Klor

Det simple stof klor (under normale forhold ) er en giftig kvælende diatomisk gas (formel - Cl 2 ) gullig-grøn i farven, tungere end luft, med en skarp lugt og en sødlig "metallisk" smag.

Historien om opdagelsen af klor

Forbindelsen med hydrogen - gasformigt hydrogenchlorid - blev først opnået af Joseph Priestley i 1772. Klor blev opnået i 1774 af den svenske kemiker Carl Wilhelm Scheele , som beskrev dets frigivelse under vekselvirkningen mellem pyrolusit og saltsyre i sin afhandling om pyrolusit:

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

Scheele bemærkede lugten af klor, der ligner lugten af aqua regia , dets evne til at interagere med guld og cinnober og dets blegeegenskaber. Scheele , i overensstemmelse med teorien om phlogiston , der dominerede kemien på den tid , foreslog imidlertid, at chlor er dephlogisticated murinsyre (saltsyre) . Berthollet og Lavoisier underbyggede inden for rammerne af oxygenteorien om syrer, at det nye stof skal være et oxid af det hypotetiske grundstof murium . Forsøg på at isolere det forblev dog mislykkede, indtil arbejdet udført af G. Davy , som formåede at nedbryde bordsalt til natrium og klor ved elektrolyse , hvilket beviste sidstnævntes elementære natur.

I 1811 foreslog Davy navnet " chlor " for det nye grundstof . Et år senere "forkortede" J. Gay-Lussac det franske navn til chlor ( chlore ), selvom det på engelsk forblev det samme. I samme 1811 foreslog den tyske fysiker Johann Schweiger navnet " halogen " for klor (bogstaveligt talt , saltvand ), men senere blev dette udtryk tildelt hele den 17. (VIIA) gruppe af grundstoffer, som inkluderer klor [4] .

I 1826 blev atommassen af klor bestemt med høj nøjagtighed af den svenske kemiker Jöns Jakob Berzelius (den adskiller sig ikke fra moderne data med mere end 0,1%) [5] .

Udbredelse i naturen

Klor er det mest almindelige halogen i jordskorpen. Klor er meget aktivt - det kombineres direkte med næsten alle elementer i det periodiske system. Derfor forekommer det i naturen kun i form af forbindelser i sammensætningen af mineraler: halit NaCl, sylvin KCl, sylvinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H 2 O, carnallit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 A. De største reserver af klor er indeholdt i saltene i havenes og oceanernes vand (indholdet i havvand er 19 g/l [6] ). Klor udgør 0,025 % af det samlede antal atomer i jordskorpen ; Clarke-tallet for chlor er 0,017%. Den menneskelige krop indeholder 0,25% chloridioner efter masse. Hos mennesker og dyr findes klor hovedsageligt i intercellulære væsker (inklusive blod) og spiller en vigtig rolle i reguleringen af osmotiske processer, såvel som i processer forbundet med nervecellernes funktion.

Isotopsammensætning

I naturen er der 2 stabile isotoper af klor: med et massetal på 35 og 37. Andelene af deres indhold er henholdsvis 75,78 % og 24,22 % [7] . Egenskaber af stabile og nogle radioaktive isotoper af klor er anført i tabellen (se [1] , [8] :

Isotop	Relativ masse, en. spise.	Halvt liv	Forfaldstype	atomspin
35 Cl _	34.968852721	stabil	—	3/2
36Cl _	35.9683069	301 tusind år	β-henfald i 36 Ar	2
37Cl _	36.96590262	stabil	—	3/2
38Cl _	37.9680106	37,2 minutter	β-henfald i 38 Ar	2
39Cl _	38,968009	55,6 minutter	β-henfald i 39 Ar	3/2
40 Cl _	39,97042	1.38 minutter	β-henfald i 40 Ar	2
41Cl _	40,9707	34 c	β-henfald i 41 Ar
42Cl _	41,9732	46,8 sek	β-henfald i 42 Ar
43Cl _	42,9742	3,3 sek	β-henfald i 43 Ar

Fysiske og kemiske egenskaber

Under normale forhold er klor en gulgrøn gas med en skarp lugt. Nogle af dets fysiske egenskaber er vist i tabellen.

