Proprietà fisiche del cloro. Cloro: proprietà, applicazione, produzione

In natura il cloro si trova allo stato gassoso e solo sotto forma di composti con altri gas. In condizioni prossime alla normalità è un gas velenoso e caustico di colore verdastro. Ha più peso dell'aria. Ha un odore dolce. Una molecola di cloro contiene due atomi. In uno stato calmo non brucia, ma a temperature elevate interagisce con l'idrogeno, dopo di che è possibile un'esplosione. Di conseguenza, viene rilasciato gas fosgene. Molto velenoso. Pertanto, anche a basse concentrazioni nell'aria (0,001 mg per 1 dm 3) può causare la morte. il cloro afferma che è più pesante dell'aria, quindi si troverà sempre vicino al pavimento sotto forma di una foschia verde-giallastra.

Fatti storici

Per la prima volta nella pratica, questa sostanza fu ottenuta da K. Scheeley nel 1774 combinando acido cloridrico e pirolusite. Tuttavia, solo nel 1810 P. Davy riuscì a caratterizzare il cloro e stabilire che si tratta di un elemento chimico separato.

Vale la pena notare che nel 1772 riuscì a ottenere l'acido cloridrico, un composto di cloro e idrogeno, ma il chimico non riuscì a separare questi due elementi.

Caratteristiche chimiche del cloro

Il cloro è un elemento chimico del sottogruppo principale del gruppo VII della tavola periodica. È nel terzo periodo e ha numero atomico 17 (17 protoni nel nucleo atomico). Non metallo chimicamente attivo. Indicato con le lettere Cl.

È un tipico rappresentante di gas che non hanno colore, ma hanno un odore pungente e pungente. Tipicamente tossico. Tutti gli alogeni sono ben diluiti in acqua. Se esposti all'aria umida, iniziano a fumare.

La configurazione elettronica esterna dell'atomo di Cl è 3s2Зр5. Pertanto, nei composti, un elemento chimico presenta livelli di ossidazione pari a -1, +1, +3, +4, +5, +6 e +7. Il raggio covalente dell'atomo è 0,96 Å, il raggio ionico di Cl- è 1,83 Å, l'affinità elettronica atomica è 3,65 eV, il livello di ionizzazione è 12,87 eV.

Come affermato sopra, il cloro è un non metallo abbastanza attivo, il che rende possibile creare composti con quasi tutti i metalli (in alcuni casi utilizzando calore o umidità, sostituendo il bromo) e non metalli. Sotto forma di polvere, reagisce con i metalli solo se esposto ad alte temperature.

La temperatura massima di combustione è 2250 °C. Con l'ossigeno può formare ossidi, ipocloriti, cloriti e clorati. Tutti i composti contenenti ossigeno diventano esplosivi quando interagiscono con sostanze ossidanti. Vale la pena notare che possono esplodere arbitrariamente, mentre i clorati esplodono solo se esposti a qualsiasi iniziatore.

Caratteristiche del cloro per posizione nel sistema periodico:

Sostanza semplice;
. elemento del diciassettesimo gruppo della tavola periodica;
. terzo periodo della terza fila;
. settimo gruppo del sottogruppo principale;
. numero atomico 17;
. indicato con il simbolo Cl;
. reattivo non metallico;
. è nel gruppo degli alogeni;
. in condizioni prossime alla normalità è un gas velenoso di colore verde-giallastro con odore pungente;
. una molecola di cloro ha 2 atomi (formula Cl 2).

Proprietà fisiche del cloro:

Punto di ebollizione: -34,04 °C;
. punto di fusione: -101,5 °C;
. densità allo stato gassoso - 3,214 g/l;
. densità del cloro liquido (durante il periodo di ebollizione) - 1.537 g/cm3;
. densità del cloro solido - 1,9 g/cm 3 ;
. volume specifico - 1.745 x 10 -3 l/g.

Cloro: caratteristiche delle variazioni di temperatura

Allo stato gassoso tende a liquefarsi facilmente. Ad una pressione di 8 atmosfere e ad una temperatura di 20°C si presenta come un liquido giallo-verdastro. Ha proprietà corrosive molto elevate. Come dimostra la pratica, questo elemento chimico può mantenere uno stato liquido fino a una temperatura critica (143 ° C), soggetto ad una maggiore pressione.

Se viene raffreddato ad una temperatura di -32°C, si trasformerà in liquido indipendentemente dalla pressione atmosferica. Con un ulteriore abbassamento della temperatura avviene la cristallizzazione (a -101°C).

Cloro in natura

La crosta terrestre contiene solo lo 0,017% di cloro. La maggior parte si trova nei gas vulcanici. Come accennato in precedenza, la sostanza ha una grande attività chimica, per cui si trova in natura in composti con altri elementi. Tuttavia, molti minerali contengono cloro. Le caratteristiche dell'elemento permettono la formazione di circa un centinaio di minerali diversi. Di norma, si tratta di cloruri metallici.

Inoltre, una grande quantità si trova negli oceani mondiali, quasi il 2%. Ciò è dovuto al fatto che i cloruri si dissolvono molto attivamente e vengono trasportati dai fiumi e dai mari. È possibile anche il processo inverso. Il cloro viene riportato sulla riva e poi il vento lo trasporta nell'area circostante. Ecco perché la sua maggiore concentrazione si osserva nelle zone costiere. Nelle regioni aride del pianeta, il gas che stiamo considerando si forma attraverso l'evaporazione dell'acqua, a seguito della quale compaiono le saline. Ogni anno nel mondo vengono estratte circa 100 milioni di tonnellate di questa sostanza. Il che, tuttavia, non sorprende, perché sono molti i depositi contenenti cloro. Le sue caratteristiche, tuttavia, dipendono in gran parte dalla sua posizione geografica.

Metodi per produrre cloro

Oggi esistono numerosi metodi per produrre cloro, di cui i più comuni sono i seguenti:

1. Diaframma. È il più semplice ed il meno costoso. La soluzione salina nell'elettrolisi del diaframma entra nello spazio dell'anodo. Quindi scorre attraverso la griglia catodica in acciaio nel diaframma. Contiene una piccola quantità di fibre polimeriche. Una caratteristica importante di questo dispositivo è il controflusso. È diretto dallo spazio dell'anodo allo spazio del catodo, il che consente di ottenere separatamente cloro e alcali.

