ВИЗНАЧЕННЯ
Хлор- Сімнадцятий елемент Періодичної таблиці. Позначення – Cl від латинського «chlorum». Розташований у третьому періоді, VIIА групі. Належить до неметалів. Заряд ядра дорівнює 17.
Найважливішим природним з'єднанням хлору є хлорид натрію (кухонна сіль) NaCl. Головна маса хлориду натрію знаходиться у воді морів та океанів. Води багатьох озер також містять значну кількість NaCl. Він зустрічається також і у твердому вигляді, утворюючи місцями у земній корі потужні пласти так званої кам'яної солі. У природі поширені інші сполуки хлору, наприклад хлорид калію у вигляді мінералів карналіту KCl×MgCl 2 ×6H 2 O і сільвіна KCl.
У звичайних умовах хлор є газом жовто-зеленого кольору (рис. 1), який добре розчиняється у воді. При охолодженні з водних розчинів виділяються кристалогідрати, що є кларатами приблизного складу Cl 2 ×6H 2 Oі Cl 2 ×8H 2 O.
Мал. 1. Хлор у рідкому стані. Зовнішній вигляд.
Атомна та молекулярна маса хлору
Відносною атомною масою елемента називають відношення маси атома даного елемента до 1/12 маси атома вуглецю. Відносна атомна маса безрозмірна і позначається A r (індекс "r" - початкова буква англійського relative, що в перекладі означає "відносний"). Відносна атомна маса атомарного хлору дорівнює 35457 а.е.м.
Маси молекул, як і маси атомів виражаються в атомних одиницях маси. Молекулярною масою речовини називається маса молекули, виражена атомних одиницях маси. Відносною молекулярною масою речовини називають відношення маси молекули даної речовини до 1/12 маси атома вуглецю, маса якого дорівнює 12 а. Відомо, що молекула хлору двоатомна - Cl2. Відносна молекулярна маса молекули хлору дорівнюватиме:
M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.
Ізотопи хлору
Відомо, що у природі хлор може бути у вигляді двох стабільних ізотопів 35 Cl (75,78%) і 37 Cl (24,22%). Їхні масові числа дорівнюють 35 і 37 відповідно. Ядро атома ізотопу хлору 35 Cl містить сімнадцять протонів і вісімнадцять нейтронів, а ізотоп 37 Cl - таку ж кількість протонів і двадцять нейтронів.
Існують штучні ізотопи хлору з масовими числами від 35 до 43, серед яких найбільш стабільним є 36 Cl з періодом напіврозпаду рівним 301 тисяча років.
Іони хлору
На зовнішньому енергетичному рівні атома хлору є сім електронів, які є валентними:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .
Через війну хімічного взаємодії хлор може втрачати свої валентні електрони, тобто. бути їх донором, і перетворюватися на позитивно заряджені іони чи приймати електрони іншого атома, тобто. бути їх акцептором, і перетворюватися на негативно заряджені іони:
Cl 0 -7e → Cl 7+;
Cl 0 -5e → Cl 5+;
Cl 0 -4e → Cl 4+;
Cl 0 -3e → Cl 3+;
Cl 0 -2e → Cl 2+;
Cl 0 -1e → Cl 1+;
Cl 0 +1e → Cl 1-.
Молекула та атом хлору
Молекула хлору і двох атомів - Cl 2 . Наведемо деякі властивості, що характеризують атом та молекулу хлору:
Приклади розв'язання задач
ПРИКЛАД 1
| Завдання | Який об'єм хлору треба взяти для реакції із 10 л водню? Гази знаходяться за однакових умов. |
| Рішення | Запишемо рівняння реакції взаємодії хлору з воднем: Cl 2 + H 2 = 2HCl. Розрахуємо кількість речовини водню, що вступила в реакцію: n (H 2) = V (H 2) / V m; n (H 2) = 10/22,4 = 0,45 моль. Відповідно до рівняння, n (H 2) = n (Cl 2) = 0,45 моль. Тоді обсяг хлору, що вступив у реакцію взаємодії з воднем дорівнює: |
Хоч би як ми негативно ставилися до громадських вбиралень, природа диктує свої правила, і відвідувати їх доводиться. Крім природних (для цього місця) запахів, ще одним звичним ароматом є хлорка, що використовується для дезінфекції приміщення. Свою назву вона отримала через головну діючу речовину в ній - Cl. Дайте дізнаємося про цей хімічний елемент та його властивості, а також дамо характеристику хлору за положенням у періодичній системі.
Як було відкрито цей елемент
Вперше хлоровмісна сполука (HCl) була синтезована в 1772 р. британським священиком Джозефом Прістлі.
Через 2 роки його шведський колега Карл Шееле зумів описати спосіб виділення Cl за допомогою реакції між соляною кислотою та діоксидом марганцю. Однак, цей хімік так і не зрозумів, що в результаті синтезується новий хімічний елемент.
Майже 40 років знадобилося вченим, щоб навчитися видобувати хлор на практиці. Вперше це було зроблено британцем Гемфрі Деві у 1811 р. При цьому він використав іншу реакцію, ніж його попередники-теоретики. Деві за допомогою електролізу розклав на складові NaCl (відомий більшості як кухонна сіль).
Вивчивши отриману речовину, британський хімік усвідомив, що вона є елементарною. Після цього відкриття Деві не тільки назвав його - chlorine (хлорин), але й зміг дати характеристику хлору, правда, вона була дуже примітивною.
Хлорін перетворився на хлор (chlore) завдяки Жозефу Гей-Люссаку і в такому вигляді існує у французькій, німецькій, російській, білоруській, українській, чеській, болгарській та деяких інших мовах і сьогодні. В англійській донині використовується назва "хлорин", а в італійській та іспанській "хлоро".
Докладніше аналізований елемент був описаний Йенсом Берцеліусом в 1826 р. Саме він зміг визначити його атомну масу.
Що таке хлор (Cl)
Розглянувши історію відкриття цього хімічного елемента, варто дізнатися про нього докладніше.
Назва chlorine була утворена від грецького слова χλωρός («зелений»). Дано воно було через жовтувато-зелений колір даної речовини
Самостійно хлор існує як двоатомний газ Cl 2 , проте у такому вигляді у природі він практично не зустрічається. Найчастіше він фігурує у різних з'єднаннях.
Крім відмітного відтінку, для хлору характерний солодкувато-їдкий запах. Він є дуже отруйною речовиною, тому при попаданні в повітря та вдиханні людиною або твариною здатний протягом декількох хвилин призвести до їхньої загибелі (залежить від концентрації Cl).
Оскільки хлор важчий за повітря майже в 2,5 рази, він завжди перебуватиме нижче його, тобто біля самої землі. Тому при підозрі на наявність Cl слід забратися якомога вище, тому що там буде менша концентрація цього газу.
Також, на відміну від деяких інших отруйних речовин, хлорсодержащіе мають характерний колір, що може дозволити візуально їх ідентифікувати і вжити заходів. Більшість стандартних протигазів допомагають захистити органи дихання та слизові оболонки від ураження Cl. Однак для повної безпеки потрібно вживати серйозніших заходів, аж до нейтралізації отруйної речовини.
Варто зазначити, що саме із застосування німцями хлору як отруйного газу в 1915 р. розпочала свою історію хімічна зброя. Внаслідок використання майже 200 тонн речовини було за кілька хвилин отруєно 15 тисяч осіб. Третина з них померла майже миттєво, третина отримала перманентні ушкодження, і лише 5 тисяч вдалося врятуватися.
Чому ж така небезпечна речовина досі не заборонена і щорічно видобувається мільйонами тонн? Вся справа в його особливих властивостях, а щоб їх зрозуміти, варто розглянути характеристику хлору. Найпростіше це зробити за допомогою таблиці Менделєєва.
Характеристика хлору у періодичній системі
Хлор як галоген
Крім крайньої токсичності та їдкого запаху (характерних всім представників цієї групи) Cl добре розчиняється у воді. Практичне підтвердження цього - додавання миючих засобів, що містять хлор, у воду для басейнів.
При контакті з вологим повітрям речовина починає димитися.
Властивості Cl як неметалу
Розглядаючи хімічну характеристику хлору, варто звернути увагу на його неметалеві властивості.
Він має здатність утворювати з'єднання практично з усіма металами та неметалами. Як приклад можна навести реакцію з атомами заліза: 2Fe + 3Cl2 → 2FeCl3.
Часто щодо реакцій необхідно використовувати каталізатори. У цій ролі може виступати Н2О.
Нерідко реакції з Cl мають ендотермічний характер (поглинають тепло).
Варто зазначити, що у кристалічній формі (як порошку) хлор взаємодіє з металами лише за нагріванні до високих температур.
Реагуючи з іншими неметалами (крім О 2 , N, F, С та інертних газів), Cl утворює сполуки - хлориди.
При реакції з 2 утворюються вкрай нестабільні і схильні до розпаду оксиди. Вони ступінь окислення Cl здатна виявлятися від +1 до +7.
При взаємодії з F утворюються фториди. Ступінь окислення їх може бути різною.
Хлор: характеристика речовини з погляду її фізичних властивостей
Крім хімічних властивостей, елемент має і фізичні.
Вплив температури на агрегатний стан Cl
Розглянувши фізичну характеристику елемента хлору, ми розуміємо, що він здатний переходити до різних агрегатних станів. Все залежить від температурного режиму.
У нормальному стані Cl - це газ, що має високі корозійні властивості. Однак він легко здатний скраплюватися. На це впливає температура та тиск. Наприклад, якщо воно дорівнює 8 атмосфер, а температура - +20 градусів за Цельсієм, Cl 2 - кислотно-жовта рідина. Цей агрегатний стан він здатний зберігати до +143 градусів, якщо тиск також продовжує підвищуватися.
При досягненні -32 С стан хлору перестає залежати від тиску, і він продовжує залишатися рідким.
Кристалізація речовини (твердий стан) відбувається при -101 градусі.
Де у природі існує Cl
Розглянувши загальну характеристику хлору, варто дізнатися, де ж у природі може траплятися такий складний елемент.
