CHLOR
1. Nazwa:
pochodzi od greckiego słowa „khlôros” oznaczającego „zielony”
nazwa angielska: chlorine
nazwa łacińska: chlorum
2. Pochodzenie chloru:
odkryty przez: Carl Wilhelm Scheele
miejsce odkrycia: Szwecja
brytyjczyj sir Humphrey Davy udowodnił w 1810 roku, że chlor jest pierwiastkiem
rok odkrycia: 1774
po raz pierwszy użyty został przez niemiecką armię bojową w 1915 r. (ponieważ jest gazem cięższym od powietrza, posuwał się z wiatrem w stronę okopów francuskich tuż przy ziemi i spowodował śmiertelne zatrucie kilku tysięcy żołnierzy)
3. Symbol i położenie chloru w układzie okresowym:
symbol: Cl
chlor leży w grupie VII A (17), okresie 3
liczba masowa: 35,4527
liczba atomowa: 17
4. Charakterystyczne dane chloru:
Liczba elektronów: 17
Liczba neutronów: 18
Liczba protonów: 17
Gęstość: 3,214 g/dm3
Temperatura topnienia: -100,84°C, 172,16 K
Temperatura wrzenia: -33,9°C, 239 K
5. Konfiguracja elektronowa chloru: 1s22s22p63s23p5
ROZPOWSZECHNIENIE CHLORU W PRZYRODZIE
Chlor jest często występującym pierwiastkiem w przyrodzie, jednak nie występuje w stanie wolnym. W przyrodzie chlor występuje tylko w postaci jonu chlorkowego Cl-, który jest głównym anionem występującym w oceanach. Jony chlorkowe stanowią ok. 1,9% masy wszystkich oceanów. Jeszcze większa koncentracja chlorków występuje w wodach słonych jezior (w Morzu Martwym ok. 21%) i podziemnych złożach solanki.
Większość chlorków jest rozpuszczalna w wodzie, dlatego w większych ilościach w stanie stałym można je znaleźć tylko w suchym klimacie lub podziemnych złożach soli. Główne minerały zawierające chlor to:
halit (sól kamienna NaCl),
sylwin (chlorek potasu KCl)
karnalit (uwodniony podwójny chlorek potasu i magnezu KCl · MgCl2 · 6H2O ).
WŁAŚCIWOŚCI CHLORU
- stan skupienia: gazowy
- posiada charakterystyczną zielonkawą barwę i duszący zapach, wywołuje kaszel, a większych stężeniach może doprowadzić nawet do śmierci wskutek zniszczenia tkanki płucnej
- występuje w cząsteczkach dwuatomowych
- ma silne właściwości trujące, a także odkażające
- bardzo aktywny chemicznie, reaguje z metalami i wieloma niemetalami
- w obecności rozproszonego światła słonecznego łączy się z wodorem, tworząc chlorowodór (reakcja fotochemiczna); w pełnym świetle słonecznym ta reakcja przebiega wybuchowo H2 + Cl2 → 2HCl ↑
- z wodą reaguje powoli, tworząc chlorowodór kwas chlorowy (I) HClO Cl2 + H2O → HCl ↑ + HClO
- łączy się bezpośrednio z większością pierwiastków na skutek czego powstają chlorki
- właściwości bielące i odkażające chloru spowodowane są powstawaniem tlenu atomowego podczas rozpuszczania chloru w wodzie
- chlor w połączeniu z tlenem tworzy szereg kwasów tlenowych
- wolny chlor wypiera ze związków brom i jod natomiast nie wypiera fluoru
2KBr + Cl2 → 2KCl + Br2
2KI + Cl2 → 2KCl + I2
CHLOR W WODZIE
Chlor zapobiega rozwojowi bakterii w sieciach wodociągowych. Działa jak spożywczy czynnik konserwujący i gwarantuje utrzymanie właściwości sanitarnych wody dostarczanej odbiorcom. Woda opuszcza stację uzdatniania mając doskonałą jakość bakteriologiczną i zawiera jedynie elementy niezbędne dla zdrowia, szczególnie sole mineralne. Aby zachować tę jakość aż do kranu i zapobiegać ryzykom przypadkowego wtórnego skażenia nieodzowne jest dodawanie niewielkich ilości chloru do uzdatnionej wody przy wyjściu ze stacji uzdatniania wody, i później w różnych miejscach sieci. Dodawanie chloru w różnych miejscach sieci spowodowane jest jego znikaniem w czasie dystrybucji podczas zachodzącej reakcji ze ściankami przewodów i innymi składnikami wody, w tym niepożądanymi mikroorganizmami.