2. Membrana. Il più efficiente dal punto di vista energetico, ma difficile da implementare in un'organizzazione. Simile al diaframma. La differenza è che gli spazi dell'anodo e del catodo sono completamente separati da una membrana. Pertanto, l'output è costituito da due flussi separati.

Vale la pena notare che le caratteristiche della sostanza chimica l'elemento (cloro) ottenuto con questi metodi sarà diverso. Il metodo a membrana è considerato più “pulito”.

3. Metodo al mercurio con catodo liquido. Rispetto ad altre tecnologie, questa opzione permette di ottenere il cloro più puro.

Lo schema di base dell'impianto è costituito da un elettrolizzatore, una pompa interconnessa e un decompositore di amalgama. Il mercurio pompato insieme ad una soluzione di sale da cucina funge da catodo e gli elettrodi di carbonio o grafite fungono da anodo. Il principio di funzionamento dell'impianto è il seguente: il cloro viene rilasciato dall'elettrolita, che viene rimosso dall'elettrolizzatore insieme all'anolita. Da quest'ultimo vengono rimosse le impurità ed il cloro residuo, risaturate con salgemma e riportate all'elettrolisi.

I requisiti di sicurezza industriale e la produzione non redditizia hanno portato alla sostituzione del catodo liquido con uno solido.

Utilizzo del cloro per scopi industriali

Le proprietà del cloro ne consentono l'utilizzo attivo nell'industria. Con l'aiuto di questo elemento chimico si ottengono vari medicinali e disinfettanti (cloruro di vinile, gomma di cloro, ecc.). Ma la nicchia più grande occupata nel settore è la produzione di acido cloridrico e calce.

I metodi per purificare l'acqua potabile sono ampiamente utilizzati. Oggi stanno cercando di allontanarsi da questo metodo, sostituendolo con l'ozonizzazione, poiché la sostanza che stiamo considerando ha un effetto negativo sul corpo umano e l'acqua clorata distrugge le condutture. Ciò è dovuto al fatto che il Cl allo stato libero ha un effetto dannoso sui tubi in poliolefine. Tuttavia, la maggior parte dei paesi preferisce il metodo della clorazione.

Il cloro è utilizzato anche in metallurgia. Con il suo aiuto si ottengono numerosi metalli rari (niobio, tantalio, titanio). Nell'industria chimica, vari composti organoclorurati vengono utilizzati attivamente per controllare le erbe infestanti e per altri scopi agricoli l'elemento viene utilizzato anche come candeggina;

A causa della sua struttura chimica, il cloro distrugge la maggior parte dei coloranti organici e inorganici. Ciò si ottiene sbiancandoli completamente. Questo risultato è possibile solo in presenza di acqua, perché avviene il processo di scolorimento a causa del quale si forma dopo la decomposizione del cloro: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Questo metodo ha trovato applicazione in un paio di secoli fa ed è ancora popolare oggi.

Molto diffuso è l'utilizzo di questa sostanza per la produzione di insetticidi organoclorurati. Questi prodotti agricoli uccidono gli organismi nocivi lasciando intatte le piante. Una parte significativa di tutto il cloro prodotto sul pianeta viene utilizzata per le esigenze agricole.

Viene utilizzato anche nella produzione di composti plastici e gomma. Sono utilizzati per realizzare isolamento di cavi, forniture per ufficio, attrezzature, alloggiamenti per elettrodomestici, ecc. Si ritiene che le gomme ottenute in questo modo siano dannose per l'uomo, ma ciò non è stato confermato dalla scienza.

Vale la pena notare che il cloro (le caratteristiche della sostanza sono state da noi descritte in dettaglio in precedenza) e i suoi derivati, come il gas mostarda e il fosgene, vengono utilizzati anche per scopi militari per produrre agenti di guerra chimica.

Il cloro come brillante rappresentante dei non metalli

I non metalli sono sostanze semplici che includono gas e liquidi. Nella maggior parte dei casi conducono l'elettricità peggio dei metalli e presentano differenze significative nelle caratteristiche fisiche e meccaniche. Con l'aiuto di un alto livello di ionizzazione sono in grado di formare composti chimici covalenti. Di seguito forniremo una descrizione di un non metallo utilizzando il cloro come esempio.

Come accennato in precedenza, questo elemento chimico è un gas. In condizioni normali manca completamente di proprietà simili a quelle dei metalli. Senza un aiuto esterno, non può interagire con l'ossigeno, l'azoto, il carbonio, ecc. Mostra le sue proprietà ossidanti in connessione con sostanze semplici e alcune complesse. È un alogeno, che si riflette chiaramente nelle sue proprietà chimiche. In combinazione con altri rappresentanti degli alogeni (bromo, astato, iodio), li sposta. Allo stato gassoso, il cloro (le sue caratteristiche ne sono una conferma diretta) è altamente solubile. È un ottimo disinfettante. Uccide solo gli organismi viventi, il che lo rende indispensabile in agricoltura e medicina.

Utilizzare come sostanza velenosa

Le caratteristiche dell'atomo di cloro ne consentono l'utilizzo come agente velenoso. Il gas fu utilizzato per la prima volta dalla Germania il 22 aprile 1915, durante la prima guerra mondiale, a seguito della quale morirono circa 15mila persone. Al momento non è applicabile.

Diamo una breve descrizione dell'elemento chimico come asfissiante. Colpisce il corpo umano attraverso il soffocamento. Innanzitutto irrita le prime vie respiratorie e la mucosa degli occhi. Una tosse grave inizia con attacchi di soffocamento. Inoltre, penetrando nei polmoni, il gas corrode il tessuto polmonare, causando edema. Importante! Il cloro è una sostanza ad azione rapida.