Через свою високу реакційну активність він практично ніколи не зустрічається в чистому вигляді (тому на початку вивчення вченими цього елемента знадобилися роки, щоб навчитися його синтезувати). Зазвичай Cl знаходиться у складі сполук у різних мінералах: галіт, сильвін, каїніт, бішофіт тощо.
Найбільше він міститься в солях, здобутих із морської чи океанічної води.
Вплив на організм
При розгляді властивості хлору вже неодноразово сказано, що він дуже отруйний. У цьому атоми речовини містяться у мінералах, а й у всіх організмах, починаючи від рослин до людини.
Через особливі властивості іони Cl краще за інших проникають крізь мембрани клітин (тому більше 80% всього хлору в тілі людини знаходиться в міжклітинному просторі).
Разом з К, Cl відповідальний за регуляцію водно-сольового балансу і як наслідок – за осмотичну рівність.
Незважаючи на таку важливу роль в організмі, у чистому вигляді Cl 2 вбиває все живе – від клітин до цілих організмів. Однак у контрольованих дозах та при короткочасному впливі він не встигає заподіяти пошкоджень.
Яскравим прикладом останнього твердження є будь-який басейн. Як відомо, воду в таких установах дезінфікують за допомогою Cl. При цьому, якщо людина рідко відвідує такий заклад (раз на тиждень чи на місяць) - малоймовірно, що він постраждає від наявності цієї речовини у воді. Проте працівники таких установ, особливо ті, хто майже весь день перебувають у воді (рятувальники, інструктори) часто страждають на шкірні захворювання або мають ослаблений імунітет.
У зв'язку з цим після відвідування басейнів обов'язково потрібно прийняти душ - щоб змити можливі залишки хлору зі шкіри і волосся.
Використання Cl людиною
Пам'ятаючи з характеристики хлору, що він є "примхливим" елементом (коли справа доходить до взаємодії з іншими речовинами), цікаво буде дізнатися, що в промисловості він часто використовується.
Насамперед з його допомогою виробляється дезінфекція багатьох речовин.
Також Cl застосовується для виготовлення деяких видів пестицидів, що допомагає рятувати врожай від шкідників.
Здатність цієї речовини взаємодіяти майже з усіма елементами таблиці Менделєєва (характеристика хлору як неметалу) допомагає з його допомогою добувати деякі види металів (Ті, Та та Nb), а також вапно та соляну кислоту.
Крім всього вищезгаданого Cl застосовують при виробництві промислових речовин (полівінілхлорид) та медичних препаратів (хлоргексидин).
Варто згадати, що сьогодні знайдено більш ефективний та безпечний дезінфікуючий засіб – озон (О 3 ). Однак його виробництво більш дороге, ніж хлору, і цей газ ще нестабільніший, ніж хлор (коротка характеристика фізичних властивостей 6-7 п.). Тому застосовувати озонування замість хлорування поки що можуть дозволити собі мало хто.
Як видобувається хлор
Сьогодні відомо чимало способів для синтезу цієї речовини. Усі вони поділяються на дві категорії:
- Хімічні.
- електрохімічні.
У першому випадку Cl одержують внаслідок хімічної реакції. Однак на практиці вони дуже затратні та малопродуктивні.
Тому в промисловості віддають перевагу електрохімічним методам (електролізу). Їх три: діафрагмовий, мембранний та ртутний електроліз.
· Біологічна роль · Токсичність · Література · Близькі статті · Коментарі · Примітки · Офіційний сайт ·
Хімічні методи
Хімічні методи одержання хлору малоефективні та затратні. На сьогоднішній день мають переважно історичне значення. Може бути отриманий при взаємодії калію перманганату з соляною кислотою:
Метод Шееле
Спочатку промисловий спосіб одержання хлору ґрунтувався на методі Шееле, тобто реакції піролюзиту з соляною кислотою:
Метод Дикона
В 1867 Диконом був розроблений метод отримання хлору каталітичним окисленням хлороводню киснем повітря. Процес Дикон сьогодні використовується при рекуперації хлору з хлороводню, що є побічним продуктом при промисловому хлоруванні органічних сполук.
Електрохімічні методи
Сьогодні хлор у промислових масштабах одержують разом із гідроксидом натрію та воднем шляхом електролізу розчину кухонної солі, основні процеси якого можна представити сумарною формулою:
Використовується три варіанти електрохімічного методу одержання хлору. Два з них – електроліз із твердим катодом: діафрагмовий та мембранний методи, третій – електроліз із рідким ртутним катодом (ртутний метод виробництва). Якість хлору, одержуваного електрохімічними методами, відрізняється малою:
Діафрагмовий метод
Схема старовинного діафрагмового електролізера для отримання хлору та лугу: А- Анод, У- ізолятори, З- катод, D- простір заповнений газами (над анодом - хлор, над катодом - водень), М- діафрагма
Найбільш простим, з електрохімічних методів, у плані організації процесу конструкційних матеріалів для електролізера, є діафрагмовий метод отримання хлору.
Розчин солі в діафрагмовому електролізері безперервно подається в анодний простір і протікає через, зазвичай, насаджену на сталеву катодну сітку азбестову діафрагму, в яку в деяких випадках додають невелику кількість полімерних волокон.
Насмоктування діафрагми проводиться шляхом прокачування через електролізер пульпи з азбестових волокон, які, застряючи в сітці катода, утворюють шар азбесту, що грає роль діафрагми.
У багатьох конструкціях електролізерів катод повністю занурений під шар аноліту (електроліту з анодного простору), а водень, що виділяється на катодній сітці, відводиться з-під катода за допомогою газовідвідних труб, не проникаючи через діафрагму в анодне простір завдяки протитечії.
Протиструм - дуже важлива особливість пристрою діафрагмового електролізера. Саме завдяки протиточному потоку направленому з анодного простору в катодне через пористу діафрагму стає можливим роздільне одержання лугів та хлору. Протитечний потік розраховується так, щоб протидіяти дифузії та міграції OH - іонів в анодний простір. Якщо величина протитечії недостатня, тоді в анодному просторі у великих кількостях починає утворюватися гіпохлорит-іон (ClO -), який, після, може окислюватися на аноді до хлорат-іона ClO 3 - . Утворення хлорат-іона серйозно знижує вихід струмом хлору і є головним побічним процесом у цьому методі. Так само шкодить і виділення кисню, яке, крім того, веде до руйнування анодів і, якщо вони з вуглецевих матеріалів, потрапляння до хлору домішок фосгену.
Анод: - основний процесКатод: - основний процес
Як анод у діафрагмових електролізерах може використовуватися графітовий або вугільний електроди. На сьогодні їх в основному замінили титанові аноди з окисно-рутенієво-титановим покриттям (аноди ОРТА) або інші маловитратні.
Поварена сіль, сульфат натрію та інші домішки при підвищенні їх концентрації в розчині вище їх межі розчинності випадають в осад. Розчин їдкої луги декантують від осаду і передають як готовий продукт на склад або продовжують стадію упарювання для отримання твердого продукту, з подальшим плавленням, луском або грануляцією.
Зворотну, тобто кухонну сіль, що кристалізувалась в осад, повертають назад у процес, готуючи з неї так званий зворотний розсіл. Від неї, щоб уникнути накопичення домішок у розчинах, перед приготуванням зворотного розсолу відокремлюють домішки.
Втрата аноліту заповнюють добавкою свіжого розсолу, одержуваного підземним вилуговуванням соляних пластів галіту, бішофіту та інших мінералів містять хлорид натрію, і крім цього розчиненням їх у спеціальних ємностях на місці виробництва. Свіжий розсіл перед змішуванням його із зворотним розсолом очищають від механічних суспензій і значної частини іонів кальцію та магнію.
Отриманий хлор відокремлюється від парів води, компримується і подається або на виробництво продуктів, що містять хлор, або на зрідження.
Завдяки відносній простоті та дешевизні діафрагмовий метод одержання хлору на сьогодні широко використовується в промисловості.
Схема діафрагмового електролізера.Мембранний метод
Мембранний метод виробництва хлору найбільш енергоефективний, у той же час складний в організації та експлуатації.
З точки зору електрохімічних процесів мембранний метод подібний до діафрагмового, але анодне і катодне простору повністю розділені непроникною для аніонів катіонообмінною мембраною. Тому в мембранному електролізері, на відміну діафрагмового, не один потік, а два.
В анодне місце надходить, як і в діафрагмовому методі, потік розчину солі. А в катодне – деіонізована вода. З катодного простору випливає потік збідненого аноліту, що містить також домішки гіпохлорит-і хлорат-іонів і виходить хлор, а з анодного - лугу і водень, що практично не містять домішок і близькі до товарної концентрації, що зменшує витрати енергії на їх упарювання та очищення.
У той же час, живильний розчин солі (як свіжий, так і оборотний) і вода попередньо максимально очищається від будь-яких домішок. Таке ретельне очищення визначається високою вартістю полімерних катіонообмінних мембран та їх вразливістю до домішок у живильному розчині.
Крім того, обмежена геометрична форма і крім цього низька механічна міцність і термічна стійкість іонообмінних мембран переважно визначають порівняно складні конструкції установок мембранного електролізу. З тієї ж причини мембранні установки потребують найскладніших систем автоматичного контролю та управління.
Схема мембранного електролізера.Ртутний метод із рідким катодом
У ряді електрохімічних методів одержання хлору ртутний метод дає можливість одержувати найчистіший хлор.
Схема ртутного електролізера.Установка для ртутного електролізу складається з електролізера, розкладача амальгами та ртутного насоса, об'єднаних між собою ротопровідними комунікаціями.
Катодом електролізера служить потік ртуті, що прокачується насосом. Аноди - графітові, вугільні або малозношувані (ОРТА, ТДМА або інші). Разом з ртуттю через електролізер безперервно тече потік живильного розчину кухонної солі.
На аноді відбувається окислення іонів хлору з електроліту і виділяється хлор:
- основний процесХлор та аноліт відводиться з електролізера. Аноліт, що виходить з електролізера, донасичають свіжим галітом, витягують з нього домішки, внесені з ним, а також вимиваються з анодів і конструкційних матеріалів, і повертають на електроліз. Перед донасичення з аноліту витягають розчинений у ньому хлор.