Reakcja chloru z niektórymi czynnikami obecnymi z natury w wodzie może wytworzyć różne niepożądane substancje, które nazywamy ogólnie - produktami ubocznymi chlorowania. Uzdatniona woda zawiera jedynie niewielkie ilości tych substancji, ale produkty uboczne chloru najmniej rozpuszczalne mogą wywierać wpływ na jej smak. Aby zachować nieszkodliwość bakteriologiczną wody, w różnych odcinkach sieci dystrybucji dodawane jest średnio 0,1 - 0,2 miligrama chloru na litr wody. Daje to pewność, że woda, która dociera do jest całkowicie zdrowa. Zawartość chloru w wodzie tak uzdatnionej jest równa kropli chloru na 1000 litrów wody, to jest zawartości około pięciu wanien. W małych ilościach chlor nie szkodzi zdrowiu. Przeciwnie, to silny środek dezynfekcyjny, który chroni nas przed przypadkowym wtórnym skażeniem wody.
Aż do dzisiaj żaden inny środek chemiczny nie okazał się jednocześnie tak skuteczny i tak całkowicie pewny dla zdrowia. Współczesne procesy filtracji stosowane w uzdatnianiu wody pozwalają obniżyć zawartość chloru do minimum. Ozon, stosowany, aby zapewnić nieszkodliwość sanitarną w czasie produkcji wody, pozostawia jedynie efekt krótkotrwały, dlatego też chlor dodawany jest po procesie ozonowania, aby zachować nieszkodliwość bakteriologiczną podczas dystrybucji wody.
OTRZYMYWANIE CHLORU
W laboratorium chlor można otrzymać przez utlenianie kwasu solnego silnym utleniaczem, np. ditlenkiem manganu MnO2 lub nadmanganianem potasu:
MnO2 + 4HCl → MnCl2 + Cl2↑ + 2H2O
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2↑ + 8H2O
Na skalę przemysłową otrzymuje się go w wyniku elektrolizy wodnego roztworu chlorku sodu (NaCl). Przy okazji otrzymuje się wodorotlenek sodu (NaOH) i wodór (H2)
2 NaCl + 2 H2O → Cl2↑ + H2↑ + 2 NaOH
Zamiast wodnego roztworu stosuje się również stopiony chlorek sodu.
WAŻNIEJSZE ZWIĄZKI CHEMICZNE CHLORU
1.Chlorowodór (kwas solny) HCl
Chlorowdór to kwas beztlenowy będący roztworem chlorowodoru w wodzie. Jest to nieorganiczny związek chemiczny. Czasami kwasem solnym nazywa się też roztwór chlorowodoru w innych rozpuszczalnikach polarnych np: w acetonie. Rozcieńczony kwas solny znajduje się w żołądku człowieka i ssaków - umożliwia trawienie białek. Nazwa "kwas solny" pochodzi od dawnej metody jego otrzymywania ze stężonego kwasu siarkowego(VI) i chlorku sodu (kwas z soli).
Znaczne ilości kwasu solnego otrzymuje się jako produkt uboczny, poprzez absorpcję (proces polegający na wnikaniu cząsteczek, atomów lub jonów do wnętrza innej substancji tworzącej dowolną fazę ciągłą (gazu, cieczy, ciała stałego itp.)) chlorowodoru powstającego przy okazji licznych procesów chemicznych.
Głównym źródłem kwasu solnego jest jednak elektroliza chlorku sodu, w wyniku której powstaje wodorotlenek sodu i przy okazji chlor i wodór. Chlor po oczyszczeniu jest mieszany w kontrolowanych warunkach z gazowym wodorem i spontanicznie z nim reaguje z wydzieleniem znacznych ilości ciepła, wg schematu:
H2 + Cl2 → 2HCl
Otrzymany gazowy chlorowodór jest absorbowany na specjalnych kolumnach w wodzie, w wyniku czego powstaje ok. 15-20% kwas solny, który zatęża się do 36,7%.
Kwas solny jest jednym z najsilniejszych popularnych kwasów nieorganicznych - znacznie silniejszym od kwasu siarkowego czy azotowego, nie ma on jednak własności utleniających i dlatego jego działanie żrące wydaje się pozornie słabsze od kwasów tlenowych. Mocniejsze od niego są tylko kwas chlorowy(VII), kwas bromowodorowy i kwas jodowodorowy, oraz superkwasy. Działaniu stężonego kwasu solnego ulegają m.in. tkaniny, papier oraz skóra.
