Табиғатта хлор газ күйінде және басқа газдармен қосылыстар түрінде ғана кездеседі. Қалыпты жағдайға жақын жағдайда бұл жасылдау, улы, күйдіргіш газ. Оның салмағы ауадан да көп. Тәтті иісі бар. Хлор молекуласы екі атомнан тұрады. Ол тыныштықта жанбайды, бірақ жоғары температурада ол сутегімен әрекеттеседі, содан кейін жарылыс болуы мүмкін. Нәтижесінде фосген газы бөлінеді. Өте улы. Сонымен, ауадағы төмен концентрацияда да (1 дм3 үшін 0,001 мг) өлімге әкелуі мүмкін. Металл емес хлордың негізгі сипаттамасы - ол ауадан ауыр, сондықтан ол әрқашан сары-жасыл тұман түрінде еденге жақын болады.
Тарихи фактілер
Тәжірибеде алғаш рет бұл затты 1774 жылы К. Шелее тұз қышқылы мен пиролизитті біріктіру арқылы алған. Алайда 1810 жылы ғана П. Дэви хлорға сипаттама беріп, оны анықтай алдыжеке химиялық элемент.
Айта кетейік, 1772 жылы Джозеф Пристли хлорсутекті – хлордың сутегімен қосылысын ала алды, бірақ химик бұл екі элементті ажырата алмады.
Хлордың химиялық сипаттамасы
Хлор периодтық жүйенің VII тобының негізгі топшасының химиялық элементі. Ол үшінші периодта және атомдық нөмірі 17 (атом ядросында 17 протон) бар. Реактивті бейметалл. Cl.
әріптерімен белгіленген
Галогендердің типтік өкілі. Бұл түсі жоқ, бірақ өткір өткір иісі бар газдар. Әдетте улы. Барлық галогендер суда жақсы ериді. Олар ылғалды ауада темекі шеге бастайды.
Cl 3s2Зр5 атомының сыртқы электрондық конфигурациясы. Сондықтан қосылыстарда химиялық элемент -1, +1, +3, +4, +5, +6 және +7 тотығу деңгейлерін көрсетеді. Атомның коваленттік радиусы 0,96Å, Cl иондық радиусы 1,83 Å, атомның электронға жақындығы 3,65 эВ, иондану деңгейі 12,87 эВ.
Жоғарыда айтылғандай, хлор жеткілікті белсенді бейметалл болып табылады, ол кез келген дерлік металмен (кейбір жағдайларда қыздыру немесе ылғалды пайдалану, бромды ығыстыру кезінде) және бейметалдармен қосылыстар жасауға мүмкіндік береді. Ұнтақ түрінде ол металдармен жоғары температура әсер еткенде ғана әрекеттеседі.
Максималды жану температурасы - 2250 °C. Оттегімен ол оксидтер, гипохлориттер, хлориттер және хлораттар түзе алады. Құрамында оттегі бар барлық қосылыстар тотықтырғышпен әрекеттескенде жарылғыш боладызаттар. Айта кету керек, хлор оксидтері кездейсоқ жарылуы мүмкін, ал хлораттар кез келген инициаторларға әсер еткенде ғана жарылады.
Хлордың периодтық жүйедегі орны бойынша сипаттамасы:
• жай зат;
• периодтық жүйенің он жетінші тобының элементі;
• үшінші қатардың үшінші периоды;
• негізгі топшаның жетінші тобы;
• атомдық нөмірі 17;
• Cl белгісімен белгіленген;
• реактивті бейметал;
• галоген тобында;
• қалыпты жағдайда бұл өткір иісі бар сарғыш-жасыл түсті улы газ;
• хлор молекуласында 2 атом бар (Cl2 формуласы).
Хлордың физикалық қасиеттері:
• Қайнау температурасы: -34,04 °С;
• Балқу температурасы: -101,5 °С;
• Газдың тығыздығы - 3,214 г/л;
• тығыздығы сұйық хлор (қайнау кезінде) - 1,537 г/см3;
• қатты хлордың тығыздығы - 1,9 г/см 3;
• ерекше көлем – 1,745 x 10-3 л/жыл.
Хлор: температура өзгерістерінің сипаттамасы
Газ күйінде ол оңай сұйылуға бейім. 8 атмосфералық қысымда және 20 ° C температурада ол жасыл-сары сұйықтыққа ұқсайды. Ол өте жоғары коррозиялық қасиеттерге ие. Тәжірибе көрсеткендей, бұл химиялық элемент қысымның жоғарылауына байланысты сыни температураға дейін (143 ° C) сұйық күйді сақтай алады.
Егер ол -32 °C дейін салқындатылса,ол атмосфералық қысымға қарамастан оның агрегаттық күйін сұйықтыққа өзгертеді. Температураның одан әрі төмендеуімен кристалдану орын алады (-101 ° C).
