DEFINÍCIA
Chlór- sedemnásty prvok periodickej tabuľky. Označenie - Cl z latinského "chlorum". Nachádza sa v tretej tretine skupiny VIIA. Vzťahuje sa na nekovy. Jadrový náboj je 17.
Najdôležitejšou prírodnou zlúčeninou chlóru je chlorid sodný (obyčajná soľ) NaCl. Hlavná hmotnosť chloridu sodného sa nachádza vo vode morí a oceánov. Vody mnohých jazier tiež obsahujú značné množstvo NaCl. Nachádza sa aj v pevnej forme, miestami v zemskej kôre vytvára hrubé vrstvy takzvanej kamennej soli. V prírode sú bežné aj iné zlúčeniny chlóru, napríklad chlorid draselný vo forme minerálov karnallit KCl × MgCl 2 × 6H 2 O a sylvit KCl.
Za normálnych podmienok je chlór žltozelený plyn (obr. 1), ktorý je vysoko rozpustný vo vode. Po ochladení sa z vodných roztokov uvoľňujú kryštalické hydráty, ktoré sú klaráty s približným zložením Cl 2 × 6H 2 O a Cl 2 × 8H 2 O.
Ryža. 1. Chlór v kvapalnom stave. Vzhľad.
Atómová a molekulová hmotnosť chlóru
Relatívna atómová hmotnosť prvku je pomer hmotnosti atómu daného prvku k 1/12 hmotnosti atómu uhlíka. Relatívna atómová hmotnosť je bezrozmerná a označuje sa A r (index „r“ je začiatočné písmeno anglického slova relativní, čo v preklade znamená „relatívny“). Relatívna atómová hmotnosť atómového chlóru je 35,457 amu.
Hmotnosti molekúl, rovnako ako hmotnosti atómov, sú vyjadrené v atómových hmotnostných jednotkách. Molekulová hmotnosť látky je hmotnosť molekuly vyjadrená v atómových hmotnostných jednotkách. Relatívna molekulová hmotnosť látky je pomer hmotnosti molekuly danej látky k 1/12 hmotnosti atómu uhlíka, ktorého hmotnosť je 12 amu. Je známe, že molekula chlóru je dvojatómová - Cl2. Relatívna molekulová hmotnosť molekuly chlóru sa bude rovnať:
Mr (Cl2) = 35,457 x 2 = 71.
Izotopy chlóru
Je známe, že v prírode môže byť chlór vo forme dvoch stabilných izotopov 35 Cl (75,78 %) a 37 Cl (24,22 %). Ich hmotnostné čísla sú 35 a 37. Jadro atómu izotopu chlóru 35 Cl obsahuje sedemnásť protónov a osemnásť neutrónov a izotop 37 Cl obsahuje rovnaký počet protónov a dvadsať neutrónov.
Existujú umelé izotopy chlóru s hmotnostnými číslami od 35 do 43, z ktorých najstabilnejší je 36 Cl s polčasom rozpadu 301 tisíc rokov.
Ióny chlóru
Na vonkajšej energetickej úrovni atómu chlóru je sedem elektrónov, ktoré sú valenčné:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .
V dôsledku chemickej interakcie môže chlór stratiť svoje valenčné elektróny, t.j. byť ich donorom, a premeniť sa na kladne nabité ióny alebo prijať elektróny z iného atómu, t.j. byť ich akceptorom a premeniť sa na záporne nabité ióny:
Cl0-7e -> Cl7+;
Cl0-5e -> Cl5+;
Cl0-4e -> Cl4+;
Cl0-3e -> Cl3+;
Cl0-2e -> Cl2+;
C10-1e -> Cl+;
Cl0+1e -> Cl1-.
Molekula a atóm chlóru
Molekula chlóru pozostáva z dvoch atómov - Cl 2 . Tu sú niektoré vlastnosti, ktoré charakterizujú atóm a molekulu chlóru:
Príklady riešenia problémov
PRÍKLAD 1
| Cvičenie | Aký objem chlóru treba odobrať na reakciu s 10 litrami vodíka? Plyny sú za rovnakých podmienok. |
| Riešenie | Napíšme reakčnú rovnicu pre interakciu chlóru s vodíkom: Cl2 + H2 \u003d 2HCl. Vypočítajte množstvo vodíkovej látky, ktorá zreagovala: n(H2)=V(H2)/Vm; n (H 2) \u003d 10/22,4 \u003d 0,45 mol. Podľa rovnice n (H2) \u003d n (Cl2) \u003d 0,45 mol. Potom objem chlóru, ktorý vstúpil do reakcie interakcie s vodíkom, je: |
Bez ohľadu na to, ako negatívne vnímame verejné toalety, príroda diktuje svoje vlastné pravidlá a musíte ich navštíviť. Okrem prirodzených (pre toto miesto) pachov je ďalšou známou arómou bielidlo používané na dezinfekciu miestnosti. Svoje meno dostal kvôli hlavnej aktívnej zložke v ňom - Cl. Dozvieme sa o tomto chemickom prvku a jeho vlastnostiach a tiež opíšme chlór podľa polohy v periodickom systéme.
Ako bola táto položka objavená
Prvýkrát zlúčeninu obsahujúcu chlór (HCl) syntetizoval v roku 1772 britský kňaz Joseph Priestley.
Po 2 rokoch sa jeho švédskemu kolegovi Karlovi Scheelemu podarilo opísať metódu separácie Cl pomocou reakcie medzi kyselinou chlorovodíkovou a oxidom manganičitým. Tento chemik však nechápal, že v dôsledku toho sa syntetizuje nový chemický prvok.
Vedcom trvalo takmer 40 rokov, kým sa naučili získavať chlór v praxi. Prvýkrát to urobil Brit Humphrey Davy v roku 1811. Použil pri tom inú reakciu ako jeho teoretickí predchodcovia. Davy rozložil NaCl (pre väčšinu známy ako kuchynská soľ) elektrolýzou.
Po preštudovaní výslednej látky si britský chemik uvedomil, že je elementárna. Po tomto objave ho Davy nielen pomenoval – chlór (chlór), ale dokázal aj charakterizovať chlór, hoci bol veľmi primitívny.
Chlór sa premenil na chlór (chlór) vďaka Josephovi Gay-Lussacovi a dnes existuje v tejto forme vo francúzštine, nemčine, ruštine, bieloruštine, ukrajinčine, češtine, bulharčine a niektorých ďalších jazykoch. V angličtine sa dodnes používa názov „chlór“ a v taliančine a španielčine „chlór“.
Uvažovaný prvok podrobnejšie opísal Jens Berzelius v roku 1826. Bol to on, kto dokázal určiť jeho atómovú hmotnosť.
Čo je chlór (Cl)
Po zvážení histórie objavu tohto chemického prvku sa oplatí dozvedieť sa o ňom viac.
Názov chlór bol odvodený z gréckeho slova χλωρός ("zelený"). Bolo to dané kvôli žltkasto-zelenkastej farbe tejto látky.
Chlór existuje sám o sebe ako dvojatómový plyn Cl 2, ale v tejto forme sa v prírode prakticky nevyskytuje. Častejšie sa objavuje v rôznych zlúčeninách.
Okrem výrazného odtieňa sa chlór vyznačuje sladko-štipľavým zápachom. Je to veľmi toxická látka, preto ak sa dostane do ovzdušia a vdýchne ho človek alebo zviera, môže v priebehu niekoľkých minút (v závislosti od koncentrácie Cl) viesť k ich smrti.
Keďže chlór je takmer 2,5-krát ťažší ako vzduch, bude sa vždy nachádzať pod ním, teda pri zemi samotnej. Z tohto dôvodu, ak máte podozrenie na prítomnosť Cl, mali by ste vyliezť čo najvyššie, pretože tam bude nižšia koncentrácia tohto plynu.
Na rozdiel od niektorých iných toxických látok majú látky s obsahom chlóru charakteristickú farbu, ktorá umožňuje ich vizuálnu identifikáciu a pôsobenie. Väčšina štandardných plynových masiek pomáha chrániť dýchacie orgány a sliznice pred poškodením Cl. Pre úplnú bezpečnosť je však potrebné prijať závažnejšie opatrenia až po neutralizáciu toxickej látky.
Stojí za zmienku, že práve s použitím chlóru ako jedovatého plynu Nemcami v roku 1915 začali svoju históriu chemické zbrane. V dôsledku použitia takmer 200 ton látky sa v priebehu niekoľkých minút otrávilo 15-tisíc ľudí. Tretina z nich zomrela takmer okamžite, tretina utrpela trvalé poškodenie a iba 5 tisícom sa podarilo ujsť.
Prečo takáto nebezpečná látka stále nie je zakázaná a ročne sa vyťažia milióny ton? Je to všetko o jeho špeciálnych vlastnostiach a aby sme im porozumeli, stojí za to zvážiť vlastnosti chlóru. Najjednoduchší spôsob, ako to urobiť, je pomocou periodickej tabuľky.
Charakterizácia chlóru v periodickom systéme
Chlór ako halogén
Okrem extrémnej toxicity a štipľavého zápachu (charakteristické pre všetkých predstaviteľov tejto skupiny) je Cl vysoko rozpustný vo vode. Praktickým potvrdením je pridávanie čistiacich prostriedkov s obsahom chlóru do bazénovej vody.
Pri kontakte s vlhkým vzduchom začne predmetná látka dymiť.
Vlastnosti Cl ako nekovu
Vzhľadom na chemické vlastnosti chlóru je potrebné venovať pozornosť jeho nekovovým vlastnostiam.
Má schopnosť vytvárať zlúčeniny s takmer všetkými kovmi a nekovmi. Príkladom je reakcia s atómami železa: 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3.
Na uskutočnenie reakcií je často potrebné použiť katalyzátory. Túto úlohu môže hrať H20.
Reakcie s Cl sú často endotermické (absorbujú teplo).
Treba poznamenať, že v kryštalickej forme (vo forme prášku) chlór interaguje s kovmi iba pri zahrievaní na vysoké teploty.
Reakciou s inými nekovmi (okrem O 2, N, F, C a inertných plynov) vytvára Cl zlúčeniny - chloridy.
Pri reakcii s O 2 vznikajú oxidy, ktoré sú extrémne nestabilné a náchylné na rozklad. V nich sa oxidačný stav Cl môže prejaviť od +1 do +7.
Pri interakcii s F sa tvoria fluoridy. Ich stupeň oxidácie môže byť rôzny.
Chlór: charakteristika látky z hľadiska jej fyzikálnych vlastností
Uvažovaný prvok má okrem chemických vlastností aj fyzikálne vlastnosti.
Vplyv teploty na agregovaný stav Cl
Po zvážení fyzikálnych vlastností prvku chlóru sme pochopili, že je schopný prejsť do rôznych stavov agregácie. Všetko závisí od teplotného režimu.
V normálnom stave je Cl vysoko korozívny plyn. Môže však ľahko skvapalniť. To je ovplyvnené teplotou a tlakom. Napríklad, ak sa rovná 8 atmosfér a teplota je +20 stupňov Celzia, Cl2 je kyslá žltá kvapalina. Je schopný udržať tento stav agregácie až do +143 stupňov, ak tlak stále stúpa.
Po dosiahnutí -32 ° C prestáva stav chlóru závisieť od tlaku a zostáva tekutý.
Kryštalizácia látky (tuhé skupenstvo) nastáva pri -101 stupňoch.
Kde v prírode existuje Cl
Po zvážení všeobecných charakteristík chlóru stojí za to zistiť, kde v prírode možno nájsť taký ťažký prvok.
Pre svoju vysokú reaktivitu sa takmer nikdy nenachádza v čistej forme (preto na začiatku štúdia tohto prvku trvalo vedcom roky, kým sa naučili, ako ho syntetizovať). Cl sa zvyčajne nachádza v zlúčeninách rôznych minerálov: halit, sylvín, kainit, bischofit atď.
