DEFINIȚIE

Clor- al șaptesprezecelea element al tabelului periodic. Denumire - Cl din latinescul „chlorum”. Situat în a treia perioadă, grupa VIIA. Se referă la nemetale. Sarcina nucleară este 17.

Cel mai important compus natural de clor este clorura de sodiu (sare comună) NaCl. Masa principală de clorură de sodiu se găsește în apa mărilor și oceanelor. Apele multor lacuri conțin și cantități semnificative de NaCl. Se găsește și sub formă solidă, formând straturi groase de așa-numita sare gemă în locuri din scoarța terestră. Alți compuși ai clorului sunt, de asemenea, comuni în natură, de exemplu, clorura de potasiu sub formă de minerale carnalit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O și silvita KCl.

În condiții normale, clorul este un gaz galben-verde (Fig. 1), care este foarte solubil în apă. La răcire, hidrații cristalini sunt eliberați din soluțiile apoase, care sunt clarate cu compoziția aproximativă Cl 2 × 6H 2 O și Cl 2 × 8H 2 O.

Orez. 1. Clorul în stare lichidă. Aspect.

Greutatea atomică și moleculară a clorului

Masa atomică relativă a unui element este raportul dintre masa unui atom al unui element dat și 1/12 din masa unui atom de carbon. Masa atomică relativă este adimensională și este notată cu A r (indicele „r” este litera inițială a cuvântului englez relative, care înseamnă „relativ” în traducere). Masa atomică relativă a clorului atomic este de 35,457 amu.

Masele moleculelor, la fel ca și masele atomilor, sunt exprimate în unități de masă atomică. Greutatea moleculară a unei substanțe este masa unei molecule, exprimată în unități de masă atomică. Greutatea moleculară relativă a unei substanțe este raportul dintre masa unei molecule a unei substanțe date și 1/12 din masa unui atom de carbon, a cărui masă este de 12 amu. Se știe că molecula de clor este diatomic - Cl 2 . Greutatea moleculară relativă a unei molecule de clor va fi egală cu:

M r (Cl 2) \u003d 35,457 × 2 ≈ 71.

Izotopi ai clorului

Se știe că în natură clorul poate fi sub formă de doi izotopi stabili 35 Cl (75,78%) și 37 Cl (24,22%). Numerele lor de masă sunt 35 și, respectiv, 37. Nucleul atomului izotopului de clor 35 Cl conține șaptesprezece protoni și optsprezece neutroni, iar izotopul 37 Cl conține același număr de protoni și douăzeci de neutroni.

Există izotopi artificiali ai clorului cu numere de masă de la 35 la 43, dintre care cel mai stabil este 36 Cl cu un timp de înjumătățire de 301 mii de ani.

Ioni de clor

La nivelul de energie exterior al atomului de clor, există șapte electroni care sunt de valență:

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .

Ca urmare a interacțiunii chimice, clorul își poate pierde electronii de valență, adică. fi donatorul lor și se transformă în ioni încărcați pozitiv sau acceptă electroni de la un alt atom, adică să fie acceptorul lor și să se transforme în ioni încărcați negativ:

CI0-7e → CI7+;

CI0-5e → CI5+;

CI0-4e → CI4+;

CI0-3e → CI3+;

CI0-2e → CI2+;

CI0-1e → CI1+;

CI0 +1e → CI1-.

Moleculă și atom de clor

Molecula de clor este formată din doi atomi - Cl 2 . Iată câteva proprietăți care caracterizează atomul și molecula de clor:

Exemple de rezolvare a problemelor

EXEMPLUL 1

Exercițiu	Ce volum de clor trebuie luat pentru a reacționa cu 10 litri de hidrogen? Gazele sunt în aceleași condiții.
Soluţie	Să scriem ecuația reacției pentru interacțiunea clorului cu hidrogenul: CI2 + H2 \u003d 2HCl. Calculați cantitatea de substanță hidrogen care a reacționat: n (H2)=V (H2)/Vm; n (H 2) \u003d 10 / 22,4 \u003d 0,45 mol. Conform ecuației, n (H 2) \u003d n (Cl 2) \u003d 0,45 mol. Apoi, volumul de clor care a intrat în reacția de interacțiune cu hidrogenul este:

Indiferent cât de negativ ne simțim față de toaletele publice, natura își dictează propriile reguli și trebuie să le vizitezi. Pe lângă mirosurile naturale (pentru acest loc), o altă aromă familiară este înălbitorul folosit pentru dezinfectarea camerei. Și-a primit numele datorită principalului ingredient activ din el - Cl. Să învățăm despre acest element chimic și proprietățile sale și, de asemenea, să dăm o descriere a clorului după poziție în sistemul periodic.

Cum a fost descoperit acest articol

Pentru prima dată un compus care conține clor (HCl) a fost sintetizat în 1772 de către preotul britanic Joseph Priestley.

După 2 ani, colegul său suedez Karl Scheele a reușit să descrie o metodă de separare a Cl folosind reacția dintre acidul clorhidric și dioxidul de mangan. Cu toate acestea, acest chimist nu a înțeles că un nou element chimic a fost sintetizat ca rezultat.

Oamenii de știință au avut nevoie de aproape 40 de ani pentru a învăța cum să extragă clorul în practică. Acest lucru a fost făcut pentru prima dată de britanicul Humphrey Davy în 1811. În acest sens, el a folosit o reacție diferită față de predecesorii săi teoretici. Davy a rupt NaCl (cunoscut de cei mai mulți ca sare de masă) prin electroliză.

După ce a studiat substanța rezultată, chimistul britanic și-a dat seama că este elementară. După această descoperire, Davy nu numai că l-a numit - clor (clorul), dar a putut și să caracterizeze clorul, deși era foarte primitiv.

Clorul s-a transformat în clor (clor) datorită lui Joseph Gay-Lussac și există în această formă în franceză, germană, rusă, belarusă, ucraineană, cehă, bulgară și în alte limbi astăzi. În engleză până în prezent, se folosește denumirea „chlorin”, iar în italiană și spaniolă „chloro”.

Elementul luat în considerare a fost descris mai detaliat de Jens Berzelius în 1826. El a fost cel care a putut să-i determine masa atomică.

Ce este clorul (Cl)

Având în vedere istoria descoperirii acestui element chimic, merită să aflați mai multe despre el.

Numele de clor a fost derivat din cuvântul grecesc χλωρός („verde”). A fost dat din cauza culorii gălbui-verzui a acestei substanțe.

Clorul există de la sine ca gaz diatomic Cl 2, dar în această formă practic nu apare în natură. Mai des apare în diverși compuși.

Pe lângă nuanța distinctivă, clorul se caracterizează printr-un miros dulce-înțepător. Este o substanță foarte toxică, prin urmare, dacă intră în aer și este inhalată de o persoană sau un animal, poate duce la moartea acestora în câteva minute (în funcție de concentrația de Cl).

Deoarece clorul este de aproape 2,5 ori mai greu decât aerul, acesta va fi întotdeauna sub el, adică aproape de pământ. Din acest motiv, dacă bănuiți prezența Cl, ar trebui să urcați cât mai sus posibil, deoarece va exista o concentrație mai mică a acestui gaz.

De asemenea, spre deosebire de alte substanțe toxice, substanțele care conțin clor au o culoare caracteristică, care le poate permite identificarea vizuală și acționarea asupra lor. Majoritatea măștilor de gaz standard ajută la protejarea organelor respiratorii și a membranelor mucoase de deteriorarea Cl. Totuși, pentru o siguranță deplină, trebuie luate măsuri mai serioase, până la neutralizarea substanței toxice.

Este de remarcat faptul că armele chimice și-au început istoria odată cu utilizarea clorului ca gaz otrăvitor de către germani în 1915. Ca urmare a utilizării a aproape 200 de tone de substanță, 15 mii de oameni au fost otrăviți în câteva minute. O treime dintre ei au murit aproape instantaneu, o treime a primit daune permanente și doar 5 mii au reușit să scape.

De ce o substanță atât de periculoasă încă nu este interzisă și milioane de tone sunt extrase anual? Este vorba despre proprietățile sale speciale și, pentru a le înțelege, merită să luăm în considerare caracteristicile clorului. Cel mai simplu mod de a face acest lucru este cu tabelul periodic.

Caracterizarea clorului în sistemul periodic

Clorul ca halogen

Pe lângă toxicitatea extremă și un miros înțepător (caracteristic tuturor reprezentanților acestui grup), Cl este foarte solubil în apă. O confirmare practică a acestui lucru este adăugarea de detergenți care conțin clor în apa piscinei.

La contactul cu aerul umed, substanța în cauză începe să fumeze.

Proprietățile Cl ca nemetal

Având în vedere caracteristicile chimice ale clorului, merită să acordați atenție proprietăților sale nemetalice.

Are capacitatea de a forma compuși cu aproape toate metalele și nemetalele. Un exemplu este reacția cu atomii de fier: 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3.

Este adesea necesar să se utilizeze catalizatori pentru a efectua reacții. Acest rol poate fi jucat de H2O.

Adesea, reacțiile cu Cl sunt endoterme (absorb căldură).

Trebuie remarcat faptul că sub formă cristalină (sub formă de pulbere), clorul interacționează cu metalele numai atunci când este încălzit la temperaturi ridicate.

Reacționând cu alte nemetale (cu excepția O 2, N, F, C și a gazelor inerte), Cl formează compuși - cloruri.

Când reacţionează cu O 2, se formează oxizi care sunt extrem de instabili şi predispuşi la descompunere. În ele, starea de oxidare a Cl se poate manifesta de la +1 la +7.

Când interacționează cu F, se formează fluoruri. Gradul lor de oxidare poate fi diferit.

Clorul: o caracteristică a unei substanțe în ceea ce privește proprietățile sale fizice

Pe lângă proprietățile chimice, elementul în cauză are și proprietăți fizice.

Efectul temperaturii asupra stării agregate a Cl

Având în vedere caracteristicile fizice ale elementului de clor, înțelegem că acesta este capabil să intre în diferite stări de agregare. Totul depinde de regimul de temperatură.

În starea sa normală, Cl este un gaz foarte corosiv. Cu toate acestea, se poate lichefia cu ușurință. Acest lucru este afectat de temperatură și presiune. De exemplu, dacă este egal cu 8 atmosfere, iar temperatura este de +20 grade Celsius, Cl 2 este un lichid galben acid. Este capabil să mențină această stare de agregare până la +143 de grade, dacă și presiunea continuă să crească.

La atingerea -32 ° C, starea clorului nu mai depinde de presiune și continuă să rămână lichidă.

Cristalizarea unei substanțe (în stare solidă) are loc la -101 grade.

Acolo unde în natură există Cl

Luând în considerare caracteristicile generale ale clorului, merită să aflăm unde poate fi găsit un element atât de dificil în natură.

Datorită reactivității sale ridicate, aproape niciodată nu se găsește în forma sa pură (prin urmare, la începutul studiului acestui element, oamenii de știință au avut ani de zile să învețe cum să-l sintetizeze). De obicei, Cl se găsește în compuși din diverse minerale: halit, sylvin, kainit, bischofit etc.

Cel mai mult, se găsește în sărurile extrase din apa de mare sau ocean.