Табиғаттағы хлор
Жер қыртысында тек 0,017% хлор бар. Негізгі бөлігі жанартаулық газдарда. Жоғарыда көрсетілгендей, зат жоғары химиялық белсенділікке ие, соның нәтижесінде ол табиғатта басқа элементтермен қосылыстарда кездеседі. Дегенмен, көптеген минералдардың құрамында хлор бар. Элементтің сипаттамасы жүзге жуық әртүрлі минералдардың пайда болуына мүмкіндік береді. Әдетте, бұл металл хлоридтері.
Сонымен қатар оның көп бөлігі мұхиттарда – шамамен 2%. Бұл хлоридтердің өте белсенді ерігендігімен және өзендер мен теңіздер арқылы тасымалдануымен байланысты. Кері процесс де мүмкін. Хлор қайтадан жағаға жуылады, содан кейін жел оны айналып өтеді. Сондықтан оның ең жоғары концентрациясы жағалау аймақтарында байқалады. Планетаның құрғақ аймақтарында біз қарастырып отырған газ судың булануынан түзіледі, соның нәтижесінде тұзды батпақтар пайда болады. Бұл заттың әлемде жыл сайын шамамен 100 миллион тоннасы өндіріледі. Бұл таңқаларлық емес, өйткені хлор бар көптеген кен орындары бар. Алайда оның сипаттамалары көбінесе оның географиялық орналасуына байланысты.
Хлорды алу әдістері
Бүгінгі таңда хлор алудың бірнеше әдістері бар, олардың ішінде ең көп таралғандары:
1. диафрагма. Бұл ең қарапайым және ең арзан. тұздыдиафрагмалық электролиздегі ерітінді анодтық кеңістікке түседі. Әрі қарай болат катодты тор диафрагмаға түседі. Оның құрамында аз мөлшерде полимер талшықтары бар. Бұл құрылғының маңызды ерекшелігі - қарсы ағын. Ол анодтық кеңістіктен катод кеңістігіне бағытталған, бұл хлор мен сілті бөлек алуға мүмкіндік береді.
2. Мембрана. Ең энергияны үнемдейтін, бірақ ұйымда жүзеге асыру қиын. Диафрагмаға ұқсас. Айырмашылығы анод пен катодтық кеңістіктер мембрана арқылы толығымен бөлінген. Сондықтан шығыс екі бөлек ағын болып табылады.
Айта кетейік, хим. осы әдістермен алынған элемент (хлор) әртүрлі болады. Мембраналық әдіс анағұрлым "таза" болып саналады.
3. Сұйық катодты сынап әдісі. Басқа технологиялармен салыстырғанда бұл опция ең таза хлорды алуға мүмкіндік береді.
Орнатудың негізгі схемасы электролизер мен өзара байланысты сорғы мен амальгамды ыдыратушыдан тұрады. Сорғымен айдалатын сынап ас тұзының ерітіндісімен бірге катод, ал көміртекті немесе графит электродтары анод қызметін атқарады. Қондырғының жұмыс істеу принципі келесідей: хлор электролиттен бөлінеді, ол электролизерден анолитпен бірге шығарылады. Соңғысынан қоспалар мен хлор қалдықтары жойылып, галитпен қаныққан және қайтадан электролизге қайтарылады.
Өнеркәсіптік қауіпсіздік талаптары және өндірістің рентабельсіздігі сұйық катодты қатты катодқа ауыстыруға әкелді.
Хлорды өнеркәсіпте қолданумақсаттар
Хлордың қасиеттері оны өнеркәсіпте белсенді түрде қолдануға мүмкіндік береді. Осы химиялық элементтің көмегімен әртүрлі хлорорганикалық қосылыстар (винилхлорид, хлор-каучук және т.б.), дәрілік заттар, дезинфекциялық заттар алынады. Бірақ бұл саланың ең үлкен саласы - тұз қышқылы мен әк өндірісі.
Ауыз суды тазарту әдістері кеңінен қолданылады. Бүгінде олар бұл әдісті озонизациямен алмастыруға тырысуда, өйткені біз қарастырып отырған зат адам ағзасына теріс әсер етеді, сонымен қатар хлорлы су құбырларды бұзады. Бұл бос күйде Cl полиолефиндерден жасалған құбырларға кері әсер ететініне байланысты. Дегенмен, көптеген елдер хлорлау әдісін қалайды.
Сонымен қатар хлор металлургияда қолданылады. Оның көмегімен бірқатар сирек металдар (ниобий, тантал, титан) алынады. Химия өнеркәсібінде әртүрлі хлорорганикалық қосылыстар арамшөптермен күресу үшін және басқа ауылшаруашылық мақсаттарда белсенді қолданылады, элемент ағартқыш ретінде де қолданылады.