Зростання вимог до екологічної безпеки виробництв і дорожнеча металевої ртуті ведуть до поступового витіснення ртутного методу методами одержання хлору з твердим катодом.
Лабораторні методи
Зважаючи на доступність хлору в лабораторній практиці, зазвичай використовується зріджений хлор у балонах. Хлор можна отримати дією кислоти на гіпохлорит натрію:
Крім цього, також виділяється кисень. Якщо використовувати соляну кислоту, то реакція виглядає інакше:
Для отримання хлору в невеликих кількостях зазвичай використовуються процеси, засновані на окисленні хлороводню сильними окислювачами (наприклад, оксидом марганцю (IV), перманганатом калію, дихроматом калію, діоксид свинцю, бертолетова сіль тощо), зазвичай використовувався діоксид марганцю або перманганат калію:
При неможливості використання балонів можуть бути використані невеликі електролізери зі звичайним електродом або вентильним для отримання хлору.
| Хлор | |
|---|---|
| Атомний номер | 17 |
| Зовнішній вигляд простої речовини | Газ жовто-зеленого кольору із різким запахом. Отруйний. |
| Властивості атома | |
| Атомна маса (Молярна маса) |
35,4527 а.о.м.(г/моль) |
| Радіус атома | 100 пм |
| Енергія іонізації (Перший електрон) |
1254.9(13.01) кДж/моль (еВ) |
| Електронна конфігурація | 3s 2 3p 5 |
| Хімічні властивості | |
| Ковалентний радіус | 99 пм |
| Радіус іона | (+7e)27 (-1e)181 пм |
| Електронегативність (за Полінгом) |
3.16 |
| Електродний потенціал | 0 |
| Ступені окислення | 7, 6, 5, 4, 3, 1, −1 |
| Термодинамічні властивості простої речовини | |
| густина | (при −33.6 °C)1,56 г/см³ |
| Молярна теплоємність | 21.838 Дж/(K·моль) |
| Теплопровідність | 0.009 Вт/(·K) |
| Температура плавлення | 172.2 |
| Теплота плавлення | 6.41 кДж/моль |
| Температура кипіння | 238.6 |
| Теплота випаровування | 20.41 кДж/моль |
| Молярний обсяг | 18.7 см³/моль |
| Кристалічні грати простої речовини | |
| Структура ґрат | орторомбічна |
| Параметри решітки | a=6,29 b=4,50 c=8,21 Å |
| Відношення c/a | — |
| Температура Дебая | n/a K |
Хлор (χλωρός - Зелений) - елемент головної підгрупи сьомої групи, третього періоду періодичної системи хімічних елементів, з атомним номером 17.
Елемент ХЛОР позначається символом Cl(Лат. Chlorum). Хімічно активний неметал. Входить до групи галогенів (спочатку назву галоген використовував німецький хімік Швейгер для хлору [дослівно галоген перекладається як солерод], але воно не прижилося, і згодом стало загальним для VII групи елементів, в яку входить і хлор).
Проста речовина хлор(CAS-номер: 7782-50-5) за нормальних умов - отруйний газ жовтувато-зеленого кольору, з різким запахом. Молекула двоатомна хлору (формула Cl 2).
Історія відкриття хлору
Схема атома хлору
Вперше хлор був отриманий у 1772 р. Шееле, який описав його виділення при взаємодії піролюзиту з соляною кислотою у своєму трактаті про піролюзит:
4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Шееле відзначив запах хлору, схожий із запахом царської горілки, його здатність взаємодіяти із золотом і кіновар'ю, а також його відбілюючі властивості.
Шееле, відповідно до теорії флогістону, що панувала в хімії того часу, припустив, що хлор являє собою дефлогістовану соляну кислотутобто оксид соляної кислоти. Бертолле та Лавуазьє припустили, що хлор є оксидом елемента муріяПроте спроби його виділення залишалися безуспішними аж до робіт Деві, якому електролізом вдалося розкласти кухонну сіль. натрійі хлор.
Поширення у природі
У природі зустрічаються два ізотопи хлору 35 Cl і 37 Cl. У земній корі хлор найпоширеніший галоген. Хлор дуже активний він безпосередньо з'єднується майже з усіма елементами періодичної системи.
У природі він зустрічається тільки у вигляді сполук у складі мінералів: галіту NaCI, сильвіну KCl, сильвініту KCl · NaCl, бішофіту MgCl 2 · 6H2O, карналіту KCl · MgCl 2 · 6Н 2 O, каїніту KCl · MgSO 4 · 3Н 2 Про. Великі запаси хлору містяться у складі солей вод морів та океанів.
Перед хлору припадає 0,025 % від загальної кількості атомів земної кори, кларковое число хлору — 0,19%, а людський організм містить 0,25 % іонів хлору за масою. В організмі людини та тварин хлор міститься в основному в міжклітинних рідинах (у тому числі в крові) і відіграє важливу роль у регуляції осмотичних процесів, а також у процесах, пов'язаних із роботою нервових клітин.
Ізотопний склад
У природі зустрічаються 2 стабільні ізотопи хлору: з масовим числом 35 і 37. Частки їх вмісту відповідно дорівнюють 75,78% і 24,22%.
| Ізотоп | Відносна маса, а. | Період напіврозпаду | Тип розпаду | Ядерний спин |
|---|---|---|---|---|
| 35 Cl | 34.968852721 | Стабілен | — | 3/2 |
| 36 Cl | 35.9683069 | 301000 років | β-розпад у 36 Ar | 0 |
| 37 Cl | 36.96590262 | Стабілен | — | 3/2 |
| 38 Cl | 37.9680106 | 37,2 хвилини | β-розпад у 38 Ar | 2 |
| 39 Cl | 38.968009 | 55,6 хвилини | β-розпад у 39 Ar | 3/2 |
| 40 Cl | 39.97042 | 1,38 хвилини | β-розпад у 40 Ar | 2 |
| 41 Cl | 40.9707 | 34 c | β-розпад у 41 Ar | |
| 42 Cl | 41.9732 | 46,8 c | β-розпад у 42 Ar | |
| 43 Cl | 42.9742 | 3,3 c | β-розпад у 43 Ar |
Фізичні та фізико-хімічні властивості
За нормальних умов хлор — жовто-зелений газ із задушливим запахом. Деякі його фізичні властивості представлені у таблиці.
| Властивість | Значення |
|---|---|
| Температура кипіння | −34 °C |
| Температура плавлення | −101 °C |
| Температура розкладання (Дисоціації на атоми) |
~1400°С |
| Щільність (газ, н.у.) | 3,214 г/л |
| Спорідненість до електрона атома | 3,65 еВ |
| Перша енергія іонізації | 12,97 еВ |
| Теплоємність (298 К, газ) | 34,94 (Дж/моль·K) |
| Критична температура | 144 °C |
| Критичний тиск | 76 атм |
| Стандартна ентальпія освіти (298 К, газ) | 0 (кДж/моль) |
| Стандартна ентропія освіти (298 К, газ) | 222,9 (Дж/моль·K) |
| Ентальпія плавлення | 6,406 (кДж/моль) |
| Ентальпія кипіння | 20,41 (кДж/моль) |
При охолодженні хлор перетворюється на рідину при температурі близько 239 К, а потім нижче 113 К кристалізується в орторомбічну решітку з просторовою групою Cmcaі параметрами a = 6,29 b = 4,50 c = 8,21 . Нижче 100 К орторомбічна модифікація кристалічного хлору переходить у тетрагональну, яка має просторову групу P4 2/ncmі параметри решітки a = 8,56 і c = 6,12.
Розчинність
Ступінь дисоціації молекули хлору Cl2 → 2Cl. При 1000 До дорівнює 2,07 * 10 -4%, а за 2500 До 0,909%.
Поріг сприйняття запаху повітря становить 0,003 (мг/л).
У реєстрі CAS – номер 7782-50-5.
По електропровідності рідкий хлор займає місце серед найсильніших ізоляторів: він проводить струм майже в мільярд разів гірше, ніж дистильована вода, і в 10 22 разів гірше за срібло. Швидкість звуку в хлорі приблизно в півтора рази менша, ніж у повітрі.
Хімічні властивості
Будова електронної оболонки
На валентному рівні атома хлору міститься 1 неспарений електрон: 1S² 2S² 2p 6 3S² 3p 5 тому валентність рівна 1 для атома хлору дуже стабільна. За рахунок присутності в атомі хлору незайнятої орбіталі d-підрівня атом хлору може виявляти й інші валентності. Схема утворення збуджених станів атома:
Також відомі сполуки хлору, в яких атом хлору формально виявляє валентність 4 і 6, наприклад, ClO 2 і Cl 2 O 6 . Однак, ці сполуки є радикалами, тобто вони мають один неспарений електрон.
Взаємодія з металами
Хлор безпосередньо реагує майже з усіма металами (з деякими тільки у присутності вологи або при нагріванні):
Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
Взаємодія з неметалами
На світлі або під час нагрівання активно реагує (іноді з вибухом) з воднем по радикальному механізму. Суміші хлору з воднем, що містять від 5,8 до 88,3% водню, вибухають при опроміненні з утворенням хлороводню. Суміш хлору з воднем у невеликих концентраціях горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям. Максимальна температура воднево-хлорного полум'я 2200 °C.
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ізб.) → 2ClF 3
Інші властивості
Cl 2 + CO → COCl 2При розчиненні у воді або лугах, хлор дисмутує, утворюючи хлорнуватисту (а при нагріванні хлорну) і соляну кислоти або їх солі:
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 4 Cl
Окислювальні властивості хлору
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SРеакції з органічними речовинами
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClПриєднується до ненасичених сполук за кратними зв'язками:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Ароматичні сполуки замінюють атом водню на хлор у присутності каталізаторів (наприклад, AlCl 3 або FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Способи отримання
Промислові методи
Спочатку промисловий спосіб одержання хлору ґрунтувався на методі Шееле, тобто реакції піролюзиту із соляною кислотою:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
В 1867 Диконом був розроблений метод отримання хлору каталітичним окисленням хлороводню киснем повітря. Процес Дикона в даний час використовується при рекуперації хлору з хлороводню, що є побічним продуктом при промисловому хлоруванні органічних сполук.