Najviac zo všetkého sa nachádza v soliach extrahovaných z morskej alebo oceánskej vody.
Účinok na telo
Pri zvažovaní vlastností chlóru sa už viackrát hovorilo, že je extrémne jedovatý. Atómy hmoty sú zároveň obsiahnuté nielen v mineráloch, ale aj takmer vo všetkých organizmoch, od rastlín až po ľudí.
Ióny Cl pre svoje špeciálne vlastnosti prenikajú cez bunkové membrány lepšie ako iné (preto sa viac ako 80 % všetkého chlóru v ľudskom tele nachádza v medzibunkovom priestore).
Spolu s K je Cl zodpovedný za reguláciu rovnováhy voda-soľ a v dôsledku toho za osmotickú rovnosť.
Napriek takej dôležitej úlohe v tele zabíja čistý Cl 2 všetko živé – od buniek až po celé organizmy. V kontrolovaných dávkach a pri krátkodobej expozícii však nestihne spôsobiť poškodenie.
Živým príkladom posledného tvrdenia je akýkoľvek bazén. Ako viete, voda v takýchto zariadeniach sa dezinfikuje Cl. Zároveň, ak osoba zriedka navštevuje takúto inštitúciu (raz za týždeň alebo mesiac), je nepravdepodobné, že bude trpieť prítomnosťou tejto látky vo vode. Pracovníci takýchto inštitúcií, najmä tí, ktorí sa zdržiavajú vo vode takmer celý deň (záchranári, inštruktori), však často trpia kožnými chorobami alebo majú oslabený imunitný systém.
V súvislosti s tým všetkým je po návšteve bazénov bezpodmienečne nutné sa osprchovať – zmyť prípadné zvyšky chlóru z pokožky a vlasov.
Ľudské použitie Cl
Vzhľadom na charakterizáciu chlóru, že ide o „rozmarný“ prvok (pokiaľ ide o interakciu s inými látkami), bude zaujímavé vedieť, že sa pomerne často používa v priemysle.
V prvom rade sa používa na dezinfekciu mnohých látok.
Cl sa používa aj pri výrobe určitých druhov pesticídov, čo pomáha chrániť plodiny pred škodcami.
Schopnosť tejto látky interagovať s takmer všetkými prvkami periodickej tabuľky (charakteristika chlóru ako nekovu) pomáha extrahovať určité druhy kovov (Ti, Ta a Nb), ako aj vápno a kyselinu chlorovodíkovú so svojimi Pomoc.
Okrem všetkého vyššie uvedeného sa Cl používa pri výrobe priemyselných látok (polyvinylchlorid) a liekov (chlórhexidín).
Za zmienku stojí, že dnes bol nájdený účinnejší a bezpečnejší dezinfekčný prostriedok – ozón (O 3 ). Jeho výroba je však drahšia ako chlór a tento plyn je ešte nestabilnejší ako chlór (stručný popis fyzikálnych vlastností v 6-7 str.). Preto si málokto môže dovoliť použiť ozonizáciu namiesto chlórovania.
Ako sa vyrába chlór?
Dnes je známych veľa metód na syntézu tejto látky. Všetky spadajú do dvoch kategórií:
- Chemický.
- Elektrochemické.
V prvom prípade sa Cl získa ako výsledok chemickej reakcie. V praxi sú však veľmi nákladné a neefektívne.
Preto sa v priemysle uprednostňujú elektrochemické metódy (elektrolýza). Existujú tri z nich: diafragmová, membránová a ortuťová elektrolýza.
· Biologická úloha · Toxicita · Literatúra · Súvisiace články · Komentáre · Poznámky · Oficiálna stránka ·
Chemické metódy
Chemické metódy získavania chlóru sú neefektívne a nákladné. Dnes majú najmä historický význam. Môže sa získať reakciou manganistanu draselného s kyselinou chlorovodíkovou:
Scheeleho metóda
Pôvodne bol priemyselný spôsob výroby chlóru založený na metóde Scheele, to znamená na reakcii pyrolusitu s kyselinou chlorovodíkovou:
Diakonská metóda
V roku 1867 Deacon vyvinul metódu výroby chlóru katalytickou oxidáciou chlorovodíka vzdušným kyslíkom. Deaconský proces sa dnes používa na získavanie chlóru z chlorovodíka, ktorý je vedľajším produktom priemyselnej chlorácie organických zlúčenín.
Elektrochemické metódy
Dnes sa chlór vyrába v priemyselnom meradle spolu s hydroxidom sodným a vodíkom elektrolýzou roztoku chloridu sodného, ktorej hlavné procesy možno znázorniť súhrnným vzorcom:
Používajú sa tri varianty elektrochemického spôsobu výroby chlóru. Dve z nich sú elektrolýza s pevnou katódou: diafragmová a membránová metóda, tretia je elektrolýza s kvapalnou ortuťovou katódou (metóda výroby ortuti). Kvalita chlóru získaného elektrochemickými metódami sa líši len málo:
diafragmová metóda
Schéma starého membránového elektrolytického článku na výrobu chlóru a lúhu: A- anóda, IN- izolátory, S- katóda, D- priestor naplnený plynmi (nad anódou - chlór, nad katódou - vodík), M- bránica
Najjednoduchšou z elektrochemických metód, pokiaľ ide o organizáciu procesu a konštrukčné materiály pre elektrolyzér, je membránová metóda na výrobu chlóru.
Soľný roztok v diafragmovom článku je kontinuálne privádzaný do anódového priestoru a preteká cez azbestovú membránu, zvyčajne namontovanú na oceľovej katódovej sieti, ku ktorej je v niektorých prípadoch pridané malé množstvo polymérových vlákien.
Nasávanie membrány sa vykonáva prečerpávaním buničiny z azbestových vlákien cez elektrolyzér, ktorý uviaznutím v katódovej mriežke vytvorí azbestovú vrstvu, ktorá hrá úlohu membrány.
V mnohých konštrukciách elektrolyzérov je katóda úplne ponorená pod anolytovú vrstvu (elektrolyt z anódového priestoru) a vodík uvoľnený na katódovej mriežke je odstraňovaný spod katódy pomocou plynových potrubí bez toho, aby prenikol cez membránu do anódového priestoru. v dôsledku protiprúdu.
Protiprúd je veľmi dôležitou vlastnosťou konštrukcie membránového článku. Vďaka protiprúdovému toku smerovanému z anódového priestoru do katódového priestoru cez poréznu membránu je možné oddelene získavať lúhy a chlór. Protiprúdový tok je navrhnutý tak, aby pôsobil proti difúzii a migrácii OH - iónov do anódového priestoru. Ak je množstvo protiprúdu nedostatočné, v anódovom priestore sa začne vo veľkých množstvách vytvárať chlórnanový ión (ClO -), ktorý sa potom môže oxidovať na anóde na chlorečnanový ión ClO 3 -. Tvorba chlorečnanového iónu vážne znižuje súčasnú účinnosť chlóru a je hlavným vedľajším procesom tejto metódy. Škodlivé je aj uvoľňovanie kyslíka, čo navyše vedie k deštrukcii anód a ak sú vyrobené z uhlíkových materiálov, k prenikaniu fosgénových nečistôt do chlóru.
Anóda: - hlavný proces Katóda: - hlavný proces
Ako anóda v membránových elektrolyzéroch možno použiť grafitové alebo uhlíkové elektródy. Doposiaľ boli nahradené najmä titánovými anódami s povlakom oxidu ruténia a titánu (ORTA anódy) alebo inými anódami s nízkou spotrebou.
Kuchynská soľ, síran sodný a iné nečistoty, keď ich koncentrácia v roztoku stúpne nad hranicu rozpustnosti, sa vyzrážajú. Roztok lúhu sa dekantuje od zrazeniny a prenesie sa ako hotový výrobok do skladu alebo sa pokračuje vo fáze odparovania, aby sa získal pevný produkt, po ktorom nasleduje tavenie, vločkovanie alebo granulácia.
Reverzná, teda kuchynská soľ vykryštalizovaná na zrazeninu, sa vracia späť do procesu a pripravuje sa z nej takzvaná reverzná soľanka. Z nej, aby sa zabránilo hromadeniu nečistôt v roztokoch, sa nečistoty oddelia pred prípravou vratnej soľanky.
Strata anolytu sa dopĺňa pridaním čerstvej soľanky získanej podzemným lúhovaním soľných vrstiev halitu, bischofitu a iných minerálov obsahujúcich chlorid sodný a navyše ich rozpustením v špeciálnych nádobách na mieste výroby. Pred zmiešaním s reverznou soľankou sa čerstvá soľanka očistí od mechanických suspenzií a významnej časti iónov vápnika a horčíka.
Výsledný chlór sa oddelí od vodnej pary, stlačí a privedie buď do výroby produktov obsahujúcich chlór, alebo do skvapalňovania.
Vďaka svojej relatívnej jednoduchosti a nízkej cene je membránová metóda na výrobu chlóru stále široko používaná v priemysle.
Schéma membránového elektrolyzéra.Membránová metóda
Membránový spôsob výroby chlóru je energeticky najefektívnejší, no zároveň je náročný na organizáciu a prevádzku.
Z hľadiska elektrochemických procesov je membránová metóda podobná diafragmovej metóde, avšak anódový a katódový priestor sú úplne oddelené katexovou membránou nepriepustnou pre anióny. Preto v membránovom elektrolyzéri na rozdiel od diafragmového článku nie je jeden prúd, ale dva.
Rovnako ako pri diafragmovej metóde prúdenie soľného roztoku vstupuje do anódového priestoru. A v katóde - deionizovaná voda. Z katódového priestoru vyteká prúd ochudobneného anolytu, ktorý obsahuje aj nečistoty chlórnanových a chlorečnanových iónov a chlór a z anódového priestoru - lúh a vodík, ktoré prakticky neobsahujú nečistoty a sú blízke komerčnej koncentrácii, čo znižuje náklady na energiu na ich odparovanie a čistenie.
Súčasne sa kŕmny roztok soli (čerstvej aj cirkulačnej) a vody predbežne v maximálnej možnej miere očistia od prípadných nečistôt. Takéto dôkladné čistenie je určené vysokými nákladmi na polymérne katexové membrány a ich zraniteľnosťou voči nečistotám v privádzanom roztoku.
Okrem toho obmedzený geometrický tvar a navyše nízka mechanická pevnosť a tepelná stabilita iónomeničových membrán do značnej miery určujú pomerne zložité konštrukcie zariadení na membránovú elektrolýzu. Z rovnakého dôvodu vyžadujú membránové zariadenia najkomplexnejšie automatické riadiace a riadiace systémy.
Schéma membránového elektrolyzéra.Ortuťová metóda s kvapalnou katódou
V množstve elektrochemických metód získavania chlóru umožňuje ortuťová metóda získať najčistejší chlór.
Schéma ortuťového elektrolyzéra.Zariadenie na elektrolýzu ortuti sa skladá z elektrolyzéra, rozkladača amalgámu a ortuťového čerpadla, ktoré sú vzájomne prepojené ortuťovou komunikáciou.
Katóda elektrolyzéra je tok ortuti čerpaný čerpadlom. Anódy - grafitové, uhlíkové alebo s nízkym opotrebením (ORTA, TDMA alebo iné). Spolu s ortuťou cez elektrolyzér nepretržite prúdi prúd napájacieho roztoku chloridu sodného.
Na anóde sa ióny chlóru oxidujú z elektrolytu a uvoľňuje sa chlór:
- hlavný procesZ elektrolyzéra sa odstráni chlór a anolyt. Anolyt opúšťajúci elektrolyzér je nasýtený čerstvým halitom, nečistoty ním vnesené, ako aj vymyté z anód a konštrukčných materiálov, sú z neho odstránené a vrátené do elektrolýzy. Pred nasýtením sa v ňom rozpustený chlór extrahuje z anolytu.
