Gamtoje chloras randamas dujinės būsenos ir tik junginių su kitomis dujomis pavidalu. Esant normalioms sąlygoms, tai žalsvos, nuodingos, šarminės dujos. Jis turi daugiau svorio nei oras. Turi saldų kvapą. Chloro molekulėje yra du atomai. Ramybės būsenoje jis nedega, bet aukštoje temperatūroje sąveikauja su vandeniliu, po kurio galimas sprogimas. Dėl to išsiskiria fosgeno dujos. Labai nuodingas. Taigi, net esant mažai koncentracijai ore (0,001 mg 1 dm3) gali sukelti mirtį. Pagrindinė nemetalinio chloro savybė yra ta, kad jis yra sunkesnis už orą, todėl jis visada bus šalia grindų gelsvai žalios spalvos miglos pavidalu.
Istorijos faktai
Pirmą kartą praktiškai šią medžiagą K. Schelee gavo 1774 m., sujungęs druskos rūgštį ir pirolizitą. Tačiau tik 1810 metais P. Davy sugebėjo apibūdinti chlorą ir nustatyti, kad jisatskiras cheminis elementas.
Verta pažymėti, kad 1772 m. Josephas Priestley sugebėjo gauti vandenilio chloridą – chloro ir vandenilio junginį, tačiau chemikas negalėjo atskirti šių dviejų elementų.
Cheminis chloro apibūdinimas
Chloras yra periodinės lentelės VII grupės pagrindinio pogrupio cheminis elementas. Jis yra trečiajame periode ir turi 17 atominį skaičių (17 protonų atomo branduolyje). Reaktyvus nemetalas. Pažymima raidėmis Cl.
Yra tipiškas halogenų atstovas. Tai dujos, kurios neturi spalvos, bet turi aštrų aštrų kvapą. Paprastai toksiškas. Visi halogenai gerai tirpsta vandenyje. Jie pradeda rūkyti, kai yra veikiami drėgno oro.
Išorinė elektroninė atomo konfigūracija Cl 3s2Зр5. Todėl junginiuose cheminio elemento oksidacijos lygis yra -1, +1, +3, +4, +5, +6 ir +7. Atomo kovalentinis spindulys yra 0,96Å, joninis Cl spindulys yra 1,83 Å, atomo giminingumas elektronui yra 3,65 eV, jonizacijos lygis yra 12,87 eV.
Kaip minėta aukščiau, chloras yra gana aktyvus nemetalas, leidžiantis sudaryti junginius su beveik bet kokiu metalu (kai kuriais atvejais kaitinant arba naudojant drėgmę, išstumiant bromą) ir nemetalais. Miltelių pavidalo jis reaguoja su metalais tik tada, kai yra veikiamas aukštoje temperatūroje.
Maksimali degimo temperatūra - 2250 °C. Su deguonimi jis gali sudaryti oksidus, hipochloritus, chloritus ir chloratus. Visi junginiai, turintys deguonies, sąveikaudami su oksiduojančiais tampa sprogūsmedžiagų. Verta paminėti, kad chloro oksidai gali sprogti atsitiktinai, o chloratai sprogsta tik tada, kai yra veikiami bet kokių iniciatorių.
Chloro apibūdinimas pagal vietą periodinėje lentelėje:
• paprasta medžiaga;
• periodinės lentelės septynioliktos grupės elementas;
• trečios eilutės trečiasis periodas;
• septinta pagrindinio pogrupio grupė;
• atominis skaičius 17;
• žymimas simboliu Cl;
• reaktyvusis nemetalas;
• yra halogenų grupėje;
• beveik įprastomis sąlygomis tai yra nuodingos dujos gelsvai žalsvos spalvos su aštriu kvapu;
• chloro molekulė turi 2 atomus (formulė Cl2).
Fizikinės chloro savybės:
• Virimo temperatūra: -34,04 °С;
• Lydymosi temperatūra: -101,5 °С;
• Dujų tankis - 3,214 g/l;
• tankis skystas chloras (virimo metu) - 1,537 g/cm3;
• kietojo chloro tankis - 1,9 g/cm 3;
• specifinis kiekis – 1,745 x 10-3 l/metus.
Chloras: temperatūros pokyčių charakteristikos
Dujinėje būsenoje jis linkęs lengvai suskystėti. Esant 8 atmosferų slėgiui ir 20 ° C temperatūrai, jis atrodo kaip žalsvai gelsvas skystis. Jis turi labai aukštas korozijos savybes. Kaip rodo praktika, šis cheminis elementas gali išlaikyti skystą būseną iki kritinės temperatūros (143 °C), padidėjus slėgiui.
