Le chlore gazeux est-il toxique ? Qu'est-ce que le chlore : faits généraux

La principale méthode industrielle de production est le NaCl concentré (Fig. 96). Dans ce cas, (2Сl' – 2e– = Сl 2) est libéré et (2Н + 2e – = H2) est libéré dans l'espace cathodique et forme NaOH.

Lorsqu'ils sont obtenus en laboratoire, ils utilisent généralement l'effet du MnO 2 ou du KMnO 4 sur :

MnO 2 + 4HCl = MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O

2KMnO 4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O

Il est similaire dans sa fonction chimique caractéristique - c'est également un métalloïde monovalent actif. Cependant, c'est inférieur à celui de. Ce dernier est donc capable de déplacer les connexions.

Interaction avec H 2 + Cl 2 = 2HCl + 44 kcal

dans des conditions normales, cela se produit extrêmement lentement, mais lorsque le mélange est chauffé ou fortement éclairé (soleil direct, brûlure, etc.), il est accompagné.

NaCl + H 2 SO 4 = NaHSO 4 + HCl

NaCl + NaHSO 4 = Na 2 SO 4 + HCl

Le premier d’entre eux se produit en partie déjà dans des conditions normales et presque entièrement sous faible chauffage ; la seconde ne se produit qu'à des niveaux plus élevés. Pour réaliser le processus, des machines mécaniques performantes sont utilisées.

Cl 2 + H 2 O = HCl + HOCl

Étant un composé instable, HOCl se décompose lentement même dans un état aussi dilué. sont appelés acide hypochloreux, ou . HOCl lui-même et ses sont très forts.

Le moyen le plus simple d’y parvenir est de l’ajouter au mélange réactionnel. Puisque, au fur et à mesure que H se forme, OH sera lié en OH non dissociés et se déplacera vers la droite. En utilisant, par exemple, NaOH, nous avons :

Cl 2 + H 2 O<–––>HCl + HCl

HOCl + HCl + 2NaOH –––>NaOCl + NaCl + 2H 2 O

ou en général :

Cl 2 + 2NaOH –––>NaOCl + NaCl + H 2 O

À la suite de l'interaction avec, un mélange d'hypochloreux et est obtenu. Le résultat (« ») a de fortes propriétés oxydantes et est largement utilisé pour le blanchiment et.

1) HOCl = HCl + O

2) 2HOСl = H 2 O + Cl 2 O

3) 3HOCl = 2HCl + HClO 3

Tous ces processus peuvent se produire simultanément, mais leurs rythmes relatifs dépendent grandement des conditions existantes. En modifiant cette dernière, il est possible de garantir que la transformation aille presque entièrement dans un sens.

Sous l'influence de la lumière directe du soleil, la décomposition se produit selon le premier d'entre eux. Cela se produit également en présence de ceux qui peuvent facilement s'attacher, et certains (par exemple ").

La décomposition de HOCl selon le troisième type se produit particulièrement facilement lorsqu'elle est chauffée. Par conséquent, l’effet sur la chaleur est exprimé par l’équation récapitulative :

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

2КlO 3 + H 2 C 2 O 4 = K 2 CO 3 + CO 2 + H 2 O + 2ClO 2

du dioxyde jaune verdâtre se forme (point de fusion - 59 °C, point d'ébullition + 10 °C). Le ClO 2 libre est instable et peut se décomposer avec

Chlore (χλωρός - vert) - un élément du sous-groupe principal du septième groupe, la troisième période du système périodique des éléments chimiques de D.I. Mendeleev, de numéro atomique 17. Désigné par le symbole Cl (lat. Chlorum). Non-métal chimiquement actif. Il fait partie du groupe des halogènes (à l'origine le nom « halogène » était utilisé par le chimiste allemand Schweiger pour désigner le chlore [littéralement, « halogène » est traduit par sel), mais il n'a pas fait son chemin et est ensuite devenu commun au groupe VII. d’éléments, dont le chlore).

La substance simple chlore (numéro CAS : 7782-50-5) dans des conditions normales est un gaz toxique de couleur vert jaunâtre, avec une odeur âcre. Molécule de chlore diatomique (formule Cl2).