Rastúce požiadavky na environmentálnu bezpečnosť výroby a vysoké náklady na kovovú ortuť vedú k postupnému nahrádzaniu ortuťovej metódy metódami získavania chlóru pevnou katódou.
Laboratórne metódy
Vzhľadom na dostupnosť chlóru sa v laboratórnej praxi bežne používa skvapalnený chlór vo fľašiach. Chlór možno získať pôsobením kyseliny na chlórnan sodný:
Okrem toho sa uvoľňuje aj kyslík. Ak použijete kyselinu chlorovodíkovú, reakcia vyzerá inak:
Na získanie chlóru v malých množstvách sa zvyčajne používajú procesy založené na oxidácii chlorovodíka silnými oxidačnými činidlami (napríklad oxid manganičitý, manganistan draselný, dvojchróman draselný, oxid olovnatý, Bertholletova soľ atď.), oxid manganičitý alebo manganistan draselný:
Ak nie je možné použiť valce, možno na výrobu chlóru použiť malé elektrolyzéry s konvenčnou alebo ventilovou elektródou.
| Chlór | |
|---|---|
| atómové číslo | 17 |
| Vzhľad jednoduchej látky | Žltozelený plyn so štipľavým zápachom. Jedovatý. |
| Vlastnosti atómu | |
| Atómová hmotnosť (molárna hmota) |
35,4527 amu (g/mol) |
| Polomer atómu | 100 hod |
| Ionizačná energia (prvý elektrón) |
1254.9(13.01) kJ/mol (eV) |
| Elektronická konfigurácia | 3s 2 3p 5 |
| Chemické vlastnosti | |
| kovalentný polomer | 99 večer |
| Polomer iónov | (+7e)27 (-1e)181 pm |
| Elektronegativita (podľa Paulinga) |
3.16 |
| Elektródový potenciál | 0 |
| Oxidačné stavy | 7, 6, 5, 4, 3, 1, −1 |
| Termodynamické vlastnosti jednoduchej látky | |
| Hustota | (pri -33,6 °C) 1,56 g/cm³ |
| Molárna tepelná kapacita | 21,838 J/(K mol) |
| Tepelná vodivosť | 0,009 W / ( K) |
| Teplota topenia | 172.2 |
| Teplo topenia | 6,41 kJ / mol |
| Teplota varu | 238.6 |
| Teplo odparovania | 20,41 kJ/mol |
| Molárny objem | 18,7 cm³/mol |
| Kryštálová mriežka jednoduchej látky | |
| Mriežková štruktúra | ortorombický |
| Parametre mriežky | a = 6,29 b = 4,50 c = 8,21 Á |
| pomer c/a | — |
| Debyeho teplota | n/a K |
Chlór (χλωρός - zelená) - prvok hlavnej podskupiny siedmej skupiny, tretej periódy periodického systému chemických prvkov, s atómovým číslom 17.
Prvok chlór je znázornený symbolom Cl(lat. Chlorum). Reaktívny nekov. Patrí do skupiny halogénov (pôvodne názov „halogén“ používal nemecký chemik Schweiger pre chlór [doslova „halogén" sa prekladá ako soľ), no neujal sa a následne sa stal bežným pre VII. skupina prvkov, kam patrí chlór).
jednoduchá látka chlór(Číslo CAS: 7782-50-5) Za normálnych podmienok žltozelený jedovatý plyn so štipľavým zápachom. Molekula chlóru je dvojatómová (vzorec Cl 2).
História objavu chlóru
Schéma atómu chlóru
Chlór bol prvýkrát získaný v roku 1772 Scheele, ktorý opísal jeho uvoľňovanie počas interakcie pyrolusitu s kyselinou chlorovodíkovou vo svojom pojednaní o pyrolusite:
4HCl + Mn02 \u003d Cl2 + MnCl2 + 2H20
Scheele si všimol zápach chlóru, podobný vôni aqua regia, jeho schopnosť interagovať so zlatom a rumelkou, ako aj jeho bieliace vlastnosti.
Scheele v súlade s flogistónovou teóriou, ktorá v tom čase prevládala v chémii, navrhol, že chlór je deflogistický kyselina chlorovodíková t.j. oxid kyseliny chlorovodíkovej. Berthollet a Lavoisier navrhli, že chlór je oxid prvku muria pokusy o jeho izoláciu však zostali neúspešné až do práce Davyho, ktorému sa podarilo rozložiť kuchynskú soľ elektrolýzou na sodík A chlór.
Distribúcia v prírode
V prírode existujú dva izotopy chlóru 35 Cl a 37 Cl. Chlór je najrozšírenejším halogénom v zemskej kôre. Chlór je veľmi aktívny - priamo sa spája s takmer všetkými prvkami periodickej tabuľky.
V prírode sa vyskytuje len vo forme zlúčenín v zložení minerálov: halit NaCI, sylvín KCl, sylvinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H2O, karnallit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. Väčšina veľ. zásoby chlóru sú obsiahnuté v soliach vôd morí a oceánov.
Chlór predstavuje 0,025 % z celkového počtu atómov v zemskej kôre, Clarkeovo číslo chlóru je 0,19 % a ľudské telo obsahuje 0,25 % hmotnosti iónov chlóru. U ľudí a zvierat sa chlór nachádza najmä v medzibunkových tekutinách (vrátane krvi) a zohráva dôležitú úlohu v regulácii osmotických procesov, ako aj v procesoch spojených s fungovaním nervových buniek.
Izotopové zloženie
V prírode existujú 2 stabilné izotopy chlóru: s hmotnostným číslom 35 a 37. Podiely ich obsahu sú 75,78 % a 24,22 %.
| izotop | Relatívna hmotnosť, a.m.u. | Polovičný život | Typ rozpadu | jadrový spin |
|---|---|---|---|---|
| 35Cl | 34.968852721 | stabilný | — | 3/2 |
| 36Cl | 35.9683069 | 301 000 rokov | β-rozpad v 36 Ar | 0 |
| 37Cl | 36.96590262 | stabilný | — | 3/2 |
| 38Cl | 37.9680106 | 37,2 minúty | β-rozpad v 38 Ar | 2 |
| 39Cl | 38.968009 | 55,6 minúty | β-rozpad v 39 Ar | 3/2 |
| 40 Cl | 39.97042 | 1,38 minúty | β-rozpad v 40 Ar | 2 |
| 41Cl | 40.9707 | 34 c | β-rozpad v 41 Ar | |
| 42Cl | 41.9732 | 46,8 s | β-rozpad v 42 Ar | |
| 43Cl | 42.9742 | 3,3 s | β-rozpad v 43 Ar |
Fyzikálne a fyzikálno-chemické vlastnosti
Za normálnych podmienok je chlór žltozelený plyn s dusivým zápachom. Niektoré z jeho fyzikálnych vlastností sú uvedené v tabuľke.
| Nehnuteľnosť | Význam |
|---|---|
| Teplota varu | -34 °C |
| Teplota topenia | -101 °C |
| Teplota rozkladu (disociácie na atómy) |
~1400°С |
| Hustota (plyn, n.o.s.) | 3,214 g/l |
| Afinita k elektrónu atómu | 3,65 eV |
| Prvá ionizačná energia | 12,97 eV |
| Tepelná kapacita (298 K, plyn) | 34,94 (J/mol K) |
| Kritická teplota | 144 °C |
| kritický tlak | 76 atm |
| Štandardná entalpia tvorby (298 K, plyn) | 0 (kJ/mol) |
| Štandardná entropia tvorby (298 K, plyn) | 222,9 (J/mol K) |
| Entalpia fúzie | 6,406 (kJ/mol) |
| Entalpia varu | 20,41 (kJ/mol) |
Po ochladení sa chlór mení na kvapalinu pri teplote asi 239 K a potom pod 113 K kryštalizuje do ortorombickej mriežky s priestorovou grupou. cmca a parametre a=6,29 b=4,50, c=8,21. Pod 100 K sa ortorombická modifikácia kryštalického chlóru transformuje na tetragonálnu, ktorá má priestorovú grupu P4 2 /cm a parametre mriežky a=8,56 a c=6,12.
Rozpustnosť
Stupeň disociácie molekuly chlóru Cl 2 → 2Cl. Pri 1000 K je to 2,07 * 10 -4% a pri 2500 K 0,909%.
Prah vnímania pachu vo vzduchu je 0,003 (mg/l).
V registri CAS - číslo 7782-50-5.
Kvapalný chlór sa z hľadiska elektrickej vodivosti radí medzi najsilnejšie izolanty: vedie prúd takmer miliardu krát horšie ako destilovaná voda a 10 22 krát horšie ako striebro. Rýchlosť zvuku v chlóre je asi jeden a pol krát nižšia ako vo vzduchu.
Chemické vlastnosti
Štruktúra elektrónového obalu
Valenčná hladina atómu chlóru obsahuje 1 nespárovaný elektrón: 1S² 2S² 2p 6 3S² 3p 5, takže valencia 1 pre atóm chlóru je veľmi stabilná. V dôsledku prítomnosti neobsadeného orbitálu d-podúrovne v atóme chlóru môže atóm chlóru vykazovať aj iné valencie. Schéma vzniku excitovaných stavov atómu:
Sú známe aj zlúčeniny chlóru, v ktorých atóm chlóru formálne vykazuje valenciu 4 a 6, ako napríklad Cl02 a Cl206. Tieto zlúčeniny sú však radikály, čo znamená, že majú jeden nepárový elektrón.
Interakcia s kovmi
Chlór reaguje priamo s takmer všetkými kovmi (s niektorými iba v prítomnosti vlhkosti alebo pri zahrievaní):
Cl2 + 2Na → 2NaCl 3Cl2 + 2Sb → 2SbCl3 3Cl2 + 2Fe → 2FeCl3
Interakcia s nekovmi
Na svetle alebo pri zahriatí aktívne reaguje (niekedy až výbuchom) s vodíkom radikálnym mechanizmom. Zmesi chlóru s vodíkom, ktoré obsahujú 5,8 až 88,3 % vodíka, pri ožiarení explodujú za vzniku chlorovodíka. Zmes chlóru a vodíka v malých koncentráciách horí bezfarebným alebo žltozeleným plameňom. Maximálna teplota vodíkovo-chlórového plameňa je 2200 °C.:
Cl2 + H2 → 2HCl 5Cl2 + 2P → 2PCl5 2S + Cl2 → S2Cl2Cl2 + 3F2 (napr.) → 2ClF3
Iné vlastnosti
Cl2 + CO → COCl2Po rozpustení vo vode alebo zásadách chlór dismutuje a vytvára chlór (a pri zahrievaní chloristú) a chlorovodíkovú kyselinu alebo ich soli:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H20 4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4Cl
Oxidačné vlastnosti chlóru
Cl2 + H2S -> 2HCl + SReakcie s organickými látkami
CH3-CH3 + Cl2 -> C2H6-x Clx + HClPripája sa k nenasýteným zlúčeninám násobnými väzbami:
CH2 \u003d CH2 + Cl2 → Cl-CH2-CH2-Cl
Aromatické zlúčeniny nahradia atóm vodíka chlórom v prítomnosti katalyzátorov (napríklad AlCl3 alebo FeCl3):
C6H6 + Cl2 -> C6H5CI + HCl
Ako získať
Priemyselné metódy
Pôvodne bol priemyselný spôsob výroby chlóru založený na metóde Scheele, to znamená na reakcii pyrolusitu s kyselinou chlorovodíkovou:
Mn02 + 4HCl → MnCl2 + Cl2 + 2H20
V roku 1867 Deacon vyvinul metódu výroby chlóru katalytickou oxidáciou chlorovodíka vzdušným kyslíkom. Deaconský proces sa v súčasnosti používa na získavanie chlóru z chlorovodíka, ktorý je vedľajším produktom priemyselnej chlorácie organických zlúčenín.