A seconda della concentrazione nell'aria, i sintomi variano. A livelli bassi, una persona avverte arrossamento della mucosa degli occhi e lieve mancanza di respiro. Un contenuto di 1,5-2 g/m 3 nell'atmosfera provoca pesantezza e sensazioni acute al petto, dolore acuto alle prime vie respiratorie. La condizione può anche essere accompagnata da grave lacrimazione. Dopo 10-15 minuti di permanenza in una stanza con una tale concentrazione di cloro, si verificano gravi ustioni polmonari e morte. A concentrazioni più dense, la morte è possibile entro un minuto per paralisi del tratto respiratorio superiore.

Il cloro nella vita degli organismi e delle piante

Il cloro si trova in quasi tutti gli organismi viventi. La particolarità è che non è presente in forma pura, ma sotto forma di composti.

Negli organismi animali e umani, gli ioni cloro mantengono l'uguaglianza osmotica. Ciò è dovuto al fatto che hanno il raggio più adatto per penetrare nelle cellule della membrana. Insieme agli ioni potassio, Cl regola l'equilibrio salino. Nell'intestino gli ioni cloro creano un ambiente favorevole all'azione degli enzimi proteolitici del succo gastrico. I canali del cloro si trovano in molte cellule del nostro corpo. Attraverso di essi avviene lo scambio intercellulare di liquidi e viene mantenuto il pH della cellula. Circa l'85% del volume totale di questo elemento nel corpo risiede nello spazio intercellulare. Viene eliminato dal corpo attraverso l'uretra. Prodotto dal corpo femminile durante l'allattamento.

In questa fase di sviluppo, è difficile dire inequivocabilmente quali malattie siano provocate dal cloro e dai suoi composti. Ciò è dovuto alla mancanza di ricerca in questo settore.

Gli ioni cloro sono presenti anche nelle cellule vegetali. Partecipa attivamente al metabolismo energetico. Senza questo elemento, il processo di fotosintesi è impossibile. Con il suo aiuto, le radici assorbono attivamente le sostanze necessarie. Ma un'elevata concentrazione di cloro nelle piante può avere un effetto dannoso (rallentare il processo di fotosintesi, arrestare lo sviluppo e la crescita).

Tuttavia, ci sono rappresentanti della flora che sono riusciti a “fare amicizia” o almeno ad andare d'accordo con questo elemento. Le caratteristiche di un non metallo (cloro) contengono un elemento come la capacità di una sostanza di ossidare il suolo. Nel processo di evoluzione, le piante sopra menzionate, chiamate alofite, occupavano le saline vuote, vuote a causa della sovrabbondanza di questo elemento. Assorbono gli ioni di cloro e poi li eliminano con l'aiuto della caduta delle foglie.

Trasporto e stoccaggio del cloro

Esistono diversi modi per spostare e immagazzinare il cloro. Le caratteristiche dell'elemento richiedono cilindri speciali ad alta pressione. Tali contenitori hanno un contrassegno identificativo: una linea verde verticale. Le bombole devono essere lavate accuratamente mensilmente. Quando il cloro viene immagazzinato per un lungo periodo, si forma un precipitato molto esplosivo: il tricloruro di azoto. Il mancato rispetto di tutte le norme di sicurezza può provocare accensione spontanea ed esplosione.

Studio sul cloro

I futuri chimici dovrebbero conoscere le caratteristiche del cloro. Secondo il piano, gli alunni della terza media possono anche condurre esperimenti di laboratorio con questa sostanza sulla base delle conoscenze di base della disciplina. Naturalmente l'insegnante è obbligato a fornire istruzioni di sicurezza.

La procedura di lavoro è la seguente: è necessario prendere un pallone con cloro e versarvi piccoli trucioli metallici. In volo, i trucioli divamperanno con scintille di luce intensa e allo stesso tempo si formerà un leggero fumo bianco SbCl 3. Quando il foglio di stagno viene immerso in un recipiente con cloro, si accenderà anche spontaneamente e i fiocchi di neve infuocati cadranno lentamente sul fondo del pallone. Durante questa reazione si forma un liquido fumoso: SnCl 4. Quando si mette la limatura di ferro in un recipiente, si formeranno delle “gocce” rosse e apparirà il fumo rosso FeCl 3 .

Insieme al lavoro pratico, la teoria viene ripetuta. In particolare, una questione come le caratteristiche del cloro in base alla posizione nella tavola periodica (descritta all'inizio dell'articolo).

Come risultato degli esperimenti, risulta che l'elemento reagisce attivamente ai composti organici. Se metti un batuffolo di cotone, precedentemente imbevuto di trementina, in un barattolo di cloro, si accenderà immediatamente e la fuliggine cadrà improvvisamente dal pallone. Il sodio brucia in modo spettacolare con una fiamma giallastra e sulle pareti del contenitore chimico compaiono cristalli di sale. Sarà interessante per gli studenti sapere che, mentre era ancora un giovane chimico, N. N. Semenov (in seguito vincitore del Premio Nobel), dopo aver condotto un simile esperimento, raccolse il sale dalle pareti della fiaschetta e, cospargendolo sul pane, lo mangiò. La chimica si è rivelata giusta e non ha deluso lo scienziato. Come risultato dell'esperimento condotto dal chimico, in realtà si è scoperto il normale sale da cucina!

DEFINIZIONE

Cloro si trova nel terzo periodo del VII gruppo del sottogruppo principale (A) della tavola periodica.

Appartiene agli elementi della famiglia p. Metalloide. Gli elementi non metallici inclusi in questo gruppo sono collettivamente chiamati alogeni. Designazione - Cl. Numero di serie - 17. Massa atomica relativa - 35.453 amu.

Struttura elettronica dell'atomo di cloro

L'atomo di cloro è costituito da un nucleo carico positivamente (+17), formato da 17 protoni e 18 neutroni, attorno al quale si muovono 17 elettroni in 3 orbite.

Fig.1. Struttura schematica dell'atomo di cloro.

La distribuzione degli elettroni tra gli orbitali è la seguente:

17Cl) 2) 8) 7 ;

1S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 5 .

Il livello energetico esterno dell'atomo di cloro contiene sette elettroni, tutti considerati elettroni di valenza. Il diagramma energetico dello stato fondamentale assume la seguente forma:

La presenza di un elettrone spaiato indica che il cloro è in grado di mostrare lo stato di ossidazione +1. Sono possibili anche diversi stati eccitati a causa della presenza del posto vacante 3 D-orbitali. Innanzitutto, gli elettroni 3 vengono vaporizzati P-sottolivello e occupare libero D-orbitali, e poi - elettroni 3 S-sottolivello:

Ciò spiega la presenza del cloro in altri tre stati di ossidazione: +3, +5 e +7.