Diagramme de l'atome de chlore

Le chlore a été obtenu pour la première fois en 1772 par Scheele, qui a décrit sa libération lors de l'interaction de la pyrolusite avec l'acide chlorhydrique dans son traité sur la pyrolusite :

4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O

Scheele a noté l'odeur du chlore, semblable à celle de l'eau régale, sa capacité à réagir avec l'or et le cinabre et ses propriétés blanchissantes.

Cependant, Scheele, conformément à la théorie du phlogistique qui dominait en chimie à cette époque, a suggéré que le chlore est de l'acide chlorhydrique déphlogistiqué, c'est-à-dire de l'oxyde d'acide chlorhydrique. Berthollet et Lavoisier ont suggéré que le chlore est un oxyde de l'élément muria, mais les tentatives pour l'isoler sont restées infructueuses jusqu'aux travaux de Davy, qui a réussi à décomposer le sel de table en sodium et en chlore par électrolyse.

Répartition dans la nature

Il existe deux isotopes du chlore dans la nature : 35 Cl et 37 Cl. Dans la croûte terrestre, le chlore est l'halogène le plus répandu. Le chlore est très actif : il se combine directement avec presque tous les éléments du tableau périodique. Par conséquent, dans la nature, on le trouve uniquement sous forme de composés dans les minéraux : halite NaCl, sylvite KCl, sylvinite KCl NaCl, bischofite MgCl 2 6H2O, carnallite KCl MgCl 2 6H 2 O, kainite KCl MgSO 4 3H 2 O. Le plus grand les réserves de chlore sont contenues dans les sels des eaux des mers et des océans.

Le chlore représente 0,025 % du nombre total d'atomes de la croûte terrestre, l'indice de Clarke du chlore est de 0,19 % et le corps humain contient 0,25 % d'ions chlore en masse. Dans le corps humain et animal, le chlore se trouve principalement dans les fluides intercellulaires (dont le sang) et joue un rôle important dans la régulation des processus osmotiques, ainsi que dans les processus associés au fonctionnement des cellules nerveuses.

Composition isotopique

Il existe 2 isotopes stables du chlore trouvés dans la nature : avec un nombre de masse de 35 et 37. Les proportions de leur teneur sont respectivement de 75,78 % et 24,22 %.

Propriétés physiques et physico-chimiques

Dans des conditions normales, le chlore est un gaz jaune-vert avec une odeur suffocante. Certaines de ses propriétés physiques sont présentées dans le tableau.

Quelques propriétés physiques du chlore

Une fois refroidi, le chlore se transforme en liquide à une température d'environ 239 K, puis en dessous de 113 K, il cristallise en un réseau orthorhombique avec un groupe spatial. CMCA et paramètres a=6,29 b=4,50, c=8,21. En dessous de 100 K, la modification orthorhombique du chlore cristallin devient tétragonale, ayant un groupe spatial P4 2/cmn et les paramètres de réseau a=8,56 et c=6,12.

Solubilité

A la lumière ou lorsqu'il est chauffé, il réagit activement (parfois avec explosion) avec l'hydrogène selon un mécanisme radical. Les mélanges de chlore et d'hydrogène, contenant de 5,8 à 88,3 % d'hydrogène, explosent lors de l'irradiation pour former du chlorure d'hydrogène. Un mélange de chlore et d'hydrogène en petites concentrations brûle avec une flamme incolore ou jaune-vert. Température maximale de la flamme hydrogène-chlore 2200 °C :

Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ex.) → 2ClF 3

Autres propriétés

Lorsqu'il est dissous dans l'eau ou dans des alcalis, le chlore se dismute, formant des acides hypochloreux (et lorsqu'il est chauffé, perchlorique) et chlorhydrique, ou leurs sels :

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 4Cl

Propriétés oxydantes du chlore

Réactions avec des substances organiques

S'attache aux composés insaturés via de multiples liaisons :

CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl

Les composés aromatiques remplacent un atome d'hydrogène par du chlore en présence de catalyseurs (par exemple, AlCl 3 ou FeCl 3) :

C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl

Méthodes de production de chlore au chlore

Méthodes industrielles

Initialement, la méthode industrielle de production de chlore reposait sur la méthode Scheele, c'est-à-dire la réaction de la pyrolusite avec l'acide chlorhydrique :

MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anode : 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Cathode : 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-

Puisque l’électrolyse de l’eau se produit parallèlement à l’électrolyse du chlorure de sodium, l’équation globale peut être exprimée comme suit :

1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2

Trois variantes de la méthode électrochimique de production de chlore sont utilisées. Deux d'entre elles sont l'électrolyse à cathode solide : méthodes à diaphragme et à membrane, la troisième est l'électrolyse à cathode liquide (méthode de production de mercure). Parmi les méthodes de production électrochimique, la méthode la plus simple et la plus pratique est l'électrolyse avec une cathode de mercure, mais cette méthode provoque des dommages importants à l'environnement en raison de l'évaporation et des fuites de mercure métallique.