4HCl + 02 -> 2H20 + 2Cl2
Dnes sa chlór vyrába v priemyselnom meradle spolu s hydroxidom sodným a vodíkom elektrolýzou roztoku chloridu sodného:
2NaCl + 2H20 → H2 + Cl2 + 2NaOH Anóda: 2Cl - - 2e - → Cl20 Katóda: 2H20 + 2e - → H2 + 2OH -
Keďže elektrolýza vody prebieha paralelne s elektrolýzou chloridu sodného, celkovú rovnicu možno vyjadriť takto:
1,80 NaCl + 0,50 H20 -> 1,00 Cl2 + 1,10 NaOH + 0,03 H2
Používajú sa tri varianty elektrochemického spôsobu výroby chlóru. Dve z nich sú elektrolýza s pevnou katódou: diafragmová a membránová metóda, tretia je elektrolýza s kvapalnou ortuťovou katódou (metóda výroby ortuti). Spomedzi elektrochemických výrobných metód je najľahšou a najpohodlnejšou metódou ortuťová katódová elektrolýza, ale táto metóda spôsobuje značné škody na životnom prostredí v dôsledku vyparovania a úniku kovovej ortuti.
Membránová metóda s pevnou katódou
Dutina článku je rozdelená poréznou azbestovou prepážkou - membránou - na katódový a anódový priestor, kde je umiestnená katóda a anóda článku. Preto sa takýto elektrolyzér často nazýva diafragmová elektrolýza a výrobnou metódou je membránová elektrolýza. Prúd nasýteného anolytu (roztok NaCl) nepretržite vstupuje do anódového priestoru diafragmového článku. V dôsledku elektrochemického procesu sa rozkladom halitu na anóde uvoľňuje chlór a rozkladom vody vodík na katóde. V tomto prípade je blízka katódová zóna obohatená hydroxidom sodným.
Membránová metóda s pevnou katódou
Membránová metóda je v podstate podobná diafragmovej metóde, ale anódový a katódový priestor sú oddelené katexovou polymérovou membránou. Metóda výroby membrány je efektívnejšia ako membránová metóda, ale je náročnejšia na použitie.
Ortuťová metóda s kvapalnou katódou
Proces sa uskutočňuje v elektrolytickom kúpeli, ktorý pozostáva z elektrolyzéra, rozkladača a ortuťového čerpadla, ktoré sú vzájomne prepojené komunikáciou. V elektrolytickom kúpeli pôsobením ortuťového čerpadla ortuť cirkuluje a prechádza cez elektrolyzér a rozkladač. Katódou článku je prúd ortuti. Anódy - grafitové alebo nízke opotrebovanie. Spolu s ortuťou cez elektrolyzér nepretržite preteká prúd anolytu, roztoku chloridu sodného. V dôsledku elektrochemického rozkladu chloridu vznikajú na anóde molekuly chlóru a uvoľnený sodík sa na katóde rozpúšťa v ortuti a vytvára amalgám.
Laboratórne metódy
V laboratóriách sa na získanie chlóru zvyčajne používajú procesy založené na oxidácii chlorovodíka silnými oxidačnými činidlami (napríklad oxid manganičitý, manganistan draselný, dvojchróman draselný):
2KMnO4 + 16HCl → 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 + 8H20 K2Cr207 + 14HCl → 3Cl2 + 2KCl + 2CrCl3 + 7H20
Skladovanie chlóru
Vyrobený chlór sa skladuje v špeciálnych „nádržiach“ alebo sa čerpá do vysokotlakových oceľových fliaš. Fľaše s kvapalným chlórom pod tlakom majú špeciálnu farbu - farbu močiara. Treba si uvedomiť, že pri dlhodobom používaní chlórových fliaš sa v nich hromadí extrémne výbušný chlorid dusitý, a preto je potrebné z času na čas chlórové fľaše rutinne prepláchnuť a vyčistiť od chloridu dusnatého.
Normy kvality chlóru
Podľa GOST 6718-93 „Kvapalný chlór. Špecifikácie“ sa vyrábajú nasledujúce druhy chlóru
Aplikácia
Chlór sa používa v mnohých priemyselných odvetviach, vede a domácich potrebách:
Hlavnou zložkou bielidla je chlórová voda.
- Pri výrobe polyvinylchloridu, plastových zmesí, syntetického kaučuku, z ktorých sa vyrábajú: izolácie na drôty, okenné profily, obalové materiály, odevy a obuv, linoleum a gramofónové platne, laky, zariadenia a penové plasty, hračky, časti prístrojov, stavebné materiály. Polyvinylchlorid sa vyrába polymerizáciou vinylchloridu, ktorý sa dnes najčastejšie získava z etylénu chlórovo vyváženou metódou cez medziprodukt 1,2-dichlóretán.
- Bieliace vlastnosti chlóru sú známe už v staroveku, hoci „bieli“ nie samotný chlór, ale atómový kyslík, ktorý vzniká pri rozklade kyseliny chlórnej: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O .. Tento spôsob bielenia látok, papiera, kartónu sa používa po stáročia.
- Výroba organochlórových insekticídov – látok, ktoré ničia hmyz škodlivý pre plodiny, ale sú bezpečné pre rastliny. Značná časť vyrobeného chlóru sa vynakladá na získanie prípravkov na ochranu rastlín. Jedným z najdôležitejších insekticídov je hexachlórcyklohexán (často označovaný ako hexachlóran). Táto látka bola prvýkrát syntetizovaná už v roku 1825 Faradayom, ale praktické uplatnenie našla až po viac ako 100 rokoch - v 30. rokoch nášho storočia.
- Používala sa ako bojová chemická látka, ako aj na výrobu iných chemických bojových látok: vody z vodovodu, ale nemôžu ponúknuť alternatívu k dezinfekčnému účinku zlúčenín chlóru. Materiály, z ktorých sú vodovodné potrubia vyrobené, interagujú s chlórovanou vodou z vodovodu odlišne. Voľný chlór vo vode z vodovodu výrazne znižuje životnosť potrubí na báze polyolefínov: polyetylénových rúr rôznych typov, vrátane zosieťovaného polyetylénu, bežnejšieho známeho ako PEX (PEX, PE-X). V USA boli na kontrolu vstupu potrubí vyrobených z polymérnych materiálov na použitie vo vodovodných systémoch s chlórovanou vodou nútené prijať 3 normy: ASTM F2023 pre potrubia vyrobené zo zosieťovaného polyetylénu (PEX) a horúcej chlórovanej vody, ASTM F2263 pre všetky polyetylénové rúry a chlórovanú vodu a ASTM F2330 pre viacvrstvové (kovové polymérové) rúry a horúcu chlórovanú vodu. Pozitívnu reakciu z hľadiska trvanlivosti pri interakcii s chlórovanou vodou preukazuje spaľovanie medi (črevá. Absorpcia a vylučovanie chlóru úzko súvisí s iónmi sodíka a hydrogénuhličitanom, v menšej miere s mineralokortikoidmi a aktivitou Na + / K + - ATP-áza.10- 15% všetkého chlóru, z toho 1/3 až 1/2 - v erytrocytoch... Asi 85% chlóru je v extracelulárnom priestore.Chlór sa z tela vylučuje hlavne močom (90-95%), stolicou (4-8%) a cez kožu (do 2%) Vylučovanie chlóru je spojené s iónmi sodíka a draslíka a recipročne s HCO 3 - (acidobázická rovnováha).
Človek skonzumuje 5-10 g NaCl denne. Minimálna ľudská potreba chlóru je asi 800 mg denne. Dojča dostáva potrebné množstvo chlóru cez materské mlieko, ktoré obsahuje 11 mmol/l chlóru. NaCl je potrebný na tvorbu kyseliny chlorovodíkovej v žalúdku, ktorá podporuje trávenie a ničenie patogénnych baktérií. V súčasnosti nie je dobre pochopená úloha chlóru pri výskyte určitých chorôb u ľudí, najmä kvôli malému počtu štúdií. Stačí povedať, že ani odporúčania o dennom príjme chlóru neboli vypracované. Ľudské svalové tkanivo obsahuje 0,20-0,52% chlóru, kosti - 0,09%; v krvi - 2,89 g / l. V tele priemerného človeka (telesná hmotnosť 70 kg) 95 g chlóru. Každý deň s jedlom človek prijme 3-6 g chlóru, ktorý v nadbytku pokrýva potrebu tohto prvku.
Ióny chlóru sú pre rastliny životne dôležité. Chlór sa podieľa na energetickom metabolizme v rastlinách aktiváciou oxidačnej fosforylácie. Je nevyhnutný pre tvorbu kyslíka v procese fotosyntézy izolovanými chloroplastmi, stimuluje pomocné procesy fotosyntézy, predovšetkým tie, ktoré sú spojené s akumuláciou energie. Chlór má pozitívny vplyv na vstrebávanie kyslíka, draslíka, vápnika a zlúčenín horčíka koreňmi. Nadmerná koncentrácia chloridových iónov v rastlinách môže mať aj negatívnu stránku, napríklad znižuje obsah chlorofylu, znižuje aktivitu fotosyntézy, spomaľuje rast a vývoj rastlín. Existujú však rastliny, ktoré sa v procese evolúcie buď prispôsobili slanosti pôdy, alebo v boji o priestor obsadili prázdne slané močiare, kde neexistuje konkurencia. Rastliny rastúce v zasolených pôdach sa nazývajú halofyty, počas vegetačného obdobia akumulujú chloridy a potom sa zbavujú prebytku opadom listov alebo uvoľňujú chloridy na povrch listov a konárov a získavajú dvojitú výhodu zatienenia povrchu pred slnečným žiarením. V Rusku halofyty rastú na soľných kupolách, výbežkoch soľných ložísk a slaných depresiách okolo soľných jazier Baskunchak a Elton.
Spomedzi mikroorganizmov sú známe aj halofily – halobaktérie – ktoré žijú vo vysoko slaných vodách alebo pôdach.
Vlastnosti prevádzky a bezpečnostné opatrenia
Chlór je jedovatý dusivý plyn, ktorý ak sa dostane do pľúc, spôsobí poleptanie pľúcneho tkaniva, udusenie. Pôsobí dráždivo na dýchacie cesty v koncentrácii vo vzduchu asi 0,006 mg/l (t.j. dvojnásobok prahu zápachu chlóru). Chlór bol jedným z prvých chemických bojových látok, ktoré Nemecko použilo v prvej svetovej vojne. Pri práci s chlórom používajte ochranný odev, plynové masky a rukavice. Krátkodobo je možné chrániť dýchacie orgány pred vniknutím chlóru handrovým obväzom navlhčeným v roztoku siričitanu sodného Na 2 SO 3 alebo tiosíranu sodného Na 2 S 2 O 3.
MPC chlóru v atmosférickom vzduchu je nasledovné: priemerná denná - 0,03 mg/m³; maximálne jednorazovo - 0,1 mg / m³; v pracovných priestoroch priemyselného podniku - 1 mg / m³.
Ďalšie informácie
Výroba chlóru v Rusku
chlorid zlata
Chlórová voda
Bieliaci prášok
Reizeho prvá zásada chlorid
Reizeho druhá zásada chloridZlúčeniny chlóru
Chlórnany
Chloristany
Chloridy kyselín
Chlorečnany
chloridy
Organické zlúčeniny chlóruAnalyzované
— Pomocou referenčných elektród ESr-10101 analyzujúcich obsah Cl- a K+.
Ministerstvo školstva a vedy RUSKEJ FEDERÁCIE
Federálna ŠTÁTNA VZDELÁVACIA INŠTITÚCIA VYSOKÉHO ODBORNÉHO VZDELÁVANIA
IVANOVSK ŠTÁTNA CHEMICKÁ A TECHNOLOGICKÁ UNIVERZITA
Katedra TP a MET
Esej
Chlór: vlastnosti, použitie, výroba
Vedúci: Efremov A.M.