Ejendom	Værdi [9]
Farve (gas)	gul grøn
Kogetemperatur	-34°C
Smeltetemperatur	-100°C
Nedbrydningstemperatur (dissociation til atomer)	~1400 °C
Massefylde (gas, n.o.s. )	3,214 g/l
Affinitet for et atoms elektron	3,65 eV
Første ioniseringsenergi	12,97 eV
Varmekapacitet (298 K, gas)	34,94 J/(mol K)
Kritisk temperatur	144°C
kritisk pres	76 atm
Standard dannelsesentalpi (298 K, gas)	0 kJ/mol
Standard entropi af formation (298 K, gas)	222,9 J/(mol K)
Entalpi af fusion	6,406 kJ/mol
Kogende entalpi	20,41 kJ/mol
Energi af homolytisk brydning af X-X-binding	243 kJ/mol
Energi af heterolytisk afbrydelse af X-X-bindingen	1150 kJ/mol
Ioniseringsenergi	1255 kJ/mol
Elektronaffinitetsenergi	349 kJ/mol
Atomradius	0,073 nm
Elektronegativitet ifølge Pauling	3,20
Allred-Rochov elektronegativitet	2,83
Stabile oxidationstilstande	-1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7

Gasformigt klor er relativt let at gøre flydende. Fra et tryk på 0,8 MPa (8 atmosfærer) vil klor være flydende allerede ved stuetemperatur. Når det afkøles til en temperatur på -34 ° C, bliver klor også flydende ved normalt atmosfærisk tryk. Flydende klor er en gulgrøn væske med en meget høj ætsende effekt (på grund af den høje koncentration af molekyler). Ved at øge trykket er det muligt at opnå eksistensen af flydende klor op til en temperatur på +144 ° C (kritisk temperatur) ved et kritisk tryk på 7,6 MPa.

Ved temperaturer under -101 °C krystalliserer flydende klor til et orthorhombisk gitter med rumgruppe Cmca og parametre a = 6,29 Å , b = 4,50 Å , c = 8,21 Å [10] . Under 100 K omdannes den orthorhombiske modifikation af krystallinsk chlor til en tetragonal , med rumgruppen P 4 2 / ncm og gitterparametrene a = 8,56 Å og c = 6,12 Å [10] .

Opløselighed

Opløsningsmiddel	Opløselighed g/100 g
Benzen	Opløselig
Vand [11] (0 °C)	1,48
Vand (20°C)	0,96
Vand (25°C)	0,65
Vand (40°C)	0,46
Vand (60°C)	0,38
Vand (80°C)	0,22
Carbontetrachlorid (0 °C)	31.4
Carbontetrachlorid (19 °C)	17,61
Carbontetrachlorid (40 °C)	elleve
Chloroform	Meget opløselig
TiCl4 , SiCl4 , SnCl4 _ _ _	Opløselig

Dissociationsgraden af chlormolekylet Cl 2 → 2Cl ved 1000 K er 2,07⋅10 −4 %, og ved 2500 K er den 0,909 %.

Tærsklen for lugtopfattelse i luften er 2-3 mg/m³.

Med hensyn til elektrisk ledningsevne er flydende klor blandt de stærkeste isolatorer (på grund af dets stærke elektronaffinitet, hvilket fører til næsten fuldstændig fravær af gratis ladningsbærere): det leder strøm næsten en milliard gange værre end destilleret vand og 10 22 gange værre end sølv . Lydens hastighed i gasformig klor er cirka halvanden gang mindre end i luft.

Kemiske egenskaber

Strukturen af elektronskallen

Valensniveauet for kloratomet indeholder 1 uparret elektron : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 , så valensen , lig med 1 for kloratomet, er meget stabil. På grund af tilstedeværelsen af en ubesat orbital af d-subniveauet i chloratomet, kan chloratomet også udvise andre oxidationstilstande. Skema for dannelsen af exciterede tilstande af atomet:

Valence	Mulige oxidationstilstande	Elektronisk tilstand af valensniveauet	Eksempel på forbindelse
jeg	+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

Der kendes også chlorforbindelser , hvor chloratomet formelt udviser valens IV og VI , for eksempel ClO2 og Cl2O6 . Imidlertid er chlor(IV)-oxid et stabilt radikal , det vil sige, at det har en uparret elektron, og chlor(VI)-oxid indeholder to kloratomer med oxidationstilstande på +5 og +7.

Interaktion med metaller

Klor reagerer direkte med næsten alle metaller (med nogle kun i nærvær af fugt eller ved opvarmning):

{\mathsf {2Na+Cl_{2}\højrepil 2NaCl))

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

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

Interaktion med ikke-metaller

Med ikke-metaller (undtagen kulstof , nitrogen , fluor , oxygen og inerte gasser ) danner de tilsvarende chlorider .