Méthode diaphragme avec cathode solide

La cavité de l'électrolyseur est divisée par une cloison poreuse en amiante - un diaphragme - en espaces cathodiques et anodiques, où se trouvent respectivement la cathode et l'anode de l'électrolyseur. Par conséquent, un tel électrolyseur est souvent appelé diaphragme et la méthode de production est l’électrolyse à diaphragme. Un flux d'anolyte saturé (solution de NaCl) s'écoule en continu dans l'espace anodique de l'électrolyseur à membrane. À la suite du processus électrochimique, du chlore est libéré à l'anode en raison de la décomposition de l'halite et de l'hydrogène est libéré à la cathode en raison de la décomposition de l'eau. Dans ce cas, la zone proche de la cathode est enrichie en soude.

Méthode membranaire avec cathode solide

La méthode à membrane est essentiellement similaire à la méthode à diaphragme, mais les espaces anodiques et cathodiques sont séparés par une membrane polymère échangeuse de cations. La méthode de production à membrane est plus efficace que la méthode à diaphragme, mais plus difficile à utiliser.

Méthode au mercure avec cathode liquide

Le processus est effectué dans un bain électrolytique composé d'un électrolyseur, d'un décomposeur et d'une pompe à mercure, reliés entre eux par des communications. Dans le bain électrolytique, le mercure circule sous l'action d'une pompe à mercure, en passant par un électrolyseur et un décomposeur. La cathode de l'électrolyseur est un flux de mercure. Anodes - graphite ou à faible usure. Avec le mercure, un flux d'anolyte - une solution de chlorure de sodium - circule en continu dans l'électrolyseur. À la suite de la décomposition électrochimique du chlorure, des molécules de chlore se forment à l'anode et à la cathode, le sodium libéré se dissout dans le mercure, formant un amalgame.

Méthodes de laboratoire

Dans les laboratoires, pour produire du chlore, on utilise généralement des procédés basés sur l'oxydation du chlorure d'hydrogène avec des agents oxydants forts (par exemple, oxyde de manganèse (IV), permanganate de potassium, bichromate de potassium) :

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

Stockage du chlore

Le chlore produit est stocké dans des « réservoirs » spéciaux ou pompé dans des cylindres en acier à haute pression. Les bouteilles contenant du chlore liquide sous pression ont une couleur spéciale - la couleur des marais. Il convient de noter que lors d'une utilisation prolongée des bouteilles de chlore, du trichlorure d'azote extrêmement explosif s'y accumule et que, par conséquent, de temps en temps, les bouteilles de chlore doivent subir un lavage et un nettoyage de routine au chlorure d'azote.

Normes de qualité du chlore

Selon GOST 6718-93 « Chlore liquide. Spécifications techniques : les qualités de chlore suivantes sont produites

Application

Le chlore est utilisé dans de nombreuses industries, sciences et besoins domestiques :