Химиялық құрылымының арқасында хлор органикалық және бейорганикалық бояғыштардың көпшілігін жояды. Бұл олардың түстерін толығымен өзгерту арқылы қол жеткізіледі. Мұндай нәтиже су болған жағдайда ғана мүмкін болады, өйткені ағарту процесі хлордың ыдырауынан кейін түзілетін атомдық оттегінің әсерінен жүреді: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Бұл әдісті жұп қолданғанғасырлар бұрын және әлі де танымал.
Бұл затты хлорорганикалық инсектицидтерді өндіру үшін қолдану өте танымал. Бұл ауылшаруашылық препараттары зиянды организмдерді өлтіріп, өсімдіктерді тұтас қалдырады. Жер бетінде өндірілетін барлық хлордың едәуір бөлігі ауыл шаруашылығы қажеттіліктеріне жұмсалады.
Ол сондай-ақ пластикалық қосылыстар мен резеңке өндірісінде қолданылады. Олардың көмегімен сым оқшаулау, кеңсе тауарлары, жабдықтар, тұрмыстық техниканың қабықшалары және т.б. жасалады. Осындай жолмен алынған каучуктар адамға зиян келтіреді деген пікір бар, бірақ бұл ғылыммен расталмаған.
Айта кетейік, хлор (заттың сипаттамаларын біз бұрын егжей-тегжейлі ашқан болатынбыз) және оның қыша газы мен фосген сияқты туындылары да химиялық соғыс агенттерін алу үшін әскери мақсатта қолданылады.
Хлор бейметалдардың жарқын өкілі ретінде
Бейметалдар – газдар мен сұйықтықтарды қамтитын қарапайым заттар. Көп жағдайда олар электр тогын металдарға қарағанда нашар өткізеді және физикалық және механикалық сипаттамаларда айтарлықтай айырмашылықтарға ие. Ионданудың жоғары деңгейінің көмегімен олар ковалентті химиялық қосылыстар түзе алады. Төменде хлор мысалында бейметалдың сипаттамасы берілген.
Жоғарыда айтылғандай, бұл химиялық элемент газ болып табылады. Қалыпты жағдайда оның металдарға ұқсас қасиеттері мүлдем жоқ. Сыртқы көмексіз ол оттегімен, азотпен, көміртегімен және т.б.жай заттармен және кейбір күрделі заттармен байланыста тотықтырғыш қасиет көрсетеді. Оның химиялық сипаттамаларында анық көрінетін галогендерге жатады. Галогендердің басқа өкілдерімен (бром, астатин, йод) қосылыстарда оларды ығыстырады. Газ күйінде хлор (оның сипаттамасы - бұл тікелей растау) жақсы ериді. Бұл тамаша дезинфекциялаушы. Тек тірі ағзаларды өлтіреді, бұл оны ауыл шаруашылығы мен медицинада таптырмас етеді.
Улы зат ретінде қолдану
Хлор атомының сипаттамасы оны улы агент ретінде пайдалануға мүмкіндік береді. Алғаш рет газды Германия 1915 жылы 22 сәуірде Бірінші дүниежүзілік соғыс кезінде пайдаланды, соның салдарынан 15 мыңға жуық адам қаза тапты. Қазіргі уақытта ол улы зат ретінде қолданылмайды.
Тұншықтырғыш зат ретіндегі химиялық элементке қысқаша сипаттама берейік. Тұншығу арқылы адам ағзасына әсер етеді. Біріншіден, ол жоғарғы тыныс жолдарын және көздің шырышты қабығын тітіркендіреді. Қатты жөтел тұншығу ұстамаларынан басталады. Әрі қарай, өкпеге еніп, газ өкпе тінін коррозияға ұшыратады, бұл ісінуге әкеледі. Маңызды! Хлор тез әсер ететін зат.
Ауадағы концентрацияға байланысты белгілер әртүрлі. Адамда төмен мазмұнмен көздің шырышты қабығының қызаруы, аздап ентігу байқалады. Атмосферадағы 1,5-2 г/м3 мөлшері кеудедегі ауырлық пен толқуды, жоғарғы тыныс алу жолдарындағы өткір ауырсынуды тудырады. Сондай-ақ, жағдай ауыр лакримациямен бірге жүруі мүмкін. Бөлмеде болғаннан кейін 10-15 минуттан кейінхлордың мұндай концентрациясымен өкпенің қатты күйіп қалуы және өлім пайда болады. Жоғары концентрацияда жоғарғы тыныс жолдарының салдануынан бір минут ішінде өлім болуы мүмкін.
Бұл затпен жұмыс істегенде комбинезондарды, противогаздарды, қолғаптарды қолданған жөн.
Ағзалар мен өсімдіктер тіршілігіндегі хлор
Хлор барлық дерлік тірі ағзалардың бөлігі болып табылады. Ерекшелігі ол таза күйінде емес, қосылыстар түрінде болады.