Ivanovo 2015
Úvod
Všeobecné informácie o chlóre
Aplikácia chlóru
Chemické metódy výroby chlóru
Elektrolýza. Koncept a podstata procesu
Priemyselná výroba chlóru
Bezpečnosť pri výrobe chlóru a ochrana životného prostredia
Záver
Úvod
elektrolýza chemického prvku chlóru
Vzhľadom na rozsah použitia chlóru v rôznych oblastiach vedy, priemyslu, medicíny a každodenného života sa dopyt po ňom v poslednom čase dramaticky zvýšil. Existuje mnoho metód na získanie chlóru laboratórnymi a priemyselnými metódami, ale všetky majú viac nevýhod ako výhod. Výroba chlóru napríklad z kyseliny chlorovodíkovej, ktorá je vedľajším produktom a odpadom mnohých chemických a iných priemyselných odvetví, alebo kuchynskej soli ťaženej v soľných ložiskách je energeticky dosť náročný proces, škodlivý pre životné prostredie a životu veľmi nebezpečný. a zdravie.
V súčasnosti je veľmi naliehavý problém vyvinúť technológiu výroby chlóru, ktorá by odstránila všetky uvedené nevýhody a zároveň mala vysokú výťažnosť chlóru.
.Všeobecné informácie o chlóre
Chlór prvýkrát získal v roku 1774 K. Scheele interakciou kyseliny chlorovodíkovej s pyroluzitom MnO2. Avšak až v roku 1810 G. Davy zistil, že chlór je prvok a pomenoval ho chlór (z gréckeho chloros - žltozelený). V roku 1813 J. L. Gay-Lussac navrhol pre tento prvok názov „chlór“.
Chlór je prvkom skupiny VII Periodickej tabuľky prvkov D. I. Mendelejeva. Molekulová hmotnosť 70,906, atómová hmotnosť 35,453, atómové číslo 17, patrí do skupiny halogénov. Voľný chlór, pozostávajúci z dvojatómových molekúl, je za normálnych podmienok zelenožltý nehorľavý plyn s charakteristickým štipľavým a dráždivým zápachom. Je jedovatý a spôsobuje udusenie. Stlačený plynný chlór sa pri atmosférickom tlaku mení na jantárovú kvapalinu pri -34,05 ° C, tuhne pri -101,6 ° C a tlaku 1 atm. Typicky je chlór zmesou 75,53 % 35Cl a 24,47 % 37Cl. Za normálnych podmienok je hustota plynného chlóru 3,214 kg/m3, čo je asi 2,5-krát ťažšie ako vzduch.
Chemicky je chlór veľmi aktívny, spája sa priamo s takmer všetkými kovmi (s niektorými len za prítomnosti vlhkosti alebo pri zahriatí) a s nekovmi (okrem uhlíka, dusíka, kyslíka, inertných plynov), pričom vytvára zodpovedajúce chloridy, reaguje s mnohými zlúčeninami, nahrádza vodík v nasýtených uhľovodíkoch a spája nenasýtené zlúčeniny. Je to spôsobené širokou škálou jeho použitia. Chlór vytláča bróm a jód z ich zlúčenín vodíkom a kovmi. Alkalické kovy v prítomnosti stôp vlhkosti interagujú s chlórom vznietením, väčšina kovov reaguje so suchým chlórom iba pri zahrievaní. Oceľ, rovnako ako niektoré kovy, je odolná voči suchému chlóru pri nízkych teplotách, preto sa používajú na výrobu zariadení a skladovanie suchého chlóru. Fosfor sa vznieti v atmosfére chlóru, pričom vzniká РCl3 a pri ďalšej chlorácii - РCl5. Síra s chlórom pri zahrievaní dáva S2Cl2, SCl2 a ďalšie SnClm. Arzén, antimón, bizmut, stroncium, telúr intenzívne interagujú s chlórom. Zmes chlóru a vodíka horí bezfarebným alebo žltozeleným plameňom za vzniku chlorovodíka (ide o reťazovú reakciu). Maximálna teplota vodíkovo-chlórového plameňa je 2200°C. Zmesi chlóru s vodíkom, obsahujúce od 5,8 do 88,5 % H2, sú výbušné a môžu vybuchnúť pôsobením svetla, elektrickej iskry, zahriatia, prítomnosti určitých látok, ako sú oxidy železa.
S kyslíkom tvorí chlór oxidy: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, ako aj chlórnany (soli kyseliny chlórnej), chloritany, chlorečnany a chloristany. Všetky kyslíkaté zlúčeniny chlóru tvoria výbušné zmesi s ľahko oxidovateľnými látkami. Oxidy chlóru sú nestabilné a môžu samovoľne explodovať, chlórnany sa pri skladovaní pomaly rozkladajú, chlorečnany a chloristany môžu explodovať pod vplyvom iniciátorov. Chlór vo vode sa hydrolyzuje, pričom vznikajú kyseliny chlórne a chlorovodíkové: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Výsledný žltkastý roztok sa často označuje ako chlórová voda. Pri chlórovaní vodných roztokov alkálií za studena sa vytvárajú chlórnany a chloridy: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + H2O a pri zahrievaní - chlorečnany. Chloráciou suchého hydroxidu vápenatého sa získa bielidlo. Keď amoniak reaguje s chlórom, vzniká chlorid dusitý. Počas chlorácie organických zlúčenín chlór buď nahrádza vodík, alebo sa pridáva prostredníctvom násobných väzieb, čím vznikajú rôzne organické zlúčeniny obsahujúce chlór. Chlór tvorí interhalogénové zlúčeniny s inými halogénmi. Fluoridy chlóru ClF, ClF3, ClF3 sú veľmi reaktívne; napríklad v atmosfére ClF3 sa sklená vata spontánne vznieti. Známe sú zlúčeniny chlóru s kyslíkom a fluórom - oxyfluoridy chlóru: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 a chloristan fluóru FClO4.
Chlór sa v prírode vyskytuje iba vo forme zlúčenín. Jeho priemerný obsah v zemskej kôre je 1,7 10-2 % hmotnosti. Vodná migrácia hrá hlavnú úlohu v histórii chlóru v zemskej kôre. Vo forme Cl- iónu sa nachádza vo Svetovom oceáne (1,93 %), podzemných soľankách a slaných jazerách. Počet vlastných minerálov (hlavne prírodných chloridov) je 97, pričom hlavným je halit NaCl (Kamenná soľ). Veľké ložiská sú aj chloridy draslíka a horčíka a zmesové chloridy: sylvín KCl, sylvinit (Na,K)Cl, karnalit KCl MgCl2 6H2O, kainit KCl MgSO4 3H2O, bischofit MgCl2 6H2O. V histórii Zeme mal veľký význam prísun HCl obsiahnutý v sopečných plynoch do horných častí zemskej kôry.
Normy kvality chlóru
Indexový názov GOST 6718-93Vysoký stupeňPrvý stupeňObjemový podiel chlóru, nie menej ako, %99.899,6Hmotnostný podiel vody, nie viac ako, %0,010,04Hmotnostný podiel chloridu dusitého, nie viac ako, %0,0020,004Hmotnostný podiel neprchavých látok zvyšok, nie viac,%0 .0150.10
Skladovanie a preprava chlóru
Chlór vyrobený rôznymi metódami sa skladuje v špeciálnych "nádržiach" alebo sa čerpá do oceľových valcových (objem 10-250 m3) a guľových (objem 600-2000 m3) tlakových fliaš pod tlakom vlastných pár 18 kgf/cm2. Maximálne skladovacie objemy sú 150 ton. Fľaše s kvapalným chlórom pod tlakom majú špeciálnu farbu - ochrannú farbu. V prípade odtlakovania chlórovej fľaše dochádza k prudkému uvoľneniu plynu s koncentráciou niekoľkonásobne vyššou ako je smrteľná. Treba si uvedomiť, že pri dlhodobom používaní chlórových fliaš sa v nich hromadí extrémne výbušný chlorid dusitý, a preto je potrebné z času na čas chlórové fľaše rutinne prepláchnuť a vyčistiť od chloridu dusnatého. Chlór sa prepravuje v kontajneroch, železničných cisternách, fľašiach, ktoré sú jeho dočasným skladom.
2.Aplikácia chlóru
Chlór spotrebúva predovšetkým chemický priemysel na výrobu rôznych organických derivátov chlóru používaných na získavanie plastov, syntetických kaučukov, chemických vlákien, rozpúšťadiel, insekticídov atď. V súčasnosti sa viac ako 60 % svetovej produkcie chlóru používa na organickú syntézu. Okrem toho sa chlór používa na výrobu kyseliny chlorovodíkovej, bielidiel, chlorečnanov a iných produktov. Značné množstvo chlóru sa používa v metalurgii na chloráciu pri spracovaní polymetalických rúd, ťažbe zlata z rúd a využíva sa aj v rafinérskom priemysle, poľnohospodárstve, medicíne a sanitácii, na neutralizáciu pitnej a odpadovej vody, v pyrotechnike a mnohých ďalších oblastiach národného hospodárstva. V dôsledku rozvoja používania chlóru, najmä vďaka úspechu organickej syntézy, je svetová produkcia chlóru viac ako 20 miliónov ton/rok.
Hlavné príklady aplikácie a použitia chlóru v rôznych odvetviach vedy, priemyslu a domácich potrieb:
1.pri výrobe polyvinylchloridu, plastových zmesí, syntetického kaučuku, z ktorých sa vyrábajú: izolácie na drôty, okenné profily, obalové materiály, odevy a obuv, linoleum a gramofónové platne, laky, zariadenia a penové plasty, hračky, časti prístrojov, stavebné materiály. Polyvinylchlorid sa vyrába polymerizáciou vinylchloridu, ktorý sa dnes najčastejšie pripravuje z etylénu chlórovo vyváženým procesom cez medziprodukt 1,2-dichlóretán.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)ako bielidlo (aj keď „nebieli“ samotný chlór, ale atómový kyslík, ktorý vzniká pri rozklade kyseliny chlórnej podľa reakcie: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)pri výrobe organochlórových insekticídov - látok, ktoré ničia hmyz škodlivý pre plodiny, ale sú bezpečné pre rastliny (aldrin, DDT, hexachloran). Jedným z najvýznamnejších insekticídov je hexachlórcyklohexán (C6H6Cl6).
)používa sa ako bojová chemická látka, ako aj na výrobu iných chemických bojových látok: horčičný plyn (C4H8Cl2S), fosgén (CCl2O).
)na dezinfekciu vody - "chlórovanie". Najbežnejší spôsob dezinfekcie pitnej vody je založený na schopnosti voľného chlóru a jeho zlúčenín inhibovať enzýmové systémy mikroorganizmov, ktoré katalyzujú redoxné procesy. Na dezinfekciu pitnej vody sa používa chlór (Cl2), oxid chloričitý (ClO2), chlóramín (NH2Cl) a bielidlo (Ca(Cl)OCl).
)registrovaná v potravinárskom priemysle ako potravinárska prídavná látka E925.
)pri chemickej výrobe lúhu sodného (NaOH) (používa sa pri výrobe umelého hodvábu, v mydlovom priemysle), kyseliny chlorovodíkovej (HCl), bielidla, chloridu chlóru (KClO3), chloridov kovov, jedov, liečiv, hnojív.
)v hutníctve na výrobu čistých kovov: titán, cín, tantal, niób.
Ti02 + 2C + 2CI2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (pri Т=850 °С)
)ako indikátor slnečných neutrín v detektoroch chlóru a argónu (Myšlienku „detektora chlóru“ na detekciu slnečných neutrín navrhol slávny sovietsky fyzik akademik B. Pontecorvo a realizoval ju americký fyzik R. Davis a jeho kolegovia. Po zachytení neutrínového jadra izotopu chlóru s atómovou hmotnosťou 37 sa zmení na jadro izotopu argónu-37 s vytvorením jedného elektrónu, ktorý je možné zaregistrovať.).
