Das Chlor Es ist ein chemisches Element, das durch das Symbol Cl dargestellt wird. Es ist das zweite der Halogene, das sich unterhalb von Fluor befindet, und es ist auch das drittgrößte elektronegative Element von allen. Sein Name leitet sich von seiner gelblich-grünen Farbe ab, die intensiver als Fluorid ist.
Wenn jemand Ihren Namen hört, denken sie im Allgemeinen zuerst an die Bleichprodukte für Kleidung und das Wasser in Schwimmbädern. Obwohl Chlor in solchen Beispielen effektiv arbeitet, ist es nicht sein Gas, sondern seine Verbindungen (insbesondere Hypochlorit), die die Bleich- und Desinfektionswirkung ausüben..
Das Bild oben zeigt einen Rundkolben mit Chlorgas. Seine Dichte ist größer als die von Luft, was erklärt, warum es im Kolben verbleibt und nicht in die Atmosphäre entweicht; wie es bei anderen leichteren Gasen der Fall ist, um Helium oder Stickstoff zu sagen. In diesem Zustand ist es eine hochgiftige Substanz, da es Salzsäure in der Lunge produziert..
Aus diesem Grund hat elementares oder gasförmiges Chlor außer in einigen Synthesen nicht viele Verwendungszwecke. Seine Verbindungen, seien es Salze oder chlorierte organische Moleküle, decken jedoch ein gutes Repertoire an Anwendungen ab, das über Schwimmbäder und extrem weiße Kleidung hinausgeht..
Ebenso finden sich seine Atome in Form von Chloridanionen in unserem Körper, die den Gehalt an Natrium, Kalzium und Kalium sowie im Magensaft regulieren. Andernfalls wäre die Natriumchloridaufnahme noch tödlicher.
Chlor wird durch Elektrolyse von natriumchloridreicher Salzlösung hergestellt, einem industriellen Verfahren, bei dem auch Natriumhydroxid und Wasserstoff erhalten werden. Und weil die Meere eine fast unerschöpfliche Quelle dieses Salzes sind, sind die potenziellen Reserven dieses Elements in der Hydrosphäre sehr groß..
Artikelverzeichnis
Aufgrund der hohen Reaktivität von Chlorgas haben alte Zivilisationen nie vermutet, dass es existiert. Seine Verbindungen waren jedoch seit der Antike Teil der Kultur der Menschheit; seine Geschichte begann mit Kochsalz verbunden.
Andererseits entstand Chlor durch Vulkanausbrüche und als jemand Gold in Königswasser auflöste; Aber keiner dieser ersten Ansätze reichte aus, um die Idee zu formulieren, dass das gelblich-grüne Gas ein Element oder eine Verbindung ist.
Die Entdeckung von Chlor wird dem schwedischen Chemiker Carl Wilhelm Scheele zugeschrieben, der 1774 die Reaktion zwischen dem Mineral Pyrolusit und Salzsäure (bis dahin Salzsäure genannt) durchführte..
Scheele erhält die Anerkennung, als er der erste Wissenschaftler war, der die Eigenschaften von Chlor untersuchte; obwohl zuvor von Jan Baptist van Helmont (1630) anerkannt.
Die Experimente, mit denen Scheele seine Beobachtungen erhielt, sind interessant: Er bewertete die Bleichwirkung von Chlor auf rötliche und bläuliche Blütenblätter von Blüten sowie auf die Blätter von Pflanzen und Insekten, die sofort starben..
Ebenso berichtete er über seine hohe Reaktivität für Metalle, seinen erstickenden Geruch und seine unerwünschte Wirkung auf die Lunge und dass sein Säuregehalt zunahm, wenn er in Wasser gelöst wurde..
Bis dahin betrachteten Chemiker jede Verbindung, die Sauerstoff enthielt, als Säure; so dachten sie fälschlicherweise, dass Chlor ein gasförmiges Oxid sein muss. So nannten sie es "Oxymuratsäure" (Salzsäureoxid), ein Name, der vom berühmten französischen Chemiker Antoine Lavoisier geprägt wurde.
Dann versuchten Joseph Louis Gay-Lussac und Louis Jacques Thénard 1809, diese Säure mit Holzkohle zu reduzieren; Reaktion, mit der sie Metalle aus ihren Oxiden erhielten. Auf diese Weise wollten sie das chemische Element der angeblichen Oxymuratsäure (die sie als "Deflogstizierte Luft mit Salzsäure" bezeichneten) extrahieren..