Efect asupra organismului

Luând în considerare caracteristicile clorului, s-a spus deja de mai multe ori că este extrem de otrăvitor. În același timp, atomii de materie sunt conținuți nu numai în minerale, ci și în aproape toate organismele, de la plante la oameni.

Datorită proprietăților lor speciale, ionii de Cl pătrund în membranele celulare mai bine decât altele (prin urmare, mai mult de 80% din tot clorul din corpul uman este situat în spațiul intercelular).

Împreună cu K, Cl este responsabil pentru reglarea echilibrului apă-sare și, ca urmare, pentru egalitatea osmotică.

În ciuda unui rol atât de important în organism, Cl 2 pur ucide toate ființele vii - de la celule la organisme întregi. Cu toate acestea, în doze controlate și cu expunere pe termen scurt, nu are timp să provoace daune.

Un exemplu viu al ultimei afirmații este orice grup. După cum știți, apa în astfel de instituții este dezinfectată cu Cl. În același timp, dacă o persoană vizitează rar o astfel de instituție (o dată pe săptămână sau pe lună), este puțin probabil să sufere de prezența acestei substanțe în apă. Totuși, angajații unor astfel de instituții, în special cei care stau în apă aproape toată ziua (salvatori, instructori) suferă adesea de boli ale pielii sau au un sistem imunitar slăbit.

În legătură cu toate acestea, după vizitarea piscinelor, este imperativ să faceți un duș - pentru a spăla eventualele reziduuri de clor de pe piele și păr.

Utilizarea umană a Cl

Ținând cont din caracterizarea clorului că este un element „capricios” (când vine vorba de interacțiunea cu alte substanțe), va fi interesant de știut că este destul de des folosit în industrie.

În primul rând, este folosit pentru a dezinfecta multe substanțe.

Cl este folosit și la fabricarea anumitor tipuri de pesticide, ceea ce ajută la salvarea culturilor de dăunători.

Capacitatea acestei substanțe de a interacționa cu aproape toate elementele tabelului periodic (o caracteristică a clorului ca nemetal) ajută la extragerea anumitor tipuri de metale (Ti, Ta și Nb), precum și a varului și a acidului clorhidric cu sale. Ajutor.

Pe lângă toate cele de mai sus, Cl este utilizat în producția de substanțe industriale (policlorură de vinil) și medicamente (clorhexidină).

De menționat că astăzi s-a găsit un dezinfectant mai eficient și mai sigur - ozonul (O 3 ). Cu toate acestea, producția sa este mai scumpă decât clorul, iar acest gaz este chiar mai instabil decât clorul (o scurtă descriere a proprietăților fizice în 6-7 p.). Prin urmare, puțini își pot permite să folosească ozonarea în loc de clorinare.

Cum se produce clorul?

Astăzi, multe metode sunt cunoscute pentru sinteza acestei substanțe. Toate se încadrează în două categorii:

• Chimic.
• Electrochimic.

În primul caz, Cl se obține ca urmare a unei reacții chimice. Cu toate acestea, în practică, acestea sunt foarte costisitoare și ineficiente.

Prin urmare, metodele electrochimice (electroliza) sunt preferate în industrie. Există trei dintre ele: electroliza cu diafragmă, membrană și mercur.

· Rol biologic · Toxicitate · Literatură · Articole asemănătoare · Comentarii · Note · Site oficial ·

Metode chimice

Metodele chimice de obținere a clorului sunt ineficiente și costisitoare. Astăzi au o importanță istorică în principal. Poate fi obținut prin reacția permanganatului de potasiu cu acid clorhidric:

Metoda Scheele

Inițial, metoda industrială de producere a clorului s-a bazat pe metoda Scheele, adică reacția piroluzitului cu acidul clorhidric:

Metoda Diaconului

În 1867, Deacon a dezvoltat o metodă de producere a clorului prin oxidarea catalitică a clorurii de hidrogen cu oxigenul atmosferic. Procesul Deacon este folosit astăzi pentru a recupera clorul din clorura de hidrogen, un produs secundar al clorării industriale a compușilor organici.

Metode electrochimice

Astăzi, clorul este produs la scară industrială împreună cu hidroxid de sodiu și hidrogen prin electroliza unei soluții de clorură de sodiu, ale cărei procese principale pot fi reprezentate prin formula rezumativă:

Se folosesc trei variante ale metodei electrochimice de producere a clorului. Două dintre ele sunt electroliza cu catod solid: metode cu diafragmă și membrană, a treia este electroliza cu catod cu mercur lichid (metoda de producție a mercurului). Calitatea clorului obținut prin metode electrochimice diferă puțin:

metoda diafragmei

Schema unei vechi celule electrolitice cu diafragmă pentru producerea de clor și leșie: A- anod, ÎN- izolatori, CU- catod, D- spațiu umplut cu gaze (deasupra anodului - clor, deasupra catodului - hidrogen), M- diafragma

Cea mai simplă dintre metodele electrochimice, în ceea ce privește organizarea procesului și a materialelor structurale pentru electrolizor, este metoda cu diafragmă pentru producerea clorului.

Soluția de sare din celula cu diafragmă este alimentată continuu în spațiul anodic și curge printr-o diafragmă de azbest, de obicei montată pe o plasă catodică de oțel, la care, în unele cazuri, se adaugă o cantitate mică de fibre polimerice.

Aspirația cu diafragmă se realizează prin pomparea pulpei din fibrele de azbest prin electrolizor, care, blocându-se în grila catodice, formează un strat de azbest care joacă rolul unei diafragme.

În multe modele de electrolizoare, catodul este complet scufundat sub stratul de anolit (electrolitul din spațiul anodic), iar hidrogenul eliberat pe grila catodului este îndepărtat de sub catod folosind conducte de gaz, fără a pătrunde prin diafragmă în spațiul anodic. din cauza contracurentului.

Contrafluxul este o caracteristică foarte importantă a designului celulei cu diafragmă. Datorită fluxului în contracurent direcționat din spațiul anodic către spațiul catodic printr-o diafragmă poroasă, devine posibilă obținerea separată a lichidelor și a clorului. Fluxul în contracurent este conceput pentru a contracara difuzia și migrarea ionilor OH - în spațiul anodic. Dacă contracurent este insuficient, atunci în spațiul anodic începe să se formeze ionul de hipoclorit (ClO -) în cantități mari, care, după aceea, poate fi oxidat la anod la ionul clorat ClO 3 - . Formarea ionului de clorat reduce serios eficiența actuală a clorului și este principalul proces secundar în această metodă. Eliberarea de oxigen este, de asemenea, dăunătoare, ceea ce duce, în plus, la distrugerea anozilor și, dacă sunt fabricați din materiale carbonice, la pătrunderea impurităților de fosgen în clor.

Anod: - proces principal Catod: - proces principal

Electrozii de grafit sau carbon pot fi utilizați ca anod în electrolizoarele cu diafragmă. Până în prezent, aceștia au fost înlocuiți în principal cu anozi de titan cu un strat de oxid de ruteniu-titan (anozi ORTA) sau alți anozi cu consum redus.

Sarea de masă, sulfatul de sodiu și alte impurități, atunci când concentrația lor în soluție crește peste limita lor de solubilitate, precipită. Soluția caustică este decantată din precipitat și transferată ca produs finit în depozit sau se continuă etapa de evaporare pentru a obține un produs solid, urmată de topire, descuamare sau granulare.

Reversul, adică sarea de masă cristalizată într-un precipitat, este returnată la proces, preparând așa-numita saramură inversă din aceasta. Din acesta, pentru a evita acumularea de impurități în soluții, impuritățile sunt separate înainte de a pregăti saramura de retur.

Pierderea de anolit este completată prin adăugarea de saramură proaspătă obținută prin leșierea subterană a straturilor de sare de halit, bischofit și alte minerale care conțin clorură de sodiu și, în plus, prin dizolvarea acestora în recipiente speciale la locul de producție. Înainte de a o amesteca cu saramura inversă, saramura proaspătă este curățată de suspensiile mecanice și o parte semnificativă de ioni de calciu și magneziu.

Clorul rezultat este separat de vaporii de apă, comprimat și alimentat fie la producerea de produse care conțin clor, fie la lichefiere.

Datorită simplității sale relative și a costului scăzut, metoda cu diafragmă pentru producerea clorului este încă utilizată pe scară largă în industrie.

Schema unui electrolizor cu diafragmă.

Metoda membranei

Metoda cu membrană de producere a clorului este cea mai eficientă energetic, dar în același timp este dificil de organizat și operat.

Din punct de vedere al proceselor electrochimice, metoda membranei este similară cu metoda diafragmei, dar spațiile anodului și catodic sunt complet separate de o membrană schimbătoare de cationi, impermeabilă la anioni. Prin urmare, într-un electrolizor cu membrană, spre deosebire de o celulă cu diafragmă, nu există un singur flux, ci două.

Ca și în metoda cu diafragmă, un flux de soluție de sare intră în spațiul anodului. Și în catod - apă deionizată. Din spațiul catodic curge un flux de anolit epuizat, care conține și impurități de ioni de hipoclorit și clorat și iese clor, iar din spațiul anodic - leșie și hidrogen, care practic nu conțin impurități și sunt aproape de concentrația comercială, ceea ce reduce costurile energetice pentru evaporarea și purificarea lor.

În același timp, soluția de alimentare de sare (atât proaspătă, cât și cea circulantă) și apă sunt curățate în prealabil de orice impurități pe cât posibil. O astfel de curățare minuțioasă este determinată de costul ridicat al membranelor polimerice schimbătoare de cationi și de vulnerabilitatea acestora la impuritățile din soluția de alimentare.

În plus, forma geometrică limitată și, în plus, rezistența mecanică scăzută și stabilitatea termică a membranelor schimbătoare de ioni determină în mare măsură proiectele relativ complexe ale instalațiilor de electroliză cu membrană. Din același motiv, instalațiile cu membrane necesită cele mai complexe sisteme automate de control și management.

Schema unui electrolizor cu membrană.

Metoda mercurului cu catod lichid

Într-o serie de metode electrochimice de obținere a clorului, metoda mercurului face posibilă obținerea celui mai pur clor.

Schema unui electrolizor cu mercur.

Instalația de electroliză a mercurului este formată dintr-un electrolizor, un descompozitor de amalgam și o pompă de mercur, interconectate prin comunicații conducătoare de mercur.

Catodul electrolizatorului este un flux de mercur pompat de pompă. Anozi - grafit, carbon sau uzură redusă (ORTA, TDMA sau altele). Împreună cu mercurul, un curent de soluție de alimentare cu clorură de sodiu curge continuu prin electrolizor.

La anod, ionii de clor sunt oxidați din electrolit și clorul este eliberat:

- proces principal

Clorul și anolitul sunt îndepărtați din electrolizor. Anolitul care părăsește electrolizorul este saturat cu halit proaspăt, impuritățile introduse cu acesta, precum și spălate din anozi și materiale structurale, sunt îndepărtate din acesta și readuse la electroliză. Înainte de saturare, clorul dizolvat în el este extras din anolit.

Cerințele tot mai mari pentru siguranța mediului producției și costul ridicat al mercurului metalic conduc la înlocuirea treptată a metodei mercurului prin metode de obținere a clorului cu catod solid.