4HCl + O 2 → 2H 2 O + 2Cl 2
Сьогодні хлор у промислових масштабах одержують разом із гідроксидом натрію та воднем шляхом електролізу розчину кухонної солі:
2NaCl + 2H 2 Про → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Анод: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Катод: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
Так як паралельно електролізу хлориду натрію проходить процес електролізу води, то сумарне рівняння можна виразити наступним чином:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Застосовується три варіанти електрохімічного методу одержання хлору. Два з них електроліз із твердим катодом: діафрагмовий та мембранний методи, третій – електроліз із рідким ртутним катодом (ртутний метод виробництва). У ряді електрохімічних методів виробництва найлегшим та зручним способом є електроліз з ртутним катодом, але цей метод завдає значної шкоди навколишньому середовищу внаслідок випаровування та витоків металевої ртуті.
Діафрагмовий метод із твердим катодом
Порожнина електролізера розділена пористою азбестовою перегородкою — діафрагмою — на катодний та анодний простір, де відповідно розміщені катод та анод електролізера. Тому такий електролізер часто називають діафрагмовим, а метод отримання діафрагмовим електролізом. В анодне місце діафрагмового електролізера безперервно надходить потік насиченого аноліту (розчину NaCl). Через війну електрохімічного процесу на аноді рахунок розкладання галіту виділяється хлор, але в катоді рахунок розкладання води — водень. При цьому прикатодна зона збагачується гідроксидом натрію.
Мембранний метод із твердим катодом
Мембранний метод по суті, аналогічний діафрагмовому, але анодні та катодні простори розділені катіонообмінною полімерною мембраною. Мембранний метод виробництва ефективніший, ніж діафрагмовий, але складніший у застосуванні.
Ртутний метод із рідким катодом
Процес проводять в електролітичній ванні, яка складається з електролізера, розкладача та ртутного насоса, об'єднаних між собою комунікаціями. В електролітичній ванні під дією ртутного насоса циркулює ртуть, проходячи через електролізер та розкладач. Катодом електролізера є потік ртуті. Аноди - графітові або малозношувані. Разом із ртуттю через електролізер безперервно тече потік аноліту – розчину хлориду натрію. В результаті електрохімічного розкладання хлориду на аноді утворюються молекули хлору, а на катоді натрій, що виділився, розчиняється в ртуті утворюючи амальгаму.
Лабораторні методи
У лабораторіях для одержання хлору зазвичай використовують процеси, засновані на окисленні хлороводню сильними окислювачами (наприклад, оксидом марганцю (IV), перманганатом калію, дихроматом калію):
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
Зберігання хлору
Хлор, що виробляється, зберігається в спеціальних «танках» або закачується в сталеві балони високого тиску. Балони з рідким хлором під тиском мають спеціальне забарвлення - болотяний колір. Слід зазначити, що при тривалій експлуатації балонів з хлором у них накопичується надзвичайно вибуховий трихлористий азот, і тому час від часу балони з хлором повинні проходити планове промивання та очищення від хлориду азоту.
Стандарти якості хлору
Згідно з ГОСТ 6718-93 «Хлор рідкий. Технічні умови» виробляються такі сорти хлору
Застосування
Хлор застосовують у багатьох галузях промисловості, науки та побутових потреб:
Основним компонентом відбілювачів є хлорна вода
- У виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку, з яких виготовляють: ізоляцію для проводів, віконний профіль, пакувальні матеріали, одяг та взуття, лінолеум та грамплатівки, лаки, апаратуру та пінопласти, іграшки, деталі приладів, будівельні. Полівінілхлорид виробляють полімеризацією вінілхлориду, який сьогодні найчастіше отримують з етилену збалансованим хлором методом через проміжний 1,2-дихлоретан.
- Відбілюючі властивості хлору відомі з давніх-давен, хоча не сам хлор «відбілює», а атомарний кисень, який утворюється при розпаді хлорнуватистої кислоти: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Цей спосіб відбілювання тканин, паперу, картону використовується вже кілька століть.
- Виробництво хлорорганічних інсектицидів - речовин, що вбивають шкідливих для посівів комах, але безпечні для рослин. На отримання засобів захисту рослин витрачається значна частина хлору, що виробляється. Один із найважливіших інсектицидів - гексахлорциклогексан (часто званий гексахлораном). Ця речовина вперше синтезована ще в 1825 р. Фарадеєм, але практичне застосування знайшло тільки через 100 років — у 30-х роках нашого століття.
- Використовувався як бойова отруйна речовина, а також для виробництва інших бойових отруйних речовин: водопровідної води, але альтернативи дезінфікуючому післядії сполук хлору запропонувати не можуть. Матеріали, з яких виготовлені водопровідні труби, по-різному взаємодіють із хлорованою водопровідною водою. Вільний хлор у водопровідній воді істотно скорочує термін служби трубопроводів на основі поліолефінів: поліетиленових труб різного виду, у тому числі зшитого поліетилену, великі відомого як ПЕКС (PEX, PE-X). У США для контролю допуску трубопроводів з полімерних матеріалів до використання у водопроводах з хлорованою водою змушені були прийняти 3 стандарти: ASTM F2023 стосовно труб зі зшитого поліетилену (PEX) і гарячої хлорованої води, ASTM F2263 стосовно поліетиленових труб всім і хлорований F2330 стосовно багатошарових (металополімерних) труб і гарячої хлорованої води. Позитивну реакцію в частині довговічності при взаємодії з хлорованою водою демонструють мідні спалювання (кишковику. Всмоктування та екскреція хлору тісно пов'язані з іонами натрію та бікарбонатами, меншою мірою з мінералокортикоїдами та активністю Na + /K + - АТФ-а0 В). 15% всього хлору, з цієї кількості від 1/3 до 1/2 – в еритроцитах, близько 85% хлору перебувають у позаклітинному просторі. ) і через шкіру (до 2%) Екскреція хлору пов'язана з іонами натрію і калію, і реципрокно з HCO 3 - (кислотно-лужний баланс).
Людина споживає 5-10 г NaCl на добу.Мінімальна потреба людини у хлорі становить близько 800 мг на добу. Немовля отримує необхідну кількість хлору через молоко матері, в якому міститься 11 ммоль/л хлору. NaCl необхідний для вироблення в шлунку соляної кислоти, яка сприяє травленню та знищенню хвороботворних бактерій. В даний час участь хлору у виникненні окремих захворювань у людини вивчена недостатньо добре, головним чином через малу кількість досліджень. Досить сказати, що не розроблені навіть рекомендації щодо норми добового споживання хлору. М'язова тканина людини містить 0,20-0,52% хлору, кісткова – 0,09%; у крові – 2,89 г/л. В організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) 95 г хлору. Щодня з їжею людина отримує 3-6 г хлору, що з надлишком покриває потребу у цьому елементі.
Іони хлору життєво потрібні рослинам. Хлор бере участь в енергетичному обміні рослин, активуючи окисне фосфорилювання. Він необхідний освіти кисню у процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами, стимулює допоміжні процеси фотосинтезу, передусім ті, які пов'язані з акумулюванням енергії. Хлор позитивно впливає поглинання корінням кисню, сполук калію, кальцію, магнію. Надмірна концентрація іонів хлору в рослинах може мати негативний бік, наприклад, знижувати вміст хлорофілу, зменшувати активність фотосинтезу, затримувати ріст і розвиток рослин. Але існують рослини, які в процесі еволюції або пристосувалися до засолення грунтів, або в боротьбі за простір зайняли солончаки на яких немає конкуренції. Рослини, що виростають на засолених ґрунтах, називаються галофіти, вони накопичують хлориди протягом вегетаційного сезону, а потім позбавляються надлишків за допомогою листопада або виділяють хлориди на поверхню листя і гілок і отримують подвійну вигоду притінюючи поверхні від сонячного світла. У Росії галофіти виростають на соляних куполах, виходах соляних відкладень та засолених пониженнях навколо соляних озер Баскунчак, Ельтон.
Серед мікроорганізмів, також відомі галофіли - галобактерії - які мешкають в сильносолених водах або грунтах.
Особливості роботи та запобіжні заходи
Хлор - токсичний задушливий газ, при попаданні в легені викликає опік легеневої тканини, ядуху. Дратівливу дію на дихальні шляхи надає при концентрації в повітрі близько 0,006 мг/л (тобто в два рази вище за поріг сприйняття запаху хлору). Хлор був одним із перших хімічних отруйних речовин, використаних Німеччиною у Першу світову війну. При роботі з хлором слід користуватися захисним спецодягом, протигазом, рукавичками. На короткий час захистити органи дихання від попадання в них хлору можна ганчірковою пов'язкою, змоченою розчином натрію сульфіту Na 2 SO 3 або тіосульфату натрію Na 2 S 2 O 3 .
ГДК хлору в атмосферному повітрі такі: середньодобова – 0,03 мг/м³; максимально разова – 0,1 мг/м³; у робочих приміщеннях промислового підприємства – 1 мг/м³.
додаткова інформація
Виробництво хлору в Росії
Хлорид золота
Хлорна вода
Хлорне вапно
Хлорид першої основи Рейзе
Хлорид другої основи РейзеЗ'єднання хлору
Гіпохлорити
Перхлорати
Хлорангідриди
Хлорати
Хлориди
Хлорорганічні сполукиАналізується
- За допомогою електродів порівняння ЕСр-10101 аналізують вміст Cl-і К+.
Міністерство освіти та науки РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ
Федеральна ДЕРЖАВНА бюджетна ОСВІТАЛЬНА УСТАНОВА ВИЩОЇ ПРОФЕСІЙНОЇ ОСВІТИ
ІВАНІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра ТП та МЕТ
Реферат
Хлор: властивості, застосування, отримання
Керівник: Єфремов А.М.