• Dans la production de polychlorure de vinyle, des composés plastiques, du caoutchouc synthétique, à partir desquels ils fabriquent : des fils isolants, des profilés de fenêtres, des matériaux d'emballage, des vêtements et des chaussures, du linoléum et des disques, des vernis, des équipements et des mousses plastiques, des jouets, des pièces d'instruments, des matériaux de construction. Le chlorure de polyvinyle est produit par polymérisation du chlorure de vinyle, qui est aujourd'hui le plus souvent produit à partir d'éthylène par la méthode équilibrée en chlore via l'intermédiaire 1,2-dichloroéthane.
• Les propriétés blanchissantes du chlore sont connues depuis longtemps, même si ce n'est pas le chlore lui-même qui « blanchit », mais l'oxygène atomique, qui se forme lors de la dégradation de l'acide hypochloreux : Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Cette méthode de blanchiment des tissus, papiers, cartons est utilisée depuis plusieurs siècles.
• Production d'insecticides organochlorés - substances qui tuent les insectes nuisibles aux cultures, mais sont sans danger pour les plantes. Une part importante du chlore produit est consommée pour obtenir des produits phytopharmaceutiques. L'un des insecticides les plus importants est l'hexachlorocyclohexane (souvent appelé hexachlorane). Cette substance a été synthétisée pour la première fois en 1825 par Faraday, mais elle n'a trouvé une application pratique que plus de 100 ans plus tard, dans les années 30 de notre siècle.
• Il était utilisé comme agent de guerre chimique, ainsi que pour la production d'autres agents de guerre chimique : gaz moutarde, phosgène.
• Pour désinfecter l'eau - « chloration ». La méthode la plus courante de désinfection de l’eau potable ; est basé sur la capacité du chlore libre et de ses composés à inhiber les systèmes enzymatiques des micro-organismes qui catalysent les processus redox. Pour désinfecter l'eau potable, on utilise : le chlore, le dioxyde de chlore, la chloramine et l'eau de Javel. SanPiN 2.1.4.1074-01 établit les limites suivantes (couloir) de la teneur admissible en chlore résiduel libre dans l'eau potable de l'approvisionnement en eau centralisé 0,3 - 0,5 mg/l. Un certain nombre de scientifiques et même de responsables politiques russes critiquent le concept même de chloration de l'eau du robinet, mais ne peuvent proposer une alternative à l'effet désinfectant des composés chlorés. Les matériaux à partir desquels les conduites d’eau sont fabriquées interagissent différemment avec l’eau du robinet chlorée. Le chlore libre dans l'eau du robinet réduit considérablement la durée de vie des canalisations à base de polyoléfine : différents types de canalisations en polyéthylène, dont le polyéthylène réticulé, les plus gros sont connus sous le nom de PEX (PE-X). Aux États-Unis, pour contrôler l'admission de canalisations en matériaux polymères destinés à être utilisés dans les systèmes d'approvisionnement en eau avec de l'eau chlorée, ils ont été contraints d'adopter 3 normes : ASTM F2023 concernant les canalisations, les membranes et les muscles squelettiques. Ces canaux remplissent des fonctions importantes dans la régulation du volume de liquide, le transport transépithélial des ions et la stabilisation des potentiels membranaires, et participent au maintien du pH cellulaire. Le chlore s'accumule dans les tissus viscéraux, la peau et les muscles squelettiques. Le chlore est absorbé principalement dans le gros intestin. L'absorption et l'excrétion du chlore sont étroitement liées aux ions sodium et aux bicarbonates, et dans une moindre mesure aux minéralocorticoïdes et à l'activité Na + /K + -ATPase. 10 à 15 % de tout le chlore s’accumule dans les cellules, dont 1/3 à 1/2 dans les globules rouges. Environ 85 % du chlore se trouve dans l’espace extracellulaire. Le chlore est excrété par l'organisme principalement par l'urine (90 à 95 %), les selles (4 à 8 %) et par la peau (jusqu'à 2 %). L'excrétion du chlore est associée aux ions sodium et potassium, et réciproquement à HCO 3 - (équilibre acido-basique).

  Une personne consomme 5 à 10 g de NaCl par jour. Le besoin humain minimum en chlore est d’environ 800 mg par jour. Le bébé reçoit la quantité nécessaire de chlore par le lait maternel, qui contient 11 mmol/l de chlore. Le NaCl est nécessaire à la production d’acide chlorhydrique dans l’estomac, qui favorise la digestion et la destruction des bactéries pathogènes. Actuellement, l’implication du chlore dans l’apparition de certaines maladies chez l’homme n’est pas bien étudiée, principalement en raison du petit nombre d’études. Il suffit de dire que même des recommandations sur l'apport quotidien de chlore n'ont pas été élaborées. Le tissu musculaire humain contient 0,20 à 0,52 % de chlore, le tissu osseux - 0,09 % ; dans le sang - 2,89 g/l. Le corps d'une personne moyenne (poids corporel 70 kg) contient 95 g de chlore. Chaque jour, une personne reçoit 3 à 6 g de chlore provenant de la nourriture, ce qui couvre largement les besoins en cet élément.