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

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

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

I lyset eller ved opvarmning reagerer det aktivt (nogle gange med en eksplosion) med brint ved hjælp af en radikal kædemekanisme . Blandinger af klor med brint, der indeholder fra 5,8 til 88,3 % brint, eksploderer, når de bestråles med dannelse af hydrogenchlorid . En blanding af klor og brint i små koncentrationer brænder med en farveløs [12] eller gulgrøn flamme. Den maksimale temperatur for en brint-klor flamme er 2200 °C.

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

Med oxygen danner klor oxider ), hvori det udviser en oxidationstilstand fra +1 til +7: Cl 2 O , ClO 2 , Cl 2 O 5 , Cl 2 O 7 . De har en skarp lugt, er termisk og fotokemisk ustabile og tilbøjelige til eksplosiv nedbrydning. Klor reagerer ikke direkte med ilt.

Ved reaktion med fluor dannes der ikke chlorid, men fluorider :

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

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

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

Klor (I) fluorid , chlor (III) fluorid og chlor (V) fluorid ( ClF , ClF 3 og ClF 5 ) er kendt.De kan syntetiseres fra grundstoffer, oxidationstilstanden af chlor varierer afhængigt af syntesebetingelserne. Alle er farveløse giftige tunge gasser ved stuetemperatur med en stærk irriterende lugt. Stærke oxidationsmidler, reagerer med vand og glas. De bruges som fluoreringsmidler.

Andre egenskaber

Klor fortrænger brom og jod fra deres forbindelser med brint og metaller:

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

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

Når det reageres med kulilte , dannes fosgen :

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

Når klor opløses i vand eller alkalier, opløses det i proportioner og danner hypoklorsyre (og ved opvarmning hypoklorsyre ) og saltsyre eller deres salte:

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

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

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

(ved opvarmning)

Klor reagerer med vand i nærvær af koboltsalte :

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

Ved chlorering af tørt calciumhydroxid opnås blegemiddel :

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

Ved påvirkning af klor på ammoniak kan nitrogentrichlorid opnås :

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

Klorens oxiderende egenskaber

Klor er et meget stærkt oxidationsmiddel :

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

En opløsning af klor i vand bruges til at blege tekstiler og papir.

Reaktioner med organiske stoffer

Med mættede forbindelser :

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

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

(ved at opnå chloroform er reaktionen flertrinsvis med dannelse af carbontetrachlorid CCl 4 )

Hæfter til umættede forbindelser med flere bindinger:

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

Aromatiske forbindelser erstatter et hydrogenatom med chlor i nærvær af katalysatorer (f.eks. AlCl 3 eller FeCl 3 ):

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

Måder at opnå

Kemiske metoder

Kemiske metoder til at opnå klor er ineffektive og dyre. I dag er de hovedsageligt af historisk betydning.

Scheeles metode

Oprindeligt var den industrielle metode til fremstilling af klor baseret på Scheele -metoden , det vil sige reaktionen af mangan (IV) oxid ( pyrolusit ) med saltsyre :

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

Diakonmetoden

I 1867 udviklede Deacon en metode til fremstilling af klor ved katalytisk oxidation af hydrogenchlorid med atmosfærisk oxygen . Deacon-processen bruges i øjeblikket til genvinding af klor fra hydrogenchlorid , et biprodukt af industriel klorering af organiske forbindelser.

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

Moderne laboratoriemetoder

På grund af tilgængeligheden af klor, er flaske flydende klor almindeligvis brugt i laboratoriepraksis.

Klor kan opnås ved indvirkning af en syre på natriumhypochlorit :

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

Det frigiver også ilt. Hvis du bruger saltsyre, ser reaktionen anderledes ud:

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

For at opnå klor anvendes sædvanligvis processer baseret på oxidation af hydrogenchlorid med stærke oxidationsmidler (oftest mangandioxid eller kaliumpermanganat , men også calciumchlorit , kaliumchromat , kaliumdichromat , blydioxid , bartoletsalt osv.) [13 ] :

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

Hvis det er umuligt at bruge cylindre og kemiske metoder til fremstilling af klor, kan der anvendes elektrokemiske metoder - brug af små elektrolysatorer med en konventionel eller ventilelektrode til at fremstille klor.

Elektrokemiske metoder

I dag fremstilles klor i industriel skala sammen med natriumhydroxid og brint ved elektrolyse af en vandig opløsning af natriumchlorid , hvis hovedprocesser kan repræsenteres af den sammenfattende formel:

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

Der dannes 1,13 ton natriumhydroxid pr. ton frigivet klor [2] . Da klor er et af de mest efterspurgte produkter fra den kemiske industri, er omkostningerne ved elektricitet til dens produktion meget mærkbare: I USA bruges omkring 2% af al produceret elektricitet og 28% af energien, der forbruges af elektrokemiske industrianlæg til fremstilling af klor [2] .

