در طبیعت، کلر به صورت گازی و فقط به صورت ترکیبات با سایر گازها وجود دارد. در شرایط نزدیک به نرمال، گازی مایل به سبز، سمی و سوزاننده است. وزن آن بیشتر از هوا است. بوی شیرینی دارد. مولکول کلر شامل دو اتم است. در حالت استراحت نمی سوزد، اما در دماهای بالا با هیدروژن تعامل می کند، پس از آن انفجار امکان پذیر است. در نتیجه گاز فسژن آزاد می شود. خیلی سمی بنابراین، حتی در غلظت کم در هوا (0.001 میلی گرم در هر 1 dm3) می تواند باعث مرگ شود. مشخصه اصلی کلر غیرفلزی این است که از هوا سنگین تر است، بنابراین همیشه به شکل مه سبز مایل به زرد در نزدیکی زمین قرار می گیرد.
حقایق تاریخی
برای اولین بار در عمل، این ماده توسط K. Schelee در سال 1774 با ترکیب اسید هیدروکلریک و پیرولوزیت به دست آمد. با این حال، تنها در سال 1810، P. Davy توانست کلر را مشخص کند و آن را ثابت کندیک عنصر شیمیایی جداگانه.
شایان ذکر است که در سال 1772 جوزف پریستلی توانست کلرید هیدروژن - ترکیبی از کلر با هیدروژن - به دست آورد، اما شیمیدان نتوانست این دو عنصر را از هم جدا کند.
مشخصات شیمیایی کلر
کلر یک عنصر شیمیایی از زیر گروه اصلی گروه VII جدول تناوبی است. در دوره سوم است و دارای عدد اتمی 17 (17 پروتون در هسته اتم) است. نافلز راکتیو مشخص شده با حروف Cl.
نماینده معمولی هالوژن است. اینها گازهایی هستند که رنگ ندارند، اما بوی تند تند دارند. معمولا سمی است. همه هالوژن ها در آب بسیار محلول هستند. وقتی در معرض هوای مرطوب قرار می گیرند شروع به سیگار کشیدن می کنند.
پیکربندی الکترونیکی خارجی اتم Cl 3s2Зр5. بنابراین در ترکیبات عنصر شیمیایی سطوح اکسیداسیون 1-، 1+، 3+، 4+، 5+، 6+ و 7+ را نشان می دهد. شعاع کووالانسی اتم 0.96A، شعاع یونی Cl 1.83 Å، میل ترکیبی اتم به الکترون 3.65 eV، سطح یونیزاسیون 12.87 eV است.
همانطور که در بالا ذکر شد، کلر یک غیرفلز نسبتاً فعال است که به شما امکان می دهد تقریباً با هر فلزی (در برخی موارد، با حرارت دادن یا استفاده از رطوبت و در عین حال جابجایی برم) و غیر فلزات ترکیباتی ایجاد کنید. به صورت پودر، تنها زمانی با فلزات واکنش نشان می دهد که در معرض دمای بالا قرار گیرد.
حداکثر دمای احتراق - 2250 درجه سانتیگراد. با اکسیژن، می تواند اکسیدها، هیپوکلریت ها، کلریت ها و کلرات ها را تشکیل دهد. تمام ترکیبات حاوی اکسیژن هنگام برهمکنش با اکسید کننده، انفجاری می شوندمواد شایان ذکر است که اکسیدهای کلر می توانند به طور تصادفی منفجر شوند، در حالی که کلرات ها تنها زمانی منفجر می شوند که در معرض هر آغازگر قرار گیرند.
ویژگی کلر بر اساس موقعیت در جدول تناوبی:
• ماده ساده؛
• عنصر گروه هفدهم جدول تناوبی؛
• دوره سوم از ردیف سوم؛
• گروه هفتم از زیر گروه اصلی;
• عدد اتمی 17;
• نشان داده شده با نماد Cl;
• غیر فلزی واکنشی؛
• در گروه هالوژن قرار دارد؛
• در شرایط تقریباً عادی، یک گاز سمی به رنگ سبز مایل به زرد با بوی تند است؛
• مولکول کلر دارای 2 اتم است (فرمول Cl2).