Chlorowodór rozpuszcza się w wodzie w ilości maksymalnie 36,7% w temperaturze 20°C (w roztworze o stężeniu 36% na jedną cząsteczkę HCl przypada około 3,5 cząsteczek wody) i dlatego nie można uzyskać bardziej stężonego kwasu solnego. Ze wzrostem temperatury maksymalne stężenie chlorowodoru w wodzie dość szybko maleje i dlatego stężony kwas solny wykazuje silną tendencję do uwalniania gazowego chlorowodoru. Tworzy się mgła kwasu solnego wskutek reakcji chlorowodoru z parą wodną z powietrza, tzw. "dymienie". Kwas solny o stężeniu poniżej 30% nie wykazuje już jednak tendencji do dymienia. Wodny kwas solny jest bezbarwny.
Kwas solny jest niezwykle istotnym czynnikiem trawiennym większości zwierząt. Jest on wydzielany w żołądku przez specjalne komórki okładzinowe. Zadaniem kwasu solnego w układzie trawiennym jest:
1. Aktywowanie nieczynnego pepsynogenu,
2. Warunkowanie kwaśnego środowiska niezbędnego do trawienia białka przez pepsynę,
3. powodowanie pęcznienia tkanki łącznej w mięsie,
4. Koagulacja białka mleka poprzez utrzymywanie w żołądku zakwaszonej kazeiny,
5. Działanie antyseptyczne, zabijanie drobnoustrojów lub utrudnianie ich rozwoju,
6. Ochronę niektórych witamin, które łatwo tracą aktywność w środowisku alkalicznym,
7. Ułatwianie wchłaniania żelaza i wapnia,
8. Uczestniczenie w regulacji otwierania i zamykania odźwiernika żołądka.
Jest on również jednym z najważniejszych kwasów w przemyśle. Wykorzystuje się go między innymi do oczyszczania powierzchni metali oraz ekstrakcji rud. Ponadto, wraz z kwasem azotowym tworzy wodę królewską, stosowaną m.in. do roztwarzania metali szlachetnych. Stosuje się go również w geologii do analizy minerałów.
Kwas solny może być wykorzystywany jako prekursor do produkcji narkotyków, i w związku z tym obrót nim jest w Polsce ograniczony ze względu na szerokie zastosowania i relatywnie łatwą produkcję tej substancji. Przepisy te są jednak często ignorowane lub omijane. Tam, gdzie są egzekwowane, stanowią bardzo poważne utrudnienie dla chemików-amatorów.
2.Tlenki chloru
tlenek chloru (I) – Cl2O (tlenek dichloru, podtlenek chloru)
- w temperaturze pokojowej jest to żółtobrunatny, nietrwały gaz
- temperatura topnienia -121 °C,
- temperatura wrzenia 4 °C.
- związek ten jest rozpuszczalny w gorącej wodzie z utworzeniem kwasu chlorowego (I) (podchlorawego; HClO).
- w zetknięciu z substancjami organicznymi i redukującymi rozkłada się wybuchowo.
- otrzymywany jest przez działanie zimnym chlorem na tlenek rtęci(II).
2Cl2 + 2HgO -> HgCl2.HgO + Cl2O
- jego cząsteczka ma budowę trójkąta
- z zasadami tworzy chlorany
tlenek chloru (III) – Cl2O3 (tritlenek dichloru)
tlenek chloru (IV) – ClO2 (ditlenek chloru)
- jest żółty gaz otrzymywany w warunkach laboratoryjnych działaniem stężonego kwasu siarkowego na KClO3 w temperaturze 0oC
- jest substancją o silnych własnościach utleniających, ulegającą rozpadowi nawet pod wpływem słabego ogrzania
- z roztworami zasad tworzy mieszaninę chlorynów i chloranów:
2ClO2 + 2NaOH -> NaClO2 + NaClO3 + H2O
- stosowany jest jako środek wybielający
tlenek chloru (VI) – Cl2O6 (heksatlenek dichloru)
- powstaje w reakcji pomiędzy ozonem i ClO2 w temperaturze 0oC
- jest ciemnoczerwoną cieczą, wykazującą silne własności utleniające
- z zasadami dysproporcjonuje dając chlorany i nadchlorany:
Cl2O6 + 2NaOH -> NaClO3 + NaClO4 + H2O
tlenek chloru (VII) – Cl2O7 (heptatlenek dichloru, bezwodnik nadchlorowy)
- jest to bezbarwna ciecz powstająca przy odwadnianiu kwasu nadchlorowego HClO4 pięciotlenkiem fosforu
- jest bezwodnikiem kwasu nadchlorowego (HClO4)
3.Tlenowe kwasy chloru
kwas chlorowy (I) (podchlorawy) HClO
- daje się otrzymać tylko w postaci rozcieńczonych roztworów przez wprowadzenie chloru do wodnej zawiesiny tlenku rtęci (II):
2Cl2 + 2HgO + H2O -> HgO.HgCl2 + 2HClO