Mnohé rozvinuté krajiny sa snažia obmedziť používanie chlóru v každodennom živote, a to aj preto, že spaľovanie odpadu obsahujúceho chlór produkuje značné množstvo dioxínov (globálne ekotoxické látky so silnými mutagénnymi
3. Chemické metódy výroby chlóru
Predtým bola rozšírená výroba chlóru chemickou cestou podľa metód Weldona a Deacona. Pri týchto procesoch sa chlór vyrábal oxidáciou chlorovodíka vznikajúceho ako vedľajší produkt pri výrobe síranu sodného z chloridu sodného pôsobením kyseliny sírovej.
priebeh reakcie pri použití Weldonovej metódy:
4HCl + Mn02 => MnCl2 + 2H20 + Cl2
priebeh reakcie pri použití diakonskej metódy:
HCl + 02 => 2H20 + 2CI2
V procese Deacon bol ako katalyzátor použitý chlorid meďnatý, ktorého 50% roztok (niekedy s prídavkom NaCl) bol impregnovaný do porézneho keramického nosiča. Optimálna reakčná teplota na takomto katalyzátore bola zvyčajne v rozsahu 430490 °C. Tento katalyzátor sa ľahko otrávi zlúčeninami arzénu, s ktorými tvorí neaktívny arzeničnan meďnatý, ako aj oxidom siričitým a oxidom trioxidom. Prítomnosť aj malého množstva pár kyseliny sírovej v plyne spôsobuje prudký pokles výťažku chlóru v dôsledku následných reakcií:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ С12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
С12 + Н2O => 1/202 + 2НCl
Kyselina sírová je teda katalyzátorom, ktorý podporuje reverznú konverziu Cl2 na HCl. Preto pred oxidáciou na medenom katalyzátore musí byť plynný chlorovodík dôkladne vyčistený od nečistôt, ktoré znižujú výťažok chlóru.
Diakonova inštalácia pozostávala z plynového ohrievača, plynového filtra a kontaktného aparátu oceľového valcového plášťa, vo vnútri ktorého boli dva sústredne usporiadané keramické valce s otvormi; prstencový priestor medzi nimi je vyplnený katalyzátorom. Chlorovodík sa oxidoval vzduchom, takže chlór sa zriedil. Zmes obsahujúca 25 % obj. HCl a 75 % obj. vzduchu (~16 % O2) bola privedená do kontaktného zariadenia a plyn opúšťajúci zariadenie obsahoval asi 8 % C12, 9 % HCl, 8 % vodnej pary a 75 % vzduch . Takýto plyn sa po vymytí HCl a vysušení kyselinou sírovou zvyčajne používal na získanie bielidla.
Obnova diakonského procesu je v súčasnosti založená na oxidácii chlorovodíka nie vzduchom, ale kyslíkom, čo umožňuje získať koncentrovaný chlór pomocou vysoko aktívnych katalyzátorov. Výsledná zmes chlóru a kyslíka sa premyje od zvyškov HCl postupne 36 % a 20 % kyselinou chlorovodíkovou a suší sa kyselinou sírovou. Chlór sa potom skvapalňuje a kyslík sa vracia do procesu. Oddelenie chlóru od kyslíka sa tiež uskutočňuje absorpciou chlóru pod tlakom 8 atm chloridom sírovým, ktorý sa potom regeneruje, aby sa získal 100% chlór:
Cl2 + S2CI2
Používajú sa nízkoteplotné katalyzátory, napríklad chlorid meďnatý aktivovaný soľami kovov vzácnych zemín, čo umožňuje uskutočňovať proces aj pri 100 °C a tým výrazne zvýšiť stupeň premeny HCl na Cl2. Na katalyzátore na báze oxidu chrómu sa spaľovanie HCl v kyslíku uskutočňuje pri 340 480 °C. Je opísané použitie katalyzátora zo zmesi V2O5 s pyrosíranmi alkalických kovov a aktivátormi na silikagéli. Bol študovaný mechanizmus a kinetika tohto procesu a boli stanovené optimálne podmienky na jeho realizáciu, najmä vo fluidnom lôžku.
Oxidácia chlorovodíka kyslíkom sa tiež uskutočňuje pomocou roztavenej zmesi FeCl3 + KCl v dvoch stupňoch, uskutočňovaných v oddelených reaktoroch. V prvom reaktore sa chlorid železitý oxiduje za vzniku chlóru:
2FeCl3 + 1
V druhom reaktore sa chlorid železitý regeneruje z oxidu železa chlorovodíkom:
03 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H20
Na zníženie tlaku pár chloridu železitého sa pridáva chlorid draselný. Tento proces sa tiež navrhuje uskutočňovať v jednom zariadení, v ktorom sa kontaktná hmota pozostávajúca z Fe203, KCl a chloridu medi, kobaltu alebo niklu naneseného na inertnom nosiči pohybuje zhora nadol. V hornej časti zariadenia prechádza horúcou zónou chlorácie, kde sa Fe2Oz premieňa na FeCl3, pričom interaguje s HCl, ktorý je v prúde plynu zdola nahor. Potom kontaktná hmota klesá do chladiacej zóny, kde pôsobením kyslíka vzniká elementárny chlór a FeCl3 prechádza do Fe2O3. Oxidovaná kontaktná hmota sa opäť vracia do chloračnej zóny.
Podobná nepriama oxidácia HCl na Cl2 sa uskutočňuje podľa schémy:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H20
Navrhuje sa súčasne získavať chlór a kyselinu sírovú prechodom plynu obsahujúceho HCl, O2 a veľký prebytok S02 cez vanádiový katalyzátor pri 400 až 600 °C. Potom z plynu kondenzujú H2SO4 a HSO3Cl a SO3 je absorbovaný kyselinou sírovou, chlór zostáva v plynnej fáze. HSO3Cl sa hydrolyzuje a uvoľnený HC1 sa vracia do procesu.
Ešte účinnejšiu oxidáciu vykonávajú také oxidačné činidlá ako PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Chlór možno získať aj oxidáciou chloridov. Napríklad, keď NaCl a SO3 interagujú, dochádza k reakciám:
NaCl + 2S03 = 2NaS03Cl
NaS03Cl = Cl2 + S02 + Na2S04
K rozkladu NaS03Cl dochádza pri 275 °C. Zmes plynov S02 a C12 je možné oddeliť absorbovaním chlóru S02Cl2 alebo CCI4 alebo ich podrobením rektifikácii, čím vznikne azeotropická zmes obsahujúca 88 mol. % Cl2 a 12 mol. %S02. Azeotropickú zmes možno ďalej separovať premenou S02 na S02C12 a oddelením prebytočného chlóru a rozkladom S02C12 pri 200 °C na S02 a Cl2, ktoré sa pridajú do zmesi odoslanej na rektifikáciu.
Chlór možno získať oxidáciou chloridu alebo chlorovodíka kyselinou dusičnou, ako aj oxidom dusičitým:
ZHCl + HNO3 => Cl2 + NOCl + 2H20
Ďalším spôsobom získania chlóru je rozklad nitrozylchloridu, ktorý možno dosiahnuť jeho oxidáciou:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Na získanie chlóru sa tiež navrhuje napríklad oxidovať NOCl 75% kyselinou dusičnou:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2N2O
Zmes chlóru a oxidu dusičitého sa oddelí premenou NO2 na slabú kyselinu dusičnú, ktorá sa potom použije na oxidáciu HCl v prvom stupni procesu za vzniku Cl2 a NOCl. Hlavným problémom pri implementácii tohto procesu v priemyselnom meradle je odstránenie korózie. Ako materiály pre zariadenia sa používa keramika, sklo, olovo, nikel a plasty. Podľa tejto metódy v USA v rokoch 1952-1953. závod pracoval s kapacitou 75 ton chlóru denne.
Bol vyvinutý cyklický spôsob výroby chlóru oxidáciou chlorovodíka kyselinou dusičnou bez vzniku nitrozylchloridu podľa reakcie:
2НCl + 2HNO3 = Сl2 + 2NO2 + 2N2O
Proces prebieha v kvapalnej fáze pri 80°C, výťažnosť chlóru dosahuje 100%, NO2 sa získava v kvapalnej forme.
Následne boli tieto metódy úplne nahradené elektrochemickými, no v súčasnosti sa chemické metódy výroby chlóru opäť oživujú na novom technickom základe. Všetky sú založené na priamej alebo nepriamej oxidácii HCl (alebo chloridov), pričom najbežnejším oxidačným činidlom je vzdušný kyslík.
Elektrolýza. Koncept a podstata procesu
Elektrolýza je súbor elektrochemických redoxných procesov, ktoré sa vyskytujú na elektródach pri prechode konštantného elektrického prúdu cez taveninu alebo roztok s elektródami v nej ponorenými.
Ryža. 4.1. Procesy prebiehajúce počas elektrolýzy. Schéma elektrolýzneho kúpeľa: 1 - kúpeľ, 2 - elektrolyt, 3 - anóda, 4 - katóda, 5 - napájanie
Elektródy môžu byť akékoľvek materiály, ktoré vedú elektrinu. Používajú sa najmä kovy a zliatiny, z nekovov môžu ako elektródy slúžiť napríklad grafitové tyče (alebo uhlík). Menej často sa ako elektróda používajú kvapaliny. Kladne nabitá elektróda je anóda. Záporne nabitá elektróda je katóda. Pri elektrolýze sa anóda oxiduje (rozpúšťa sa) a katóda sa redukuje. Preto by sa anóda mala brať tak, aby jej rozpúšťanie neovplyvňovalo chemický proces prebiehajúci v roztoku alebo tavenine. Takáto anóda sa nazýva inertná elektróda. Ako inertnú anódu môžete použiť grafit (uhlík) alebo platinu. Ako katódu si môžete vziať kovovú dosku (nerozpustí sa). Vhodná meď, mosadz, uhlík (alebo grafit), zinok, železo, hliník, nehrdzavejúca oceľ.
Príklady elektrolýzy tavenín:
Príklady elektrolýzy soľných roztokov:
(Na anóde sa oxidujú anióny Cl, a nie kyslík Oa II molekúl vody, pretože elektronegativita chlóru je menšia ako elektronegativita kyslíka, a preto chlór uvoľňuje elektróny ľahšie ako kyslík)
Elektrolýza vody sa vždy vykonáva v prítomnosti inertného elektrolytu (na zvýšenie elektrickej vodivosti veľmi slabého elektrolytu - vody):
V závislosti od inertného elektrolytu sa elektrolýza uskutočňuje v neutrálnom, kyslom alebo alkalickom prostredí. Pri výbere inertného elektrolytu je potrebné vziať do úvahy, že katióny kovov, ktoré sú typickými redukčnými činidlami (napríklad Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +), sa nikdy neredukujú pri katóda vo vodnom roztoku a kyslík 022 aniónov oxokyselín sa nikdy neoxiduje na anóde prvkom v najvyššom oxidačnom stave (napríklad ClO4a, SO42p, NO3p, PO43p, CO32p, Si044? , MnO4?), namiesto toho sa oxiduje voda.
Elektrolýza zahŕňa dva procesy: migráciu reagujúcich častíc pôsobením elektrického poľa na povrch elektródy a prenos náboja z častice na elektródu alebo z elektródy na časticu. Migrácia iónov je určená ich pohyblivosťou a prenosovými číslami. Proces prenosu niekoľkých elektrických nábojov sa spravidla uskutočňuje vo forme sekvencie jednoelektrónových reakcií, to znamená v etapách s tvorbou medziľahlých častíc (iónov alebo radikálov), ktoré niekedy existujú pre nejaký čas na elektróde v adsorbovanom stave.
Rýchlosť elektródových reakcií závisí od:
zloženie elektrolytu
koncentrácia elektrolytu
materiál elektródy
elektródový potenciál
teplota
hydrodynamické podmienky.
Mierou rýchlosti reakcie je prúdová hustota. Ide o vektorovú fyziku, ktorej modul je určený pomerom sily prúdu (počet prenesených elektrických nábojov za jednotku času) vo vodiči k ploche prierezu.