  Les ions chlore sont vitaux pour les plantes. Le chlore intervient dans le métabolisme énergétique des plantes en activant la phosphorylation oxydative. Il est nécessaire à la formation d'oxygène lors de la photosynthèse par des chloroplastes isolés et stimule les processus auxiliaires de la photosynthèse, principalement ceux associés à l'accumulation d'énergie. Le chlore a un effet positif sur l’absorption des composés d’oxygène, de potassium, de calcium et de magnésium par les racines. Une concentration excessive d'ions chlore dans les plantes peut également avoir un côté négatif, par exemple réduire la teneur en chlorophylle, réduire l'activité de la photosynthèse, retarder la croissance et le développement des plantes (baskunchak chlore). Le chlore fut l'un des premiers agents chimiques utilisés

  — Utilisation d'équipements de laboratoire d'analyse, d'électrodes de laboratoire et industrielles, notamment : électrodes de référence ESR-10101 qui analysent la teneur en Cl- et K+.

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  Interaction, intoxication, eau, réactions et production de chlore

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Même si nous considérons négativement les toilettes publiques, la nature dicte ses propres règles et nous devons les visiter. En plus des odeurs naturelles (pour un endroit donné), un autre arôme courant est celui de l'eau de Javel utilisée pour désinfecter la pièce. Il tire son nom du principal ingrédient actif qu'il contient - Cl. Découvrons cet élément chimique et ses propriétés, et caractérisons également le chlore par position dans le tableau périodique.

Comment cet élément a-t-il été découvert ?

Un composé contenant du chlore (HCl) a été synthétisé pour la première fois en 1772 par le prêtre britannique Joseph Priestley.

Deux ans plus tard, son collègue suédois Karl Scheele a pu décrire une méthode d'isolement du Cl utilisant la réaction entre l'acide chlorhydrique et le dioxyde de manganèse. Cependant, ce chimiste n’a pas compris qu’un nouvel élément chimique était ainsi synthétisé.

Il a fallu près de 40 ans aux scientifiques pour apprendre concrètement à produire du chlore. Cela a été fait pour la première fois par le Britannique Humphry Davy en 1811. Dans le même temps, il a utilisé une réaction différente de celle de ses prédécesseurs théoriques. Davy a utilisé l'électrolyse pour décomposer le NaCl (connu sous le nom de sel de table) en ses composants.

Après avoir étudié la substance résultante, le chimiste britannique s’est rendu compte qu’elle était élémentaire. Après cette découverte, Davy l’a non seulement nommé chlore, mais a également pu caractériser le chlore, même s’il était très primitif.

Le chlore s'est transformé en chlore (chlore) grâce à Joseph Gay-Lussac et existe sous cette forme en français, allemand, russe, biélorusse, ukrainien, tchèque, bulgare et quelques autres langues aujourd'hui. En anglais, le nom « chlore » est encore utilisé, et en italien et en espagnol « chloro ».

L'élément en question a été décrit plus en détail par Jens Berzelius en 1826. C'est lui qui a pu déterminer sa masse atomique.

Qu'est-ce que le chlore (Cl)

Après avoir examiné l'histoire de la découverte de cet élément chimique, il vaut la peine d'en apprendre davantage.

Le nom chlore est dérivé du mot grec χλωρός (« vert »). Il a été administré en raison de la couleur jaunâtre-verdâtre de cette substance.

Le chlore lui-même existe sous forme de gaz diatomique, Cl2, mais on ne le trouve pratiquement jamais sous cette forme dans la nature. Le plus souvent, il apparaît dans divers composés.

En plus de sa teinte distinctive, le chlore se caractérise par une odeur âcre et douce. C'est une substance très toxique, donc, lorsqu'elle est rejetée dans l'air et inhalée par une personne ou un animal, elle peut entraîner sa mort en quelques minutes (en fonction de la concentration de Cl).

Le chlore étant près de 2,5 fois plus lourd que l’air, il se trouvera toujours en dessous de celui-ci, c’est-à-dire près du sol. Pour cette raison, si vous soupçonnez la présence de Cl, vous devez monter le plus haut possible, car la concentration de ce gaz sera plus faible.

De plus, contrairement à certaines autres substances toxiques, les substances contenant du chlore ont une couleur caractéristique, qui peut permettre de les identifier visuellement et de prendre des mesures. La plupart des masques à gaz standards aident à protéger le système respiratoire et les muqueuses du Cl. Cependant, pour une sécurité totale, des mesures plus sérieuses doivent être prises, notamment la neutralisation de la substance toxique.