Esempi di risoluzione dei problemi

ESEMPIO 1

Esercizio

Dati due elementi con cariche nucleari Z=17 e Z=18. La sostanza semplice formata dal primo elemento è un gas velenoso dall'odore pungente, mentre il secondo è un gas non tossico, inodore e non respiratorio. Scrivi le formule elettroniche per gli atomi di entrambi gli elementi. Quale produce un gas velenoso?

Soluzione

Le formule elettroniche degli elementi indicati verranno scritte come segue:

17Z1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 5 ;

18Z1 S 2 2S 2 2P 6 3S 2 3P 6 .

La carica sul nucleo di un atomo di un elemento chimico è uguale al suo numero atomico nella tavola periodica. Pertanto, è cloro e argon. Due atomi di cloro formano una molecola di una sostanza semplice: Cl 2, che è un gas velenoso dall'odore pungente

Risposta

Cloro e argon.

Cloro(lat. Chlorum), Cl, elemento chimico del gruppo VII del sistema periodico di Mendeleev, numero atomico 17, massa atomica 35.453; appartiene alla famiglia delle alogene. In condizioni normali (0°C, 0,1 Mn/m2 o 1 kgf/cm2) è un gas giallo-verde con un forte odore irritante. Il cloro naturale è costituito da due isotopi stabili: 35 Cl (75,77%) e 37 Cl (24,23%). Sono stati ottenuti artificialmente isotopi radioattivi con numero di massa 31-47, in particolare: 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 con emivita (T ½) rispettivamente 0,31; 2,5; 1,56 secondi; 3.1·10 5 anni; 37,3, 55,5 e 1,4 minuti. 36 Cl e 38 Cl sono usati come traccianti isotopici.

Informazioni storiche. Il cloro fu ottenuto per la prima volta nel 1774 da K. Scheele facendo reagire l'acido cloridrico con la pirolusite MnO 2 . Tuttavia, solo nel 1810 G. Davy stabilì che il cloro è un elemento e lo chiamò cloro (dal greco cloros - giallo-verde). Nel 1813, J. L. Gay-Lussac propose il nome Cloro per questo elemento.

Distribuzione del Cloro in natura. Il cloro si trova in natura solo sotto forma di composti. Il contenuto medio di Cloro nella crosta terrestre (clarke) è 1,7·10 -2% in massa, nelle rocce ignee acide - graniti e altre - 2,4·10 -2, nelle rocce basiche e ultrabasiche 5·10 -3. Il ruolo principale nella storia del cloro nella crosta terrestre è svolto dalla migrazione dell'acqua. Sotto forma di ione Cl, si trova negli oceani (1,93%), nelle sale sotterranee e nei laghi salati. Il numero dei suoi minerali (principalmente cloruri naturali) è 97, il principale dei quali è l'alite NaCl (salgemma). Sono noti anche grandi giacimenti di cloruri di potassio e magnesio e cloruri misti: silvinite KCl, silvinite (Na,K)Cl, carnalite KCl MgCl 2 6H 2 O, kainite KCl MgSO 4 3H 2 O, bischofite MgCl 2 6H 2 O. della Terra, di grande importanza era l'apporto di HCl contenuto nei gas vulcanici alle parti superiori della crosta terrestre.

Proprietà fisiche del cloro. Il cloro ha un punto di ebollizione di -34,05°C, un punto di fusione di -101°C. La densità del cloro gassoso in condizioni normali è 3,214 g/l; vapore saturo a 0°C 12,21 g/l; Cloro liquido a punto di ebollizione 1.557 g/cm3; Cloro solido a - 102°C 1,9 g/cm 3 . Pressione di vapore saturo di Cloro a 0°C 0,369; a 25°C 0,772; a 100°C 3,814 Mn/m 2 o, rispettivamente, 3,69; 7,72; 38,14 kgf/cm2. Calore di fusione 90,3 kJ/kg (21,5 cal/g); calore di evaporazione 288 kJ/kg (68,8 cal/g); La capacità termica del gas a pressione costante è 0,48 kJ/(kg K). Costanti critiche del Cloro: temperatura 144°C, pressione 7,72 Mn/m2 (77,2 kgf/cm2), densità 573 g/l, volume specifico 1,745·10 -3 l/g. Solubilità (in g/l) del Cloro ad una pressione parziale di 0,1 Mn/m2, o 1 kgf/cm2, in acqua 14,8 (0°C), 5,8 (30°C), 2,8 (70°C); in una soluzione di 300 g/l NaCl 1,42 (30°C), 0,64 (70°C). Al di sotto di 9,6°C, in soluzioni acquose si formano idrati di cloro di composizione variabile Cl 2 ·nH 2 O (dove n = 6-8); Questi sono cristalli cubici gialli che si decompongono con l'aumentare della temperatura in cloro e acqua. Il cloro è altamente solubile in TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 e in alcuni solventi organici (in particolare esano C 6 H 14 e tetracloruro di carbonio CCl 4). La molecola del cloro è biatomica (Cl 2). Il grado di dissociazione termica di Cl 2 + 243 kJ = 2Cl a 1000 K è 2,07·10 -4%, a 2500 K 0,909%.

Proprietà chimiche del cloro. Configurazione elettronica esterna dell'atomo Cl 3s 2 Sp 5. In accordo con ciò, il cloro nei composti presenta stati di ossidazione di -1, +1, +3, +4, +5, +6 e +7. Il raggio covalente dell'atomo è 0,99Å, il raggio ionico di Cl è 1,82Å, l'affinità elettronica dell'atomo di cloro è 3,65 eV e l'energia di ionizzazione è 12,97 eV.