Jei jis atšaldomas iki -32 °C,jis pakeis savo agregacijos būseną į skystą, nepriklausomai nuo atmosferos slėgio. Toliau mažėjant temperatūrai, vyksta kristalizacija (esant -101 °C).
Chloras gamtoje
Žemės plutoje yra tik 0,017 % chloro. Didžioji dalis yra vulkaninėse dujose. Kaip nurodyta pirmiau, medžiaga turi didelį cheminį aktyvumą, todėl gamtoje ji randama junginiuose su kitais elementais. Tačiau daugelyje mineralų yra chloro. Elemento charakteristika leidžia susidaryti apie šimtą skirtingų mineralų. Paprastai tai yra metalų chloridai.
Taip pat didelis jo kiekis yra vandenynuose – beveik 2 proc. Taip yra dėl to, kad chloridai labai aktyviai tirpsta ir pernešami upėmis bei jūromis. Galimas ir atvirkštinis procesas. Chloras nuplaunamas atgal į krantą, o paskui vėjas jį neša. Štai kodėl didžiausia jo koncentracija stebima pakrantės zonose. Sausringuose planetos regionuose mūsų svarstomos dujos susidaro garuojant vandeniui, dėl to atsiranda druskingos pelkės. Kasmet pasaulyje išgaunama apie 100 milijonų tonų šios medžiagos. Tačiau tai nenuostabu, nes yra daug nuosėdų, kuriose yra chloro. Tačiau jo savybės labai priklauso nuo geografinės padėties.
Chloro gavimo būdai
Šiandien yra daug chloro gavimo būdų, iš kurių dažniausiai naudojami šie:
1. diafragma. Tai pats paprasčiausias ir pigiausias. druskostirpalas diafragmos elektrolizės metu patenka į anodo erdvę. Toliau plieninis katodo tinklelis teka į diafragmą. Jame yra nedidelis kiekis polimerinių pluoštų. Svarbi šio įrenginio savybė yra priešpriešinis srautas. Jis nukreipiamas iš anodo erdvės į katodo erdvę, todėl chlorą ir šarmą galima gauti atskirai.
2. Membrana. Energetiškai efektyviausias, bet sunkiai įgyvendinamas organizacijoje. Panašus į diafragmą. Skirtumas tas, kad anodo ir katodo erdvės yra visiškai atskirtos membrana. Todėl išvestis yra du atskiri srautai.
Verta pažymėti, kad chem. elementas (chloras), gautas šiais metodais, bus skirtingas. Membraninis metodas laikomas „švaresniu“.
3. Gyvsidabrio metodas su skystu katodu. Palyginti su kitomis technologijomis, ši parinktis leidžia gauti gryniausią chlorą.
Pagrindinę įrenginio schemą sudaro elektrolizatorius ir tarpusavyje sujungtas siurblys bei amalgamos skaidytuvas. Siurblio pumpuojamas gyvsidabris kartu su paprastosios druskos tirpalu yra katodas, o anglies arba grafito elektrodai – anodas. Įrenginio veikimo principas toks: iš elektrolito išsiskiria chloras, kuris kartu su anolitu pašalinamas iš elektrolizatoriaus. Iš pastarųjų pašalinamos priemaišos ir chloro likučiai, prisotinami halito ir vėl grįžtama į elektrolizę.
Dėl pramonės saugos reikalavimų ir gamybos nuostolingumo, skystasis katodas buvo pakeistas kietu.
Chloro naudojimas pramonėjetikslams
Chloro savybės leidžia jį aktyviai naudoti pramonėje. Šio cheminio elemento pagalba gaunami įvairūs organiniai chloro junginiai (vinilchloridas, chlorkaučiukas ir kt.), vaistai, dezinfekavimo priemonės. Tačiau didžiausia pramonės niša yra druskos rūgšties ir kalkių gamyba.
Geriamojo vandens valymo metodai yra plačiai naudojami. Šiandien bandoma atsisakyti šio metodo, pakeičiant jį ozonavimu, nes mūsų svarstoma medžiaga neigiamai veikia žmogaus organizmą, be to, chloruotas vanduo ardo vamzdynus. Taip yra dėl to, kad laisvoje būsenoje Cl neigiamai veikia vamzdžius, pagamintus iš poliolefinų. Tačiau dauguma šalių teikia pirmenybę chlorinimo metodui.
Be to, chloras naudojamas metalurgijoje. Su jo pagalba gaunama nemažai retųjų metalų (niobio, tantalo, titano). Chemijos pramonėje įvairūs organiniai chloro junginiai aktyviai naudojami piktžolėms naikinti ir kitiems žemės ūkio tikslams, elementas taip pat naudojamas kaip baliklis.