خواص فیزیکی کلر:
• نقطه جوش: -34.04°C؛
• نقطه ذوب: -101.5°C؛
• چگالی گازی - 3.214 گرم در لیتر؛
• چگالی از کلر مایع (در طول جوش) - 1.537 گرم در سانتی متر3;
• چگالی کلر جامد - 1.9 گرم در سانتی متر 3;
• حجم خاص – 1.745 x 10-3 لیتر در سال.
کلر: ویژگی های تغییرات دما
در حالت گازی به راحتی به مایع تبدیل می شود. در فشار 8 اتمسفر و دمای 20 درجه سانتیگراد شبیه مایع زرد مایل به سبز به نظر می رسد. خواص خوردگی بسیار بالایی دارد. همانطور که تمرین نشان می دهد، این عنصر شیمیایی می تواند یک حالت مایع را تا دمای بحرانی (143 درجه سانتیگراد)، در معرض افزایش فشار حفظ کند.
اگر تا -32 درجه سانتیگراد خنک شود،بدون توجه به فشار اتمسفر، حالت تجمع خود را به مایع تغییر می دهد. با کاهش بیشتر دما، تبلور (در -101 درجه سانتیگراد) رخ می دهد.
کلر در طبیعت
پوسته زمین فقط ۰.۰۱۷ درصد کلر دارد. بخش عمده آن در گازهای آتشفشانی است. همانطور که در بالا ذکر شد، این ماده دارای فعالیت شیمیایی بالایی است، در نتیجه در طبیعت در ترکیبات با عناصر دیگر وجود دارد. با این حال، بسیاری از مواد معدنی حاوی کلر هستند. ویژگی عنصر اجازه می دهد تا حدود صد ماده معدنی مختلف تشکیل شود. به عنوان یک قاعده، اینها کلریدهای فلزی هستند.
همچنین، مقدار زیادی از آن در اقیانوس ها است - تقریباً 2٪. این به دلیل این واقعیت است که کلریدها به طور فعال توسط رودخانه ها و دریاها حل شده و حمل می شوند. روند معکوس نیز امکان پذیر است. کلر به سمت ساحل شسته می شود و سپس باد آن را به اطراف می برد. به همین دلیل است که بیشترین غلظت آن در مناطق ساحلی مشاهده می شود. در مناطق خشک سیاره، گاز مورد نظر ما از تبخیر آب تشکیل می شود که در نتیجه شوره زارها ظاهر می شوند. سالانه حدود 100 میلیون تن از این ماده در جهان استخراج می شود. با این حال، تعجب آور نیست، زیرا ذخایر زیادی حاوی کلر وجود دارد. با این حال، ویژگی‌های آن تا حد زیادی به موقعیت جغرافیایی آن بستگی دارد.
روشهای به دست آوردن کلر
امروزه روش های مختلفی برای به دست آوردن کلر وجود دارد که رایج ترین آنها عبارتند از:
1. دیافراگم این ساده ترین و کم هزینه ترین است. هیدروکلریکمحلول در الکترولیز دیافراگم وارد فضای آند می شود. بیشتر در شبکه کاتد فولادی به دیافراگم جریان می یابد. حاوی مقدار کمی الیاف پلیمری است. یکی از ویژگی های مهم این دستگاه جریان مخالف است. از فضای آند به فضای کاتد هدایت می شود که این امر امکان بدست آوردن کلر و لیمو را به طور جداگانه فراهم می کند.
2. غشاء. کارآمدترین در مصرف انرژی، اما اجرای آن در یک سازمان دشوار است. شبیه دیافراگم. تفاوت این است که فضای آند و کاتد به طور کامل توسط یک غشاء از هم جدا شده اند. بنابراین، خروجی دو جریان جداگانه است.
شایان ذکر است که ویژگی شیمی. عنصر (کلر) بدست آمده با این روش ها متفاوت خواهد بود. روش غشایی "تمیزتر" در نظر گرفته می شود.
3. روش جیوه با کاتد مایع. در مقایسه با سایر فناوری‌ها، این گزینه به شما امکان می‌دهد خالص‌ترین کلر را دریافت کنید.
