V. Stanzo, M. B. Chernenko (kompilatorer). - 3:e uppl. - M . : Nauka, 1983. - S. 238 -247. — 575 sid.
↑ Berzelius, Johann-Yakov // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 volymer (82 volymer och 4 ytterligare). - St Petersburg. 1890-1907.
↑ JP Riley och Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
↑ Klorisotopdata
↑ Fuller G.H., . Kärnspinn av Cl-36 // J. Phys. Chem. Ref. Data, : artikel. - 1976. - April ( vol. 5, , nr 4, ). - C. p. 879. .
↑ Beskrivning av egenskaperna hos klor på webbplatsen ChemPortal.ru
↑ 1 2 Databas för oorganisk kristallstruktur
↑ En mättad lösning av klor i vatten kallas " klorvatten "
↑ Interaktion mellan klor och väte - videoupplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
↑ Skaffa klor - videoupplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
↑ Yu.V. _ _ - 18:e upplagan. - M . : Education , 1987. - S. 184-187. — 240 s. — 1 630 000 exemplar.
↑ Interaktion mellan klor och organiska färgämnen - videoupplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
↑ SanPiN 2.1.4.1074-01
↑ Skadliga ämnen i industrin / Ed. N. V. Lazareva och I. D. Gadaskina. - M. , 1977. - T. 3. - S. 21-22.

Litteratur

Nekrasov B. V. Fundamentals of General Chemistry, volym 3. - M .: Chemistry, 1970;
Yakimenko L. M. Produktion av klor, kaustiksoda och oorganiska klorprodukter, M., 1974;
Dekret från Rysslands Gosgortekhnadzor daterat 06/05/2003 nr 48 "Om godkännande av säkerhetsreglerna för produktion, lagring, transport och användning av klor" PB daterad 06/05/2003 09-594-03;
Federal lag nr. 116-FZO av den 21 juli 1997 om industriell säkerhet för farliga produktionsanläggningar (som ändrat den 18 december 2006);
Dekret från Rysslands Gosgortekhnadzor av den 18/10/2002 nr 61-A "Om godkännande av de allmänna industriella säkerhetsreglerna för organisationer som bedriver verksamhet inom området industriell säkerhet för farliga produktionsanläggningar " PB daterad 10/18/2002 nr. 03-517-02;
Order från Ryska federationens hälsoministerium daterad 28 mars 2003 nr 126 "Om godkännande av listan över skadliga produktionsfaktorer, under påverkan av vilken användning av mjölk eller andra likvärdiga livsmedelsprodukter rekommenderas i förebyggande syfte";
Order från Ryska federationens naturresursministerium daterad 2 december 2002 nr 786 "Om godkännande av den federala klassificeringskatalogen för avfall" (som ändrat och kompletterat den 30 juli 2003);
Dekret från USSR State Committee for Labour av den 25 oktober 1974 nr 298 / P-22 "Om godkännande av listan över industrier, verkstäder, yrken och befattningar med skadliga arbetsförhållanden, arbete där ger rätt till extra ledighet och en kortare arbetsdag” (som ändrat den 29 maj 1991);
Dekret från Rysslands arbetsministerium daterat den 22 juli 1999 nr 26 "Om godkännande av standard industristandarder för gratis utfärdande av speciella kläder, speciella skor och annan personlig skyddsutrustning för arbetare i kemisk industri";
Dekret från Ryska federationens överläkare av den 30 maj 2003 nr 116 "Vid ikraftträdandet av GN 2.1.6.1339-03 "Indikativa säkra exponeringsnivåer (SLI) för föroreningar i den atmosfäriska luften i befolkade områden" ” (som ändrat den 3 november 2005);
GOST 6718-93 Flytande klor. Specifikationer.