Іваново 2015
Вступ
Загальні відомості щодо хлору
Застосування хлору
Хімічні способи одержання хлору
Електроліз. Поняття та сутність процесу
Промислове одержання хлору
Техніка безпеки у хлорному виробництві та охорона навколишнього середовища
Висновок
Вступ
хлор хімічний елемент електроліз
У зв'язку з масштабністю застосування хлору в різних галузях науки, промисловості, медицини та в побуті попит на нього останнім часом катастрофічно зріс. Існує безліч методик отримання хлору лабораторними та промисловими методами, проте всі вони мають більше недоліків, ніж переваг. Одержання хлору, наприклад, із соляної кислоти, що є побічним продуктом та відходом безлічі хімічних та інших виробництв або кухонної солі, що видобувається в соляних родовищах, процес досить енерговитратний, шкідливий з погляду екології та дуже небезпечний для життя та здоров'я.
В даний час дуже актуальна проблема розробки технології отримання хлору, яка виключала б всі вищевикладені недоліки, а також мала високий вихід по хлору.
.Загальні відомості щодо хлору
Хлор отримано вперше в 1774 К. Шееле взаємодією соляної кислоти з піролюзитом MnО2. Однак тільки в 1810 році Г. Деві встановив, що хлор - елемент і назвав його chlorine (від грец. Chloros - жовто-зелений). В 1813 Ж. Л. Гей-Люссак запропонував для цього елемента назву «Хлор».
Хлор – елемент VII групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Молекулярна маса 70,906, атомна маса 35,453, атомний номер - 17 відноситься до сімейства галогенів. За нормальних умов вільний хлор, що складається з двоатомних молекул, є зеленувато-жовтим негорючим газом з характерним різким і дратівливим запахом. Він отруйний і викликає ядуху. Стиснутий газоподібний хлор при атмосферному тиску перетворюється на рідину бурштинового кольору при -34,05 °С, твердне при -101,6 °С і тиску 1 атм. Зазвичай хлор є сумішшю 75,53% 35Cl і 24,47% 37Cl. За нормальних умов щільність газоподібного хлору становить 3,214 кг/м3, тобто він приблизно в 2,5 рази важчий за повітря.
Хімічно хлор дуже активний, безпосередньо з'єднується майже з усіма металами (з деякими тільки у присутності вологи або при нагріванні) та з неметалами (крім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), утворюючи відповідні хлориди, вступає в реакцію з багатьма сполуками, заміщає водою у граничних вуглеводнях і приєднується до ненасичених сполук. Цим зумовлено велику різноманітність його застосування. Хлор витісняє бром і йод їх сполук з воднем і металами. Лужні метали у присутності слідів вологи взаємодіють із хлором із займанням, більшість металів реагує із сухим хлором лише за нагріванні. Сталь, а також деякі метали стійки в атмосфері сухого хлору в умовах невисоких температур, тому використовують для виготовлення апаратури і сховищ для сухого хлору. Фосфор спалахує в атмосфері хлору, утворюючи РCl3, а при подальшому хлоруванні - РСl5. Сірка з хлором при нагріванні дає S2Cl2, SCl2 та інші SnClm. Миш'як, сурма, вісмут, стронцій, телур енергійно взаємодіють із хлором. Суміш хлору з воднем горить безбарвним чи жовто-зеленим полум'ям із заснуванням хлористого водню (це ланцюгова реакція). Максимальна температура воднево-хлорного полум'я становить 2200°С. Суміші хлору з воднем, що містять від 5,8 до 88,5% Н2, є вибухонебезпечними і можуть вибухати від дії світла, електричної іскри, нагрівання, від присутності деяких речовин, наприклад оксидів заліза.
З киснем хлор утворює оксиди: Cl2О, СlO2, Cl2О6, Сl2О7, Cl2О8, а також гіпохлорити (солі хлорноватої кислоти), хлорити, хлорати та перхлорати. Всі кисневі сполуки хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з речовинами, що легко окислюються. Оксиди хлору малостійкі і можуть спонтанно вибухати, гіпохлорити при зберіганні повільно розкладаються, хлорати та перхлорати можуть вибухати під впливом ініціаторів. Хлор у воді гідролізується, утворюючи хлорнувату та соляну кислоти: Cl2 + Н2О? НClО + НCl. Жовтий розчин, що утворюється, часто називають хлорною водою. При хлоруванні водних розчинів лугів на холоді утворюються гіпохлорити та хлориди: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + Н2О, а при нагріванні - хлорати. Хлоруванням сухого гідрооксиду кальцію отримують хлорне вапно. При взаємодії аміаку з хлором утворюється трихлористий азот. При хлоруванні органічних сполук хлор або заміщає водень, або приєднується по кратних зв'язках, утворюючи різні органічні сполуки, що містять хлор. З інших галогенів хлор утворює міжгалогенні сполуки. Фториди хлору ClF, ClF3, ClF3 дуже реакційні; наприклад, в атмосфері ClF3 скляна вата самозаймається. Відомі сполуки хлору з киснем та фтором - оксифториди хлору: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 та перхлорат фтору FClO4.
Хлор зустрічається у природі лише як сполук. Середній вміст їх у земній корі 1,7·10-2% за масою. Основну роль історії хлору у земної корі грає водна міграція. У вигляді іона Cl - він міститься в Світовому океані (1,93%), підземних розсолах та соляних озерах. Число власних мінералів (переважно природних хлоридів) 97, головний їх галить NaCl (Кам'яна сіль). Відомі також великі родовища хлоридів калію і магнію і змішаних хлоридів: сильвін КCl, сильвініт (Na,K)Cl, карналіт KCl·MgCl2·6H2O, каїніт KCl·MgSO4·3H2O, бішофіт MgCl2·6H2O. В історії Землі велике значення мало надходження міститься в вулканічних газах НCl у верхні частини земної кори.
Стандарти якості хлору
Найменування показника ГОСТ 6718-93Вищий сортПерший сортОб'ємна частка хлору, не менше, %99,899,6Масова частка води, не більше, %0,010,04Масова частка трихлористого азоту, не більше, %0,0020,004Масова частка нелетучого, ,0150,10
Зберігання та транспортування хлору
Вироблений усілякими методами хлор зберігається у спеціальних «танках» або закачується в сталеві циліндричні (об'ємом 10-250 м3) та кульові (об'ємом 600-2000 м3) балони під тиском власної пари 18 кгс/см2. Максимальні обсяги зберігання становлять 150 тонн. Балони з рідким хлором під тиском мають спеціальне забарвлення – захисний колір. У разі розгерметизації балона з хлором відбувається різкий викид газу з концентрацією, що перевищує смертельну кілька разів. Слід зазначити, що з тривалої експлуатації балонів з хлором у яких накопичується надзвичайно вибуховий трихлористий азот, і тому іноді балони з хлором повинні проходити планову промивання і очищення від хлориду азоту. Перевозять хлор у контейнерах, залізничних цистернах, балонах, які є тимчасовим сховищем.
2.Застосування хлору
Хлор споживається насамперед хімічної промисловістю виробництва різних органічних хлорпохідних, які йдуть отримання пластичних мас, синтетичних каучуків, хімічних волокон, розчинників, інсектицидів тощо. Нині понад 60% світового виробництва хлору використовують для органічного синтезу. Крім цього, хлор використовують для виробництва соляної кислоти, хлорного вапна, хлоратів та інших продуктів. Значні кількості хлору йдуть у металургію для хлорування при переробці поліметалевих руд, вилучення золота з руд, а також його використовують у нафтопереробній промисловості, сільському господарстві, медицині та санітарії, для знешкодження питної та стічних вод, у піротехніці та ряді інших областей народного господарства . Внаслідок розвитку сфер використання хлору, головним чином завдяки успіхам органічного синтезу, світове виробництво хлору становить понад 20 млн. т/рік.
Основні приклади застосування та використання хлору у всіляких галузях науки, промисловості та побутових потреб:
1.у виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку, з яких виготовляють: ізоляцію для проводів, віконний профіль, пакувальні матеріали, одяг та взуття, лінолеум та грамплатівки, лаки, апаратуру та пінопласти, іграшки, деталі приладів, будівельні матеріали. Полівінілхлорид виробляють полімеризацією вінілхлориду, який сьогодні найчастіше отримують з етилену збалансованим хлором методом через проміжний 1,2-дихлоретан .
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)як відбілюючий засіб (хоча не сам хлор «відбілює», а атомарний кисень, який утворюється при розпаді хлорнуватистої кислоти за реакцією: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)у виробництві хлорорганічних інсектицидів - речовин, що вбивають шкідливих для посівів комах, але безпечних для рослин (альдрін, ДДТ, гексахлоран). Один із найважливіших інсектицидів - гексахлорциклогексан (C6H6Cl6).
)використовується як бойова отруйна речовина, а також для інших бойових отруйних речовин: іприт (C4H8Cl2S), фосген (CCl2O).
)для знезараження води – «хлорування». Найбільш поширений спосіб знезараження питної води заснований на здатності вільного хлору та його сполук пригнічувати ферментні системи мікроорганізмів, що каталізують окисно-відновні процеси. Для знезараження питної води застосовують: хлор (Cl2), двоокис хлору (ClO2), хлорамін (NH2Cl) та хлорне вапно (Ca(Cl)OCl).
)у харчовій промисловості зареєстрований як харчова добавка E925.
)у хімічному виробництві каустичної соди (NaOH) (застосовується у виробництві штучного шовку, миловарної промисловості), соляної кислоти (HCl), хлорного вапна, бертолетової солі (KClO3), хлоридів металів, отрут, ліків, добрив.
)у металургії для виробництва чистих металів: титану, олова, танталу, ніобію.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (при Т = 850 ° С)
)в якості індикатора сонячних нейтрино в хлор-аргонних детекторах (Ідея «хлорного детектора» для реєстрації сонячних нейтрино була запропонована відомим радянським фізиком академіком Б. Понтекорво і здійснена американським фізиком Р. Девісом та його співробітниками. Вловивши нейтрино ядро з атомом 3 перетворюється на ядро ізотопу аргону-37, при цьому утворюється один електрон, який можна зареєструвати.).