Metode de laborator

Datorită disponibilității clorului, clorul lichefiat îmbuteliat este utilizat în mod obișnuit în practica de laborator. Clorul poate fi obținut prin acțiunea unui acid asupra hipocloritului de sodiu:

În plus, se eliberează și oxigen. Dacă utilizați acid clorhidric, atunci reacția arată diferit:

Pentru a obține clor în cantități mici, se folosesc de obicei procese bazate pe oxidarea acidului clorhidric cu agenți oxidanți puternici (de exemplu, oxid de mangan (IV), permanganat de potasiu, dicromat de potasiu, dioxid de plumb, sare Berthollet etc.), dioxid de mangan sau permanganat de potasiu:

Dacă nu este posibilă utilizarea cilindrilor, pentru a produce clor se pot folosi electrolizoare mici cu un electrod convențional sau cu supapă.

Clor
numar atomic	17
Aspectul unei substanțe simple	Gaz galben-verzui cu miros înțepător. Otrăvitoare.
Proprietățile atomului
Masă atomică (Masă molară)	35,4527 amu (g/mol)
Raza atomului	100 seara
Energie de ionizare (primul electron)	1254.9(13.01) kJ/mol (eV)
Configuratie electronica	3s 2 3p 5
Proprietăți chimice
raza covalentă	ora 99
Raza ionică	(+7e)27 (-1e)181 pm
Electronegativitatea (după Pauling)	3.16
Potențialul electrodului	0
Stări de oxidare	7, 6, 5, 4, 3, 1, −1
Proprietățile termodinamice ale unei substanțe simple
Densitate	(la -33,6 °C) 1,56 g/cm³
Capacitate de căldură molară	21,838 J/(K mol)
Conductivitate termică	0,009 W/(K)
Temperatură de topire	172.2
Căldura de topire	6,41 kJ/mol
Temperatura de fierbere	238.6
Căldura de evaporare	20,41 kJ/mol
Volumul molar	18,7 cm³/mol
Rețeaua cristalină a unei substanțe simple
Structura de zăbrele	ortorombic
Parametrii rețelei	a=6,29 b=4,50 c=8,21 Å
raport c/a	—
Debye temperatura	n/a K

Clor (χλωρός - verde) - un element al subgrupului principal al celui de-al șaptelea grup, a treia perioadă a sistemului periodic de elemente chimice, cu număr atomic 17.

Elementul Clor este reprezentat prin simbol Cl(lat. clor). Nemetal reactiv. Aparține grupului de halogeni (inițial, numele „halogen” a fost folosit de chimistul german Schweiger pentru clor [literalmente, „halogen” se traduce prin sare), dar nu a prins rădăcini și, ulterior, a devenit comun pentru VII. grup de elemente, care include clorul).

substanță simplă clor(Număr CAS: 7782-50-5) În condiții normale, un gaz otrăvitor de culoare verde gălbui cu miros înțepător. Molecula de clor este diatomică (formula Cl 2).

Istoria descoperirii clorului

Diagrama atomului de clor

Clorul a fost obținut pentru prima dată în 1772 de Scheele, care a descris eliberarea lui în timpul interacțiunii piroluzitului cu acidul clorhidric în tratatul său despre piroluzit:

4HCl + MnO 2 \u003d Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O

Scheele a remarcat mirosul de clor, similar cu mirosul de acva regia, capacitatea sa de a interacționa cu aurul și cinabru, precum și proprietățile sale de albire.

Scheele, în conformitate cu teoria flogistului predominant în chimie la acea vreme, a sugerat că clorul este un deflogistic acid clorhidric, adică oxid de acid clorhidric. Berthollet și Lavoisier au sugerat că clorul este un oxid al elementului muria Cu toate acestea, încercările de a-l izola au rămas fără succes până la lucrările lui Davy, care a reușit să descompună sarea de masă prin electroliză în sodiuȘi clor.

Distribuția în natură

În natură, există doi izotopi ai clorului 35 Cl și 37 Cl. Clorul este cel mai abundent halogen din scoarța terestră. Clorul este foarte activ - se combină direct cu aproape toate elementele tabelului periodic.

În natură, apare numai sub formă de compuși din compoziția mineralelor: halit NaCI, sylvin KCl, sylvinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H2O, carnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. rezervele de clor sunt conținute în sărurile apelor mărilor și oceanelor.

Clorul reprezintă 0,025% din numărul total de atomi din scoarța terestră, numărul Clarke de clor este de 0,19%, iar corpul uman conține 0,25% din ioni de clor în masă. La oameni și animale, clorul se găsește în principal în fluidele intercelulare (inclusiv în sânge) și joacă un rol important în reglarea proceselor osmotice, precum și în procesele asociate cu funcționarea celulelor nervoase.

Compoziție izotopică

În natură, există 2 izotopi stabili ai clorului: cu un număr de masă de 35 și 37. Proporțiile conținutului lor sunt, respectiv, de 75,78% și respectiv 24,22%.

Izotop	Masa relativă, a.m.u.	Jumătate de viață	Tip de dezintegrare	spin nuclear
35Cl	34.968852721	grajd	—	3/2
36Cl	35.9683069	301000 de ani	Dezintegrarea β în 36 Ar	0
37Cl	36.96590262	grajd	—	3/2
38Cl	37.9680106	37,2 minute	Dezintegrarea β în 38 Ar	2
39Cl	38.968009	55,6 minute	Dezintegrarea β în 39 Ar	3/2
40Cl	39.97042	1,38 minute	Dezintegrarea β în 40 Ar	2
41Cl	40.9707	34 c	Dezintegrarea β în 41 Ar
42Cl	41.9732	46,8 s	Dezintegrarea β în 42 Ar
43Cl	42.9742	3,3 s	Dezintegrarea β în 43 Ar

Proprietăți fizice și fizico-chimice

În condiții normale, clorul este un gaz galben-verzui cu miros sufocant. Unele dintre proprietățile sale fizice sunt prezentate în tabel.

Proprietate	Sens
Temperatura de fierbere	-34°C
Temperatură de topire	-101°C
Temperatura de descompunere (disocieri în atomi)	~1400°С
Densitate (gaz, n.s.a.)	3,214 g/l
Afinitatea pentru electronul unui atom	3,65 eV
Prima energie de ionizare	12,97 eV
Capacitate termică (298 K, gaz)	34,94 (J/mol K)
Temperatura critica	144°C
presiune critică	76 atm
Entalpia standard de formare (298 K, gaz)	0 (kJ/mol)
Entropia standard de formare (298 K, gaz)	222,9 (J/mol K)
Entalpia de fuziune	6,406 (kJ/mol)
Entalpia de fierbere	20,41 (kJ/mol)

Când este răcit, clorul se transformă într-un lichid la o temperatură de aproximativ 239 K, iar apoi sub 113 K se cristalizează într-o rețea ortorombic cu un grup spațial cmca iar parametrii a=6,29 b=4,50, c=8,21. Sub 100 K, modificarea ortorombică a clorului cristalin se transformă în cea tetragonală, care are un grup spațial P4 2 /ncm iar parametrii rețelei a=8,56 și c=6,12.

Solubilitate

Gradul de disociere al moleculei de clor Cl 2 → 2Cl. La 1000 K este 2,07 * 10 -4%, iar la 2500 K 0,909%.

Pragul de percepție a mirosului în aer este de 0,003 (mg/l).

În registrul CAS - numărul 7782-50-5.

În ceea ce privește conductivitatea electrică, clorul lichid se numără printre cei mai puternici izolatori: conduce curentul de aproape un miliard de ori mai rău decât apa distilată și de 10 22 de ori mai rău decât argintul. Viteza sunetului în clor este de aproximativ o dată și jumătate mai mică decât în ​​aer.

Proprietăți chimice

Structura învelișului de electroni

Nivelul de valență al atomului de clor conține 1 electron nepereche: 1S² 2S² 2p 6 3S² 3p 5, deci valența lui 1 pentru atomul de clor este foarte stabilă. Datorită prezenței unui orbital neocupat al subnivelului d în atomul de clor, atomul de clor poate prezenta și alte valențe. Schema formării stărilor excitate ale atomului:

De asemenea, sunt cunoscuți compuși de clor în care atomul de clor prezintă în mod formal valența 4 și 6, cum ar fi Cl02 și Cl2O6. Cu toate acestea, acești compuși sunt radicali, ceea ce înseamnă că au un electron nepereche.

Interacțiunea cu metalele

Clorul reacționează direct cu aproape toate metalele (cu unele doar în prezența umezelii sau când este încălzit):

Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3

Interacțiunea cu nemetale

La lumină sau la încălzire, reacţionează activ (uneori cu o explozie) cu hidrogenul printr-un mecanism radical. Amestecuri de clor cu hidrogen, care conțin de la 5,8 la 88,3% hidrogen, explodează la iradiere cu formarea de acid clorhidric. Un amestec de clor și hidrogen în concentrații mici arde cu o flacără incoloră sau galben-verzuie. Temperatura maximă a flăcării hidrogen-clor este de 2200 °C.:

Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ex.) → 2ClF 3

Alte proprietăți

Cl 2 + CO → COCl 2

Când este dizolvat în apă sau alcalii, clorul se dismută, formând acizi hipocloroși (și când este încălzit percloric) și acizi clorhidric sau sărurile acestora:

Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O 4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4Cl

Proprietățile oxidante ale clorului

CI2 + H2S → 2HCI + S

Reacții cu substanțe organice

CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HCl

Se atașează la compușii nesaturați prin legături multiple:

CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl

Compușii aromatici înlocuiesc un atom de hidrogen cu clor în prezența catalizatorilor (de exemplu, AlCl 3 sau FeCl 3):

C6H6 + CI2 → C6H5CI + HCI

Cum să obțineți

Metode industriale

Inițial, metoda industrială de producere a clorului s-a bazat pe metoda Scheele, adică reacția piroluzitului cu acidul clorhidric:

MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

În 1867, Deacon a dezvoltat o metodă de producere a clorului prin oxidarea catalitică a clorurii de hidrogen cu oxigenul atmosferic. Procesul Deacon este utilizat în prezent pentru a recupera clorul din clorura de hidrogen, un produs secundar al clorării industriale a compușilor organici.

4HCI + O2 → 2H2O + 2Cl2

Astăzi, clorul este produs la scară industrială împreună cu hidroxid de sodiu și hidrogen prin electroliza unei soluții de clorură de sodiu:

2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anod: 2Cl - - 2e - → Cl 2 0 Catod: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -

Deoarece electroliza apei are loc în paralel cu electroliza clorurii de sodiu, ecuația totală poate fi exprimată după cum urmează:

1,80 NaCl + 0,50 H2O → 1,00 CI2 + 1,10 NaOH + 0,03 H2

Se folosesc trei variante ale metodei electrochimice de producere a clorului. Două dintre ele sunt electroliza cu catod solid: metode cu diafragmă și membrană, a treia este electroliza cu catod cu mercur lichid (metoda de producție a mercurului). Dintre metodele de producție electrochimică, electroliza cu catodul de mercur este cea mai ușoară și mai convenabilă metodă, dar această metodă provoacă daune semnificative asupra mediului datorită evaporării și scurgerii de mercur metalic.