Dėl savo cheminės struktūros chloras sunaikina daugumą organinių ir neorganinių dažiklių. Tai pasiekiama visiškai pakeičiant jų spalvą. Toks rezultatas galimas tik esant vandeniui, nes balinimo procesas vyksta dėl atominio deguonies, kuris susidaro suskaidžius chlorą: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Šį metodą naudojo poraprieš šimtmečius ir vis dar populiarus šiandien.
Šią medžiagą labai populiaru naudoti organinių chloro insekticidų gamybai. Šie žemės ūkio preparatai naikina kenksmingus organizmus, palikdami augalus nepažeistus. Didelė dalis viso planetoje išgaunamo chloro skiriama žemės ūkio reikmėms.
Jis taip pat naudojamas plastiko mišinių ir gumos gamyboje. Jų pagalba gaminama laidų izoliacija, raštinės reikmenys, įranga, buitinės technikos apvalkalai ir kt.. Yra nuomonė, kad tokiu būdu gautos gumos kenkia žmogui, tačiau to nepatvirtina mokslas.
Verta pažymėti, kad chloras (medžiagos charakteristikas išsamiai atskleidėme anksčiau) ir jo dariniai, tokie kaip garstyčios ir fosgenas, taip pat naudojami kariniais tikslais cheminėms kovos priemonėms gauti.
Chloras kaip ryškus nemetalų atstovas
Nemetalai yra paprastos medžiagos, apimančios dujas ir skysčius. Daugeliu atvejų jie praleidžia elektros srovę blogiau nei metalai, o fizikinės ir mechaninės charakteristikos labai skiriasi. Aukšto lygio jonizacijos pagalba jie gali sudaryti kovalentinius cheminius junginius. Toliau, naudojant chloro pavyzdį, bus pateikta nemetalo charakteristika.
Kaip minėta, šis cheminis elementas yra dujos. Normaliomis sąlygomis jis visiškai neturi savybių, panašių į metalus. Be pašalinės pagalbos jis negali sąveikauti su deguonimi, azotu, anglimi ir kt.pasižymi oksidacinėmis savybėmis, kai jungiasi su paprastomis ir kai kuriomis sudėtingomis medžiagomis. Nurodo halogenus, o tai aiškiai atsispindi jo cheminėse savybėse. Junginiuose su kitais halogenų atstovais (bromu, astatinu, jodu) jis juos išstumia. Dujinėje būsenoje chloras (jo charakteristika yra tiesioginis to patvirtinimas) gerai ištirpsta. Tai puiki dezinfekavimo priemonė. Žudo tik gyvus organizmus, todėl jis yra būtinas žemės ūkyje ir medicinoje.
Naudoti kaip nuodingą medžiagą
Chloro atomo savybė leidžia jį naudoti kaip nuodingą medžiagą. Pirmą kartą dujas Vokietija panaudojo 1915 metų balandžio 22 dieną, Pirmojo pasaulinio karo metais, dėl to žuvo apie 15 tūkst. Šiuo metu jis nenaudojamas kaip nuodinga medžiaga.
Trumpai apibūdinkime cheminį elementą kaip dusinantįjį agentą. Paveikia žmogaus organizmą per uždusimą. Pirma, jis dirgina viršutinius kvėpavimo takus ir akių gleivinę. Stiprus kosulys prasideda nuo uždusimo priepuolių. Be to, prasiskverbdamos į plaučius, dujos ardo plaučių audinį, o tai sukelia edemą. Svarbu! Chloras yra greitai veikianti medžiaga.
Priklausomai nuo koncentracijos ore, simptomai skiriasi. Esant mažam kiekiui žmogaus, pastebimas akių gleivinės paraudimas, nedidelis dusulys. Turinys atmosferoje 1,5-2 g/m3 sukelia sunkumą ir jaudulį krūtinėje, aštrų skausmą viršutiniuose kvėpavimo takuose. Be to, būklę gali lydėti stiprus ašarojimas. Po 10-15 minučių buvimo kambaryjeesant tokiai chloro koncentracijai, įvyksta stiprus plaučių nudegimas ir mirtis. Esant didesnei koncentracijai, mirtis gali būti per minutę nuo viršutinių kvėpavimo takų paralyžiaus.
Dirbant su šia medžiaga, rekomenduojama dėvėti kombinezonus, dujokaukes, pirštines.
Chloras organizmų ir augalų gyvenime
Chloras yra beveik visų gyvų organizmų dalis. Ypatumas yra tas, kad jis yra ne gryna forma, o junginių pavidalu.