Chimicamente il Cloro è molto attivo, si combina direttamente con quasi tutti i metalli (con alcuni solo in presenza di umidità o quando riscaldato) e con i non metalli (eccetto carbonio, azoto, ossigeno, gas inerti), formando i corrispondenti cloruri, reagisce con molti composti, sostituisce l'idrogeno negli idrocarburi saturi e si unisce ai composti insaturi. Il cloro sposta il bromo e lo iodio dai loro composti con idrogeno e metalli; Dei composti del cloro con questi elementi, è sostituito dal fluoro. I metalli alcalini in presenza di tracce di umidità reagiscono con il cloro con accensione; la maggior parte dei metalli reagiscono con il cloro secco solo quando riscaldati; L'acciaio, così come alcuni metalli, sono resistenti in un'atmosfera di cloro secco a basse temperature, quindi vengono utilizzati per la produzione di attrezzature e strutture di stoccaggio per il cloro secco. Il fosforo si accende in un'atmosfera di cloro, formando PCl 3 e con ulteriore clorazione - PCl 5; lo zolfo con cloro quando riscaldato dà S 2 Cl 2, SCl 2 e altro S n Cl m. Arsenico, antimonio, bismuto, stronzio, tellurio interagiscono vigorosamente con il cloro. Una miscela di cloro e idrogeno brucia con una fiamma incolore o giallo-verde con formazione di acido cloridrico (questa è una reazione a catena).

La temperatura massima della fiamma dell'idrogeno-cloro è di 2200°C. Le miscele di cloro con idrogeno contenenti dal 5,8 all'88,5% di H 2 sono esplosive.

Con l'ossigeno, il cloro forma ossidi: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7, Cl 2 O 8, nonché ipocloriti (sali dell'acido ipocloroso), cloriti, clorati e perclorati. Tutti i composti dell'ossigeno del cloro formano miscele esplosive con sostanze facilmente ossidabili. Gli ossidi di cloro sono debolmente stabili e possono esplodere spontaneamente; gli ipocloriti si decompongono lentamente durante lo stoccaggio; i clorati e i perclorati possono esplodere sotto l'influenza degli iniziatori;

Il cloro nell'acqua si idrolizza, formando acidi ipocloroso e cloridrico: Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl. Quando le soluzioni acquose di alcali vengono clorurate a freddo, si formano ipocloriti e cloruri: 2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O e quando riscaldati si formano clorati. La clorazione dell'idrossido di calcio secco produce candeggina.

Quando l'ammoniaca reagisce con il cloro si forma il tricloruro di azoto. Quando si clorurano composti organici, il cloro sostituisce l'idrogeno o unisce più legami, formando vari composti organici contenenti cloro.

Il cloro forma composti interalogeni con altri alogeni. I fluoruri ClF, ClF 3, ClF 3 sono molto reattivi; ad esempio, in un'atmosfera ClF 3, la lana di vetro si accende spontaneamente. Composti noti di cloro con ossigeno e fluoro sono ossifluoruri di cloro: ClO 3 F, ClO 2 F 3, ClOF, ClOF 3 e fluoro perclorato FClO 4.

Ottenere cloro. Il cloro iniziò a essere prodotto industrialmente nel 1785 facendo reagire l'acido cloridrico con ossido di manganese (II) o pirolusite. Nel 1867, il chimico inglese G. Deacon sviluppò un metodo per produrre cloro ossidando HCl con ossigeno atmosferico in presenza di un catalizzatore. Dalla fine del XIX secolo e l'inizio del XX, il cloro è stato prodotto mediante elettrolisi di soluzioni acquose di cloruri di metalli alcalini. Questi metodi producono il 90-95% del cloro nel mondo. Piccole quantità di cloro si ottengono come sottoprodotto nella produzione di magnesio, calcio, sodio e litio mediante elettrolisi di cloruri fusi. Vengono utilizzati due metodi principali di elettrolisi delle soluzioni acquose di NaCl: 1) negli elettrolizzatori con catodo solido e diaframma filtrante poroso; 2) negli elettrolizzatori con catodo di mercurio. In entrambi i metodi, il gas di cloro viene rilasciato su un anodo di grafite o ossido di titanio-rutenio. Secondo il primo metodo, al catodo viene rilasciato idrogeno e si forma una soluzione di NaOH e NaCl, dalla quale viene separata la soda caustica commerciale mediante successiva lavorazione. Secondo il secondo metodo, al catodo si forma amalgama di sodio; quando viene decomposto con acqua pura in un apparato separato, si ottiene una soluzione di NaOH, idrogeno e mercurio puro, che entra nuovamente in produzione. Entrambi i metodi forniscono 1.125 t di NaOH per 1 tonnellata di cloro.

L'elettrolisi con diaframma richiede meno investimenti di capitale per organizzare la produzione di cloro e produce NaOH più economico. Il metodo del catodo di mercurio produce NaOH molto puro, ma la perdita di mercurio inquina l'ambiente.

Uso del cloro. Uno dei rami importanti dell'industria chimica è l'industria del cloro. Le principali quantità di cloro vengono trasformate nel sito di produzione in composti contenenti cloro. Il cloro viene immagazzinato e trasportato in forma liquida in bombole, barili, cisterne ferroviarie o in navi appositamente attrezzate. I paesi industriali sono caratterizzati dal seguente consumo approssimativo di cloro: per la produzione di composti organici contenenti cloro - 60-75%; composti inorganici contenenti Cloro, -10-20%; per sbiancare polpa e tessuti - 5-15%; per esigenze sanitarie e clorazione dell'acqua - 2-6% della produzione totale.

Il cloro viene utilizzato anche per clorurare alcuni minerali per estrarre titanio, niobio, zirconio e altri.