Metoda diafragmei cu catod solid

Cavitatea celulei este împărțită printr-o partiție poroasă din azbest - diafragmă - în spațiul catodic și anod, unde se află catodul și respectiv anodul celulei. Prin urmare, un astfel de electrolizor este adesea numit electroliză cu diafragmă, iar metoda de producție este electroliza cu diafragmă. Un curent de anolit saturat (soluție de NaCl) intră continuu în spațiul anodic al celulei cu diafragmă. Ca urmare a procesului electrochimic, clorul este eliberat la anod din cauza descompunerii halitei, iar hidrogenul este eliberat la catod din cauza descompunerii apei. În acest caz, zona apropiată de catod este îmbogățită cu hidroxid de sodiu.

Metoda membranei cu catod solid

Metoda membranei este în esență similară cu metoda diafragmei, dar spațiile anodului și catodic sunt separate printr-o membrană polimerică schimbătoare de cationi. Metoda de producere a membranei este mai eficientă decât metoda diafragmei, dar este mai dificil de utilizat.

Metoda mercurului cu catod lichid

Procesul se desfășoară într-o baie electrolitică, care constă dintr-un electrolizor, un descompozitor și o pompă de mercur, interconectate prin comunicații. În baia electrolitică, sub acțiunea unei pompe de mercur, mercurul circulă, trecând prin electrolizor și descompozitor. Catodul celulei este un curent de mercur. Anozi - grafit sau uzură redusă. Împreună cu mercur, un curent de anolit, o soluție de clorură de sodiu, curge continuu prin electrolizor. Ca urmare a descompunerii electrochimice a clorurii, la anod se formează molecule de clor, iar sodiul eliberat se dizolvă în mercur la catod, formând un amalgam.

Metode de laborator

În laboratoare, pentru obținerea clorului, se folosesc de obicei procese bazate pe oxidarea acidului clorhidric cu agenți oxidanți puternici (de exemplu, oxid de mangan (IV), permanganat de potasiu, dicromat de potasiu):

2KMnO 4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 +8H 2 O K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl → 3Cl 2 + 2KCl + 2CrCl 3 + 7H 2 O

Depozitarea clorului

Clorul produs este stocat în „rezervoare” speciale sau pompat în cilindri de oțel de înaltă presiune. Cilindrii cu clor lichid sub presiune au o culoare specială - culoarea mlaștină. Trebuie remarcat faptul că, în timpul utilizării pe termen lung a buteliilor de clor, triclorura de azot extrem de explozivă se acumulează în ele și, prin urmare, din când în când, buteliile de clor trebuie spălate în mod obișnuit și curățate de clorura de azot.

Standarde de calitate a clorului

Conform GOST 6718-93 „Clor lichid. Specificații” sunt produse următoarele clase de clor

Aplicație

Clorul este utilizat în multe industrii, știință și nevoi casnice:

Ingredientul principal al înălbitorului este apa cu clor.

• În producția de clorură de polivinil, compuși din plastic, cauciuc sintetic, care sunt utilizați pentru a face: izolații pentru fire, profile de ferestre, materiale de ambalare, haine și încălțăminte, discuri de linoleum și gramofon, lacuri, echipamente și materiale plastice spumă, jucării, piese de instrumente, materiale de construcții. Policlorura de vinil este produsă prin polimerizarea clorurii de vinil, care astăzi este cel mai adesea obținută din etilenă într-o metodă echilibrată cu clor printr-un intermediar 1,2-dicloretan.
• Proprietățile de albire ale clorului sunt cunoscute din cele mai vechi timpuri, deși nu clorul însuși „albiște”, ci oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii acidului hipocloros: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O .. Această metodă de albire a țesăturilor, hârtiei, cartonului a fost folosită de secole.
• Producția de insecticide organoclorurate - substanțe care ucid insectele dăunătoare culturilor, dar sunt sigure pentru plante. O parte semnificativă din clorul produs este cheltuită pentru obținerea de produse de protecție a plantelor. Unul dintre cele mai importante insecticide este hexaclorociclohexanul (deseori denumit hexacloran). Această substanță a fost sintetizată pentru prima dată în 1825 de către Faraday, dar a găsit aplicare practică abia după mai bine de 100 de ani - în anii 30 ai secolului nostru.
• A fost folosit ca agent de război chimic, precum și pentru producerea altor agenți de război chimic: apa de la robinet, dar nu pot oferi o alternativă la efectul dezinfectant ulterior al compușilor cu clor. Materialele din care sunt realizate conductele de apă interacționează diferit cu apa clorurată de la robinet. Clorul liber din apa de la robinet reduce semnificativ durata de viață a conductelor pe bază de poliolefine: țevi de polietilenă de diferite tipuri, inclusiv polietilenă reticulata, cunoscută mai frecvent ca PEX (PEX, PE-X). În SUA, pentru a controla admiterea conductelor din materiale polimerice pentru utilizarea în sistemele de alimentare cu apă cu apă clorurată, aceștia au fost nevoiți să adopte 3 standarde: ASTM F2023 pentru conductele din polietilenă reticulata (PEX) și apă caldă clorinată, ASTM F2263 pentru toate țevile din polietilenă și apă clorurată și ASTM F2330 pentru țevi multistrat (polimer metalic) și apă clorurată fierbinte. O reacție pozitivă în ceea ce privește durabilitatea la interacțiunea cu apa clorurată este demonstrată de arderea cuprului (intestine. Absorbția și excreția clorului sunt strâns legate de ionii de sodiu și bicarbonații, într-o măsură mai mică cu mineralocorticoizii și activitatea Na+/K+). - ATP-aza.10- 15% din tot clorul, din aceasta cantitate de la 1/3 la 1/2 - in eritrocite... Aproximativ 85% din clor se afla in spatiul extracelular.Clorul este excretat din organism in principal cu urina. (90-95%), fecale (4-8% ) și prin piele (până la 2%) Excreția de clor este asociată cu ionii de sodiu și potasiu, iar reciproc cu HCO 3 - (echilibrul acido-bazic).

  O persoană consumă 5-10 g de NaCl pe zi. Necesarul uman minim de clor este de aproximativ 800 mg pe zi. Copilul primește cantitatea necesară de clor prin laptele matern, care conține 11 mmol/l de clor. NaCl este necesar pentru producerea acidului clorhidric în stomac, care favorizează digestia și distrugerea bacteriilor patogene. În prezent, rolul clorului în apariția anumitor boli la om nu este bine înțeles, în principal din cauza numărului mic de studii. Este suficient să spunem că nici măcar recomandări privind aportul zilnic de clor nu au fost elaborate. Țesutul muscular uman conține 0,20-0,52% clor, os - 0,09%; în sânge - 2,89 g / l. În corpul unei persoane medii (greutate corporală 70 kg) 95 g de clor. În fiecare zi cu mâncare, o persoană primește 3-6 g de clor, care acoperă în exces nevoia acestui element.

  Ionii de clor sunt vitali pentru plante. Clorul este implicat în metabolismul energetic la plante prin activarea fosforilării oxidative. Este necesar pentru formarea oxigenului în procesul de fotosinteză de către cloroplaste izolate, stimulează procesele auxiliare ale fotosintezei, în primul rând cele asociate cu acumularea de energie. Clorul are un efect pozitiv asupra absorbției de către rădăcini a oxigenului, potasiului, calciului și magneziului. O concentrație excesivă de ioni de clorură în plante poate avea, de asemenea, o parte negativă, de exemplu, reduce conținutul de clorofilă, reduce activitatea fotosintezei și întârzie creșterea și dezvoltarea plantelor. Există însă plante care, în procesul de evoluție, fie s-au adaptat la salinitatea solului, fie, în lupta pentru spațiu, au ocupat mlaștini sărate goale unde nu există concurență. Plantele care cresc în soluri saline se numesc halofite, acumulează cloruri în timpul sezonului de vegetație și apoi scapă de exces prin căderea frunzelor sau eliberează clorură pe suprafața frunzelor și ramurilor și primesc dublu beneficiu de a umbri suprafața de lumina soarelui. În Rusia, halofitele cresc pe cupole de sare, aflorimente de depozite de sare și depresiuni saline din jurul lacurilor sărate Baskunchak și Elton.

  Dintre microorganisme, sunt cunoscute și halofilele - halobacteriile - care trăiesc în ape sau soluri foarte sărate.

  Caracteristici de funcționare și precauții

  Clorul este un gaz sufocant toxic care, dacă intră în plămâni, provoacă arsuri la nivelul țesutului pulmonar, sufocare. Are un efect iritant asupra tractului respirator la o concentrație în aer de aproximativ 0,006 mg/l (adică de două ori pragul de miros al clorului). Clorul a fost unul dintre primii agenți de război chimic folosiți de Germania în Primul Război Mondial. Când lucrați cu clor, trebuie folosite îmbrăcăminte de protecție, măști de gaz și mănuși. Pentru o scurtă perioadă de timp, este posibil să protejați organele respiratorii de pătrunderea clorului cu un bandaj de cârpă umezit cu o soluție de sulfit de sodiu Na 2 SO 3 sau tiosulfat de sodiu Na 2 S 2 O 3.

  MPC-ul clorului în aerul atmosferic este următorul: mediu zilnic - 0,03 mg/m³; maxim o singură dată - 0,1 mg / m³; în spațiile de lucru ale unei întreprinderi industriale - 1 mg / m³.

  Informații suplimentare

  Producția de clor în Rusia
  clorură de aur
  Apa cu clor
  Pudră de albire
  Prima bază clorură a lui Reize
  Clorura de bază a doua a lui Reize

  Compuși ai clorului
  Hipocloriți
  Perclorati
  Cloruri acide
  Clorati
  cloruri
  Compuși organoclorați

  Analizat

  — Cu ajutorul electrozilor de referință ESr-10101 care analizează conținutul de Cl- și K+.

Ministerul Educației și Științei al FEDERATIEI RUSE

INSTITUȚIA DE ÎNVĂȚĂMÂNT DE STAT DE ÎNVĂȚĂMÂNT PROFESIONAL SUPERIOR

UNIVERSITATEA DE STAT DE CHIMIE ȘI TEHNOLOGICĂ IVANOVSK

Departamentul de TP și MET

Eseu

Clorul: proprietăți, aplicare, producție

Șef: Efremov A.M.

Ivanovo 2015

Introducere

Informații generale despre clor

Aplicarea clorului

Metode chimice de producere a clorului

Electroliză. Conceptul și esența procesului

Producția industrială de clor

Siguranța în producția de clor și protecția mediului

Concluzie

Introducere

electroliza elementului chimic clor

Datorită amplorii utilizării clorului în diferite domenii ale științei, industriei, medicinei și vieții de zi cu zi, cererea pentru acesta a crescut în mod dramatic recent. Există multe metode de obținere a clorului prin metode de laborator și industriale, dar toate au mai multe dezavantaje decât avantaje. Producția de clor, de exemplu, din acidul clorhidric, care este un produs secundar și un deșeu al multor industrii chimice și de altă natură, sau sare de masă extrasă în zăcăminte de sare, este un proces destul de consumator de energie, dăunător mediului și foarte periculos pentru viață. si sanatate.

În prezent, problema dezvoltării unei tehnologii de producere a clorului, care să elimine toate dezavantajele de mai sus și, de asemenea, să aibă un randament ridicat de clor, este foarte urgentă.