Gay-Lussac und Thénard scheiterten jedoch in ihren Experimenten; Sie haben jedoch zu Recht die Möglichkeit in Betracht gezogen, dass das gelblich-grüne Gas ein chemisches Element und keine Verbindung sein muss.
Die Anerkennung von Chlor als chemisches Element war Sir Humphry Davy zu verdanken, der 1810 seine eigenen Experimente mit Kohlenstoffelektroden durchführte und zu dem Schluss kam, dass ein solches Salz der Salzsäure nicht existierte..
Und außerdem war es Davy, der den Namen "Chlor" für dieses Element aus dem griechischen Wort "Chloros" prägte, was gelblich grün bedeutet..
Bei der Untersuchung der chemischen Eigenschaften von Chlor wurde festgestellt, dass viele seiner Verbindungen von Natur aus salzhaltig sind. daher nannten sie es ein "Halogen", was Salzbildner bedeutet. Dann wurde der Begriff Halogen mit den anderen Elementen derselben Gruppe (F, Br und I) verwendet..
Michael Faraday gelang es sogar, das Chlor zu einem Feststoff zu verflüssigen, der aufgrund seiner Kontamination mit Wasser das Hydrat Cl bildetezweiH.zweiODER.
Der Rest der Geschichte des Chlors hängt mit seinen Desinfektions- und Bleicheigenschaften zusammen, bis sich das industrielle Verfahren zur Elektrolyse von Salzlösung zur Erzeugung massiver Mengen Chlor entwickelt..
Es ist ein dichtes, undurchsichtiges, gelblich-grünes Gas mit einem reizenden, scharfen Geruch (eine superverstärkte Version von handelsüblichem Chlor) und außerdem extrem giftig..
17
35,45 u.
Sofern nicht anders angegeben, entsprechen alle anderen Eigenschaften den für molekulares Chlor, Clzwei.
-34,04 ºC
-101,5 ºC
-Unter normalen Bedingungen 3,2 g / l
-Direkt am Siedepunkt 1,5624 g / ml
Beachten Sie, dass flüssiges Chlor ungefähr fünfmal so dicht ist wie sein Gas. Auch die Dichte seines Dampfes ist 2,49-mal größer als die von Luft. Deshalb neigt Chlor im ersten Bild nicht dazu, aus dem Rundkolben zu entweichen, da es dichter als Luft ist und sich am Boden befindet. Diese Eigenschaft macht es zu einem noch gefährlicheren Gas..
6,406 kJ / mol
20,41 kJ / mol
33,95 J / (mol K)
1,46 g / 100 ml bei 0 ° C.
7,67 atm bei 25 ° C. Dieser Druck ist im Vergleich zu anderen Gasen relativ niedrig.
3.16 auf der Pauling-Skala.
-Erstens: 1251,2 kJ / mol
-Zweitens: 2298 kJ / mol
-Drittens: 3822 kJ / mol
8,9 10-3 W / (mK)
Chlor kommt in der Natur hauptsächlich als zwei Isotope vor: 35Cl mit einer Häufigkeit von 76% und 37Cl mit einer Häufigkeit von 24%. Somit ist das Atomgewicht (35,45 u) ein Durchschnitt der Atommassen dieser beiden Isotope mit ihren jeweiligen Häufigkeitsprozentsätzen..
Alle Radioisotope von Chlor sind künstlich, darunter die 36Cl als das stabilste mit einer Halbwertszeit von 300.000 Jahren.
Chlor kann verschiedene Oxidationszahlen oder -zustände aufweisen, wenn es Teil einer Verbindung ist. Als eines der elektronegativsten Atome im Periodensystem weist es normalerweise negative Oxidationszahlen auf; außer wenn es auf Sauerstoff oder Fluor stößt, in dessen Oxiden bzw. Fluoriden es Elektronen "verlieren" muss.
In ihren Oxidationszahlen wird die Existenz oder Anwesenheit von Ionen mit der gleichen Ladungsgröße angenommen. Wir haben also: -1 (Cl-, das berühmte Chloridanion), +1 (Cl+), +2 (Clzwei+), +3 (Cl3+), +4 (Cl4+), +5 (Cl5+), +6 (Cl6+) und +7 (Cl7+). Von allen sind -1, +1, +3, +5 und +7 die am häufigsten in chlorierten Verbindungen vorkommenden..