Il convient de noter que c’est avec l’utilisation du chlore comme gaz toxique par les Allemands en 1915 que les armes chimiques ont commencé leur histoire. À la suite de l'utilisation de près de 200 tonnes de cette substance, 15 000 personnes ont été empoisonnées en quelques minutes. Un tiers d'entre eux sont morts presque instantanément, un tiers a subi des dommages permanents et seulement 5 000 ont réussi à s'échapper.

Pourquoi une substance aussi dangereuse n'est-elle toujours pas interdite et est extraite chaque année en millions de tonnes ? Tout dépend de ses propriétés particulières, et pour les comprendre, il convient de considérer les caractéristiques du chlore. La façon la plus simple de procéder consiste à utiliser le tableau périodique.

Caractéristiques du chlore dans le système périodique

Le chlore comme halogène

En plus de son extrême toxicité et de son odeur âcre (caractéristique de tous les représentants de ce groupe), le Cl est hautement soluble dans l'eau. Une confirmation pratique en est l'ajout de détergents contenant du chlore à l'eau de la piscine.

Au contact de l'air humide, la substance en question commence à fumer.

Propriétés du Cl en tant que non-métal

Lorsque l’on considère les caractéristiques chimiques du chlore, il convient de prêter attention à ses propriétés non métalliques.

Il a la capacité de former des composés avec presque tous les métaux et non-métaux. Un exemple est la réaction avec les atomes de fer : 2Fe + 3Cl 2 → 2FeCl 3.

Il est souvent nécessaire d'utiliser des catalyseurs pour réaliser des réactions. H2O peut jouer ce rôle.

Les réactions avec Cl sont souvent endothermiques (elles absorbent la chaleur).

Il convient de noter que sous forme cristalline (sous forme de poudre), le chlore n'interagit avec les métaux que lorsqu'il est chauffé à des températures élevées.

En réagissant avec d'autres non-métaux (sauf O 2, N, F, C et gaz inertes), Cl forme des composés - des chlorures.

Lors de la réaction avec l'O 2, des oxydes extrêmement instables se forment et sont sujets à la décomposition. En eux, l'état d'oxydation du Cl peut se manifester de +1 à +7.

Lors de l'interaction avec F, des fluorures se forment. Leur degré d'oxydation peut être différent.

Chlore : caractéristiques de la substance en termes de propriétés physiques

En plus des propriétés chimiques, l’élément en question possède également des propriétés physiques.

Effet de la température sur l'état d'agrégation de Cl

Après avoir examiné les caractéristiques physiques de l’élément chlore, nous comprenons qu’il est capable de se transformer en différents états d’agrégation. Tout dépend de la température.

Dans son état normal, le Cl est un gaz aux propriétés hautement corrosives. Cependant, il peut facilement se liquéfier. Ceci est affecté par la température et la pression. Par exemple, s'il fait 8 atmosphères et que la température est de +20 degrés Celsius, le Cl 2 est un liquide jaune acide. Il est capable de maintenir cet état d'agrégation jusqu'à +143 degrés, si la pression continue également d'augmenter.

Lorsqu’il atteint -32 °C, l’état du chlore cesse de dépendre de la pression et continue de rester liquide.

La cristallisation de la substance (à l'état solide) se produit à -101 degrés.

Où Cl existe-t-il dans la nature ?

Après avoir examiné les caractéristiques générales du chlore, il convient de découvrir où dans la nature se trouve un élément aussi complexe.

En raison de sa grande réactivité, on ne le trouve presque jamais sous sa forme pure (c'est pourquoi il a fallu des années aux scientifiques pour apprendre à le synthétiser lorsqu'ils ont étudié cet élément pour la première fois). Généralement, le Cl se trouve dans les composés de divers minéraux : halite, sylvite, kainite, bischofite, etc.

On le trouve surtout dans les sels extraits de l’eau de mer ou des océans.

Effet sur le corps

Lorsqu’on considère les caractéristiques du chlore, on a déjà dit à plusieurs reprises qu’il était extrêmement toxique. De plus, les atomes de la substance sont contenus non seulement dans les minéraux, mais aussi dans presque tous les organismes, des plantes aux humains.

En raison de leurs propriétés particulières, les ions Cl pénètrent mieux que les autres dans les membranes cellulaires (par conséquent, plus de 80 % de tout le chlore du corps humain se trouve dans l'espace intercellulaire).