.Informații generale despre clor

Clorul a fost obţinut pentru prima dată în 1774 de către K. Scheele prin interacţiunea acidului clorhidric cu piroluzitul MnO2. Cu toate acestea, abia în 1810, G. Davy a stabilit că clorul este un element și l-a numit clor (din grecescul chloros - galben-verde). În 1813, J. L. Gay-Lussac a propus denumirea de „Clor” pentru acest element.

Clorul este un element din grupa a VII-a din Tabelul periodic al elementelor lui D. I. Mendeleev. Greutate moleculară 70,906, greutate atomică 35,453, număr atomic 17, aparține familiei halogenilor. În condiții normale, clorul liber, constând din molecule diatomice, este un gaz neinflamabil de culoare galben-verzuie, cu un miros caracteristic înțepător și iritant. Este otrăvitor și provoacă sufocare. Gazul de clor comprimat la presiunea atmosferică se transformă într-un lichid chihlimbar la -34,05 ° C, se solidifică la -101,6 ° C și o presiune de 1 atm. De obicei, clorul este un amestec de 75,53% 35Cl și 24,47% 37Cl. În condiții normale, densitatea clorului gazos este de 3,214 kg/m3, ceea ce este de aproximativ 2,5 ori mai greu decât aerul.

Din punct de vedere chimic, clorul este foarte activ, se combină direct cu aproape toate metalele (cu unele doar în prezența umezelii sau când este încălzit) și cu nemetale (cu excepția carbonului, azotului, oxigenului, gazelor inerte), formând clorurile corespunzătoare, reacționează cu mulți compuși, înlocuiește hidrogenul în hidrocarburile saturate și se alătură compușilor nesaturați. Acest lucru se datorează varietatii largi de aplicații. Clorul înlocuiește bromul și iodul din compușii lor cu hidrogen și metale. Metalele alcaline în prezența urmelor de umiditate interacționează cu clorul cu aprindere, majoritatea metalelor reacţionează cu clorul uscat numai atunci când sunt încălzite. Oțelul, precum și unele metale, sunt rezistente la clorul uscat la temperaturi scăzute, așa că sunt folosite pentru fabricarea echipamentelor și depozitarea clorului uscat. Fosforul se aprinde într-o atmosferă de clor, formând РCl3, iar la clorinare ulterioară - РCl5. Sulful cu clor, când este încălzit, dă S2Cl2, SCl2 și alte SnClm. Arsenicul, antimoniul, bismutul, stronțiul, telurul interacționează puternic cu clorul. Un amestec de clor și hidrogen arde cu o flacără incoloră sau galben-verde pentru a forma acid clorhidric (aceasta este o reacție în lanț). Temperatura maximă a flăcării hidrogen-clor este de 2200°C. Amestecuri de clor cu hidrogen, care conțin de la 5,8 la 88,5% H2, sunt explozive și pot exploda prin acțiunea luminii, a unei scântei electrice, a încălzirii, din prezența anumitor substanțe, precum oxizii de fier.

Cu oxigen, clorul formează oxizi: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, precum și hipocloriți (săruri ale acidului hipocloros), cloriți, clorați și perclorați. Toți compușii cu oxigen ai clorului formează amestecuri explozive cu substanțe ușor oxidabile. Oxizii de clor sunt instabili și pot exploda spontan, hipocloriții se descompun lent în timpul depozitării, clorații și perclorații pot exploda sub influența inițiatorilor. Clorul din apă este hidrolizat, formând acizi hipocloros și clorhidric: Cl2 + H2O? HCIO + HCI. Soluția gălbuie rezultată este adesea denumită apă cu clor. La clorurarea soluțiilor apoase de alcaline la rece, se formează hipocloriți și cloruri: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + H2O, iar când sunt încălzite - clorați. Prin clorurarea hidroxidului de calciu uscat se obține înălbitor. Când amoniacul reacţionează cu clorul, se formează triclorura de azot. În timpul clorării compușilor organici, clorul fie înlocuiește hidrogenul, fie se adaugă prin legături multiple, formând diferiți compuși organici care conțin clor. Clorul formează compuși interhalogeni cu alți halogeni. Fluorurile de clor ClF, ClF3, ClF3 sunt foarte reactive; de exemplu, într-o atmosferă ClF3, vata de sticlă se aprinde spontan. Sunt cunoscuți compuși ai clorului cu oxigen și fluor - oxifluoruri de clor: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 și perclorat de fluor FClO4.

Clorul apare în natură numai sub formă de compuși. Conținutul său mediu în scoarța terestră este de 1,7 10-2% în greutate. Migrația apei joacă un rol major în istoria clorului din scoarța terestră. Sub formă de Cl- ion, se găsește în Oceanul Mondial (1,93%), în saramură subterană și în lacurile sărate. Numărul de minerale proprii (în principal cloruri naturale) este de 97, principalul fiind halit NaCl (Sare de rocă). Există, de asemenea, depozite mari de cloruri de potasiu și magneziu și cloruri mixte: silvin KCl, silvinit (Na,K)Cl, carnalit KCl MgCl2 6H2O, kainit KCl MgSO4 3H2O, bischofit MgCl2 6H2O. În istoria Pământului, aportul de HCl conținut în gazele vulcanice în părțile superioare ale scoarței terestre a fost de mare importanță.

Standarde de calitate a clorului

Denumirea indexului GOST 6718-93Calitate înaltăClasa întâiFracție de volum de clor, nu mai puțin de, %99,899,6Fracție de masă de apă, nu mai mult de, %0,010,04Fracție de masă de triclorura de azot, nu mai mult de, %0,0020,004Fracție de substanțe nevolatile reziduu, nu mai mult,%0 .0150.10

Depozitarea și transportul clorului

Clorul produs prin diverse metode este depozitat în „rezervoare” speciale sau pompat în butelii cilindrice (volum 10-250 m3) și sferice (volum 600-2000 m3) de oțel sub presiunea vaporilor proprii de 18 kgf/cm2. Volumul maxim de depozitare este de 150 de tone. Cilindrii cu clor lichid sub presiune au o culoare specială - culoare protectoare. În cazul depresurizării unui cilindru de clor, are loc o eliberare bruscă de gaz cu o concentrație de câteva ori mai mare decât cea letală. Trebuie remarcat faptul că buteliile de clor tind să acumuleze triclorura de azot foarte explozivă pe perioade lungi de timp și, prin urmare, buteliile de clor trebuie spălate în mod obișnuit și purjate de clorură de azot din când în când. Clorul este transportat în containere, cisterne feroviare, cilindri, care sunt depozitarea lui temporară.

2.Aplicarea clorului

Clorul este consumat în primul rând de industria chimică pentru producerea diverșilor derivați organici ai clorului, care sunt utilizați pentru obținerea de materiale plastice, cauciucuri sintetice, fibre chimice, solvenți, insecticide etc. În prezent, peste 60% din producția mondială de clor este folosită pentru sinteza organică. În plus, clorul este folosit pentru a produce acid clorhidric, înălbitor, clorați și alte produse. Cantități semnificative de clor sunt utilizate în metalurgie pentru clorinare în timpul prelucrării minereurilor polimetalice, extragerea aurului din minereuri, și este, de asemenea, utilizat în industria de rafinare a petrolului, agricultură, medicină și salubrizare, pentru neutralizarea apelor potabile și uzate, în pirotehnică şi o serie de alte domenii ale economiei naţionale . Ca urmare a dezvoltării utilizărilor clorului, în principal datorită succesului sintezei organice, producția mondială de clor este de peste 20 de milioane de tone/an.

Principalele exemple de aplicare și utilizare a clorului în diferite ramuri ale științei, industriei și nevoilor casnice:

1.în producția de clorură de polivinil, compuși plastici, cauciuc sintetic, care sunt utilizați pentru a face: izolații pentru fire, profile de ferestre, materiale de ambalare, îmbrăcăminte și încălțăminte, discuri de linoleum și gramofon, lacuri, echipamente și materiale plastice spumă, jucării, piese de instrumente, materiale de construcții. Policlorura de vinil este produsă prin polimerizarea clorurii de vinil, care astăzi este cel mai frecvent preparată din etilenă într-un proces echilibrat cu clor printr-un intermediar 1,2-dicloretan.

CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl

1)ca agent de albire (deși nu clorul în sine „înălbește”, ci oxigenul atomic, care se formează în timpul descompunerii acidului hipocloros în funcție de reacția: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).

2)în producția de insecticide organoclorurate - substanțe care ucid insectele dăunătoare culturilor, dar sunt sigure pentru plante (aldrin, DDT, hexacloran). Unul dintre cele mai importante insecticide este hexaclorociclohexanul (C6H6Cl6).

)folosit ca agent de război chimic, precum și pentru producerea altor agenți de război chimic: gaz muștar (C4H8Cl2S), fosgen (CCl2O).

)pentru dezinfecția apei - „clorinare”. Cea mai comună metodă de dezinfecție a apei potabile se bazează pe capacitatea clorului liber și a compușilor săi de a inhiba sistemele enzimatice ale microorganismelor care catalizează procesele redox. Pentru dezinfectarea apei potabile se folosesc clor (Cl2), dioxid de clor (ClO2), cloramină (NH2Cl) și înălbitor (Ca(Cl)OCl).

)înregistrat în industria alimentară ca aditiv alimentar E925.

)în producția chimică de sodă caustică (NaOH) (utilizată în producția de raion, în industria săpunului), acid clorhidric (HCl), înălbitor, clorură de clor (KClO3), cloruri metalice, otrăvuri, medicamente, îngrășăminte.

)în metalurgie pentru producerea de metale pure: titan, staniu, tantal, niobiu.

TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;

TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (la Т=850°С)

)ca indicator al neutrinilor solari în detectoarele de clor-argon (Ideea unui „detector de clor” pentru detectarea neutrinilor solari a fost propusă de celebrul fizician sovietic Academician B. Pontecorvo și implementată de fizicianul american R. Davis și colegii săi. După ce a prins nucleul neutrin al izotopului de clor cu o greutate atomică de 37, se transformă într-un nucleu al izotopului argon-37, cu formarea unui electron care poate fi înregistrat.).

Multe țări dezvoltate se străduiesc să limiteze utilizarea clorului în viața de zi cu zi, inclusiv pentru că arderea gunoaielor care conțin clor produce o cantitate semnificativă de dioxine (ecotoxice globale cu efecte mutagene puternice). , imunosupresoare , acțiune cancerigenă, teratogenă și embriotoxică. Ele se divid și se acumulează slab atât în ​​corpul uman, cât și în biosfera planetei, inclusiv aer, apă, alimente).

3. Metode chimice de producere a clorului

Anterior, producția de clor prin mijloace chimice după metodele lui Weldon și Deacon era larg răspândită. În aceste procese, clorul a fost produs prin oxidarea acidului clorhidric format ca produs secundar în producerea sulfatului de sodiu din clorură de sodiu prin acțiunea acidului sulfuric.

reacția care se desfășoară la utilizarea metodei Weldon:

4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2

reacția care se desfășoară la utilizarea metodei Deacon:

HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2

În procesul Deacon, clorura de cupru a fost folosită ca catalizator, o soluție de 50% din care (uneori cu adăugare de NaCl) a fost impregnată într-un purtător ceramic poros. Temperatura optimă de reacţie pe un astfel de catalizator a fost de obicei în intervalul de 430490°. Acest catalizator este ușor otrăvit de compușii de arsenic, cu care formează arseniatul de cupru inactiv, precum și de dioxidul și trioxidul de sulf. Prezența chiar și a unor cantități mici de vapori de acid sulfuric în gaz determină o scădere bruscă a randamentului de clor ca urmare a reacțiilor succesive:

H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4

С12 + Н2O => 1/2O2 + 2НCl

Astfel, acidul sulfuric este un catalizator care promovează conversia inversă a Cl2 în HCI. Prin urmare, înainte de oxidare pe un catalizator de cupru, gazul clorhidric trebuie să fie complet purificat de impuritățile care reduc randamentul de clor.