Cloro nel corpo. Il cloro è uno degli elementi biogenici, una componente costante dei tessuti vegetali e animali. Il contenuto di cloro nelle piante (molto cloro nelle alofite) varia da millesimi di percentuale a percentuali intere, negli animali - decimi e centesimi di percentuale. Il fabbisogno giornaliero di Cloro di un adulto (2-4 g) è coperto dai prodotti alimentari. Il cloro viene solitamente fornito in eccesso con gli alimenti sotto forma di cloruro di sodio e cloruro di potassio. Pane, carne e latticini sono particolarmente ricchi di cloro. Nel corpo animale, il cloro è la principale sostanza osmoticamente attiva nel plasma sanguigno, nella linfa, nel liquido cerebrospinale e in alcuni tessuti. Svolge un ruolo nel metabolismo del sale marino, favorendo la ritenzione idrica nei tessuti. La regolazione dell'equilibrio acido-base nei tessuti viene effettuata insieme ad altri processi modificando la distribuzione del cloro tra il sangue e gli altri tessuti. Il cloro è coinvolto nel metabolismo energetico delle piante, attivando sia la fosforilazione ossidativa che la fotofosforilazione. Il cloro ha un effetto positivo sull'assorbimento dell'ossigeno da parte delle radici. Il cloro è necessario per la produzione di ossigeno durante la fotosintesi da parte di cloroplasti isolati. La maggior parte dei terreni nutritivi per la coltivazione di piante artificiali non contengono cloro. È possibile che concentrazioni molto basse di cloro siano sufficienti per lo sviluppo delle piante.

L'avvelenamento da cloro è possibile nell'industria chimica, della pasta e della carta, tessile, farmaceutica e altre. Il cloro irrita le mucose degli occhi e delle vie respiratorie. I cambiamenti infiammatori primari sono solitamente accompagnati da un'infezione secondaria. L'avvelenamento acuto si sviluppa quasi immediatamente. Quando si inalano concentrazioni medie e basse di cloro, si osservano senso di oppressione e dolore al petto, tosse secca, respiro accelerato, dolore agli occhi, lacrimazione, aumento dei leucociti nel sangue, temperatura corporea, ecc. Broncopolmonite, edema polmonare tossico , sono possibili stati depressivi, convulsioni . Nei casi lievi, il recupero avviene entro 3-7 giorni. Come conseguenze a lungo termine si osservano catarro del tratto respiratorio superiore, bronchite ricorrente, pneumosclerosi e altri; possibile attivazione della tubercolosi polmonare. Con l'inalazione prolungata di piccole concentrazioni di cloro, si osservano forme simili ma a sviluppo lento della malattia. Prevenzione dell'avvelenamento: sigillatura degli impianti di produzione, delle attrezzature, ventilazione efficace, utilizzo di una maschera antigas se necessario. La produzione di cloro, candeggina e altri composti contenenti cloro è classificata come produzione in condizioni di lavoro pericolose.

Caratteristiche degli elementi del gruppo VII del sottogruppo principale, utilizzando come esempio il cloro

Caratteristiche generali del sottogruppo

Tabella 1. Nomenclatura degli elementi del sottogruppo VIIA

Elementi P, tipici, non metalli (l'astato è un semimetallo), alogeni.

Diagramma elettronico dell'elemento Hal (Hal ≠ F):

Gli elementi del sottogruppo VIIA sono caratterizzati dalle seguenti valenze:

Tabella 2. Valenza

3. Gli elementi del sottogruppo VIIA sono caratterizzati dai seguenti stati di ossidazione:

Tabella 3. Stati di ossidazione degli elementi

Caratteristiche di un elemento chimico

Il cloro è un elemento del gruppo VII A. Numero di serie 17

Massa atomica relativa: 35,4527 a. em (g/mol)

Numero di protoni, neutroni, elettroni: 17,18,17

Struttura atomica:

Formula elettronica:

Stati di ossidazione tipici: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7

Energia di ionizzazione: 1254,9(13,01) kJ/mol (eV)

Affinità elettronica: 349 (kJ/mol)

Elettronegatività secondo Pauling: 3.20

Caratteristiche di una sostanza semplice

Tipo di legame: covalente non polare

Molecola biatomica

Isotopi: 35 Cl (75,78%) e 37 Cl (24,22%)

Tipo di reticolo cristallino: molecolare

Parametri termodinamici

Tabella 4

Proprietà fisiche

Tabella 5

Proprietà chimiche

Una soluzione acquosa di cloro è altamente dismutata (“acqua clorata”)

Fase 1: Cl2 + H2O = HCl + HOCl

Stadio 2: HOCl = HCl + [O] – ossigeno atomico

La capacità ossidante nel sottogruppo diminuisce da fluoro a iodio = ˃

Il cloro è un forte agente ossidante:

1. Interazione con sostanze semplici

a) con idrogeno:

Cl2 + H2 = 2HCl

b) con metalli:

Cl2 + 2Na = 2NaCl

3Cl2 + 2Fe = 2FeCl3

c) con alcuni non metalli meno elettronegativi:

3Cl2 + 2P = 2PCl3

Cl2 + S = SCl2

Con ossigeno, carbonio e azoto, cloro direttamente non reagisce!

2. Interazione con sostanze complesse

a) con acqua: vedi sopra

b) con acidi: non reagisce!

c) con soluzioni alcaline:

al freddo: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O

quando riscaldato: 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O

e) con molte sostanze organiche:

Cl2 + CH4 = CH3Cl + HCl

C6H6 + Cl2 = C6H5Cl + HCl

I più importanti composti del cloro

Cloruro di idrogeno, acido cloridrico(HCl) è un gas incolore, termicamente stabile (in condizioni normali) con un odore pungente, vapori nell'aria umida, si dissolve facilmente in acqua (fino a 500 volumi di gas per volume di acqua) per formare acido cloridrico (cloridrico). A -114,22 °C, l'HCl passa allo stato solido. Allo stato solido, l'acido cloridrico esiste sotto forma di due modifiche cristalline: ortorombica, stabile sotto e cubica.