Faradayove zákony elektrolýzy sú kvantitatívne vzťahy založené na elektrochemických štúdiách a pomáhajú určiť hmotnosť produktov vytvorených počas elektrolýzy. Vo všeobecnosti sú zákony formulované takto:
)Prvý Faradayov zákon elektrolýzy: Hmotnosť látky nanesenej na elektróde počas elektrolýzy je priamo úmerná množstvu elektriny prenesenej na túto elektródu. Množstvo elektriny sa vzťahuje na elektrický náboj, zvyčajne meraný v coulombách.
2)Druhý Faradayov zákon elektrolýzy: Pre dané množstvo elektriny (elektrického náboja) je hmotnosť chemického prvku naneseného na elektróde priamo úmerná ekvivalentnej hmotnosti prvku. Ekvivalentná hmotnosť látky je jej molárna hmotnosť delená celým číslom v závislosti od chemickej reakcie, na ktorej sa látka zúčastňuje.
V matematickej forme možno Faradayove zákony znázorniť takto:
kde m je hmotnosť látky nanesenej na elektróde v gramoch, je celkový elektrický náboj, ktorý látkou prešiel, = 96 485,33 (83) C mol? 1 je Faradayova konštanta, je molárna hmotnosť látky ( Napríklad molárna hmotnosť vody H2O = 18 g / mol), - valenčný počet iónov látky (počet elektrónov na ión).
Všimnite si, že M/z je ekvivalentná hmotnosť nanesenej hmoty.
Pre prvý Faradayov zákon sú M, F a z konštanty, takže čím väčšia je hodnota Q, tým väčšia je hodnota m.
Pre druhý Faradayov zákon sú Q, F a z konštanty, takže čím väčšia je hodnota M/z (ekvivalentná hmotnosť), tým väčšia je hodnota m.
V najjednoduchšom prípade jednosmerná elektrolýza vedie k:
V zložitejšom prípade striedavého elektrického prúdu je celkový náboj Q prúdu I( ?) sa sčítava v čase ? :
kde t je celkový čas elektrolýzy.
V priemysle sa proces elektrolýzy uskutočňuje v špeciálnych zariadeniach - elektrolyzéroch.
Priemyselná výroba chlóru
V súčasnosti sa chlór vyrába hlavne elektrolýzou vodných roztokov, konkrétne jedného z
Surovinou na elektrolytickú výrobu chlóru sú najmä roztoky NaCl získané rozpúšťaním pevnej soli, prípadne prírodné soľanky. Existujú tri typy ložísk soli: fosílna soľ (asi 99 % zásob); slané jazerá so spodnými sedimentmi samosedlovej soli (0,77 %); zvyšok sú podzemné splity. Soľné roztoky, bez ohľadu na spôsob ich získania, obsahujú nečistoty, ktoré zhoršujú proces elektrolýzy. Zvlášť nepriaznivo pôsobia pri elektrolýze s pevnou katódou vápenaté katióny Ca2+, Mg2+ a SO42- a pri elektrolýze s kvapalnou katódou nečistoty zlúčenín s obsahom ťažkých kovov ako chróm, vanád, germánium a molybdén.
Kryštalická soľ na elektrolýzu chlóru by mala mať nasledujúce zloženie (%): chlorid sodný nie menej ako 97,5; Mg2+ nie viac ako 0,05; nerozpustný sediment nie viac ako 0,5; Ca2+ nie viac ako 0,4; K+ nie viac ako 0,02; SO42 - nie viac ako 0,84; vlhkosť nie viac ako 5; nečistota ťažkých kovov (stanovená vzorkou amalgámu cm3 H2) najviac 0,3. Čistenie soľanky sa vykonáva roztokom sódy (Na2CO3) a vápenného mlieka (suspenzia suspenzie Ca (OH) 2 vo vode). Okrem chemického čistenia sa roztoky zbavujú mechanických nečistôt sedimentáciou a filtráciou.
Elektrolýza roztokov kuchynskej soli sa vykonáva v kúpeľoch s pevnou železnou (alebo oceľovou) katódou a s diafragmami a membránami, v kúpeľoch s kvapalnou ortuťovou katódou. Priemyselné elektrolyzéry používané na vybavenie moderných veľkých chlórových závodov musia mať vysokú produktivitu, jednoduchú konštrukciu, byť kompaktné, pracovať spoľahlivo a stabilne.
Elektrolýza prebieha podľa schémy:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
kde Me je alkalický kov.
Pri elektrochemickom rozklade kuchynskej soli v elektrolyzéroch s pevnými elektródami dochádza k týmto hlavným, vratným a nevratným iónovým reakciám:
disociácia molekúl soli a vody (prechádza do elektrolytu)
NaCl-Na++Cl-
Oxidácia iónov chlóru (na anóde)
C1- - 2e- => C12
redukcia vodíkových iónov a molekúl vody (na katóde)
H+-2e- => H2
H2O - 2e - \u003d\u003e H2 + 2OH-
Asociácia iónov do molekuly hydroxidu sodného (v elektrolyte)
Na+ + OH- - NaOH
Užitočnými produktmi sú hydroxid sodný, chlór a vodík. Všetky sa z elektrolyzéra vyberú samostatne.
Ryža. 5.1. Schéma membránového elektrolyzéra
Dutina článku s pevnou katódou (obr. 3) je rozdelená poréznym
Prvé priemyselné elektrolyzéry pracovali v dávkovom režime. Produkty elektrolýzy v nich boli oddelené cementovou diafragmou. Následne vznikli elektrolyzéry, v ktorých zvonovité priečky slúžili na oddeľovanie produktov elektrolýzy. V ďalšej fáze sa objavili elektrolyzéry s prietokovou membránou. V nich sa spájal princíp protiprúdu s použitím separačnej membrány, ktorá bola vyrobená z azbestovej lepenky. Ďalej bol objavený spôsob získavania diafragmy z azbestovej buničiny, požičanej z technológie papierenského priemyslu. Táto metóda umožnila vyvinúť návrhy elektrolyzérov pre veľké prúdové zaťaženie s nerozoberateľnou kompaktnou prstovou katódou. Na zvýšenie životnosti azbestovej membrány sa navrhuje zaviesť do jej zloženia niektoré syntetické materiály ako povlak alebo spojivo. Bolo tiež navrhnuté, aby boli membrány úplne vyrobené z nových syntetických materiálov. Existujú dôkazy, že takéto kombinované azbestovo-syntetické alebo špeciálne vyrobené syntetické membrány majú životnosť až 500 dní. Vyvíjajú sa aj špeciálne iónomeničové diafragmy, ktoré umožňujú získať čistý lúh sodný s veľmi nízkym obsahom chloridu sodného. Pôsobenie takýchto diafragm je založené na využití ich selektívnych vlastností na prechod rôznych iónov.
Miesta kontaktov prúdových vývodov s grafitovými anódami v skorých konštrukciách boli vyňaté z dutiny článku. Neskôr boli vyvinuté metódy na ochranu kontaktných častí anód ponorených do elektrolytu. Pomocou týchto techník boli vytvorené priemyselné elektrolyzéry s nižším prívodom prúdu, v ktorých sú anódové kontakty umiestnené v dutine elektrolyzéra. V súčasnosti sa všade používajú na výrobu chlóru a žieraviny na pevnej katóde.
Prúd nasýteného roztoku chloridu sodného (čistená soľanka) nepretržite vstupuje do anódového priestoru membránového článku. V dôsledku elektrochemického procesu sa na anóde rozkladom kuchynskej soli uvoľňuje chlór a rozkladom vody vodík na katóde. Chlór a vodík sa z elektrolyzéra odstraňujú bez miešania oddelene. V tomto prípade je blízka katódová zóna obohatená hydroxidom sodným. Roztok z katódovej zóny, nazývaný elektrolytický lúh, obsahujúci nerozloženú kuchynskú soľ (približne polovicu množstva dodávaného so soľankou) a hydroxid sodný, sa kontinuálne odstraňuje z elektrolyzéra. V ďalšom stupni sa elektrolytický lúh odparí a obsah NaOH v ňom sa upraví na 42-50 % v súlade s normou. Kuchynská soľ a síran sodný sa zrážajú so zvyšujúcou sa koncentráciou hydroxidu sodného.
Roztok NaOH sa dekantuje z kryštálov a ako hotový výrobok sa prenesie do skladu alebo do štádia tavenia lúhu, aby sa získal pevný produkt. Kryštalická kuchynská soľ (reverzná soľ) sa vracia do elektrolýzy a pripravuje sa z nej takzvaná reverzná soľanka. Aby sa predišlo hromadeniu síranu v roztokoch, síran sa z neho extrahuje pred prípravou vratnej soľanky. Úbytok kuchynskej soli sa kompenzuje pridávaním čerstvej soľanky získanej podzemným lúhovaním soľných vrstiev alebo rozpustením pevnej kuchynskej soli. Pred zmiešaním s reverznou soľankou sa čerstvá soľanka očistí od mechanických suspenzií a významnej časti iónov vápnika a horčíka. Vzniknutý chlór sa oddelí od vodnej pary, stlačí a privedie buď priamo k spotrebiteľom, alebo na skvapalnenie chlóru. Vodík je oddelený od vody, stlačený a odovzdaný spotrebiteľom.
V membránovom elektrolyzéri prebiehajú rovnaké chemické reakcie ako v membránovom elektrolyzéri. Namiesto poréznej diafragmy je použitá katiónová membrána (obr. 5).
Ryža. 5.2. Schéma membránového elektrolyzéra
Membrána bráni prenikaniu chlórových iónov do katolytu (elektrolytu v katódovom priestore), vďaka čomu možno lúh sodný získať priamo v elektrolyzéri takmer bez soli, s koncentráciou 30 až 35 %. Pretože nie je potrebné oddeľovať soľ, odparovanie výrazne uľahčuje výrobu 50 % komerčnej hydroxidu sodného pri nižších investičných a energetických nákladoch. Pretože koncentrácia hydroxidu sodného v membránovom procese je oveľa vyššia, ako katóda sa používa drahý nikel.
Ryža. 5.3. Schéma ortuťového elektrolyzéra
Celková rozkladná reakcia kuchynskej soli v ortuťových elektrolyzéroch je rovnaká ako v diafragmových článkoch:
NaCl + H20 => NaOH + 1/2Cl2 + 1/2H2
Tu však prebieha v dvoch stupňoch, každý v samostatnom prístroji: elektrolyzéri a rozkladacom zariadení. Sú konštrukčne prepojené a nazývajú sa elektrolytický kúpeľ a niekedy ortuťový elektrolyzér.
V prvej fáze procesu - v elektrolyzéri - prebieha elektrolytický rozklad kuchynskej soli (jej nasýtený roztok sa privádza do elektrolyzéra) s tvorbou chlóru na anóde a amalgámu sodíka na ortuťovej katóde podľa nasledujúca reakcia:
NaCl + nHg => 1/2Cl2 + NaHgn
V rozkladači prebieha druhá fáza procesu, pri ktorej pôsobením vody prechádza amalgám sodný na hydroxid sodný a ortuť:
NaHgn + H20 => NaOH + 1/2H2 + nHg
Zo všetkej soli dodanej do elektrolyzéra so soľankou len 15-20% dodaného množstva vstupuje do reakcie (2) a zvyšok soli spolu s vodou opúšťa elektrolyzér vo forme chloranolytu - roztoku kuchynskej soli vo vode s obsahom 250-270 kg/m3 NaCl nasýtenej chlórom. „Silný amalgám“ opúšťajúci elektrolyzér a voda sa privádzajú do rozkladača.
Elektrolyzér vo všetkých dostupných prevedeniach je vyrobený vo forme dlhého a relatívne úzkeho, mierne nakloneného oceľového žľabu, po dne ktorého gravitáciou prúdi tenká vrstva amalgámu, ktorým je katóda, a na vrchu anolyt. Soľanka a slabý amalgám sa privádzajú z horného zvýšeného okraja bunky cez „vtokovú kapsu“.