Meget mindre almindeligt anvendt i industrien er elektrolyse af en opløsning af kaliumchlorid [2] .

Der anvendes tre varianter af den elektrokemiske metode til fremstilling af klor. To af dem er fast katodeelektrolyse: diafragma og membranmetoder. Den tredje er elektrolyse med en flydende kviksølvkatode (kviksølvproduktionsmetode). Kvaliteten af klor opnået ved elektrokemiske metoder adskiller sig lidt:

	kviksølv metode	diafragma metode	Membran metode
Klorudbytte, %	99	96	98,5
Elektricitet ( kWh ) pr. 1 ton klor	3150	3260	2520
Renhed af klor, %	99,2	98	99,3
Massefraktion af O 2 i klor, %	0,1	1-2	0,3
Start af ansøgning [2]	19. århundrede	19. århundrede	1975

Diafragma metode

Den enkleste af de elektrokemiske metoder til opnåelse af klor, hvad angår organiseringen af processen og strukturelle materialer til elektrolysatoren, er membranmetoden.

Saltopløsningen i membrancellen føres kontinuerligt ind i anoderummet og strømmer som regel gennem en asbestmembran monteret på et stålkatodegitter, hvortil der nogle gange tilsættes en lille mængde polymerfibre.

Membransugning udføres ved at pumpe pulp fra asbestfibre gennem elektrolysatoren, som ved at sætte sig fast i katodegitteret danner et asbestlag, der spiller rollen som en membran.

I mange design af elektrolysatorer er katoden helt nedsænket under anolytlaget (elektrolyt fra anoderummet), og brintet, der frigives på katodegitteret, fjernes fra under katoden ved hjælp af gasrør, uden at trænge gennem membranen ind i anoderummet. på grund af modstrøm.

Modstrøm er et meget vigtigt træk ved designet af en membranelektrolysator. Det er takket være den modstrøm, der ledes fra anoderummet til katoderummet gennem en porøs membran, at det bliver muligt separat at opnå lud og klor. Modstrømsstrømmen er designet til at modvirke diffusion og migration af OH - ioner ind i anoderummet. Hvis mængden af modstrøm er utilstrækkelig, begynder der at dannes hypoklorition (ClO - ) i anoderummet i store mængder, som så kan oxideres ved anoden til chlorationen ClO 3 - . Dannelsen af chloration reducerer den nuværende effektivitet af chlor alvorligt og er den vigtigste sideproces i denne metode. Frigivelsen af ilt er også skadelig, hvilket også fører til ødelæggelse af anoderne og, hvis de er lavet af kulstofmaterialer, indtrængen af fosgenurenheder i klor .

Anode :

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

- hovedproces

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

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

Katode :

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

- hovedproces

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

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

Grafit- eller kulelektroder kan bruges som anode i membranelektrolysatorer . Til dato er de hovedsageligt blevet erstattet af titaniumanoder med en rutheniumoxid-titaniumbelægning (ORTA-anoder) eller andre lavforbrugsanoder.

Salt, natriumsulfat og andre urenheder, når deres koncentration i opløsning stiger over deres opløselighedsgrænse, udfældes. Den kaustiske opløsning dekanteres fra bundfaldet og overføres som et færdigt produkt til lageret, eller inddampningstrinnet fortsættes for at opnå et fast produkt, efterfulgt af smeltning, flagning eller granulering.

Det omvendte, det vil sige bordsalt krystalliseret til et bundfald, returneres tilbage til processen, hvorved den såkaldte omvendte saltlage fremstilles fra det. Fra det, for at undgå akkumulering af urenheder i opløsninger, adskilles urenheder før forberedelse af returlage.

Tabet af anolyt genopbygges ved at tilsætte frisk saltlage opnået ved underjordisk udvaskning af saltlag af halit , bischofit og andre mineraler indeholdende natriumchlorid, samt opløse dem i specielle beholdere på produktionsstedet. Inden den blandes med den omvendte saltlage, renses frisk saltlage for mekaniske suspensioner og en betydelig del af calcium- og magnesiumioner.

Det resulterende klor separeres fra vanddamp, komprimeres og føres enten til fremstilling af klorholdige produkter eller til fortætning.

På grund af dens relative enkelhed og lave omkostninger er membranmetoden til fremstilling af klor stadig meget udbredt i industrien.