Gyvūnų ir žmonių organizmuose chlorido jonai palaiko osmosinį lygumą. Taip yra dėl to, kad jie turi tinkamiausią spindulį prasiskverbti į membranines ląsteles. Kartu su kalio jonais Cl reguliuoja vandens ir druskos pusiausvyrą. Žarnyne chlorido jonai sukuria palankią aplinką skrandžio sulčių proteolitinių fermentų veikimui. Chloro kanalai yra daugelyje mūsų kūno ląstelių. Per juos vyksta tarpląstelinis skysčių apykaita ir palaikomas ląstelės pH. Apie 85% viso šio elemento tūrio organizme yra tarpląstelinėje erdvėje. Jis išsiskiria iš organizmo per šlaplę. Gamina moters organizmas žindymo metu.
Šioje vystymosi stadijoje sunku vienareikšmiškai pasakyti, kokias ligas išprovokuoja chloras ir jo junginiai. Taip yra dėl to, kad šioje srityje trūksta tyrimų.
Be to, augalų ląstelėse yra chlorido jonų. Jis aktyviai dalyvauja energijos mainuose. Be šio elemento fotosintezės procesas neįmanomas. Su jo pagalbašaknys aktyviai pasisavina reikalingas medžiagas. Tačiau didelė chloro koncentracija augaluose gali turėti žalingą poveikį (sulėtinti fotosintezės procesą, stabdyti vystymąsi ir augimą).
Tačiau yra tokių floros atstovų, kurie galėtų „susidraugauti“ar bent jau susigyventi su šia stichija. Nemetalo (chloro) savybėje yra toks elementas kaip medžiagos gebėjimas oksiduoti dirvožemį. Evoliucijos procese minėti augalai, vadinami halofitais, užėmė tuščias druskingąsias pelkes, kurios buvo tuščios dėl šio elemento pertekliaus. Jie sugeria chlorido jonus, o tada jų atsikrato nukritus lapams.
Chloro transportavimas ir saugojimas
Yra keletas būdų, kaip perkelti ir laikyti chlorą. Elemento charakteristika reiškia, kad reikia specialių aukšto slėgio cilindrų. Tokie konteineriai turi identifikacinį ženklinimą – vertikalią žalią liniją. Balionai turi būti kruopščiai nuplauti kas mėnesį. Ilgai laikant chlorą, jose susidaro labai sprogios nuosėdos – azoto trichloridas. Jei nesilaikoma visų saugos taisyklių, galimas savaiminis užsidegimas ir sprogimas.
Chloro studijos
Būsimi chemikai turėtų žinoti chloro savybes. Pagal planą 9 klasės mokiniai, remdamiesi pagrindinėmis disciplinos žiniomis, gali atlikti net laboratorinius eksperimentus su šia medžiaga. Žinoma, mokytojas privalo surengti saugos instruktažą.
Darbų tvarka tokia: reikia pasiimti kolbą suchloro ir supilkite į jį mažas metalo drožles. Skrendant lustai įsiliepsnos ryškiomis ryškiomis kibirkštimis ir tuo pačiu susidaro šviesūs b alti dūmai SbCl3. Panardinus alavo foliją į indą su chloru, ji taip pat savaime užsidegs, o ugningos snaigės pamažu kris į kolbos dugną. Šios reakcijos metu susidaro dūminis skystis - SnCl4. Kai į indą dedama geležies drožlių, susidaro raudoni „lašai“ir atsiranda raudonų dūmų FeCl3.
Kartu su praktiniu darbu kartojama teorija. Visų pirma, toks klausimas kaip chloro apibūdinimas pagal padėtį periodinėje sistemoje (aprašyta straipsnio pradžioje).
Atlikus eksperimentus paaiškėjo, kad elementas aktyviai reaguoja į organinius junginius. Jei terpentinu suvilgytą vatą įdėsite į indelį su chloru, ji akimirksniu užsidegs, o iš kolbos smarkiai nukris suodžiai. Natris efektyviai rūksta gelsva liepsna, o ant cheminių indų sienelių atsiranda druskos kristalai. Mokiniams bus įdomu sužinoti, kad dar būdamas jaunas chemikas N. N. Semenovas (vėliau Nobelio premijos laureatas), atlikęs tokį eksperimentą, surinko druską nuo kolbos sienelių ir, pabarsčius ja duoną, ją valgė. Chemija pasirodė teisinga ir mokslininko nenuvylė. Dėl chemiko atlikto eksperimento paprasta valgomoji druska tikrai pasirodė!