Багато розвинених країн прагнуть обмежити використання хлору в побуті, у тому числі тому, що при спалюванні сміття, що містить хлор, утворюється значна кількість діоксинів (глобальні екотоксиканти, що володіють потужним мутагенним.
3.Хімічні способи одержання хлору
Раніше було поширене виробництво хлору хімічним шляхом за способами Вельдона та Дикона. У цих процесах хлор отримували окисленням хлористого водню, що утворюється як побічний продукт у виробництві сульфату натрію з кухонної солі дією сірчаної кислоти.
реакція, що протікає при використанні методу Вельдона:
4НСl + МnO2 =>МnСl2+ 2Н2O + Сl2
реакція, що протікає при використанні методу Дикона:
НСl + O2 => 2Н2O + 2Сl2
У диконівському процесі як каталізатор використовували хлорну мідь, 50%-ним розчином якої (іноді з добавкою NaCl) просочували пористий керамічний носій. Оптимальна температура реакції на такому каталізаторі зазвичай була в межах 430490°. Цей каталізатор легко отруюється сполуками миш'яку, з якими утворює неактивний арсенат міді, а також двоокисом і триокисом сірки. Присутність у газі навіть невеликих кількостей парів сірчаної кислоти викликає різке зменшення виходу хлору в результаті реакцій, що послідовно йдуть:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4
С12 + Н2O => 1/2O2 + 2НСl
Таким чином, сірчана кислота є каталізатором, що сприяє зворотному перетворенню Сl2 на НСl. Тому хлористоводневий газ до окислення на мідному каталізаторі повинен бути ретельно очищений від домішок, що знижують вихід хлору.
Установка Дикону складалася з підігрівача газу, газового фільтра та контактного апарату сталевого циліндричного кожуха, всередині якого знаходилися два концентрично розташовані керамічні циліндри з отворами; кільцевий простір між ними заповнено каталізатором. Хлористий водень окислювали повітрям, тому хлор виходив розведеним. В контактний апарат подавали суміш, що містила 25 об'ємних.% НСl і 75 об'ємних. . Такий газ після відмивання з нього НСl і осушення сірчаною кислотою використовували зазвичай для отримання хлорного вапна.
Реставрація процесу Дикона нині базується на окисленні хлористого водню не повітрям, а киснем, що дозволяє одержувати концентрований хлор при застосуванні високоактивних каталізаторів. Утворюється хлорокисневу суміш відмивають від залишків НС1 послідовно 36 - і 20% соляною кислотою і осушують сірчаною кислотою. Потім хлор зріджують, а кисень повертають у процес. Відділення хлору від кисню виробляють також, поглинаючи хлор під тиском 8 атм хлористою сіркою, яку потім регенерують, отримуючи 100%-ний хлор:
Сl2 + S2CI2
Використовують низькотемпературні каталізатори, наприклад, дволористу мідь, активовану солями рідкісноземельних металів, що дає можливість вести процес навіть при 100°З тому різко збільшити ступінь перетворення НСl в Сl2. На окисно-хромовому каталізаторі спалювання НСl в кисні виробляють при 340-480°C. Описано застосування при 250420°C каталізатора із суміші V2O5 з піросульфатами лужних металів та активаторами на силікагелі. Вивчено механізм та кінетика цього процесу та встановлено оптимальні умови його здійснення, зокрема у псевдозрідженому шарі.
Окислення хлористого водню киснем виробляють також за допомогою розплавленої суміші FeCl3 + КСl у дві стадії, що здійснюються в окремих реакторах. У першому реакторі відбувається окислення хлорного заліза з утворенням хлору:
2FeCl3 + 1
У другому реакторі хлорне залізо регенерується з окису заліза хлористим воднем:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Для зменшення тиску пари хлорного заліза додають калій хлористий. Цей процес запропоновано здійснювати також в одному апараті, в якому контактна маса, що складається з Fe2O3, КС1 та хлориду міді, кобальту або нікелю, нанесених на інертний носій, переміщується зверху донизу апарату. Вгорі апарату вона проходить гарячу зону хлорування, де Fe2Оз перетворюється на FeCl3, взаємодіючи з НСl, що знаходиться в потоці газу, що йде знизу вгору. Потім контактна маса опускається в зону охолодження, де під дією кисню утворюється елементарний хлор a FeCl3 переходить у Fe2O3. Окислена контактна маса знову повертається до зони хлорування.
Подібне ж опосередковане окислення НСl у Cl2 здійснюється за схемою:
2НС1 + MgО = MgCl2 + Н2O
Запропоновано одночасно отримувати хлор та сірчану кислоту, пропускаючи через ванадієвий каталізатор при 400600°C газ, що містить НСl, O2 та великий надлишок SO2. Потім газу конденсують H2SO4 і HSO3Cl і абсорбують SO3 сірчаною кислотою хлор залишається в газовій фазі. HSO3Cl гідролізується і НС1, що виділяється, повертають у процес.
Ще більш ефективно окислення проводиться такими окислювачами, як РbО2, КМnО4, КСlO3, К2Сr2О7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Хлор може бути одержаний і окисленням хлоридів. Наприклад, при взаємодії NaCl та SO3 йдуть реакції:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
Розпад NaSO3Cl відбувається за 275°C. Суміш газів SO2 і С12 можна розділити, поглинаючи хлор SO2Cl2 або ССl4 або піддаючи її ректифікації, в результаті якої виходить азеотропна суміш, що містить 88 мол. % Cl2 та 12 мол. % SO2. Азеотропну суміш можна розділити далі, переводячи SO2 в SO2C12 і відокремлюючи надлишковий хлор, a SO2Cl2 розкладаючи при 200° на SO2 і Сl2, які додають до суміші, що направляється на ректифікацію.
Хлор можна отримати окисленням хлориду або хлористого водню азотною кислотою, а також двоокисом азоту:
ЗНСl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Ще один спосіб одержання хлору - розкладання хлористого нітрозилу, яке може бути досягнуто його окисленням:
NOCl + O2 = 2NO2 + Сl2
Також для отримання хлору запропоновано, наприклад, окислювати NOCl 75% азотною кислотою:
2NOCl + 4HNO3 = Сl2 + 6NO2 + 2Н2O
Суміш хлору і двоокису азоту поділяють, переробляючи NO2 в слабку азотну кислоту, яку потім використовують для окислення НСl в першій стадії процесу з утворенням Сl2 і NOCl. Основною скрутою при здійсненні цього процесу у промислових масштабах є усунення корозії. Як матеріали для апаратури застосовують кераміку, скло, свинець, нікель, пластмаси. За цим методом у США в 1952-1953 рр. . працювала установка продуктивністю 75 т хлору на добу.
Розроблено циклічний спосіб одержання хлору окисленням хлористого водню азотною кислотою без утворення хлористого нітрозилу за реакцією:
2НСl + 2HNO3 = Сl2 + 2NO2 + 2Н2O
Процес йде в рідкій фазі при 80°C, вихід хлору досягає 100%, NO2 виходить у рідкому вигляді.
Надалі ці методи були повністю витіснені електрохімічними, але у час хімічні методи отримання хлору знову відроджуються нової технічної основі. Всі вони засновані на прямому або непрямому окисненні HCl (або хлоридів), причому найбільш поширеним окисником є кисень повітря.
Електроліз. Поняття та сутність процесу
Електроліз - сукупність електрохімічних окислювально-відновних процесів, що відбуваються на електродах під час проходження постійного електричного струму через розплав чи розчин із зануреними до нього електродами.
Мал. 4.1. Процеси, які протікають при електролізі. Схема електролізної ванни: 1 – ванна, 2 – електроліт, 3 – анод, 4 – катод, 5 – джерело живлення
Електродами можуть бути будь-які матеріали, що проводять електричний струм. В основному застосовують метали та сплави, з неметалів електродами можуть служити, наприклад, графітові стрижні (або вуглець). Рідше як електрод використовують рідини. Електрод, позитивно заряджений - анод. Електрод, заряджений негативно – катод. При електролізі відбувається окислення анода (він розчиняється) та відновлення катода. Саме тому анод слід брати таким, щоб його розчинення не вплинуло на хімічний процес, що протікає у розчині чи розплаві. Такий анод називають інертним електродом. Як інертний анод можна взяти графіт (вуглець) або платину. Як катод можна взяти металеву пластину (вона не буде розчинятися). Підійде мідь, латунь, вуглець (або графіт), цинк, залізо, алюміній, нержавіюча сталь.
Приклади електролізу розплавів:
Приклади електролізу розчинів солей:
(на аноді окислюються аніони Сl?, а чи не кисень O?II молекул води, оскільки електронегативність хлору менше, ніж кисню, отже, хлор віддає електрони легше, ніж кисень)
Електроліз води проводиться завжди у присутності інертного електроліту (для збільшення електропровідності дуже слабкого електроліту – води):
Залежно від інертного електроліту електроліз проводиться в нейтральному, кислотному або лужному середовищі. При виборі інертного електроліту необхідно врахувати, що ніколи не відновлюються на катоді у водному розчині катіони металів, що є типовими відновниками (наприклад Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+) і ніколи не окислюється на аноді кисень O?II аніонів з елементом вищого ступеня окислення (наприклад ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), замість них окислюється вода.
Електроліз включає два процеси: міграцію реагуючих частинок під дією електричного поля до поверхні електрода і перехід заряду з частинки на електрод або електрода на частинку. Міграція іонів визначається їх рухливістю та числами перенесення. Процес перенесення кількох електричних зарядів здійснюється, як правило, у вигляді послідовності одноелектронних реакцій, тобто постадійно, з утворенням проміжних частинок (іонів або радикалів), які іноді існують деякий час на електроді в адсорбованому стані.
Швидкості електродних реакцій залежить від:
складу електроліту
концентрації електроліту
матеріалу електродів
електродного потенціалу
температури
гідродинамічних умов
Мірою швидкості реакцій є щільність струму. Це векторна фізична модуль якої визначається співвідношенням сили струму (кількість переносних електричних зарядів в одиницю часу) в провіднику до площі поперечного перерізу.