نمودار اصلی نصب شامل یک الکترولیز و پمپ به هم پیوسته و تجزیه کننده آمالگام است. جیوه پمپ شده توسط پمپ همراه با محلول نمک معمولی به عنوان کاتد و الکترودهای کربن یا گرافیت به عنوان آند عمل می کنند. اصل عملکرد نصب به شرح زیر است: کلر از الکترولیت آزاد می شود که همراه با آنولیت از الکترولیز خارج می شود. ناخالصی‌ها و باقیمانده‌های کلر از دومی جدا می‌شوند، با هالیت اشباع می‌شوند و دوباره به الکترولیز برمی‌گردند.
الزامات ایمنی صنعتی و عدم سوددهی تولید منجر به جایگزینی کاتد مایع با کاتد جامد شد.
استفاده از کلر در صنعتاهداف
خواص کلر اجازه می دهد تا به طور فعال در صنعت استفاده شود. به کمک این عنصر شیمیایی، ترکیبات آلی کلر (وینیل کلرید، کلرو لاستیک و …)، داروها و مواد ضدعفونی کننده به دست می آید. اما بزرگترین جایگاهی که این صنعت اشغال کرده، تولید اسید کلریدریک و آهک است.
روشهای تصفیه آب آشامیدنی به طور گسترده استفاده می شود. امروزه آنها سعی می کنند از این روش دور شده و ازن زنی را جایگزین آن کنند، زیرا ماده مورد نظر ما بر بدن انسان تأثیر منفی می گذارد، علاوه بر این، آب کلردار خطوط لوله را از بین می برد. این به دلیل این واقعیت است که کلر در حالت آزاد بر لوله های ساخته شده از پلی اولفین ها تأثیر منفی می گذارد. با این حال، بیشتر کشورها روش کلرزنی را ترجیح می دهند.
همچنین از کلر در متالورژی استفاده می شود. با کمک آن، تعدادی از فلزات کمیاب (نیوبیوم، تانتالیوم، تیتانیوم) به دست می آید. در صنایع شیمیایی از ترکیبات کلر آلی مختلف به طور فعال برای کنترل علف های هرز استفاده می شود و برای سایر اهداف کشاورزی نیز از این عنصر به عنوان سفید کننده استفاده می شود.
کلر به دلیل ساختار شیمیایی خود اکثر رنگ های آلی و معدنی را از بین می برد. این امر با تغییر رنگ کامل آنها حاصل می شود. چنین نتیجه ای تنها در صورت وجود آب امکان پذیر است، زیرا فرآیند سفید کردن به دلیل اکسیژن اتمی رخ می دهد که پس از تجزیه کلر تشکیل می شود: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. این روش توسط یک زوج استفاده شده است.قرن ها پیش و هنوز هم محبوب است.
استفاده از این ماده برای تولید حشره کش های ارگانوکلر بسیار محبوب است. این محصولات کشاورزی ارگانیسم های مضر را از بین می برند و گیاهان را دست نخورده باقی می گذارند. بخش قابل توجهی از کل کلر استخراج شده در این سیاره صرف نیازهای کشاورزی می شود.
همچنین در تولید ترکیبات پلاستیکی و لاستیک استفاده می شود. با کمک آنها عایق سیم، لوازم التحریر، تجهیزات، پوسته لوازم خانگی و … ساخته می شود. این عقیده وجود دارد که لاستیک هایی که از این طریق به دست می آیند به انسان آسیب می رسانند، اما علم این را تأیید نمی کند.
شایان ذکر است که کلر (ویژگی های ماده قبلاً به تفصیل توسط ما افشا شد) و مشتقات آن مانند گاز خردل و فسژن نیز برای اهداف نظامی برای به دست آوردن عوامل جنگ شیمیایی استفاده می شود.
کلر به عنوان نماینده درخشان غیر فلزات
غیر فلزات مواد ساده ای هستند که شامل گازها و مایعات می شوند. در بیشتر موارد، جریان الکتریکی را بدتر از فلزات هدایت می کنند و از نظر خصوصیات فیزیکی و مکانیکی تفاوت های قابل توجهی دارند. با کمک سطح بالایی از یونیزاسیون، آنها قادر به تشکیل ترکیبات شیمیایی کووالانسی هستند. در زیر، با استفاده از مثال کلر، مشخصه ای از یک غیر فلز داده می شود.