Zum Beispiel in ClF und ClF3 Die Oxidationszahlen für Chlor betragen +1 (Cl+F.-) und +3 (Cl3+F.3-). In der ClzweiOder dies ist +1 (Clzwei+ODERzwei-); während in der ClOzwei, ClzweiODER3 und ClzweiODER7, sind +4 (Cl4+ODERzweizwei-), +3 (Clzwei3+ODER3zwei-) und +7 (Clzwei7+ODER7zwei-).
Andererseits hat Chlor in allen Chloriden eine Oxidationszahl von -1; wie im Fall von NaCl (Na+Cl-), wo es gültig ist zu sagen, dass das Cl existiert- angesichts der ionischen Natur dieses Salzes.
Chloratome haben im Grundzustand folgende elektronische Konfiguration:
[Ne] 3szwei 3p5
Daher hat jeder von ihnen sieben Valenzelektronen. Wenn sie nicht mit Energie überladen sind, gibt es im Raum einzelne Cl-Atome wie grüne Murmeln. Ihre natürliche Tendenz besteht jedoch darin, kovalente Bindungen zwischen ihnen zu bilden, um ihre Valenzoktette zu vervollständigen..
Beachten Sie, dass sie kaum ein Elektron benötigen, um acht Valenzelektronen zu haben, und daher eine einzige einfache Bindung bilden. Dies ist derjenige, der zwei Cl-Atome verbindet, um das Cl-Molekül zu erzeugenzwei (oberes Bild), Cl-Cl. Deshalb ist Chlor unter normalen und / oder terrestrischen Bedingungen ein molekulares Gas; nicht einatomig wie bei Edelgasen.
Das Cl-Molekülzwei es ist homonuklear und unpolar, so dass seine intermolekularen Wechselwirkungen von den Londoner Streukräften und seinen Molekularmassen bestimmt werden. In der Gasphase ist der Abstand Clzwei-Clzwei es ist im Vergleich zu anderen Gasen relativ kurz, was es zu seiner Masse addiert, was es zu einem Gas macht, das dreimal dichter als Luft ist.
Licht kann elektronische Übergänge innerhalb der Molekülorbitale von Cl anregen und fördernzwei;; folglich erscheint seine charakteristische gelblich-grüne Farbe. Diese Farbe intensiviert sich im flüssigen Zustand und verschwindet dann teilweise, wenn sie sich verfestigt.
Wenn die Temperatur sinkt (-34 ºC), werden die Cl-Molekülezwei kinetische Energie und Distanz verlieren Clzwei-Clzwei nimmt ab; Daher verschmelzen diese und definieren am Ende das flüssige Chlor. Das gleiche passiert, wenn das System jetzt mit den Cl-Molekülen noch mehr gekühlt wird (-101 ºC)zwei so nahe beieinander, dass sie einen orthorhombischen Kristall definieren.
Die Tatsache, dass Chlorkristalle existieren, zeigt an, dass ihre Dispersionskräfte gerichtet genug sind, um ein Strukturmuster zu erzeugen; das heißt, molekulare Schichten von Clzwei. Die Trennung dieser Schichten ist derart, dass sich ihre Struktur selbst unter einem Druck von 64 GPa nicht ändert und sie auch keine elektrische Leitung aufweisen..
Chlor in seinem gasförmigen Zustand kann nirgendwo auf der Erdoberfläche gefunden werden, da es sehr reaktiv ist und zur Bildung von Chloriden neigt. Diese Chloride sind in der Erdkruste gut verteilt und bereichern nach Millionen von Jahren, in denen sie vom Regen weggespült wurden, die Meere und Ozeane..
Von allen Chloriden ist das NaCl des Minerals Halit (oberes Bild) das häufigste und am häufigsten vorkommende; gefolgt von den Mineralien Silvin KCl und Carnalit MgClzweiKCl 6HzweiO. Wenn Wassermassen aufgrund der Einwirkung der Sonne verdunsten, hinterlassen sie Wüstensalzseen, aus denen NaCl direkt als Rohstoff für die Chlorproduktion gewonnen werden kann..