Закони електролізу Фарадея є кількісними співвідношеннями, заснованими на електрохімічних дослідженнях, і допомагають визначити масу продуктів, що утворюються при електролізі. У найбільш загальному вигляді закони формулюються так:
)Перший закон електролізу Фарадея: маса речовини, обложеного на електроді при електролізі, прямо пропорційна кількості електрики, переданої цей електрод. Під кількістю електрики мається на увазі електричний заряд, що вимірюється, як правило, у кулонах.
2)Другий закон електролізу Фарадея: для даної кількості електрики (електричного заряду) маса хімічного елемента, обложеного на електроді, прямо пропорційна еквівалентній масі елемента. Еквівалентною масою речовини є його молярна маса, поділена на ціле число, що залежить від хімічної реакції, в якій бере участь речовина.
У математичному вигляді закони Фарадея можна подати так:
де m - маса осадженої на електроді речовини в грамах, - повний електричний заряд, що пройшов через речовину, = 96 485,33 (83) Кл · моль? 1 - Постійна Фарадея, - молярна маса речовини (Наприклад, молярна маса води H2O = 18 г/моль),- валентне число іонів речовини (кількість електронів на один іон).
Зауважимо, що M/z – це еквівалентна маса осадженої речовини.
Для першого закону Фарадея M, F і z є константами, то чим більше величина Q, тим більше буде величина m.
Для другого закону Фарадея Q, F і z є константами, отже чим більше величина M/z (еквівалентна маса), тим більше величина m.
У найпростішому випадку постійного струму електролізу призводить до:
У складнішому випадку змінного електричного струму повний заряд Q струму I( ?) підсумовується за час? :
де t – повний час електролізу.
У промисловості процес електролізу проводиться у спеціальних апаратах – електролізерах.
Промислове одержання хлору
В даний час хлор, головним чином, виробляють електроліз водних розчинів, а саме одним з
Сировиною для електролітичного виробництва хлору служать, головним чином, розчини кухонної солі NaCl, одержувані розчиненням твердої солі, або природні розсоли. Є три типи родовищ солі: викопна сіль (близько 99% запасів); соляні озера з донними відкладеннями самосадкової солі (0,77%); інше - підземні розколи. Розчини кухонної солі незалежно від шляху їх одержання містять домішки, що погіршують процес електролізу. Особливо несприятливий вплив при електролізі з твердим катодом мають катіони кальцію Ca2+, Mg2+ та аніони SO42-, а при електролізі з рідким катодом - домішки сполук, що містять важкі метали, наприклад, хром, ванадій, германій та молібден.
Кристалічна сіль для хлорного електролізу повинна мати наступний склад (%): хлорид натрію не менше 97,5; Mg2+ трохи більше 0,05; нерозчинного облогу трохи більше 0,5; Ca2+ трохи більше 0,4; K+ трохи більше 0,02; SO42-не більше 0,84; вологість трохи більше 5; домішка важких металів (яка визначається амальгамною пробою см3 H2) не більше 0,3. Очищення розсолів проводиться розчином соди (Na2CO3) і вапняним молоком (суспензії Ca(OH)2 у воді). Крім хімічної очистки, розчини звільняються від механічних домішок відстоюванням та фільтрацією.
Електроліз розчинів кухонної солі проводиться у ваннах з твердим залізним (або сталевим) катодом та з діафрагмами та мембранами, у ваннах з рідким ртутним катодом. Промислові електролізери, які застосовуються для обладнання сучасних великих хлорних цехів, повинні мати високу продуктивність, просту конструкцію, бути компактними, працювати надійно та стійко.
Електроліз протікає за схемою:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
де Me лужний метал.
При електрохімічному розкладанні кухонної солі в електролізерах з твердими електродами протікають такі основні, оборотні та незворотні іонні реакції:
дисоціація молекул кухонної солі та води (йде в електроліті)
NaCl-Na++Cl-
Окислення іону хлору (на аноді)
С1- - 2е- => С12
відновлення іону водню та молекул води (на катоді)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2OН-
Асоціація іонів у молекулу гідроксиду натрію (в електроліті)
Na+ + OH- - NaOH
Корисними продуктами є гідроксид натрію, хлор та водень. Усі вони виводяться з електролізера окремо.
Мал. 5.1. Схема діафрагмового електролізера
Порожнина електролізера з твердим катодом (рис. 3) розділена пористою.
Перші промислові електролізери працювали у періодичному режимі. Продукти електролізу у яких поділялися цементної діафрагмою. Надалі були створені електролізери, у яких поділу продуктів електролізу служили перегородки як дзвони. На наступному етапі з'явилися електролізери із проточною діафрагмою. Вони принцип протитечії поєднувався з використанням розділової діафрагми, яку виготовляли з азбестового картону. Далі було відкрито спосіб отримання діафрагми з азбестової пульпи, запозичений з технології паперової промисловості. Цей спосіб дозволив розробити конструкції електролізерів на велике струмове навантаження з компактним нерозбірним пальцевим катодом. Для збільшення терміну служби азбестової діафрагми запропоновано до її складу вводити як покриття або зв'язок деякі синтетичні матеріали. Запропоновано також діафрагми повністю виготовляти з нових синтетичних матеріалів. Існують дані, що такі комбіновані азбосинтетичні або спеціально виготовлені синтетичні діафрагми мають термін служби до 500 діб. Розробляються також спеціальні іонообмінні діафрагми, які дозволяють одержувати чисту каустичну соду з дуже малим вмістом натрію хлориду. Дія таких діафрагм ґрунтується на використанні їх селективних властивостей для проходження різних іонів.
Місця контактів струмопідведення до графітових анодів у ранніх конструкціях виносили з порожнини електролізера назовні. Надалі були розроблені засоби захисту контактних частин анодів, занурених в електроліт. З використанням цих технічних прийомів були створені промислові електролізери з нижнім струмопідведення, в яких анодні контакти розташовуються в порожнині електролізера. Вони і застосовуються повсюдно нині для виробництва хлору та каустика на твердому катоді.
В анодне місце діафрагмового електролізера безперервно надходить потік насиченого розчину кухонної солі (очищеного розсолу). Через війну електрохімічного процесу на аноді з допомогою розкладання кухонної солі виділяється хлор, але в катоді з допомогою розкладання води - водень. Хлор і водень виводяться з електролізера, не змішуючись окремо. При цьому прикатодна зона збагачується гідроксидом натрію. Розчин з прикатодної зони, званий електролітичним лугом, що містить кухонну сіль, що не розклалася (приблизно половину від поданої з розсолом кількості) і гідроксид натрію, безперервно виводиться з електролізера. На наступній стадії електролітичний луг упарюють і доводять вміст у ньому NaOH до 42-50% відповідно до стандарту. Поварена сіль та сульфат натрію при підвищенні концентрації гідроксиду натрію випадають в осад.
Розчин NaOH декантують від кристалів і передають як готовий продукт на склад або на стадію плавки каустика для отримання твердого продукту. Кристалічну кухонну сіль (зворотну сіль) повертають на електроліз, готуючи з неї так званий зворотний розсіл. З нього, щоб уникнути накопичення сульфату в розчинах перед приготуванням зворотного розсолу витягують сульфат. Втрата кухонної солі відшкодовують добавкою свіжого розсолу, отриманого підземним вилуговуванням соляних пластів або розчиненням твердої кухонної солі. Свіжий розсіл перед змішуванням його із зворотним розсолом очищають від механічних суспензій і значної частини іонів кальцію та магнію. Отриманий хлор відокремлюється від водної пари, компримується і передається або безпосередньо споживачам, або на зрідження хлору. Водень відокремлюється від води, компримується та передається споживачам.
У мембранному електролізері протікають самі хімічні реакції, що у діафрагмовому электролизере. Замість пористої діафрагми використовують катіонну мембрану (рис. 5).
Мал. 5.2. Схема мембранного електролізера
Мембрана перешкоджає проникненню іонів хлору в католіт (електроліт у катодному просторі), за рахунок чого безпосередньо в електролізері можна отримати каустичну соду майже без солі концентрацією від 30 до 35%. Оскільки зникає необхідність відокремлювати сіль, випарювання забезпечує отримання 50% комерційної каустичної соди значно простіше і при менших капіталовкладеннях і енерговитратах. Оскільки каустична сода в мембранному процесі значно більшої концентрації, то як катод використовують дорогий нікель.
Мал. 5.3. Схема ртутного електролізера
Сумарна реакція розкладання кухонної солі в ртутних електролізерах така сама, як і в діафрагмових:
NaCl+Н2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Однак тут вона проходить у дві стадії та кожна в окремому апараті: електролізері та розкладачі. Вони конструктивно поєднані між собою і називаються електролітичною ванною, а іноді ртутним електролізером.
На першій стадії процесу - в електролізер - проходить електролітичне розкладання кухонної солі (в електролізер подається її насичений розчин) з отриманням на аноді хлору, а на ртутному катоді - амальгами натрію, за наступною реакції:
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
У розкладачі проходить друга стадія процесу, який під дією води амальгама натрію переходить в гідроксид натрію і ртуть:
NaHgn + Н2O => NaOH +1/2H2+nHg
З усієї солі, поданої в електролізер з розсолом, реакцію (2) вступає лише 15-20% від поданої кількості, а решта сіль разом з водою виходить з електролізера у вигляді хлораноліту - розчину кухонної солі у воді, що містить 250-270 кг/ м3 NaCl, насиченого хлором. У розкладач подається «міцна амальгама», що виходить з електролізера, та вода.
Електролізер у всіх наявних конструкціях виготовляється у вигляді довгого і порівняно вузького, злегка похилого сталевого жолоба, дном якого самопливом тече тонкий шар амальгами, що є катодом, а зверху аноліт. Розсіл і слабка амальгама подаються з верхнього піднесеного краю електролізера через «вхідну кишеню».
Міцна амальгама витікає з нижнього кінця електролізера через «вихідну кишеню». Хлор і хлораноліт спільно виходять через патрубок, розташований також у нижнього кінця електролізера. Над усім дзеркалом потоку амальгами чи катодом з відривом 3-5 мм від катода підвішені аноди. Зверху електролізер перекритий кришкою.