همانطور که در بالا ذکر شد، این عنصر شیمیایی یک گاز است. در شرایط عادی، کاملاً فاقد خواص مشابه فلزات است. بدون کمک خارجی، نمی تواند با اکسیژن، نیتروژن، کربن و غیره تعامل داشته باشد.در پیوند با مواد ساده و برخی مواد پیچیده، خاصیت اکسید کنندگی را نشان می دهد. به هالوژن ها اشاره دارد که به وضوح در ویژگی های شیمیایی آن منعکس شده است. در ترکیبات با سایر نمایندگان هالوژن (برم، استاتین، ید)، آنها را جابجا می کند. در حالت گازی، کلر (ویژگی آن تأیید مستقیم این است) به خوبی حل می شود. این یک ضد عفونی کننده عالی است. فقط موجودات زنده را می کشد، که آن را در کشاورزی و پزشکی ضروری می کند.
استفاده به عنوان ماده سمی
ویژگی اتم کلر اجازه می دهد تا از آن به عنوان یک عامل سمی استفاده شود. برای اولین بار گاز توسط آلمان در 22 آوریل 1915 در طول جنگ جهانی اول استفاده شد که در نتیجه آن حدود 15 هزار نفر جان خود را از دست دادند. در حال حاضر از آن به عنوان ماده سمی استفاده نمی شود.
بیایید توضیح مختصری در مورد عنصر شیمیایی به عنوان یک عامل خفه کننده ارائه دهیم. از طریق خفگی بر بدن انسان تأثیر می گذارد. ابتدا مجاری تنفسی فوقانی و غشاهای مخاطی چشم را تحریک می کند. سرفه شدید با حملات خفگی شروع می شود. علاوه بر این، گاز با نفوذ به ریه ها، بافت ریه را خورده می کند که منجر به ادم می شود. مهم! کلر یک ماده سریع الاثر است.
بسته به غلظت در هوا، علائم متفاوت است. با محتوای کم در فرد، قرمزی غشای مخاطی چشم، تنگی نفس خفیف مشاهده می شود. محتوای موجود در جو 1.5-2 گرم در متر 3 باعث سنگینی و هیجان در قفسه سینه، درد شدید در دستگاه تنفسی فوقانی می شود. همچنین، این وضعیت ممکن است با اشکی شدید همراه باشد. بعد از 10-15 دقیقه حضور در اتاقبا چنین غلظتی از کلر، سوختگی شدید ریه ها و مرگ رخ می دهد. در غلظت های بالاتر، مرگ در عرض یک دقیقه از فلج دستگاه تنفسی فوقانی امکان پذیر است.
هنگام کار با این ماده توصیه می شود از روپوش، ماسک ضد گاز، دستکش استفاده کنید.
کلر در زندگی موجودات و گیاهان
کلر تقریباً بخشی از همه موجودات زنده است. ویژگی آن این است که نه به صورت خالص، بلکه به صورت ترکیبات موجود است.
در موجودات جانوران و انسان، یونهای کلرید برابری اسمزی را حفظ می کنند. این به دلیل این واقعیت است که آنها مناسب ترین شعاع برای نفوذ به سلول های غشایی را دارند. کلر همراه با یون های پتاسیم تعادل آب و نمک را تنظیم می کند. در روده، یون های کلرید یک محیط مساعد برای عمل آنزیم های پروتئولیتیک شیره معده ایجاد می کنند. کانال های کلر در بسیاری از سلول های بدن ما وجود دارد. از طریق آنها تبادل مایع بین سلولی صورت می گیرد و PH سلول حفظ می شود. حدود 85 درصد از حجم کل این عنصر در بدن در فضای بین سلولی قرار دارد. از طریق مجرای ادرار از بدن دفع می شود. تولید شده توسط بدن زن در دوران شیردهی.
در این مرحله از رشد، دشوار است که به صراحت بگوییم کدام بیماری ها توسط کلر و ترکیبات آن تحریک می شوند. این به دلیل عدم تحقیق در این زمینه است.