Skema af en membranelektrolysator. Membranmetode

Membranmetoden til klorproduktion er den mest energieffektive, men svær at organisere og betjene.

Fra et synspunkt af elektrokemiske processer ligner membranmetoden diafragmametoden, men anode- og katoderummene er fuldstændig adskilt af en anionuigennemtrængelig kationbyttermembran. Derfor er der i en membranelektrolysator, i modsætning til en membranelektrolysator, ikke én strøm, men to.

Som i diafragmametoden kommer en saltopløsningsstrøm ind i anoderummet, og deioniseret vand kommer ind i katoderummet. En strøm af udtømt anolyt strømmer ud af anoderummet, som også indeholder urenheder af hypochlorit og chlorationer, og der kommer klor ud, og fra katoderummet lud og brint, som praktisk talt ikke indeholder urenheder og er tæt på kommerciel koncentration. hvilket reducerer energiomkostningerne til deres fordampning og rensning.

Men fodringsopløsningen af salt (både frisk og genbrugt) og vand er på forhånd renset så meget som muligt for eventuelle urenheder. En sådan grundig rensning bestemmes af de høje omkostninger ved polymere kationbyttermembraner og deres sårbarhed over for urenheder i fødeopløsningen.

Derudover bestemmer den begrænsede geometriske form såvel som lav mekanisk styrke og termisk stabilitet af ionbyttermembraner i høj grad det relativt komplekse design af membranelektrolyseanlæg. Af samme grund kræver membrananlæg de mest komplekse automatiske kontrol- og styringssystemer.

Skema af en membranelektrolysator . Flydende katode kviksølv metode

I en række elektrokemiske metoder til at opnå klor gør kviksølvmetoden det muligt at opnå det reneste klor.

Ordning af en kviksølvelektrolysator .

Installationen til kviksølvelektrolyse består af en elektrolysator, en amalgamnedbryder og en kviksølvpumpe, forbundet med kviksølvledende kommunikation.

Elektrolysatorens katode er en strøm af kviksølv pumpet af en pumpe. Anoder - grafit , carbon eller lavt slid (ORTA, TDMA eller andre). Sammen med kviksølv strømmer en strøm af natriumchloridfødeopløsning kontinuerligt gennem elektrolysatoren.

Ved anoden oxideres klorioner fra elektrolytten , og klor frigives:

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

- hovedproces

{\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 og anolyt fjernes fra elektrolysatoren. Anolytten, der forlader elektrolysatoren, er mættet med frisk halit, urenhederne introduceret med den, samt udvasket fra anoder og strukturelle materialer, fjernes fra den og returneres til elektrolyse. Før mætning ekstraheres kloren, der er opløst deri, fra anolytten.

Voksende krav til miljøsikkerhed i produktionen og de høje omkostninger ved metallisk kviksølv fører til en gradvis udskiftning af kviksølvmetoden med metoder til opnåelse af klor med en fast katode.

Klorlagring

Det producerede klor opbevares i specielle "tanke" eller pumpes ind i højtryksstålcylindre. Cylindre med flydende klor under tryk har en speciel farve - en beskyttende farve med en grøn stribe. Klorcylindre vil akkumulere ekstremt eksplosivt nitrogentrichlorid , når de bruges i længere perioder , og som sådan skal klorflasker rutinemæssigt skylles og renses for nitrogenchlorid fra tid til anden.

Klorkvalitetsstandarder

Ifølge GOST 6718-93 "Flydende klor. Specifikationer" fremstilles følgende klorkvaliteter:

Navn på indikator GOST 6718-93	Topkarakter	Første klasse
Volumenfraktion af klor, ikke mindre end, %	99,8	99,6
Massefraktion af vand, ikke mere end, %	0,01	0,04
Massefraktion af nitrogentrichlorid , ikke over, %	0,002	0,004
Massefraktion af ikke-flygtig rest, ikke mere end, %	0,015	0,10

Ansøgning

Klor bruges i mange industrier, videnskab og indenlandske behov:

Ved fremstilling af polyvinylchlorid , plastforbindelser, syntetisk gummi, som bruges til at fremstille isolering til ledninger, vinduesprofiler, emballagematerialer , tøj og sko, linoleums- og grammofonplader, lakker, udstyr og skumplast , legetøj, instrumentdele, bygning materialer. Polyvinylchlorid fremstilles ved polymerisation af vinylchlorid , som i dag oftest fremstilles af ethylen i en klorafbalanceret proces gennem et mellemprodukt 1,2-dichlorethan.
Klorens blegeegenskaber har været kendt siden oldtiden. Klor ødelægger mange organiske farvestoffer og gør dem farveløse, men dette sker kun i nærværelse af flydende eller gasformigt vand [14] , da det ikke er klor i sig selv, der "bleger", men atomær oxygen, som dannes ved nedbrydning af hypoklorsyre [15] :

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

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

Dette er en gammel metode til blegning af stoffer, papir, pap.