Una soluzione acquosa di acido cloridrico è chiamata acido cloridrico. Quando disciolto in acqua, si verificano i seguenti processi:

HCl g + H 2 O l = H 3 O + l + Cl − l

Il processo di dissoluzione è altamente esotermico. Con l'acqua l'HCl forma una miscela azeotropica. È un acido monoprotico forte. Interagisce energeticamente con tutti i metalli nella serie di tensioni a sinistra dell'idrogeno, con ossidi, basi e sali basici e anfoteri, formando sali - cloruri:

Mg + 2HCl → MgCl2 + H2

FeO + 2HCl → FeCl2 + H2O

Se esposto a forti agenti ossidanti o durante l'elettrolisi, l'acido cloridrico mostra proprietà riducenti:

MnO2 + 4 HCl → MnCl2 + Cl2 + 2 H2O

Quando riscaldato, l'acido cloridrico viene ossidato dall'ossigeno (catalizzatore - cloruro di rame (II) CuCl 2):

4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2

Tuttavia, l'acido cloridrico concentrato reagisce con il rame per formare un complesso di rame monovalente:

2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2

Una miscela di 3 parti in volume di acido cloridrico concentrato e 1 parte in volume di acido nitrico concentrato è chiamata “acqua regia”. L'acqua regia può persino sciogliere l'oro e il platino. L'elevata attività ossidativa dell'acqua regia è dovuta alla presenza in essa di cloruro di nitrosile e cloro, che sono in equilibrio con le sostanze di partenza:

4 H 3 O + + 3 Cl − + NO 3 − = NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O

A causa dell'elevata concentrazione di ioni cloruro nella soluzione, il metallo si lega in un complesso cloruro, che ne favorisce la dissoluzione:

3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O

L'acido cloridrico è anche caratterizzato da reazioni di addizione a legami multipli (addizione elettrofila):

R-CH=CH2 + HCl → R-CHCl-CH3

R-C≡CH + 2 HCl → R-CCl 2 -CH 3

Ossidi di cloro- composti chimici inorganici del cloro e dell'ossigeno, con la formula generale: Cl x O y.
Il cloro forma i seguenti ossidi: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Inoltre, sono noti: il radicale di breve durata ClO, il radicale perossido di cloro ClOO e il radicale tetraossido di cloro ClO 4 .
La tabella seguente mostra le proprietà degli ossidi di cloro stabili:

Tabella 6

Proprietà	Cl2O	ClO2	ClOClO3	Cl2O6 (l)↔2ClO3 (g)	Cl2O7
Colore e condizioni della stanza. temperatura	Gas giallo-marrone	Gas giallo-verde	Liquido giallo chiaro	Liquido rosso scuro	Liquido incolore
Stato di ossidazione del cloro	(+1)	(+4)	(+1), (+7)	(+6)	(+7)
T.pl., °C	−120,6	−59	−117	3,5	−91,5
Temperatura di ebollizione, °C	2,0		44,5
D(f, 0°C), g*cm -3	-	1,64	1,806	-	2,02
Campione ΔH° (gas, 298 K), kJ*mol -1	80,3	102,6	~180	(155)
Campione ΔG° (gas, 298 K), kJ*mol -1	97,9	120,6	-	-	-
Campione S° (gas, 298 K), JK -1 mol -1	265,9	256,7	327,2	-	-
Momento dipolare μ, D	0,78 ± 0,08	1,78 ± 0,01	-	-	0,72 ± 0,02

Ossido di cloro (I), Ossido di dicloro, anidride dell'acido ipocloroso - un composto di cloro nello stato di ossidazione +1 con ossigeno.

In condizioni normali è un gas giallo-brunastro con un odore caratteristico che ricorda il cloro. A temperature inferiori a 2 °C il liquido è di colore rosso dorato. Tossico: colpisce le vie respiratorie. Si decompone spontaneamente e lentamente:

Esplosivo ad alte concentrazioni. La densità in condizioni normali è 3,22 kg/m³. Si dissolve in tetracloruro di carbonio. Solubile in acqua per formare acido ipocloroso debole:

Reagisce rapidamente con gli alcali:

Cl2O + 2NaOH (dil.) = 2NaClO + H2O

Biossido di cloro-ossido acido. Quando disciolto in acqua si formano acidi clorosi e perclorici (reazione di sproporzione). Le soluzioni diluite sono stabili al buio e si decompongono lentamente alla luce:

Biossido di cloro- ossido di cloro ( IV), un composto di cloro e ossigeno, formula: ClO 2.

In condizioni normali, ClO 2 è un gas giallo-rossastro con un odore caratteristico. A temperature inferiori a 10 °C ClO 2 è un liquido rosso-marrone. Bassa stabilità, esplode alla luce, a contatto con agenti ossidanti e se riscaldato. Sciogliamolo bene in acqua. A causa del suo pericolo di esplosione, il biossido di cloro non può essere conservato allo stato liquido.

Ossido acido. Quando disciolto in acqua si formano acidi clorosi e perclorici (reazione di sproporzione). Le soluzioni diluite sono stabili al buio e si decompongono lentamente alla luce:

L'acido cloroso risultante è molto instabile e si decompone:

Presenta proprietà redox.

2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (dil.) + 10 FeSO 4 = 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O

ClO2 + 2NaOH freddo. = NaClO2 + NaClO3 + H2O

ClO2 + O3 = ClO3 + O2

ClO 2 reagisce con molti composti organici e agisce come un agente ossidante di media forza.

Acido ipocloroso- HClO, un acido monobasico molto debole in cui il cloro ha uno stato di ossidazione +1. Esiste solo nelle soluzioni.

Nelle soluzioni acquose, l'acido ipocloroso si decompone parzialmente in un protone e nell'anione ipoclorito ClO −:

Instabile. Acido ipocloroso e suoi sali - ipocloriti- forti agenti ossidanti. Reagisce con l'acido cloridrico HCl, formando cloro molecolare:

HClO + NaOH (diluito) = NaClO + H 2 O

Acido cloroso- HClO 2, un acido monobasico di media forza.

L'acido cloroso HClO 2 nella sua forma libera è instabile anche in una soluzione acquosa diluita si decompone rapidamente:

Neutralizzato dagli alcali.

HClO 2 + NaOH (dil. freddo) = NaClO 2 + H 2 O

L'anidride di questo acido è sconosciuta.

Dai suoi sali si prepara una soluzione acida - cloriti formato come risultato dell'interazione di ClO 2 con gli alcali:

Presenta proprietà redox.