Silný amalgám vyteká zo spodného konca bunky cez „výstupnú kapsu“. Chlór a chloranolyt spoločne vychádzajú cez odbočnú rúrku, ktorá sa tiež nachádza na spodnom konci článku. Anódy sú zavesené nad celým prietokovým zrkadlom alebo katódou amalgámu vo vzdialenosti 3–5 mm od katódy. Horná časť bunky je pokrytá vekom.
Bežné sú dva typy rozkladačov: horizontálne a vertikálne. Prvé sú vyrobené vo forme oceľového šikmého žľabu rovnakej dĺžky ako elektrolytický článok. Po dne rozkladača, ktorý je inštalovaný v miernom sklone, preteká prúd amalgámu. Do tohto prúdu je ponorený rozkladač vyrobený z grafitu. Voda sa pohybuje opačným smerom. V dôsledku rozkladu amalgámu je voda nasýtená žieravinou. Žieravý roztok spolu s vodíkom vystupuje z rozkladača odbočkou na dne a chudobný amalgám alebo ortuť sa prečerpáva do vrecka článku.
Okrem elektrolyzéra, rozkladača, vreciek a prepadových potrubí je súčasťou súpravy elektrolýzneho kúpeľa ortuťové čerpadlo. Používajú sa dva typy čerpadiel. V prípadoch, keď sú vane vybavené vertikálnym rozkladačom alebo keď je rozkladač inštalovaný pod elektrolytickým článkom, sa používajú ponorné odstredivé čerpadlá konvenčného typu, spustené do rozkladača. V kúpeľoch, kde je rozkladač inštalovaný vedľa elektrolyzéra, sa amalgám prečerpáva kužeľovým rotačným čerpadlom pôvodného typu.
Všetky oceľové časti elektrolyzéra, ktoré prichádzajú do styku s chlórom alebo chloranolytom, sú chránené vrstvou špeciálnej vulkanizovanej gumy (gumming). Ochranná vrstva gumy nie je absolútne odolná. Po čase chlóruje, pôsobením teploty krehne a praská. Ochranná vrstva sa pravidelne obnovuje. Všetky ostatné časti elektrolýzneho kúpeľa: rozkladač, čerpadlo, prepady - sú vyrobené z nechránenej ocele, pretože ho nekoroduje ani vodík, ani žieravý roztok.
V súčasnosti sú v ortuťovom článku najbežnejšie grafitové anódy. Nahrádza ich však ORTA.
6.Bezpečnosť pri výrobe chlóru
a ochrany životného prostredia
Nebezpečenstvo pre personál pri výrobe chlóru je dané vysokou toxicitou chlóru a ortuti, možnosťou tvorby výbušných plynných zmesí chlóru a vodíka, vodíka a vzduchu v zariadení, ako aj roztokmi chloridu dusitého v kvapaline. chlór, použitie pri výrobe elektrolyzérov - zariadení, ktoré sú pod zvýšeným elektrickým potenciálom voči zemi, vlastnosti žieravých alkálií vyrábaných pri tejto výrobe.
Vdychovanie vzduchu s obsahom 0,1 mg/l chlóru po dobu 30-60 minút je životu nebezpečné. Vdýchnutie vzduchu obsahujúceho viac ako 0,001 mg/l chlóru dráždi dýchacie cesty. Maximálna prípustná koncentrácia (MAC) chlóru v ovzduší sídiel: denný priemer 0,03 mg/m3, maximálne jednorazovo 0,1 mg/m3, vo vzduchu pracovného priestoru priemyselných priestorov je 1 mg/m3, prah vnímania zápachu je 2 mg/m3. Pri koncentrácii 3-6 mg/m3 je cítiť výrazný zápach, dochádza k podráždeniu (začervenaniu) očí a slizníc nosa, pri 15 mg/m3 - podráždenie nosohltanu, pri 90 mg/m3 - intenzívne záchvaty kašľa. Expozícia 120 - 180 mg/m3 po dobu 30-60 minút je život ohrozujúca, pri 300 mg/m3 je možný smrteľný výsledok, koncentrácia 2500 mg/m3 vedie k smrti do 5 minút, pri koncentrácii 3000 mg/ m3 smrteľný výsledok nastáva po niekoľkých vdychoch. Maximálna povolená koncentrácia chlóru na filtráciu priemyselných a civilných plynových masiek je 2500 mg/m3.
Prítomnosť chlóru vo vzduchu zisťujú chemické prieskumné prístroje: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV pomocou indikačných trubíc IT-44 (ružová farba, prah citlivosti 5 mg / m3), IT-45 (oranžová farba), odsávačky AM- 5, AM- 0055, AM-0059, NP-3M s indikačnými trubicami pre chlór, univerzálny analyzátor plynov UG-2 s rozsahom merania 0-80 mg/m3, detektor plynu "Kolion-701" v rozsahu 0- 20 mg/m3. V otvorenom priestore - so zariadeniami SIP "KORSAR-X". Vo vnútri - so zariadeniami SIP "VEGA-M". Na ochranu pred chlórom v prípade porúch alebo núdzových situácií musia všetci ľudia v dielňach mať a včas používať plynové masky triedy „V“ alebo „BKF“ (okrem dielní na elektrolýzu ortuti), ako aj ochranný odev: handričku alebo pogumované obleky, gumáky a palčiaky. Skrinky na plynovú masku proti chlóru musia byť natreté žltou farbou.
Ortuť je jedovatejšia ako chlór. Maximálna prípustná koncentrácia jeho pár vo vzduchu je 0,00001 mg/l. Pôsobí na ľudský organizmus pri vdýchnutí a pri kontakte s pokožkou, ako aj pri kontakte s amalgamovanými predmetmi. Jeho výpary a striekance sú adsorbované (absorbované) oblečením, pokožkou, zubami. Zároveň sa ortuť pri teplote ľahko odparuje; dostupné v elektrolýznej dielni a koncentrácia jeho pár vo vzduchu je oveľa vyššia, ako je maximálne povolené. Preto sú elektrolýzne s kvapalnou katódou vybavené výkonnou ventiláciou, ktorá pri bežnej prevádzke zabezpečuje prijateľnú úroveň koncentrácie ortuťových pár v atmosfére dielne. Na bezpečnú prevádzku to však nestačí. Taktiež je potrebné dodržiavať takzvanú ortuťovú disciplínu: dodržujte pravidlá pre zaobchádzanie s ortuťou. Za nimi personál pred nástupom do práce prechádza cez hygienickú inšpekčnú miestnosť, v ktorej čistej časti zanecháva domáce oblečenie a oblieka si čerstvo vypranú bielizeň, čiže pracovný odev. Na konci smeny sa montérky a špinavá bielizeň nechajú v špinavej časti hygienickej kontroly, kým sa pracovníci osprchujú, umyjú si zuby a oblečú si veci do domácnosti v čistej časti hygienickej kontroly.
V dielňach, kde sa pracuje s chlórom a ortuťou, by ste mali používať plynovú masku značky „G“ (škatuľka plynovej masky je natretá čiernou a žltou farbou) a gumené rukavice. Pravidlá „ortuťovej disciplíny“ stanovujú, že práca s ortuťou a amalgamovanými povrchmi byť pod vrstvou vody; Rozliatu ortuť treba okamžite spláchnuť do kanalizácie, kde sú zachytávače ortuti.
Emisie chlóru a ortuťových pár do atmosféry, vypúšťanie ortuťových solí a kvapiek ortuti, zlúčenín obsahujúcich aktívny chlór do odpadových vôd a otravy pôdy ortuťovým kalom predstavujú nebezpečenstvo pre životné prostredie. Pri haváriách sa chlór dostáva do atmosféry s emisiami z ventilácie a výfukovými plynmi z rôznych zariadení. Ortuťové pary sa odvádzajú vzduchom z ventilačných systémov. Norma obsahu chlóru vo vzduchu pri uvoľnení do atmosféry je 0,03 mg/m3. Táto koncentrácia sa dá dosiahnuť, ak sa použije alkalické viacstupňové premývanie odpadových plynov. Norma obsahu ortuti v ovzduší pri vypúšťaní do atmosféry je 0,0003 mg/m3 a v odpadových vodách pri vypúšťaní do vodných útvarov je 4 mg/m3.
Neutralizujte chlór pomocou nasledujúcich roztokov:
vápenné mlieko, pri ktorom sa 1 hmotnostný diel haseného vápna naleje do 3 dielov vody, dôkladne sa premieša, potom sa vápenná malta vypustí zhora (napríklad 10 kg haseného vápna + 30 litrov vody);
5 % vodný roztok sódy, pre ktorý sa 2 hmotnostné diely sódy rozpustia za miešania s 18 dielmi vody (napríklad 5 kg sódy + 95 litrov vody);
5 % vodný roztok lúhu sodného, pre ktorý sa 2 hmotnostné diely lúhu sodného rozpustia za miešania s 18 dielmi vody (napríklad 5 kg lúhu sodného + 95 litrov vody).
Pri úniku plynného chlóru sa rozprašuje voda, aby sa výpary uhasili. Miera spotreby vody nie je štandardizovaná.
Keď sa rozleje tekutý chlór, miesto úniku sa oplotí hlineným valom, naplneným vápenným mliekom, roztokom uhličitanu sodného, hydroxidom sodným alebo vodou. Na neutralizáciu 1 tony kvapalného chlóru je potrebných 0,6-0,9 tony vody alebo 0,5-0,8 tony roztokov. Na neutralizáciu 1 tony kvapalného chlóru je potrebných 22-25 ton roztokov alebo 333-500 ton vody.
Na striekanie vody alebo roztokov sa používajú zavlažovacie a hasičské autá, automatické plniace stanice (AC, PM-130, ARS-14, ARS-15), ako aj hydranty a špeciálne systémy dostupné v chemicky nebezpečných zariadeniach.
Záver
Keďže objemy chlóru získané laboratórnymi metódami sú v porovnaní so stále rastúcim dopytom po tomto produkte zanedbateľné, nemá zmysel robiť ich porovnávaciu analýzu.
Z elektrochemických výrobných metód je najjednoduchšia a najpohodlnejšia kvapalná (ortuťová) katódová elektrolýza, ale táto metóda nie je bez nevýhod. Spôsobuje značné škody na životnom prostredí prostredníctvom vyparovania a úniku kovovej ortuti a plynného chlóru.
Elektrolyzéry s pevnou katódou eliminujú riziko znečistenia životného prostredia ortuťou. Pri výbere medzi membránovými a membránovými elektrolyzérmi pre nové výrobné zariadenia sa uprednostňujú druhé, pretože sú ekonomickejšie a poskytujú vyššiu kvalitu konečného produktu.
Bibliografia
1.Zaretsky S. A., Suchkov V. N., Zhivotinsky P. B. Elektrochemická technológia anorganických látok a chemické zdroje prúdu: Učebnica pre študentov technických škôl. M ..: Vyššie. Škola, 1980. 423 s.
2.Mazanko A. F., Kamaryan G. M., Romashin O. P. Priemyselná membránová elektrolýza. M.: vydavateľstvo "Chémia", 1989. 240 s.
.Pozin M.E. Technológia minerálnych solí (hnojivá, pesticídy, priemyselné soli, oxidy a kyseliny), časť 1, ed. 4., rev. L., Vydavateľstvo "Chémia", 1974. 792 s.
.Fioshin M. Ya., Pavlov VN Elektrolýza v anorganickej chémii. M.: vydavateľstvo "Nauka", 1976. 106 s.
.Yakimenko L. M. Výroba chlóru, hydroxidu sodného a anorganických chlórových produktov. M.: vydavateľstvo "Chémia", 1974. 600 s.
Internetové zdroje
6.Bezpečnostné pravidlá pre výrobu, skladovanie, prepravu a používanie chlóru // URL: #"justify">7. Nebezpečné látky // URL: #"justify">. Chlór: aplikácia // URL: #"justify">.