Produktion af klororganiske insekticider - stoffer, der dræber insekter, der er skadelige for afgrøder, men er sikre for planter. En væsentlig del af det producerede klor bruges på at skaffe plantebeskyttelsesmidler. Et af de vigtigste insekticider er hexachlorcyclohexan (ofte omtalt som hexachloran). Dette stof blev først syntetiseret tilbage i 1825 af Faraday , men fandt praktisk anvendelse først efter mere end 100 år - i 30'erne af det XX århundrede.
Klor blev brugt som et kemisk krigsførelsesmiddel såvel som til fremstilling af andre kemiske krigsførelsesmidler: sennepsgas , fosgen .
Til vanddesinfektion - " klorering ". Den mest almindelige metode til desinficering af drikkevand; er baseret på frit klors og dets forbindelsers evne til at hæmme enzymsystemerne i mikroorganismer, der katalyserer redoxprocesser. Klor, klordioxid, kloramin og blegemiddel bruges til at desinficere drikkevand. SanPiN 2.1.4.1074-01 [16] fastlægger grænserne (korridoren) for det tilladte indhold af frit restklor i drikkevand af centraliseret vandforsyning på 0,3-0,5 mg/l. En række videnskabsmænd og endda politikere i Rusland kritiserer selve konceptet med klorering af postevand . Et alternativ er ozonisering . De materialer, som vandrør er lavet af, interagerer forskelligt med kloreret postevand. Frit klor i postevand reducerer markant levetiden for rørledninger baseret på polyolefiner : polyethylenrør af forskellige typer, herunder tværbundet polyethylen, bedre kendt som PEX (PEX, PE-X). I USA, for at kontrollere adgangen af rørledninger lavet af polymermaterialer til brug i vandforsyningssystemer med chloreret vand, blev de tvunget til at vedtage 3 standarder: ASTM F2023 for rør lavet af tværbundet polyethylen (PEX) og varmt chloreret vand, ASTM F2263 til alle polyethylenrør og klorvand og ASTM F2330 til flerlags (metalpolymer) rør og varmt klorvand. Med hensyn til holdbarhed, når de interagerer med klorholdigt vand , viser kobbervandrør positive resultater .
Registreret i fødevareindustrien som fødevaretilsætning E925 .
I den kemiske produktion af saltsyre , blegemiddel, bertholletsalt , metalchlorider , giftstoffer, medicin, gødning.
I metallurgi til fremstilling af rene metaller: titanium, tin, tantal, niobium.

Mange udviklede lande stræber efter at begrænse brugen af klor i hjemmet, også fordi afbrænding af klorholdigt affald producerer betydelige mængder dioxiner .

Biologisk rolle

Klor er et af de vigtigste biogene elementer og er en del af alle levende organismer i form af forbindelser.

Hos dyr og mennesker er chloridioner involveret i at opretholde osmotisk balance, chloridionen har en optimal radius til at trænge ind i cellemembranen . Dette forklarer dets fælles deltagelse med natrium- og kaliumioner i skabelsen af et konstant osmotisk tryk og reguleringen af vand-saltmetabolismen. Under påvirkning af GABA ( en neurotransmitter ) har chloridioner en hæmmende effekt på neuroner ved at reducere aktionspotentialet . I maven skaber chloridioner et gunstigt miljø for virkningen af proteolytiske enzymer i mavesaften . Klorkanaler er til stede i mange celletyper, mitokondriemembraner og skeletmuskulatur. Disse kanaler udfører vigtige funktioner i reguleringen af væskevolumen, transepiteliontransport og stabilisering af membranpotentialer og er involveret i at opretholde celle- pH . Klor ophobes i visceralt væv, hud og skeletmuskler. Klor optages hovedsageligt i tyktarmen . Absorptionen og udskillelsen af klor er tæt forbundet med natriumioner og bicarbonater, i mindre grad med mineralokortikoider og aktiviteten af Na + /K + - ATPase . Cellerne akkumulerer 10-15% af alt klor, af denne mængde, fra 1/3 til 1/2 - i erytrocytter . Omkring 85% af klor er i det ekstracellulære rum. Klor udskilles fra kroppen hovedsageligt med urin (90-95%), afføring (4-8%) og gennem huden (op til 2%). Udskillelsen af klor er forbundet med natrium- og kaliumioner, og gensidigt (gensidigt) med bicarbonationer HCO 3 - (syre-base-balance).