- jest kwasem nietrwałym, ulegającym rozkładowi podczas zagęszczania roztworu
- jest bardzo słabym kwasem, jednak ma właściwości utleniające i dlatego jest szeroko stosowany jako środek wybielający i odkażający
- stosuje się go masowo przy wybielaniu i odbarwiania tkanin, zarówno w przemyśle (gdzie stosuje się go w formie "mleka podchlorynowego") jak i w odbarwiaczach do użytku domowego
Kwas chlorowy (III) (chlorawy) HClO2
- jasnożółty, słaby kwas znany jedynie w roztworze wodnym
- tworzy się w reakcji tlenku chloru z wodą
- ma własności utleniające
Kwas chlorowy (V) HClO3
- istnieje tylko w roztworach
- jest to silny kwas nieorganiczny, bezbarwna nietrwała ciecz o gęstości 1,28 g/cm³
- silny środek utleniający
- najłtawiej otrzymać go przez dodanie kwasu siarkowego do wodnego roztworu chloranu baru (wytrąca się wtedy nierozpuszczalny siarczan baru)
- powstaje też jako produkt dysproporcjonowania kwasu chlorowego
- z soli tego kwasu najbardziej znany jest chloran potasu (tzw. sól Bertholleta).
Kwas chlorowy (VII) HClO4 (kwas nadchlorowy)
- należy do najmocniejszych znanych kwasów
- jest bardzo silnym środkiem utleniającym
- w temperaturze pokojowej jest bezbarwną, oleistą cieczą, łatwo wybuchającą w czasie ogrzewania lub w obecności substancji organicznych
- otrzymuje się go w wyniku działania kwasu siarkowego na nadchlorany
4. Chlorki
Ogólna nazwa związków chemicznych, soli kwasu solnego lub innych związków zawierających chlor.
Chlorki metali - AgCl, AlCl3, AuCl, AuCl3, BaCl2, CaCl2, CuCl, CuCl2, FeCl2, FeCl3, Hg2Cl2, HgCl2, KCl, MgCl2, NaCl, NH3Cl, PbCl2, PbCl4, SnCl2, SnCl4, ZnCl2
Chlorki niemetali - BCl3, CCl4, PCl3, PCl5, S2Cl2, SCl2, SCl4, SiCl4
Najważniejsze chlorki
Chlorek sodu (NaCl)
Chlorek sodu to nieorganiczny związek chemiczny, sól kwasu chlorowodorowego i sodu (czasami zapisuje się również ją jako sól kwasu solnego i wodorotlenku sodu (HCl + NaOH → NaCl + H2O), stanowiący podstawowy składnik soli kuchennej i soli warzonej. Woda morska to wodny roztwór chlorku sodu (i, w mniejszym stopniu, innych soli).
Chlorek sodu jest bezbarwną substancją krystaliczną, dobrze rozpuszczalną w wodzie, jednak o niewielkim stężeniu maksymalnym, słabo higroskopijną. Głównym surowcem do pozyskania chlorku sodu jest sól kamienna, nazywana w mineralogii halitem. Halit jest pozyskiwany głównie metodami kopalnymi. Otrzymuje się go także poprzez odparowanie wody morskiej.
To chlorek sodu powoduje, że woda morska jest słona. Wchodzi także w skład płynu pozakomórkowego organizmów żywych. W kuchni jest używany do solenia potraw (przyprawa), a w przemyśle spożywczym używany jako naturalny środek konserwujący. Jest również jednym z ważniejszych związków chemicznych w przemyśle chemicznym. Jest używana podczas zimy do posypywania chodników i jezdni w celu spowodowania topnienia lodu, gdyż jej roztwór ma niższą temperaturę topnienia.
Chlorek amonu (salmiak, NH4Cl)
Salmiak można otrzymać w wyniku bezpośredniej reakcji kwasu solnego i amoniaku:
HCl + NH3 → NH4Cl
Reakcja ta zachodzi również między wolnym chlorowodorem i amoniakiem, jednak wymaga obecności choćby śladowych ilości wody. Inną metodą otrzymywania chlorku amonu jest reakcja podwójnej wymiany siarczanu amonu z chlorkiem sodu:
(NH4)2SO4 + 2NaCl → 2NH4Cl + Na2SO4
W warunkach normalnych chlorek amonu stanowi biały proszek lub bezbarwne, krystaliczne ciało stałe. Dobrze rozpuszcza się w wodzie
Chlorek amonu jest używany głównie jako elektrolit w suchych ogniwach Leclanchégo, czyli najczęściej używanych dziś ogniwach galwanicznych. Stosuje się go również jako lek wykrztuśny, dodatek do paszy dla bydła, składnik szamponu. Zjawisko rozkładu termicznego chlorku amonu było wykorzystywane do oczyszczania grotów lutownic oraz do oczyszczania powierzchni metali.