Instalația lui Deacon a constat dintr-un încălzitor cu gaz, un filtru de gaz și un aparat de contact al unei carcase cilindrice de oțel, în interiorul căreia se aflau doi cilindri ceramici dispuși concentric cu orificii; spațiul inelar dintre ele este umplut cu un catalizator. Clorura de hidrogen a fost oxidată cu aer, astfel încât clorul a fost diluat. Un amestec care conține 25% vol. HCI și 75% vol.% aer (~16% O2) a fost introdus în aparatul de contact, iar gazul care părăsește aparatul conținea aproximativ 8% C12, 9% HCI, 8% vapori de apă și 75% aer . Un astfel de gaz, după spălarea acestuia cu HCI și uscarea cu acid sulfuric, era de obicei folosit pentru a obține înălbitor.

Restaurarea procesului Deacon se bazează în prezent pe oxidarea clorurii de hidrogen nu cu aer, ci cu oxigen, ceea ce face posibilă obținerea de clor concentrat folosind catalizatori foarte activi. Amestecul de cloro-oxigen rezultat este spălat de reziduurile de HC1 succesiv cu acid clorhidric 36% și 20% și uscat cu acid sulfuric. Clorul este apoi lichefiat și oxigenul este returnat procesului. Separarea clorului de oxigen se realizează și prin absorbția clorului la o presiune de 8 atm cu clorură de sulf, care este apoi regenerată pentru a obține clor 100%:

Cl2 + S2CI2 S2Cl4

Se folosesc catalizatori la temperatură joasă, de exemplu, diclorură de cupru activată cu săruri ale metalelor pământurilor rare, ceea ce face posibilă efectuarea procesului chiar și la 100°C și, prin urmare, creșterea bruscă a gradului de conversie a HCl în Cl2. Pe un catalizator de oxid de crom, arderea HCI în oxigen se realizează la 340480°C. Este descrisă utilizarea unui catalizator dintr-un amestec de V2O5 cu pirosulfați de metale alcaline și activatori pe silicagel. S-a studiat mecanismul și cinetica acestui proces și s-au stabilit condițiile optime pentru implementarea lui, în special, în pat fluidizat.

Oxidarea acidului clorhidric cu oxigen se realizează, de asemenea, folosind un amestec topit de FeCl3 + KCl în două etape, realizate în reactoare separate. În primul reactor, clorura ferică este oxidată pentru a forma clor:

2FeCl3 + 1 O2 => Fe3O3 + 3Cl2

În al doilea reactor, clorura ferică este regenerată din oxid de fier cu acid clorhidric:

O3 + 6HCI = 2FeCI3 + 3H20

Pentru a reduce presiunea de vapori a clorurii ferice, se adaugă clorură de potasiu. Acest proces este, de asemenea, propus a fi efectuat într-un singur aparat, în care masa de contact, constând din Fe2O3, KC1 și clorură de cupru, cobalt sau nichel depuse pe un purtător inert, se deplasează de sus în jos a aparatului. În partea de sus a aparatului, acesta trece printr-o zonă fierbinte de clorinare, unde Fe2Oz este transformat în FeCl3, interacționând cu HCl, care se află în fluxul de gaz care merge de jos în sus. Apoi masa de contact coboară în zona de răcire, unde se formează clorul elementar sub acțiunea oxigenului, iar FeCl3 trece în Fe2O3. Masa de contact oxidată revine din nou în zona de clorinare.

O oxidare indirectă similară a HCl la Cl2 este efectuată conform schemei:

2HC1 + MgO = MgCI2 + H2O + 1/2O2 = MgO + Cl2

Se propune să se obțină simultan clor și acid sulfuric prin trecerea unui gaz care conține HCI, O2 și un exces mare de SO2 printr-un catalizator de vanadiu la 400-600°C. Apoi H2SO4 și HSO3Cl sunt condensate din gaz și SO3 este absorbit de acid sulfuric; clorul rămâne în fază gazoasă. HSO3CI este hidrolizat și HC1 eliberat este returnat procesului.

O oxidare și mai eficientă este realizată de agenți oxidanți precum PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:

2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O

Clorul poate fi obținut și prin oxidarea clorurilor. De exemplu, atunci când NaCl și SO3 interacționează, apar reacții:

NaCI + 2SO3 = 2NaSO3Cl

NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4

Descompunerea NaSO3Cl are loc la 275°C. Un amestec de gaze SO2 și C12 poate fi separat prin absorbția clorului SO2Cl2 sau CCl4 sau supunerea acestuia la rectificare, ceea ce are ca rezultat un amestec azeotrop care conține 88 mol. % CI2 şi 12 mol. %SO2. Amestecul azeotrop poate fi separat suplimentar prin transformarea S02 în S02C12 și separarea excesului de clor și descompunerea S02CI2 la 200° în S02 și CI2, care sunt adăugate la amestecul trimis pentru rectificare.

Clorul poate fi obținut prin oxidarea clorurii sau a acidului clorhidric cu acid azotic, precum și dioxidul de azot:

ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O

O altă modalitate de a obține clor este descompunerea clorurii de nitrozil, care poate fi realizată prin oxidarea acestuia:

NOCl + O2 = 2NO2 + Сl2

De asemenea, pentru obținerea clorului, se propune, de exemplu, oxidarea NOCl cu acid azotic 75%:

2NOCl + 4HNO3 = Сl2 + 6NO2 + 2Н2O

Un amestec de clor și dioxid de azot este separat prin conversia NO2 în acid azotic slab, care este apoi folosit pentru a oxida HCl în prima etapă a procesului pentru a forma Cl2 și NOCl. Principala dificultate în implementarea acestui proces la scară industrială este eliminarea coroziunii. Ceramica, sticla, plumbul, nichelul și materialele plastice sunt folosite ca materiale pentru echipamente. Conform acestei metode în SUA în 1952-1953. uzina funcționa cu o capacitate de 75 de tone de clor pe zi.

A fost dezvoltată o metodă ciclică pentru producerea de clor prin oxidarea acidului clorhidric cu acid azotic fără formarea de clorură de nitrozil conform reacției:

2НCl + 2HNO3 = Сl2 + 2NO2 + 2Н2O

Procesul are loc in faza lichida la 80°C, randamentul in clor ajunge la 100%, se obtine NO2 sub forma lichida.

Ulterior, aceste metode au fost complet înlocuite cu cele electrochimice, dar în prezent, metodele chimice de producere a clorului sunt reînviate pe o nouă bază tehnică. Toate se bazează pe oxidarea directă sau indirectă a HCl (sau a clorurilor), cel mai comun agent oxidant fiind oxigenul atmosferic.

Electroliză. Conceptul și esența procesului

Electroliza este un set de procese electrochimice redox care au loc pe electrozi în timpul trecerii unui curent electric constant printr-o topitură sau soluție cu electrozi scufundați în ea.

Orez. 4.1. Procese care au loc în timpul electrolizei. Schema băii de electroliză: 1 - baie, 2 - electrolit, 3 - anod, 4 - catod, 5 - alimentare

Electrozii pot fi orice materiale care conduc electricitatea. Metalele și aliajele sunt utilizate în principal, din nemetale, de exemplu, tijele de grafit (sau carbonul) pot servi drept electrozi. Mai rar, lichidele sunt folosite ca electrod. Un electrod încărcat pozitiv este un anod. Electrodul încărcat negativ este catodul. În timpul electrolizei, anodul este oxidat (se dizolvă) și catodul este redus. De aceea, anodul trebuie luat în așa fel încât dizolvarea lui să nu afecteze procesul chimic care are loc în soluție sau topitură. Un astfel de anod se numește electrod inert. Ca anod inert, puteți lua grafit (carbon) sau platină. Ca catod, puteți lua o placă metalică (nu se va dizolva). Potrivit cupru, alamă, carbon (sau grafit), zinc, fier, aluminiu, oțel inoxidabil.

Exemple de electroliză a topiturii:

Exemple de electroliză a soluțiilor de sare:

(Anionii Cl? sunt oxidați la anod, și nu oxigenul O? II al moleculelor de apă, deoarece electronegativitatea clorului este mai mică decât cea a oxigenului și, prin urmare, clorul emite electroni mai ușor decât oxigenul)

Electroliza apei se efectuează întotdeauna în prezența unui electrolit inert (pentru a crește conductivitatea electrică a unui electrolit foarte slab - apă):

În funcție de electrolitul inert, electroliza se realizează într-un mediu neutru, acid sau alcalin. Atunci când alegeți un electrolit inert, este necesar să țineți cont de faptul că cationii metalici care sunt agenți reducători tipici (de exemplu, Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +) nu sunt niciodată reduse la catodul într-o soluție apoasă și oxigenul O2 II ai anionilor oxoacizi nu este niciodată oxidat la anod cu un element în cea mai mare stare de oxidare (de exemplu, ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44? , MnO4?), apa este oxidată în schimb.

Electroliza include două procese: migrarea particulelor care reacţionează sub acţiunea unui câmp electric la suprafaţa electrodului şi transferul de sarcină de la o particulă la un electrod sau de la un electrod la o particulă. Migrarea ionilor este determinată de mobilitatea și numărul lor de transfer. Procesul de transfer a mai multor sarcini electrice se realizează, de regulă, sub forma unei secvențe de reacții cu un singur electron, adică în etape, cu formarea de particule intermediare (ioni sau radicali), care uneori există pentru ceva timp pe electrod în stare adsorbită.

Viteza reacțiilor electrozilor depind de:

compoziția electrolitică

concentrația de electroliți

materialul electrodului

potenţialul electrodului

temperatura

conditii hidrodinamice.

Măsura vitezei de reacție este densitatea de curent. Acesta este un vector fizic, al cărui modul este determinat de raportul dintre puterea curentului (numărul de sarcini electrice transferate pe unitatea de timp) în conductor și aria secțiunii transversale.

Legile lui Faraday ale electrolizei sunt relații cantitative bazate pe studii electrochimice și ajută la determinarea masei produselor formate în timpul electrolizei. În forma cea mai generală, legile sunt formulate după cum urmează:

)Prima lege a electrolizei a lui Faraday: masa unei substanțe depuse pe un electrod în timpul electrolizei este direct proporțională cu cantitatea de electricitate transferată acel electrod. Cantitatea de electricitate se referă la sarcina electrică, măsurată de obicei în coulombi.

2)A doua lege a electrolizei a lui Faraday: Pentru o cantitate dată de electricitate (sarcină electrică), masa unui element chimic depus pe un electrod este direct proporțională cu masa echivalentă a elementului. Masa echivalentă a unei substanțe este masa sa molară împărțită la un număr întreg, în funcție de reacția chimică la care participă substanța.