En person indtager 5-10 g NaCl om dagen. Menneskets mindste behov for klor er omkring 800 mg pr. dag. Spædbarnet får den nødvendige mængde klor gennem modermælken, som indeholder 11 mmol/l klor. NaCl er nødvendig for produktionen af saltsyre i maven , som fremmer fordøjelsen og ødelæggelsen af patogene bakterier. På nuværende tidspunkt er klors rolle i forekomsten af visse sygdomme hos mennesker ikke godt forstået, hovedsagelig på grund af det lille antal undersøgelser. Det er tilstrækkeligt at sige, at selv anbefalinger om det daglige indtag af klor ikke er blevet udviklet. Menneskeligt muskelvæv indeholder 0,20-0,52% klor, knogle - 0,09%; i blodet - 2,89 g / l. I kroppen af en gennemsnitlig person (kropsvægt 70 kg) 95 g klor. Hver dag med mad modtager en person 3-6 g klor, som i overskud dækker behovet for dette element.

Klorinioner er livsvigtige for planter. Klor er involveret i energimetabolismen i planter ved at aktivere oxidativ fosforylering . Det er nødvendigt for dannelsen af ilt i processen med fotosyntese af isolerede kloroplaster , stimulerer hjælpeprocesser af fotosyntese, primært dem, der er forbundet med ophobning af energi. Klor har en positiv effekt på røddernes optagelse af ilt, kalium, calcium og magnesiumforbindelser. En for høj koncentration af kloridioner i planter kan også have en negativ side, for eksempel reducere indholdet af klorofyl , reducere aktiviteten af fotosyntese, forsinke vækst og udvikling af planter .

Men der er planter, der i evolutionsprocessen enten tilpassede sig jordens saltholdighed eller i kampen om pladsen besatte tomme strandenge , hvor der ikke er nogen konkurrence. Planter, der vokser i saltholdige jorder, kaldes halofytter . De akkumulerer klorid i løbet af vækstsæsonen og afgiver derefter overskydende klorid gennem bladfald , eller de frigiver klorid på overfladen af blade og kviste og opnår den dobbelte fordel ved at skygge overflader fra sollys.

Blandt mikroorganismer kendes også halofiler - halobakterier - som lever i meget saltholdige vand eller jordbund.

Toksicitet

Klor er en giftig kvælningsgas, et stærkt irritationsmiddel , hvis det kommer ind i lungerne , forårsager det en forbrænding af lungevævet (som følge af dannelsen af hypochlor og saltsyre i dem), kvælning .

Det virker irriterende på luftvejene ved en koncentration i luften allerede fra 1 til 6 mg/m³ (hvilket er tæt på tærsklen for opfattelsen af lugten af klor), ved 12 mg/m³ er det svært at tolerere , er koncentrationer på mere end 100 mg/m³ livstruende ( død ved standsning af respiration sker efter 5-25 minutter, ved høje koncentrationer - øjeblikkeligt) [17] .

Den maksimalt tilladte koncentration af klor i den atmosfæriske luft er som følger: gennemsnitlig daglig - 0,03 mg / m³; maksimalt én gang - 0,1 mg / m³; i en industrivirksomheds arbejdslokaler - 1 mg / m³.

Ved arbejde med klor skal der anvendes beskyttelsestøj, gasmasker og handsker. I kort tid er det muligt at beskytte åndedrætsorganerne mod indtrængen af klor med en kludebind, der er fugtet med en opløsning af natriumsulfit Na 2 SO 3 eller natriumthiosulfat Na 2 S 2 O 3 .

Klor var et af de første kemiske midler til krigsførelse, der blev brugt i Første Verdenskrig , og blev først brugt af Tyskland i 1915 under slaget ved Ypres .

Kommentarer

↑ Området for atommasseværdier er angivet på grund af heterogeniteten af fordelingen af isotoper i naturen.