Chlorek amonu jest najstarszą znaną solą amonową. Po raz pierwszy został otrzymany już w czasach starożytnych. Jest stosowany w produktach spożywczych jako środek spulchniający i konserwujący E510.
Chlorek wapnia (CaCl2)
Chlorek wapnia to nieorganiczny związek chemiczny – sól kwasu solnego i wapnia. Jest substancją silnie higroskopijną. Tworzy: di-, tetra-, i heksahydraty. Otrzymuje się go jako produkt uboczny przy produkcji węglanu sodu metodą Solvaya.
Metoda Solvaya - metoda otrzymywania węglanu sodu, która polega na wykorzystaniu ciągu następujących reakcji chemicznych:
CaCO3 → CaO + CO2
2NaCl + 2NH3 + 2CO2 + 2H2O → 2NaHCO3 + 2NH4Cl
2NaHCO3 → Na2CO3 + CO2 + H2O - (kalcynacja)
2NH4Cl + CaO → 2NH3 + H2O + CaCl2
co sumarycznie daje:
CaCO3 + 2NaCl → Na2CO3 + CaCl2
Chlorek wapnia stosuje się:
w lecznictwie jako środek przeciwko niedoborowi wapnia,
w przemyśle spożywczym,
do osuszania gazów,
do otrzymywania związków wapniowych,
do usuwania śladowych ilości wody z ciekłych substancji organicznych,
razem z chlorkiem sodu jako substancję zapobiegającą tworzeniu się lodu na jezdniach.
Chlorek magnezu (MgCl2)
Chlorek magnezu to związek nieorganiczny, sól. Jest silnie higroskopijny, dobrze rozpuszcza się w wodzie. Z roztworów wodnych wydziela się w postaci heksahydratu MgCl2 · 6H2O o gęstości 1,57 g/cm3, który rozkłada się powyżej 117 °C .
Na skalę techniczną otrzymywany z karnalitu (MgCl2 · KCl · 6H2O) . Można go otrzymać także przez ogrzewanie MgCl2 · 6H2O w atmosferze gazowego chlorowodoru i przez działanie kwasem solnym na węglan, wodorotlenek lub tlenek magnezu albo metaliczny magnez.
Chlorek berylu (BeCl2)
Chlorek berylu to nieorganiczny związek chemiczny, sól. Może powstać m.in. na skutek reakcji tlenku berylu lub berylu z kwasem solnym. Przebieg takiej reakcji wygląda następująco:
1. BeO + 2HCl → BeCl2 + H2O
2. Be + 2HCl → BeCl2 + H2
Przez reakcję berylu z kwasem solnym (ogrzewanie metalicznego berylu w strumieniu chlorowodoru) chlorek berylu tworzy silnie higroskopijne kryształy. Bezwodny chlorek berylu dobrze rozpuszcza się w alkoholu i eterze. Wodne roztwory chlorku berylu mają odczyn silnie kwasowy.
5.Chlorany
Sole tlenowych kwasów chloru. Są silnymi utleniaczami, ogrzewane rozkładają się wybuchowo, zwykle dobrze rozpuszczalne w wodzie.
Chlorany (I) (dawna nazwa podchloryny) - sole kwasu chlorowego (podchlorawego) HClO, nietrwałe. Zawierają anion ClO-
Chlorany (III) (dawna nazwa chloryny) - sole zawierające anion ClO2-. Silne utleniacze. Stosowane do dezynfekcji i jako środki bielące.
Chlorany (V) (dawna nazwa chlorany) - sole kwasu chlorowego (chlorowego) HClO3; najbardziej znany jest chloran potasu, tzw. sól Bertholleta. Słabsze utleniacze niż podchloryny i chloryny. Stosowane do wyrobu zapałek, fajerwerków i materiałów wybuchowych.
Chlorany (VII) (dawna nazwa nadchlorany) - sole kwasu chlorowego (nadchlorowego) HClO4. Najsłabsze utleniacze z całego szeregu chloranów, używane do wyrobu materiałów wybuchowych. Nadchlorany potasu, rubidu, cezu i amonu są jednymi z nielicznych słabo rozpuszczalnych soli zawierających te kationy.