5HClO2 + 3H2SO4 (diluito) + 2KMnO4 = 5HClO3 + 2MnSO4 + K2SO4 + 3H2O

Acido clorico- HClO 3, un acido monobasico forte in cui il cloro ha uno stato di ossidazione +5. Non ricevuto in forma gratuita; in soluzioni acquose a concentrazioni inferiori al 30% al freddo è abbastanza stabile; in soluzioni più concentrate si decompone:

L'acido ipocloroso è un forte agente ossidante; la capacità ossidante aumenta con l’aumentare della concentrazione e della temperatura. HClO 3 viene facilmente ridotto ad acido cloridrico:

HClO 3 + 5HCl (conc.) = 3Cl 2 + 3H 2 O

HClO 3 + NaOH (diluito) = NaClO 3 + H 2 O

Quando una miscela di SO 2 e aria viene fatta passare attraverso una soluzione fortemente acida, si forma biossido di cloro:

Nell'acido perclorico al 40%, ad esempio, la carta da filtro si accende.

8. Essere nella natura:

Nella crosta terrestre, il cloro è l'alogeno più comune. Poiché il cloro è molto attivo, si trova in natura solo sotto forma di composti minerali.

Tabella 7. Ritrovamento in natura

Tabella 7. Forme minerali

Le maggiori riserve di cloro sono contenute nei sali delle acque dei mari e degli oceani.

Ricevuta

I metodi chimici per produrre cloro sono inefficaci e costosi. Oggi hanno soprattutto un significato storico. Può essere ottenuto facendo reagire il permanganato di potassio con acido cloridrico:

Metodo Scheele

Inizialmente il metodo industriale per produrre cloro si basava sul metodo Scheele, cioè sulla reazione della pirolusite con acido cloridrico:

Metodo del diacono

Metodo per la produzione di cloro mediante ossidazione catalitica dell'acido cloridrico con ossigeno atmosferico.

Metodi elettrochimici

Oggi il cloro viene prodotto su scala industriale insieme all'idrossido di sodio e all'idrogeno mediante elettrolisi di una soluzione di sale da cucina, i cui principali processi possono essere rappresentati dalla formula riassuntiva:

Applicazione

· Profilo della finestra in polimeri contenenti cloro

· Il componente principale dei decoloranti è l'acqua di Labarraco (ipoclorito di sodio)

· Nella produzione di cloruro di polivinile, composti plastici, gomma sintetica.

· Produzione di organoclorurati. Una parte significativa del cloro prodotto viene consumato per ottenere prodotti fitosanitari. Uno degli insetticidi più importanti è l'esaclorocicloesano (spesso chiamato esaclorano).

· Utilizzato come agente di guerra chimica, nonché per la produzione di altri agenti di guerra chimica: gas mostarda, fosgene.

· Per la disinfezione dell'acqua - “clorazione”.

· Registrato nell'industria alimentare come additivo alimentare E925.

· Nella produzione chimica di acido cloridrico, candeggina, sale di Berthollet, cloruri metallici, veleni, farmaci, fertilizzanti.

· Nella metallurgia per la produzione di metalli puri: titanio, stagno, tantalio, niobio.

· Come indicatore dei neutrini solari nei rivelatori di cloro-argon.

Molti paesi sviluppati stanno cercando di limitare l’uso del cloro nella vita di tutti i giorni, anche perché la combustione dei rifiuti contenenti cloro produce una quantità significativa di diossine.

Il cloro (χλωρ?ς - verde) è un elemento del sottogruppo principale del settimo gruppo, il terzo periodo della tavola periodica degli elementi chimici di D. I. Mendeleev, con numero atomico 17. Un non metallo chimicamente attivo. Parte del gruppo degli alogeni.

La sostanza semplice cloro in condizioni normali è un gas velenoso di colore verde-giallastro con un odore pungente. La molecola del cloro è biatomica (formula Cl 2).

In natura esistono due isotopi del cloro: 35 Cl e 37 Cl. Nella crosta terrestre, il cloro è l'alogeno più comune. Le maggiori riserve di cloro sono contenute nei sali dei mari e degli oceani.

In natura esistono 2 isotopi stabili del cloro: con numeri di massa 35 e 37. In condizioni normali il cloro è un gas giallo-verde con un odore soffocante. Alcune delle sue proprietà fisiche sono presentate nella tabella.

Alcune proprietà fisiche del cloro

Una volta raffreddato, il cloro si trasforma in un liquido ad una temperatura di circa 239 K, quindi al di sotto di 113 K cristallizza in un reticolo ortorombico con un gruppo spaziale. Al di sotto di 100 K, la modificazione ortorombica del cloro cristallino diventa tetragonale.

In termini di conduttività elettrica, il cloro liquido è uno degli isolanti più potenti: conduce la corrente quasi un miliardo di volte peggio dell'acqua distillata e 10 22 volte peggio dell'argento. La velocità del suono nel cloro è circa una volta e mezza inferiore a quella dell'aria.

Struttura del guscio elettronico

Il livello di valenza di un atomo di cloro contiene 1 elettrone spaiato: 1S² 2S² 2p 6 3S² 3p 5, quindi una valenza pari a 1 per un atomo di cloro è molto stabile. A causa della presenza di un orbitale di sottolivello d non occupato nell'atomo di cloro, l'atomo di cloro può mostrare altre valenze.

Sono noti anche composti del cloro in cui l'atomo di cloro presenta formalmente la valenza 4 e 6, ad esempio ClO 2 e Cl 2 O 6. Tuttavia, questi composti sono radicali, nel senso che hanno un elettrone spaiato.

Interazione con i metalli

Il cloro reagisce direttamente con quasi tutti i metalli (con alcuni solo in presenza di umidità o quando riscaldato):

Cl2+2Na → 2NaCl

3Cl2 + 2Sb → 2SbCl3

3Cl2 + 2Fe → 2FeCl3

Interazione con non metalli

Con i non metalli (eccetto carbonio, azoto, ossigeno e gas inerti) forma i corrispondenti cloruri.

Alla luce o quando riscaldato reagisce attivamente (a volte con esplosione) con l'idrogeno secondo un meccanismo radicalico.

Cl2 + H2 → 2HCl

5Cl2 + 2P → 2PCl5

2S + Cl2 → S2Cl2

Con l'ossigeno, il cloro forma ossidi nei quali presenta uno stato di ossidazione da +1 a +7: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Hanno un odore pungente, sono termicamente e fotochimicamente instabili e soggetti a decomposizione esplosiva.

Quando reagisce con il fluoro, non si forma cloruro, ma fluoruro:

Cl 2 + 3F 2 (es.) → 2ClF 3