În formă matematică, legile lui Faraday pot fi reprezentate după cum urmează:

unde m este masa substanței depuse pe electrod în grame, este sarcina electrică totală care a trecut prin substanță, = 96 485,33 (83) C mol? 1 este constanta Faraday, este masa molară a substanței ( De exemplu, masa molară a apei H2O = 18 g / mol), - numărul de valență al ionilor unei substanțe (numărul de electroni pe ion).

Rețineți că M/z este masa echivalentă a materiei depuse.

Pentru prima lege a lui Faraday, M, F și z sunt constante, deci cu cât valoarea Q este mai mare, cu atât valoarea m este mai mare.

Pentru a doua lege a lui Faraday, Q, F și z sunt constante, deci cu cât valoarea lui M/z (masa echivalentă) este mai mare, cu atât valoarea lui m este mai mare.

În cel mai simplu caz, electroliza DC are ca rezultat:

Într-un caz mai complex de curent electric alternativ, sarcina totală Q a curentului I( ?) se însumează în timp? :

unde t este timpul total de electroliză.

În industrie, procesul de electroliză se realizează în dispozitive speciale - electrolizoare.

Producția industrială de clor

În prezent, clorul este produs în principal prin electroliza soluțiilor apoase, și anume una dintre - trei metode electrochimice, dintre care două sunt electroliza cu catod solid: metode cu diafragmă și membrană, cealaltă este electroliză cu catod cu mercur lichid (metoda de producție a mercurului). Aceste metode dau clor de aproximativ aceeași puritate. În practica mondială, se folosesc toate cele trei metode de obținere a clorului, cu toate acestea, cea mai ușoară și mai convenabilă metodă este electroliza cu catod de mercur, dar această metodă provoacă daune semnificative asupra mediului datorită evaporării și scurgerii de mercur și clor metalic. Este de preferat să folosiți un proces cu membrană, deoarece este mai economic, mai puțin nociv pentru mediu și vă permite să obțineți un produs final de calitate superioară.

Materiile prime pentru producerea electrolitică a clorului sunt în principal soluții de NaCl obținute prin dizolvarea sării solide, sau a saramurului natural. Există trei tipuri de zăcăminte de sare: sare fosilă (aproximativ 99% din rezerve); lacuri sărate cu sedimente de fund de sare auto-șaua (0,77%); restul sunt rupturi subterane. Solutiile sarate, indiferent de modul in care sunt obtinute, contin impuritati care inrautatesc procesul de electroliza. Anionii de calciu Ca2+, Mg2+ și SO42- au un efect deosebit de nefavorabil în timpul electrolizei cu catod solid, iar impuritățile compușilor care conțin metale grele, precum crom, vanadiu, germaniu și molibden, au efect în timpul electrolizei cu catod lichid.

Sarea cristalină pentru electroliza clorului trebuie să aibă următoarea compoziție (%): clorură de sodiu nu mai puțin de 97,5; Mg2+ nu mai mult de 0,05; sediment insolubil nu mai mult de 0,5; Ca2+ nu mai mult de 0,4; K+ nu mai mult de 0,02; SO42 - nu mai mult de 0,84; umiditate nu mai mult de 5; impuritatea metalelor grele (determinată prin proba de amalgam cm3 H2) nu mai mult de 0,3. Curățarea saramurilor se efectuează cu o soluție de sodă (Na2CO3) și lapte de var (suspensie a unei suspensii de Ca (OH) 2 în apă). Pe lângă purificarea chimică, soluțiile sunt eliberate de impuritățile mecanice prin sedimentare și filtrare.

Electroliza soluțiilor de sare obișnuită se realizează în băi cu catod solid din fier (sau oțel) și cu diafragme și membrane, în băi cu catod cu mercur lichid. Electrolizoarele industriale utilizate pentru echiparea centralelor mari moderne de clor trebuie să aibă o productivitate ridicată, un design simplu, să fie compacte, să funcționeze fiabil și stabil.

Electroliza se desfășoară conform schemei:

MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,

unde Me este un metal alcalin.

În timpul descompunerii electrochimice a sării de masă în electrolizoarele cu electrozi solizi, au loc următoarele reacții ionice principale, reversibile și ireversibile:

disocierea moleculelor de sare și apă (intră în electrolit)

NaCl-Na++Cl- -H++OH-

Oxidarea ionilor de clor (la anod)

C1- - 2e- => C12

reducerea ionilor de hidrogen și a moleculelor de apă (la catod)

H+ - 2e- => H2

H2O - 2e - \u003d\u003e H2 + 2OH-

Asocierea ionilor într-o moleculă de hidroxid de sodiu (în electrolit)

Na+ + OH--NaOH

Produsele utile sunt hidroxidul de sodiu, clorul și hidrogenul. Toate sunt scoase din electrolizor separat.

Orez. 5.1. Schema unui electrolizor cu diafragmă

Cavitatea celulei cu catod solid (Fig. 3) este împărțită de un poros o partiție - o diafragmă - pe spațiul catodic și anod, în care se află catodul și respectiv anodul celulei. Prin urmare, electrolizorul este adesea numit „diafragmă”, iar metoda de producție este electroliza cu diafragmă.

Primele electrolizoare industriale au funcționat în regim batch. Produsele de electroliză din ele au fost separate printr-o diafragmă de ciment. Ulterior, au fost create electrolizoare, în care pereții despărțitori în formă de clopot serveau la separarea produselor de electroliză. În etapa următoare, au apărut electrolizoare cu diafragmă de curgere. În ele, principiul contracurentului a fost combinat cu utilizarea unei diafragme de separare, care a fost realizată din carton de azbest. Mai departe, a fost descoperită o metodă de obținere a unei diafragme din pastă de azbest, împrumutată din tehnologia industriei hârtiei. Această metodă a făcut posibilă dezvoltarea unor modele de electrolizoare pentru o sarcină mare de curent cu un catod compact neseparabil. Pentru a crește durata de viață a unei diafragme de azbest, se propune introducerea unor materiale sintetice în compoziția sa ca acoperire sau lipire. De asemenea, se propune fabricarea diafragmelor în întregime din materiale sintetice noi. Există dovezi că astfel de diafragme combinate azbest-sintetic sau sintetic fabricate special au o durată de viață de până la 500 de zile. De asemenea, sunt dezvoltate diafragme speciale schimbătoare de ioni, care fac posibilă obținerea de sodă caustică pură cu un conținut foarte scăzut de clorură de sodiu. Acțiunea unor astfel de diafragme se bazează pe utilizarea proprietăților lor selective pentru trecerea diferiților ioni.

Locurile de contact ale conductoarelor de curent la anozii de grafit în primele modele au fost scoase din cavitatea celulei. Ulterior, au fost dezvoltate metode pentru a proteja părțile de contact ale anozilor scufundați în electrolit. Folosind aceste tehnici s-au creat electrolizoare industriale cu o sursă de curent mai mică, în care contactele anodului sunt amplasate în cavitatea electrolizorului. Ele sunt utilizate peste tot în prezent pentru producerea de clor și caustică pe catod solid.

Un curent de soluție saturată de clorură de sodiu (saramură purificată) intră continuu în spațiul anodic al celulei cu diafragmă. Ca urmare a procesului electrochimic, clorul este eliberat la anod din cauza descompunerii sării comune, iar hidrogenul este eliberat la catod din cauza descompunerii apei. Clorul și hidrogenul sunt îndepărtate din electrolizor, fără amestecare, separat. În acest caz, zona apropiată de catod este îmbogățită cu hidroxid de sodiu. Soluția din zona catodică, numită lichid electrolitic, care conține sare de masă necompusă (aproximativ jumătate din cantitatea furnizată cu saramură) și hidroxid de sodiu, este îndepărtată continuu din electrolizor. În etapa următoare, lichidul electrolitic este evaporat și conținutul de NaOH din acesta este ajustat la 42-50% în conformitate cu standardul. Sarea de masă și sulfatul de sodiu precipită cu creșterea concentrației de hidroxid de sodiu.

Soluția de NaOH este decantată din cristale și transferată ca produs finit într-un depozit sau într-o etapă de topire caustică pentru a obține un produs solid. Sarea de masă cristalină (sare inversă) este readusă la electroliză, preparând din aceasta așa-numita saramură inversă. Din acesta, pentru a evita acumularea de sulfat în soluții, se extrage sulfatul înainte de prepararea saramurii de retur. Pierderea sării de masă este compensată prin adăugarea de saramură proaspătă obținută prin levigarea subterană a straturilor de sare sau prin dizolvarea sării solide de masă. Înainte de a o amesteca cu saramura inversă, saramura proaspătă este curățată de suspensiile mecanice și o parte semnificativă de ioni de calciu și magneziu. Clorul rezultat este separat de vaporii de apă, comprimat și transferat fie direct consumatorilor, fie pentru a lichefia clorul. Hidrogenul este separat de apă, comprimat și transferat consumatorilor.

Într-un electrolizor cu membrană au loc aceleași reacții chimice ca și într-un electrolizor cu diafragmă. În locul unei diafragme poroase, se folosește o membrană cationică (Fig. 5).

Orez. 5.2. Schema unui electrolizor cu membrană

Membrana împiedică pătrunderea ionilor de clor în catolit (electrolitul în spațiul catodic), datorită căruia soda caustică poate fi obținută direct în electrolizor aproape fără sare, cu o concentrație de 30 până la 35%. Deoarece nu este nevoie să se separe sarea, evaporarea face mult mai ușor să se producă 50% sodă caustică comercială la o investiție și un cost energetic mai mic. Deoarece concentrația de sodă caustică în procesul membranei este mult mai mare, nichelul scump este folosit ca catod.

Orez. 5.3. Schema unui electrolizor cu mercur

Reacția totală de descompunere a sării comune în electrolizatoarele cu mercur este aceeași ca și în celulele cu diafragmă:

NaCl + H2O => NaOH + 1/2Cl2 + 1/2H2

Totuși, aici se desfășoară în două etape, fiecare într-un aparat separat: un electrolizor și un descompunetor. Ele sunt interconectate structural și sunt numite baie electrolitică și uneori electrolizor cu mercur.

În prima etapă a procesului - în electrolizor - are loc descompunerea electrolitică a sării de masă (soluția sa saturată este introdusă în electrolizor) cu producerea de clor la anod și amalgam de sodiu la catodul de mercur, conform urmatoarea reactie:

NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn

În descompozitor are loc a doua etapă a procesului, în care, sub acțiunea apei, amalgamul de sodiu trece în hidroxid de sodiu și mercur:

NaHgn + H2O => NaOH + 1/2H2 + nHg

Din toată sarea furnizată electrolizorului cu saramură, doar 15-20% din cantitatea furnizată intră în reacție (2), iar restul de sare, împreună cu apă, părăsește electrolizorul sub formă de cloranolit - o soluție. de sare de masă în apă care conţine 250-270 kg/m3 NaCl saturat cu clor. „Amalgamul puternic” care părăsește electrolizorul și apa sunt furnizate descompozitorului.

Electrolizorul în toate modelele disponibile este realizat sub forma unui jgheab de oțel lung și relativ îngust, ușor înclinat, de-a lungul căruia un strat subțire de amalgam, care este catodul, curge prin gravitație și anolit deasupra. Saramura și amalgamul slab sunt alimentate de la marginea superioară a celulei prin „buzunarul de admisie”.