Жануарлар мен адам ағзаларында хлор иондары осмостық теңдікті сақтайды. Бұл олардың мембраналық жасушаларға ену үшін ең қолайлы радиусқа ие болуына байланысты. Калий иондарымен бірге Cl су-тұз балансын реттейді. Ішекте хлорид иондары асқазан сөлінің протеолитикалық ферменттерінің әрекеті үшін қолайлы жағдай жасайды. Хлор арналары біздің денеміздің көптеген жасушаларында қамтамасыз етілген. Олар арқылы жасушааралық сұйықтық алмасу жүреді және жасушаның рН деңгейі сақталады. Ағзадағы бұл элементтің жалпы көлемінің шамамен 85% жасушааралық кеңістікте орналасады. Ол ағзадан уретра арқылы шығарылады. Бала емізу кезінде әйел денесі өндіреді.
Дамудың осы кезеңінде хлор және оның қосылыстары қандай ауруларды қоздыратынын біржақты айту қиын. Бұл осы саладағы зерттеулердің болмауына байланысты.
Сонымен қатар хлорид иондары өсімдік жасушаларында болады. Ол энергия алмасуға белсенді қатысады. Бұл элементсіз фотосинтез процесі мүмкін емес. Оның көмегіментамырлар қажетті заттарды белсенді түрде сіңіреді. Бірақ өсімдіктердегі хлордың жоғары концентрациясы зиянды әсер етуі мүмкін (фотосинтез процесін баяулатады, даму мен өсуді тоқтатады).
Алайда флораның «дос бола алатын» немесе кем дегенде осы элементпен тіл табыса алатын өкілдері бар. Бейметалдың (хлордың) сипаттамасы заттың топырақты тотықтыру қабілеті сияқты элементті қамтиды. Эволюция процесінде галофиттер деп аталатын жоғарыда аталған өсімдіктер осы элементтің шамадан тыс көп болуынан бос болатын бос тұзды батпақтарды алып жатты. Олар хлорид иондарын сіңіреді, содан кейін жапырақтардың түсуі арқылы олардан құтылады.
Хлорды тасымалдау және сақтау
Хлорды жылжытудың және сақтаудың бірнеше жолы бар. Элементтің сипаттамасы арнайы жоғары қысымды цилиндрлердің қажеттілігін білдіреді. Мұндай контейнерлерде сәйкестендіру белгісі бар - тік жасыл сызық. Цилиндрлерді ай сайын мұқият шаю керек. Хлорды ұзақ сақтаған кезде оларда өте жарылғыш тұнба пайда болады - азот трихлориді. Барлық қауіпсіздік ережелері сақталмаса, өздігінен тұтану және жарылыс болуы мүмкін.
Хлорды зерттеу
Болашақ химиктер хлордың қасиеттерін білуі керек. Жоспар бойынша 9-сынып оқушылары пән бойынша базалық білімдер негізінде бұл затпен тіпті зертханалық тәжірибелер де жасай алады. Әрине, мұғалім қауіпсіздік техникасы бойынша нұсқаулық жүргізуге міндетті.
Жұмыс реті келесідей: колбаны бірге алу керекхлор және оған ұсақ металл жоңқаларын құйыңыз. Ұшу кезінде чиптер жарқыраған ұшқындармен жанады және бір уақытта SbCl3 ақшыл ақ түтін пайда болады. Қалайы фольга хлоры бар ыдысқа батырылғанда, ол да өздігінен тұтанады, ал отты қар түйіршіктері колба түбіне баяу түседі. Бұл реакция кезінде түтінді сұйықтық түзіледі - SnCl4. Ыдысқа темір жоңқаларын салғанда қызыл «тамшылар» пайда болып, қызыл түтін пайда болады FeCl3.
Практикалық жұмыстармен қатар теория қайталанады. Атап айтқанда, хлордың периодтық жүйедегі орны бойынша сипаттамасы сияқты мәселе (мақаланың басында сипатталған).
Тәжірибелер нәтижесінде элемент органикалық қосылыстарға белсенді түрде әрекеттесетіні белгілі болды. Егер сіз скипидарға малынған мақтаны хлорлы банкаға салсаңыз, ол лезде тұтанып, колбадан күйе күрт түседі. Натрий сарғыш жалынмен тиімді жанады, ал химиялық ыдыстардың қабырғаларында тұз кристалдары пайда болады. Студенттер әлі де жас химик Н. Н. Семеновтың (кейін Нобель сыйлығының лауреаты) осындай тәжірибе жүргізгеннен кейін колбаның қабырғаларынан тұз жинап, оған нан сеуіп жегенін білуге қызығады. Химия дұрыс болып шықты, ғалымды жерге қаратпады. Химик жүргізген тәжірибе нәтижесінде кәдімгі ас тұзы шынымен де шықты!