Das NaCl löst sich in Wasser unter Bildung einer Salzlösung (26%), die in einer Chloralkalizelle einer Elektrolyse unterzogen wird. Dort finden in den Anoden- und Kathodenräumen zwei Halbreaktionen statt:
2Cl-(ac) => Clzwei(g) + 2e- (Anode)
2HzweiO (l) + 2e- => 2OH-(ac) + H.zwei(g) (Kathode)
Und die globale Gleichung für beide Reaktionen lautet:
2NaCl (aq) + 2HzweiO (l) => 2 NaOH (aq) + H.zwei(g) + Clzwei(G)
Mit fortschreitender Reaktion entstehen die Na-Ionen+ an der Anode gebildete wandern durch eine durchlässige Asbestmembran in den Kathodenraum. Aus diesem Grund befindet sich NaOH auf der rechten Seite der globalen Gleichung. Beide Gase, Clzwei und H.zwei, werden von der Anode bzw. Kathode gesammelt.
Das Bild unten zeigt, was gerade geschrieben wurde:
Beachten Sie, dass die Konzentration der Sole am Ende um 2% abnimmt (von 24 auf 26%), was bedeutet, dass ein Teil ihrer Anionen Cl- Originale wurden in Cl-Moleküle umgewandeltzwei. Am Ende hat die Industrialisierung dieses Verfahrens ein Verfahren zur Herstellung von Chlor, Wasserstoff und Natriumhydroxid ergeben.
Wie im Abschnitt "Geschichte" erwähnt, kann Chlorgas durch Auflösen von Pyrolusitmineralproben mit Salzsäure erzeugt werden. Die folgende chemische Gleichung zeigt die aus der Reaktion erhaltenen Produkte:
MnOzwei(s) + 4HCl (aq) => MnClzwei(aq) + 2HzweiO (l) + Clzwei(G)
Chlorlegierungen existieren aus zwei einfachen Gründen nicht: Ihre gasförmigen Moleküle können nicht zwischen Metallkristallen eingeschlossen werden, und sie sind auch sehr reaktiv, so dass sie sofort mit Metallen reagieren würden, um ihre jeweiligen Chloride zu erzeugen..
Andererseits sind Chloride auch nicht wünschenswert, da sie, sobald sie in Wasser gelöst sind, einen salzhaltigen Effekt ausüben, der die Korrosion in Legierungen fördert; und daher lösen sich Metalle unter Bildung von Metallchloriden. Der Korrosionsprozess für jede Legierung ist unterschiedlich; Einige sind anfälliger als andere.
Chlor ist daher überhaupt kein guter Zusatzstoff für Legierungen; noch als Clzwei noch als Cl- (und Cl-Atome wären sehr reaktiv, so dass sie sogar existieren können).
Obwohl die Löslichkeit von Chlor in Wasser gering ist, reicht es aus, Salzsäure in der Feuchtigkeit unserer Haut und Augen zu produzieren, was dazu führt, dass das Gewebe korrodiert und ernsthafte Reizungen und sogar Sehverlust verursacht..
Noch schlimmer ist das Atmen seiner grünlich-gelben Dämpfe, da es in der Lunge wieder Säuren erzeugt und das Lungengewebe schädigt. Dabei hat die Person aufgrund der in der Lunge gebildeten Flüssigkeit Halsschmerzen, Husten und Atembeschwerden.
Wenn es ein Chlorleck gibt, befinden Sie sich in einer besonders gefährlichen Situation: Die Luft kann ihre Dämpfe nicht einfach "wegfegen"; Sie bleiben dort, bis sie reagieren oder sich langsam zerstreuen.
Darüber hinaus ist es eine stark oxidierende Verbindung, so dass verschiedene Substanzen bei geringstem Kontakt explosionsartig damit reagieren können; genau wie Stahlwolle und Aluminium. Deshalb müssen bei gespeichertem Chlor alle notwendigen Überlegungen angestellt werden, um die Brandgefahr zu vermeiden..
Ironischerweise ist Chlorgas zwar tödlich, sein Chloridanion jedoch nicht toxisch. Es kann (in Maßen) konsumiert werden, es brennt nicht und reagiert nur mit Fluor und anderen Reagenzien.
Etwa 81% des jährlich erzeugten Chlorgases werden zur Synthese von organischen und anorganischen Chloriden verwendet. Abhängig vom Grad der Kovalenz dieser Verbindungen kann Chlor als bloße Cl-Atome in chlorierten organischen Molekülen (mit C-Cl-Bindungen) oder als Cl-Ionen gefunden werden- in einigen Chloridsalzen (NaCl, CaClzwei, MgClzwei, usw.).