Avec K, Cl est responsable de la régulation de l'équilibre eau-sel et, par conséquent, de l'égalité osmotique.

Malgré son rôle si important dans l'organisme, sous sa forme pure, le Cl 2 tue tous les êtres vivants, des cellules aux organismes entiers. Cependant, à doses contrôlées et avec une exposition de courte durée, il n'a pas le temps de causer des dommages.

Un exemple frappant de cette dernière affirmation est n’importe quelle piscine. Comme vous le savez, l'eau de ces institutions est désinfectée avec Cl. De plus, si une personne fréquente rarement un tel établissement (une fois par semaine ou par mois), il est peu probable qu'elle souffre de la présence de cette substance dans l'eau. Cependant, les employés de ces institutions, notamment ceux qui passent presque toute la journée dans l'eau (sauveteurs, instructeurs), souffrent souvent de maladies de peau ou ont un système immunitaire affaibli.

Dans le cadre de tout cela, après avoir visité les piscines, vous devez absolument prendre une douche - pour éliminer les éventuels résidus de chlore de votre peau et de vos cheveux.

Utilisations humaines de Cl

En tenant compte des caractéristiques du chlore qui est un élément « capricieux » (en ce qui concerne l'interaction avec d'autres substances), il sera intéressant de savoir qu'il est assez souvent utilisé dans l'industrie.

Tout d’abord, il est utilisé pour désinfecter de nombreuses substances.

Le Cl est également utilisé dans la fabrication de certains types de pesticides, ce qui contribue à protéger les cultures des ravageurs.

La capacité de cette substance à interagir avec presque tous les éléments du tableau périodique (caractéristique du chlore en tant que non-métal) contribue à l'extraction de certains types de métaux (Ti, Ta et Nb), ainsi que de la chaux et de l'acide chlorhydrique. .

En plus de tout ce qui précède, le Cl est utilisé dans la production de substances industrielles (chlorure de polyvinyle) et de médicaments (chlorhexidine).

Il convient de mentionner qu'aujourd'hui, un désinfectant plus efficace et plus sûr a été trouvé : l'ozone (O 3). Cependant, sa production est plus coûteuse que le chlore, et ce gaz est encore plus instable que le chlore (brève description des propriétés physiques en 6-7 points). Par conséquent, peu de gens peuvent se permettre d’utiliser l’ozonation au lieu de la chloration.

Comment est produit le chlore ?

Aujourd'hui, de nombreuses méthodes sont connues pour la synthèse de cette substance. Ils se répartissent tous en deux catégories :

• Chimique.
• Électrochimique.

Dans le premier cas, Cl est obtenu grâce à une réaction chimique. Cependant, en pratique, ils sont très coûteux et inefficaces.

L’industrie privilégie donc les méthodes électrochimiques (électrolyse). Il y en a trois : le diaphragme, la membrane et l'électrolyse au mercure.

DÉFINITION

Chlore- le dix-septième élément du tableau périodique. Désignation - Cl du latin "chlorum". Situé en troisième période, groupe VIIA. Fait référence aux non-métaux. La charge nucléaire est de 17.

Le composé chloré naturel le plus important est le chlorure de sodium (sel de table) NaCl. La majeure partie du chlorure de sodium se trouve dans l’eau des mers et des océans. Les eaux de nombreux lacs contiennent également des quantités importantes de NaCl. On le trouve également sous forme solide, formant par endroits dans la croûte terrestre d’épaisses couches de ce qu’on appelle le sel gemme. D'autres composés chlorés sont également courants dans la nature, par exemple le chlorure de potassium sous la forme des minéraux carnallite KCl × MgCl 2 × 6H 2 O et sylvite KCl.

Dans des conditions normales, le chlore est un gaz jaune-vert (Fig. 1) hautement soluble dans l’eau. Une fois refroidis, les hydrates cristallins sont libérés des solutions aqueuses, qui sont des clarates de composition approximative Cl 2 × 6H 2 O et Cl 2 × 8H 2 O.

Riz. 1. Chlore à l’état liquide. Apparence.

Masse atomique et moléculaire du chlore

La masse atomique relative d'un élément est le rapport entre la masse d'un atome d'un élément donné et 1/12 de la masse d'un atome de carbone. La masse atomique relative est sans dimension et est notée A r (l'indice « r » est la première lettre du mot anglais relatif, qui signifie « relatif »). La masse atomique relative du chlore atomique est de 35,457 amu.