Noter

↑ 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. Grundstoffernes atomvægte 2011 (IUPAC Technical Report ) // Pure and Applied Chemistry . - 2013. - Bd. 85 , nr. 5 . - S. 1047-1078 . - doi : 10.1351/PAC-REP-13-03-02 .
↑ 1 2 3 4 5 Rosalovsky V. Ya. Chlor // Chemical Encyclopedia : i 5 bind / Kap. udg. N.S. Zefirov . - M . : Great Russian Encyclopedia , 1998. - V. 5: Tryptofan - Iatrochemistry. - S. 280-281. — 783 s. — 10.000 eksemplarer. — ISBN 5-85270-310-9 .
↑ Dvoretsky I. Kh. oldgræsk-russisk ordbog. - M . : Stat. udenlandsk forlag og nationalt ordbøger, 1958. - T. II. - S. 1777. - 12.000 eksemplarer.
↑ Populært bibliotek af kemiske grundstoffer. Bog en. Hydrogen - palladium / I. V. Petryanov-Sokolov (ansvarlige redaktører), V. V. Stanzo, M. B. Chernenko (kompilatorer). - 3. udg. - M . : Nauka, 1983. - S. 238 -247. — 575 s.
↑ Berzelius, Johann-Yakov // Encyclopedic Dictionary of Brockhaus and Efron : i 86 bind (82 bind og 4 yderligere). - Sankt Petersborg. , 1890-1907.
↑ JP Riley og Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.
↑ Klorisotopdata
↑ Fuller G.H., . Nuklear spin af Cl-36 // J. Phys. Chem. Ref. Data, : artikel. - 1976. - April ( bind 5, , nr. 4, ). - C. p. 879. .
↑ Beskrivelse af egenskaberne af klor på webstedet ChemPortal.ru
↑ 1 2 Uorganisk krystalstrukturdatabase
↑ En mættet opløsning af klor i vand kaldes " klorvand "
↑ Interaktion mellem klor og brint - videooplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
↑ At opnå klor - videooplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
↑ Yu.V. _ _ - 18. udg. - M . : Uddannelse , 1987. - S. 184-187. - 240 sek. — 1.630.000 eksemplarer.
↑ Interaktion mellem klor og organiske farvestoffer - videooplevelse i Unified Collection of Digital Educational Resources
↑ SanPiN 2.1.4.1074-01
↑ Skadelige stoffer i industrien / Red. N. V. Lazareva og I. D. Gadaskina. - M. , 1977. - T. 3. - S. 21-22.

Litteratur

Nekrasov B. V. Fundamentals of General Chemistry, bind 3. - M .: Chemistry, 1970;
Yakimenko L. M. Produktion af klor, kaustisk soda og uorganiske klorprodukter, M., 1974;
Dekret fra Gosgortekhnadzor i Rusland af 06/05/2003 nr. 48 "Om godkendelse af sikkerhedsreglerne for produktion, opbevaring, transport og brug af klor" PB dateret 06/05/2003 09-594-03;
Føderal lov nr. 116-FZO af 21. juli 1997 om industriel sikkerhed ved farlige produktionsanlæg (som ændret den 18. december 2006);
Dekret fra Gosgortekhnadzor i Rusland af 10/18/2002 nr. 61-A "Om godkendelse af de generelle industrisikkerhedsregler for organisationer, der udfører aktiviteter inden for industriel sikkerhed af farlige produktionsanlæg " PB dateret 10/18/2002 Nr. 03-517-02;
Bekendtgørelse fra Sundhedsministeriet i Den Russiske Føderation af 28. marts 2003 nr. 126 "Om godkendelse af listen over skadelige produktionsfaktorer, under påvirkning af hvilken brugen af mælk eller andre tilsvarende fødevarer anbefales til forebyggende formål";
Bekendtgørelse fra Ministeriet for Naturressourcer i Den Russiske Føderation af 2. december 2002 nr. 786 "Om godkendelse af det føderale klassifikationskatalog over affald" (som ændret og suppleret den 30. juli 2003);
Dekret fra USSR State Committee for Labor af 25. oktober 1974 nr. 298 / P-22 "Om godkendelse af listen over industrier, værksteder, erhverv og stillinger med skadelige arbejdsforhold, arbejde, hvori giver ret til yderligere orlov og en kortere arbejdsdag” (som ændret den 29. maj 1991);
Dekret fra det russiske arbejdsministerium af 22. juli 1999 nr. 26 "Om godkendelse af standard industristandarder for gratis udstedelse af specielt tøj, specielt fodtøj og andet personligt beskyttelsesudstyr til arbejdere i kemisk industri";
Dekret fra Chief State Sanitary Doctor of the Russian Federation dateret 30. maj 2003 nr. 116 "Om ikrafttrædelsen af GN 2.1.6.1339-03 "Vejledende sikre eksponeringsniveauer (SLI) for forurenende stoffer i den atmosfæriske luft i befolkede områder" ” (som ændret den 3. november 2005);
GOST 6718-93 Flydende klor. Specifikationer.