Amalgamul puternic curge din capătul inferior al celulei prin „buzunarul de ieșire”. Clorul și cloranolitul ies împreună printr-o conductă de ramificație, situată de asemenea la capătul inferior al celulei. Anozii sunt suspendați deasupra întregii oglinzi a fluxului de amalgam sau catod la o distanță de 3-5 mm de catod. Partea superioară a celulei este acoperită cu un capac.

Două tipuri de descompunetoare sunt comune: orizontale și verticale. Primele sunt realizate sub forma unui jgheab înclinat din oțel de aceeași lungime ca și celula electrolitică. Un flux de amalgam curge de-a lungul fundului descompozitorului, care este instalat la o ușoară înclinare. În acest flux este scufundat un descompozitor din grafit. Apa se mișcă în direcția opusă. Ca urmare a descompunerii amalgamului, apa este saturată cu caustică. Soluția caustică, împreună cu hidrogenul, iese din descompozitor printr-o țeavă de ramificație din fund, iar amalgamul sau mercurul sărac este pompat în buzunarul celulei.

Pe lângă electrolizor, descompozitor, buzunare și conducte de preaplin, setul băii de electroliză include o pompă de mercur. Sunt utilizate două tipuri de pompe. În cazurile în care băile sunt echipate cu un descompozitor vertical sau când descompozitorul este instalat sub celula electrolitică, se folosesc pompe centrifuge submersibile de tip convențional, coborâte în descompozitor. În băile în care descompozitorul este instalat lângă electrolizor, amalgamul este pompat de o pompă rotativă conică de tip original.

Toate piesele de oțel ale electrolizatorului care vin în contact cu clorul sau cloranolitul sunt protejate de un strat de cauciuc vulcanizat de calitate specială (gumare). Stratul protector de cauciuc nu este absolut rezistent. În timp, clorează, devine casantă și crapă din cauza acțiunii temperaturii. Periodic, stratul protector este reînnoit. Toate celelalte părți ale băii de electroliză: descompozitor, pompă, preaplin - sunt fabricate din oțel neprotejat, deoarece nici hidrogenul, nici soluția caustică nu îl corodează.

În prezent, anozii de grafit sunt cei mai des întâlniți într-o celulă cu mercur. Cu toate acestea, acestea sunt înlocuite de ORTA.

6.Siguranța în producția de clor
si protectia mediului

Pericolul pentru personal în producția de clor este determinat de toxicitatea ridicată a clorului și mercurului, de posibilitatea formării de amestecuri gazoase explozive de clor și hidrogen, hidrogen și aer în echipament, precum și de soluții de triclorura de azot în lichid. clor, utilizarea în producția de electrolizoare - dispozitive care sunt sub un potențial electric crescut față de pământ, proprietățile alcaline caustice produse în această producție.

Inhalarea aerului care conține 0,1 mg/l de clor timp de 30-60 de minute pune viața în pericol. Inhalarea aerului care contine mai mult de 0,001 mg/l de clor irita tractul respirator. Concentrația maximă admisă (MAC) de clor în aerul așezărilor: medie zilnică 0,03 mg/m3, maxim o singură dată 0,1 mg/m3, în aerul zonei de lucru a spațiilor industriale este de 1 mg/m3, pragul de percepție a mirosului este de 2 mg/m3. La o concentrație de 3-6 mg/m3 se simte un miros distinct, apare iritația (roșeața) ochilor și mucoaselor nasului, la 15 mg/m3 - iritație a nazofaringelui, la 90 mg/m3 - intensă atacuri de tuse. Expunerea la 120 - 180 mg/m3 timp de 30-60 de minute pune viața în pericol, la 300 mg/m3 este posibil un rezultat letal, o concentrație de 2500 mg/m3 duce la moarte în 5 minute, la o concentrație de 3000 mg/ m3 după mai multe respiraţii apare un rezultat letal. Concentrația maximă admisă de clor pentru filtrarea măștilor de gaz industriale și civile este de 2500 mg/m3.

Prezența clorului în aer este determinată de dispozitive de recunoaștere chimică: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV folosind tuburi indicator IT-44 (culoare roz, prag de sensibilitate 5 mg/m3), IT-45 (culoare portocalie), aspiratoare AM- 5, AM- 0055, AM-0059, NP-3M cu tuburi indicatoare pentru clor, analizor de gaz universal UG-2 cu un interval de măsurare de 0-80 mg/m3, detector de gaz „Kolion-701” în intervalul 0- 20 mg/m3. În spațiu deschis - cu dispozitive SIP „KORSAR-X”. În interior - cu dispozitive SIP „VEGA-M”. Pentru a proteja împotriva clorului în caz de defecțiuni sau urgențe, toate persoanele din ateliere trebuie să aibă și să folosească în timp util măști de gaz de gradul „V” sau „BKF” (cu excepția atelierelor de electroliză cu mercur), precum și îmbrăcăminte de protecție: pânză sau costume cauciucate, cizme și mănuși de cauciuc. Cutiile pentru măști de gaz împotriva clorului trebuie vopsite în galben.

Mercurul este mai otrăvitor decât clorul. Concentrația maximă admisă a vaporilor săi în aer este de 0,00001 mg/l. Afectează corpul uman atunci când este inhalat și când vine în contact cu pielea, precum și în contact cu obiectele amalgamate. Vaporii și stropii săi sunt adsorbiți (absorbiți) de haine, piele, dinți. În același timp, mercurul se evaporă ușor la o temperatură; disponibil în magazinul de electroliză, iar concentrația vaporilor săi în aer este mult mai mare decât maximul admis. Prin urmare, magazinele de electroliză cu catod lichid sunt echipate cu o ventilație puternică, care în timpul funcționării normale asigură un nivel acceptabil de concentrație a vaporilor de mercur în atmosfera magazinului. Cu toate acestea, acest lucru nu este suficient pentru o funcționare sigură. De asemenea, este necesar să respectați așa-numita disciplină a mercurului: urmați regulile de manipulare a mercurului. În urma acestora, înainte de a începe lucrul, personalul trece prin camera de inspecție sanitară, în a cărei secțiune curată își lasă hainele de acasă și își îmbracă lenjeria proaspăt spălată, care este îmbrăcăminte de lucru. La sfârșitul schimbului, salopetele și lenjeria murdară sunt lăsate în secțiunea murdară a punctului de control sanitar, în timp ce lucrătorii fac duș, se spală pe dinți și își îmbracă obiecte de uz casnic în secțiunea curată a punctului de control sanitar.

În atelierele care lucrează cu clor și mercur, ar trebui să utilizați o mască de gaz marca „G” (cutia pentru mască de gaz este vopsită în negru și galben) și mănuși de cauciuc.Regulile „disciplinei mercurului” prevăd că lucrul cu mercur și suprafețe amalgamate trebuie doar să fie sub un strat de apă; mercurul vărsat trebuie aruncat imediat în canalizare, acolo unde există capcane de mercur.

Emisiile de clor și vapori de mercur în atmosferă, deversările de săruri de mercur și picături de mercur, compușii care conțin clor activ în apele uzate și otrăvirea solului cu nămolul de mercur reprezintă un pericol pentru mediu. Clorul intră în atmosferă în timpul accidentelor, cu emisii de ventilație și gaze de evacuare de la diverse dispozitive. Vaporii de mercur se efectuează cu aerul din sistemele de ventilație. Norma de conținut de clor în aer atunci când este eliberat în atmosferă este de 0,03 mg/m3. Această concentrație poate fi atinsă dacă se utilizează o spălare cu gaz rezidual alcalin în mai multe etape. Norma de conținut de mercur în aer atunci când este emis în atmosferă este de 0,0003 mg/m3, iar în apele uzate când sunt evacuate în corpurile de apă este de 4 mg/m3.

Neutralizați clorul cu următoarele soluții:

lapte de var, pentru care se toarnă 1 parte în greutate de var stins în 3 părți de apă, amestecat bine, apoi mortarul de var este scurs de sus (de exemplu, 10 kg var stins + 30 litri apă);

Soluție apoasă 5% de sodă, pentru care 2 părți în greutate de sodă se dizolvă cu agitare cu 18 părți de apă (de exemplu, 5 kg de sodă + 95 litri de apă);

Soluție apoasă 5% de sodă caustică, pentru care 2 părți în greutate de sodă caustică se dizolvă prin amestecare cu 18 părți de apă (de exemplu, 5 kg de sodă caustică + 95 litri de apă).

Când se scurge clor gazos, se pulverizează apă pentru a stinge vaporii. Rata consumului de apă nu este standardizată.

Când clorul lichid este vărsat, locul deversarii este împrejmuit cu un metereze de pământ, umplut cu lapte de var, o soluție de sodă, sodă caustică sau apă. Pentru a neutraliza 1 tonă de clor lichid, sunt necesare 0,6-0,9 tone de apă sau 0,5-0,8 tone de soluții. Pentru a neutraliza 1 tonă de clor lichid, sunt necesare 22-25 de tone de soluții sau 333-500 de tone de apă.

Pentru a pulveriza apă sau soluții, se folosesc autospeciale de udare și pompieri, stații de îmbuteliere automată (AC, PM-130, ARS-14, ARS-15), precum și hidranți și sisteme speciale disponibile la instalațiile periculoase din punct de vedere chimic.

Concluzie

Deoarece volumele de clor obținute prin metode de laborator sunt neglijabile în comparație cu cererea în continuă creștere pentru acest produs, nu are sens să se efectueze o analiză comparativă a acestora.

Dintre metodele de producție electrochimică, electroliza cu catod lichid (mercur) este cea mai ușoară și mai convenabilă, dar această metodă nu este lipsită de dezavantaje. Provoacă daune semnificative mediului prin evaporarea și scurgerile de mercur metalic și clor gazos.

Electrolizatoarele cu catod solid elimină riscul de poluare a mediului cu mercur. Atunci când alegeți între electrolizoare cu diafragmă și membrană pentru noi unități de producție, acestea din urmă sunt preferate deoarece sunt mai economice și oferă un produs final de calitate superioară.

Bibliografie

1.Zaretsky S. A., Suchkov V. N., Zhivotinsky P. B. Tehnologia electrochimică a substanțelor anorganice și a surselor de curent chimic: un manual pentru studenții școlilor tehnice. M ..: Mai sus. Scoala, 1980. 423 p.

2.Mazanko A. F., Kamaryan G. M., Romashin O. P. Electroliza membranei industriale. M.: editura „Chimie”, 1989. 240 p.

.Pozin M.E. Tehnologia sărurilor minerale (îngrășăminte, pesticide, săruri industriale, oxizi și acizi), partea 1, ed. a 4-a, rev. L., Editura „Chimie”, 1974. 792 p.

.Fioshin M. Ya., Pavlov VN Electroliza în chimia anorganică. M.: editura „Nauka”, 1976. 106 p.

.Yakimenko L. M. Producția de clor, sodă caustică și produse de clor anorganic. M.: editura „Chimie”, 1974. 600 p.

Surse de internet

6.Reguli de siguranță pentru producerea, depozitarea, transportul și utilizarea clorului // URL: #"justify">7. Substanțe periculoase // URL: #"justify">. Clor: cerere // URL: #"justify">.