همچنین یون های کلرید در سلول های گیاهی وجود دارد. او فعالانه در تبادل انرژی شرکت می کند. بدون این عنصر، فرآیند فتوسنتز غیرممکن است. با کمک اوریشه ها به طور فعال مواد لازم را جذب می کنند. اما غلظت بالای کلر در گیاهان می تواند اثر مضری داشته باشد (کاهش فرآیند فتوسنتز، توقف رشد و رشد).
با این حال، چنین نمایندگانی از فلور وجود دارند که می توانند "دوست پیدا کنند" یا حداقل با این عنصر کنار بیایند. ویژگی یک غیر فلز (کلر) شامل مواردی مانند توانایی یک ماده برای اکسید کردن خاک است. در فرآیند تکامل، گیاهان ذکر شده در بالا که هالوفیت نامیده می شوند، نمکزارهای خالی را اشغال کردند که به دلیل فراوانی بیش از حد این عنصر خالی بودند. آنها یون های کلرید را جذب می کنند و سپس با کمک ریزش برگ از شر آنها خلاص می شوند.
حمل و نقل و ذخیره کلر
راه های مختلفی برای جابجایی و ذخیره کلر وجود دارد. ویژگی عنصر نیاز به سیلندرهای فشار بالا خاص را نشان می دهد. چنین ظروف دارای یک علامت شناسایی هستند - یک خط سبز عمودی. سیلندرها باید ماهانه کاملاً شسته شوند. با ذخیره طولانی مدت کلر، یک رسوب بسیار انفجاری در آنها تشکیل می شود - تری کلرید نیتروژن. احتراق و انفجار خود به خود در صورت رعایت نکردن تمام قوانین ایمنی امکان پذیر است.
مطالعه کلر
شیمیدانان آینده باید ویژگی های کلر را بدانند. طبق برنامه، دانش‌آموزان پایه نهم حتی می‌توانند بر اساس دانش اولیه این رشته، آزمایش‌های آزمایشگاهی با این ماده انجام دهند. طبیعتاً معلم موظف به برگزاری جلسه توجیهی ایمنی است.
ترتیب کار به شرح زیر است: باید یک فلاسک را با آن ببریدکلر و براده های فلزی کوچک داخل آن بریزید. در حین پرواز، تراشه ها با جرقه های درخشان درخشان شعله ور می شوند و در همان زمان دود سفید روشن SbCl3 تشکیل می شود. وقتی فویل قلع در ظرف حاوی کلر غوطه ور می شود، به طور خود به خود مشتعل می شود و دانه های برف آتشین به آرامی به ته فلاسک می ریزند. در طی این واکنش، یک مایع دودی تشکیل می شود - SnCl4. هنگامی که براده های آهن در ظرف قرار می گیرد، "قطره های" قرمز تشکیل می شود و دود قرمز ظاهر می شود FeCl3.
همراه با کار عملی، تئوری تکرار می شود. به طور خاص، سؤالی مانند توصیف کلر بر اساس موقعیت در سیستم تناوبی (در ابتدای مقاله توضیح داده شد).
در نتیجه آزمایش ها، معلوم شد که این عنصر به طور فعال به ترکیبات آلی واکنش نشان می دهد. اگر پشم پنبه آغشته به سقز را در یک شیشه کلر قرار دهید، فورا مشتعل می شود و دوده به شدت از فلاسک می ریزد. سدیم به طور موثر با شعله ای زرد رنگ می دود و کریستال های نمک روی دیواره ظروف شیمیایی ظاهر می شوند. دانش آموزان علاقه مند خواهند بود بدانند که N. N. Semenov (بعدها برنده جایزه نوبل)، در حالی که هنوز یک شیمیدان جوان بود، پس از انجام چنین آزمایشی، نمک را از دیواره فلاسک جمع آوری کرد و با پاشیدن نان با آن، آن را خورد. شیمی درست بود و دانشمند را ناامید نکرد. در نتیجه آزمایشی که توسط شیمیدان انجام شد، نمک معمولی معمولی واقعاً معلوم شد!