Поширені два типи розкладачів: горизонтальні та вертикальні. Перші виготовляють у вигляді сталевого жолоба похилого тієї ж довжини, що і електролізер. Дном розкладача, що встановлюється з невеликим нахилом, тече потік амальгами. У цей потік занурена насадка розкладача, що виготовляється з графіту. Протиструмом рухається вода. В результаті розкладання амальгами вода насичується каустиком. Розчин каустика разом із воднем виходить із розкладача через патрубок у днище, а бідна амальгама чи ртуть насосом перекачується до кишені електролізера.
У комплект електролізної ванни окрім електролізера, розкладача, кишень та переточних трубопроводів входить ртутний насос. Використовуються два типи насосів. У тих випадках, коли ванни обладнані вертикальним розкладачем або коли розкладач встановлений під електролізером, використовуються відцентрові насоси звичайного типу, опущені в розкладач. У ванн, у яких розкладач встановлений поряд з електролізером, амальгаму перекачують роторним конусним насосом оригінального типу.
Всі сталеві частини електролізера, що торкаються хлору або хлораноліту, захищають покриттям з вулканізованої гуми особливої марки (гумування). Захисний шар гуми не є абсолютно стійким. Згодом він хлорується, від дії температури стає тендітним і розтріскується. Періодично захисний шар відновлюють. Всі інші частини електролізної ванни: розкладач, насос, перетікання - роблять із незахищеної сталі, оскільки ні водень, ні розчин каустика її не корродирують.
В даний час в ртутному електролізер найбільш поширені графітові аноди. Однак на заміну їм приходять ОРТА.
6.Техніка безпеки у хлорному виробництві
та охорона навколишнього середовища
Небезпека для персоналу у виробництві хлору визначається високою токсичністю хлору та ртуті, можливістю утворення в апаратурі вибухонебезпечних газових сумішей хлору та водню, водню та повітря, а також розчинів трихлористого азоту в рідкому хлорі, застосуванням у виробництві електролізерів – апаратів, що знаходяться під підвищеним електричним землі, властивостями їдкого лугу, що виробляється у цьому виробництві.
Вдихання повітря, що містить 0,1 мг/л хлору протягом 30-60 хв, є небезпечним для життя. Вдихання повітря, що містить понад 0,001 мг/л хлору, подразнює дихальні шляхи. Гранично допустима концентрація (ГДК) хлору повітря населених пунктів: середньодобова 0,03 мг/м3, максимальна разова 0,1 мг/м3, повітря робочої зони виробничих приміщень становить 1 мг/м3, поріг сприйняття запаху 2 мг/м3. При концентрації 3-6 мг/м3 відчувається виразний запах, відбувається подразнення (почервоніння) очей та слизових оболонок носа, при 15 мг/м3 – подразнення носоглотки, при 90 мг/м3 – інтенсивні напади кашлю. Вплив 120 - 180 мг/м3 протягом 30-60 хвилин небезпечний для життя, при 300 мг/м3 можливий летальний кінець, концентрація 2500 мг/м3 призводить до загибелі протягом 5 хвилин, при концентрації 3000 мг/м3 летальний кінець настає після декількох вдихів . Максимально допустима концентрація хлору для фільтруючих промислових та цивільних протигазів становить 2500 мг/м3.
Наявність хлору в повітрі визначають приладами хімічної розвідки: ВПХР, ППХР, ПХР-МВ з використанням індикаторних трубок ІТ-44 (рожеве забарвлення, поріг чутливості 5 мг/м3), ІТ-45 (помаранчеве забарвлення), аспіраторами АМ-5, АМ 0055, АМ-0059, НП-3М з індикаторними трубками на хлор, універсальним газоаналізатором УГ-2 з діапазоном виміру 0-80 мг/м3, газосигналізатором Коліон-701 в діапазоні 0-20 мг/м3. На відкритому просторі – приладами СІП «КОРСАР-Х». У закритому приміщенні – приладами СІП «ВЕГА-М». Для захисту від хлору при несправностях або аварійних ситуаціях люди, які перебувають у цехах, повинні мати при собі і своєчасно застосовувати протигази марок «В» або «БКФ» (крім цехів ртутного електролізу), а також захисний спецодяг: сукняні або прогумовані костюми, гумові чоботи та рукавиці. Коробки протигазів проти хлору мають бути забарвлені у жовтий колір.
Ртуть більш отруйна, ніж хлор. Гранично допустима концентрація її пари повітря становить 0,00001 мг/л. Вона вражає організм людини при вдиханні та при попаданні на шкіру, а також при зіткненні з амальгамованим предметами. Пари та бризки її адсорбуються (поглинаються) одягом, шкірою, зубами. У той самий час ртуть легко випаровується за нормальної температури; наявної в цеху електролізу, і концентрація її пари в повітрі набагато перевищує гранично допустиму. Тому цехи електролізу з рідким катодом обладнають потужною вентиляцією, яка за нормальної роботи забезпечує у атмосфері цеху допустимий рівень концентрації парів ртуті. Однак цього недостатньо для безпечної роботи. Ще необхідно дотримуватися так званої ртутної дисципліни: виконувати правила поводження з ртуттю. Наслідуючи їх, персонал до початку роботи проходить через санпропускник, у чистому відділенні якого залишає домашній одяг і одягає свіжостирану білизну, що є спецодягом. Наприкінці зміни верхній спецодяг та брудна білизна залишаються у брудному відділенні санпропускника, а працюючі приймають душ, чистять зуби та у чистому відділенні санпропускника одягають домашні речі.
У цехах, в яких працюють з хлором та ртуттю, слід користуватися протигазом марки «Г» (коробка протигазу пофарбована в чорний та жовтий кольори) та гумовими рукавичками., Правила «ртутної дисципліни» передбачають, що робота з ртуттю та амальгамованими поверхнями під шаром води; пролита ртуть повинна змиватися в каналізацію, де є ртутні пастки.
Для навколишнього середовища становлять небезпеку викиди хлору та парів ртуті в атмосферу, скидання в стічні води солей ртуті та краплинної ртуті, сполук, що містять активний хлор, та отруєння ґрунту ртутними шламами. Хлор в атмосферу потрапляє під час аварії, з вентиляційними викидами та абгазами з різних апаратів. Пари ртуті виносяться з повітрям із вентиляційних систем. Норма вмісту хлору повітря при викиді в атмосферу 0,03 мг/м3. Ця концентрація може бути досягнута, якщо застосовувати лужне багатоступінчасте промивання абгазів. Норма вмісту ртуті у повітрі при викидах в атмосферу 0,0003 мг/м3, а в стоках при зливі у водоймища 4 мг/м3.
Нейтралізують хлор такими розчинами:
вапняним молоком, для чого 1 вагову частину гашеного вапна заливають 3 частинами води, ретельно перемішують, потім зверху зливають вапняний розчин (наприклад, 10 кг гашеного вапна + 30 літрів води);
5%-ним водним розчином кальцинованої соди, для чого 2 вагові частини кальцинованої соди розчиняють при перемішуванні з 18 частинами води (наприклад, 5 кг кальцинованої соди + 95 літрів води);
5%-ним водним розчином їдкого натру, для чого 2 вагових частини їдкого натру розчиняють при перемішуванні з 18 частинами води (наприклад, 5 кг. їдкого натру + 95 літрів води).
При витік газоподібного хлору для погашення парів розпорошують воду. Норма витрати води не нормується.
При розливі рідкого хлору місце розливу огороджують земляним валом, заливають вапняним молоком, розчином соди, їдкого натру, або водою. Для знешкодження 1 тонни рідкого хлору необхідно 06-09 тонни води або 05-08 тонни розчинів. Для нейтралізації 1 тонни рідкого хлору потрібно 22-25 тонн розчинів або 333-500 тонн води.
Для розпилення води або розчинів застосовують поливомийні та пожежні машини, авторозливні станції (АЦ, ПМ-130, АРС-14, АРС-15), а також гідранти та спецсистеми, що є на хімічно небезпечних об'єктах.
Висновок
Оскільки обсяги хлору, одержуваного лабораторними методами мізерно малі проти постійно зростаючим попитом даний продукт, проводити із них порівняльний аналіз немає сенсу.
З електрохімічних методів виробництва найлегшим і найзручнішим є електроліз з рідким (ртутним) катодом, проте цей метод не позбавлений недоліків. Він завдає істотної шкоди навколишньому середовищу внаслідок випаровування та витоків металевої ртуті та газоподібного хлору.
Електролізери з твердим катодом унеможливлюють забруднення навколишнього середовища ртуттю. Вибираючи між діафрагмовими та мембранними електролізерами для нових виробничих потужностей, краще використовувати останні, оскільки вони економічніші, і дають можливість отримати кінцевий продукт вищої якості.
Список використаної літератури
1.Зарецький С. А., Сучков Ст Н., Животинський П. Б. Електрохімічна технологія неорганічних речовин та хімічні джерела струму: Підручник для учнів технікумів. М.: Вищ. Школа, 1980. 423 с.
2.Мазанко А. Ф., Камар'ян Г. М., Ромашин О. П. Промисловий мембранний електроліз. М.: вид-во "Хімія", 1989. 240 с.
.Позін М. Є. Технологія мінеральних солей (добрив, пестицидів, промислових солей, оксидів та кислот), ч.1, вид. 4-те, испр. Л., Вид-во "Хімія", 1974. 792 с.
.Фіошин М. Я., Павлов В. Н. Електроліз у неорганічній хімії. М.: вид-во "Наука", 1976. 106 с.
.Якименко Л. М. Виробництво хлору, каустичної соди та неорганічних хлорпродуктів. М.: вид-во "Хімія", 1974. 600 с.
Ітнернет-джерела
6.Правила безпеки при виробництві, зберіганні, транспортуванні та застосуванні хлору // URL: # "justify">7. Аварійно-хімічно небезпечні речовини // URL: # "justify">. Хлор: застосування // URL: # "justify">.