Jede dieser Verbindungen hat ihre eigenen Anwendungen. Zum Beispiel Chloroform (CHCl3) und Ethylchlorid (CH3CHzweiCl) sind Lösungsmittel, die als Inhalationsanästhetika verwendet werden; Dichlormethan (CHzweiClzwei) und Tetrachlorkohlenstoff (CCl4) sind Lösungsmittel, die in Laboratorien für organische Chemie weit verbreitet sind.
Wenn diese chlorierten Verbindungen flüssig sind, werden sie meistens als Lösungsmittel für organische Reaktionsmedien verwendet..
In anderen Verbindungen stellt das Vorhandensein von Chloratomen eine Zunahme des Dipolmoments dar, so dass sie in größerem Maße mit einer polaren Matrix interagieren können; eine, die aus Proteinen, Aminosäuren, Nukleinsäuren usw., Biomolekülen besteht. Somit spielt Chlor auch eine Rolle bei der Synthese von Arzneimitteln, Pestiziden, Insektiziden, Fungiziden usw..
In Bezug auf anorganische Chloride werden sie üblicherweise als Katalysatoren, Rohmaterial zur Gewinnung von Metallen durch Elektrolyse oder als Quellen für Cl-Ionen verwendet.-.
Das gasförmige oder elementare Chlor spielt bei Lebewesen keine andere Rolle als die Zerstörung ihres Gewebes. Dies bedeutet jedoch nicht, dass seine Atome nicht im Körper gefunden werden können. Zum Beispiel Cl-Ionen- sind in der zellulären und extrazellulären Umgebung sehr häufig und helfen bei der Kontrolle der Na-Ionen-Spiegel+ und Ca.zwei+, meist.
Ebenso ist Salzsäure Teil des Magensaftes, mit dem Nahrung im Magen verdaut wird; seine Cl-Ionen-, in Begleitung von H.3ODER+, Definieren Sie den pH-Wert nahe 1 dieser Sekrete.
Die Dichte von Chlorgas macht es zu einer tödlichen Substanz, wenn es verschüttet oder in geschlossene oder offene Räume gegossen wird. Da ein Strom dichter als Luft ist, führt er nicht leicht Chlor, so dass er eine beträchtliche Zeit verbleibt, bevor er sich endgültig verteilt.
Im Ersten Weltkrieg wurde dieses Chlor beispielsweise auf Schlachtfeldern eingesetzt. Einmal freigelassen, schlich er sich in die Gräben, um die Soldaten zu ersticken und sie an die Oberfläche zu zwingen..
Chlorierte Lösungen, bei denen Chlorgas in Wasser gelöst und dann mit einem Puffer alkalisch gemacht wurde, haben ausgezeichnete Desinfektionseigenschaften und hemmen die Fäulnis des Gewebes. Sie wurden verwendet, um offene Wunden zu desinfizieren, um pathogene Bakterien zu beseitigen.
Poolwasser wird präzise chloriert, um Bakterien, Mikroben und Parasiten zu entfernen, die sich darin befinden können. Zu diesem Zweck wurde früher Chlorgas verwendet, dessen Wirkung jedoch ziemlich aggressiv ist. Stattdessen werden Natriumhypochloritlösungen (Bleichmittel) oder Trichlorisocyanursäure (TCA) -Tabletten verwendet..
Das oben Gesagte zeigt, dass es nicht das Cl istzwei derjenige, der die desinfizierende Wirkung ausübt, aber HClO, Hypochloritsäure, die O-Radikale produziert, die Mikroorganismen zerstören.
Chlor ist seiner desinfizierenden Wirkung sehr ähnlich und bleicht auch Materialien, da die für die Farben verantwortlichen Farbstoffe durch HClO abgebaut werden. Daher sind seine chlorierten Lösungen ideal zum Entfernen von Flecken auf weißen Kleidungsstücken oder zum Bleichen von Papierzellstoff..
Die wichtigste Chlorverbindung von allen, die etwa 19% der verbleibenden Chlorgasproduktion ausmacht, ist Polyvinylchlorid (PVC). Dieser Kunststoff hat mehrere Verwendungszwecke. Damit werden Wasserleitungen, Fensterrahmen, Wand- und Bodenbeläge, elektrische Leitungen, Infusionsbeutel, Mäntel usw. hergestellt..
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