Les masses des molécules, ainsi que les masses des atomes, sont exprimées en unités de masse atomique. La masse moléculaire d'une substance est la masse d'une molécule, exprimée en unités de masse atomique. La masse moléculaire relative d'une substance est le rapport de la masse d'une molécule d'une substance donnée à 1/12 de la masse d'un atome de carbone, dont la masse est de 12 uma. On sait que la molécule de chlore est diatomique - Cl 2. Le poids moléculaire relatif d'une molécule de chlore sera égal à :

M r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.

Isotopes du chlore

On sait que dans la nature, le chlore peut être trouvé sous la forme de deux isotopes stables 35 Cl (75,78 %) et 37 Cl (24,22 %). Leurs nombres de masse sont respectivement 35 et 37. Le noyau d'un atome de l'isotope du chlore 35 Cl contient dix-sept protons et dix-huit neutrons, et l'isotope 37 Cl contient le même nombre de protons et vingt neutrons.

Il existe des isotopes artificiels du chlore avec des nombres de masse allant de 35 à 43, parmi lesquels le plus stable est le 36 Cl avec une demi-vie de 301 000 ans.

Ions chlore

Le niveau d'énergie externe de l'atome de chlore comporte sept électrons, qui sont des électrons de valence :

1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .

À la suite d'une interaction chimique, le chlore peut perdre ses électrons de valence, c'est-à-dire être leur donneur et se transformer en ions chargés positivement ou accepter des électrons d'un autre atome, c'est-à-dire soyez leur accepteur et transformez-vous en ions chargés négativement :

Cl 0 -7e → Cl 7+ ;

Cl 0 -5e → Cl 5+ ;

Cl 0 -4e → Cl 4+ ;

Cl0 -3e → Cl3+ ;

Cl 0 -2e → Cl 2+ ;

Cl 0 -1e → Cl 1+ ;

Cl 0 +1e → Cl 1- .

Molécule et atome de chlore

La molécule de chlore est constituée de deux atomes - Cl 2. Voici quelques propriétés caractérisant l’atome et la molécule de chlore :

Exemples de résolution de problèmes

EXEMPLE 1

Chlore(lat. Chlorum), Cl, élément chimique du groupe VII du système périodique de Mendeleïev, numéro atomique 17, masse atomique 35,453 ; appartient à la famille des halogènes. Dans des conditions normales (0°C, 0,1 Mn/m2 ou 1 kgf/cm2), c'est un gaz jaune-vert avec une odeur piquante et irritante. Le chlore naturel est constitué de deux isotopes stables : 35 Cl (75,77 %) et 37 Cl (24,23 %). Des isotopes radioactifs de numéros de masse 31-47 ont été obtenus artificiellement, notamment : 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 avec des demi-vies (T ½) respectivement 0,31 ; 2,5 ; 1,56 s ; 3.1·10 5 ans ; 37,3, 55,5 et 1,4 min. Le 36 Cl et le 38 Cl sont utilisés comme traceurs isotopiques.

Informations historiques. Le chlore a été obtenu pour la première fois en 1774 par K. Scheele en faisant réagir de l'acide chlorhydrique avec de la pyrolusite MnO 2 . Cependant, ce n'est qu'en 1810 que G. Davy a établi que le chlore est un élément et l'a nommé chlore (du grec chloros - jaune-vert). En 1813, J. L. Gay-Lussac propose le nom de chlore pour cet élément.

Distribution du chlore dans la nature. Le chlore est présent dans la nature uniquement sous forme de composés. La teneur moyenne en chlore dans la croûte terrestre (clarke) est de 1,7·10 -2% en masse, dans les roches ignées acides - granites et autres - de 2,4·10 -2, dans les roches basiques et ultrabasiques de 5·10 -3. Le rôle principal dans l'histoire du chlore dans la croûte terrestre est joué par la migration de l'eau. Sous forme d'ion Cl, on le trouve dans l'océan mondial (1,93%), les saumures souterraines et les lacs salés. Le nombre de ses propres minéraux (principalement des chlorures naturels) est de 97, le principal étant l'halite NaCl (sel gemme). De grands gisements de chlorures de potassium et de magnésium et de chlorures mixtes sont également connus : sylvinite KCl, sylvinite (Na,K)Cl, carnalite KCl MgCl 2 6H 2 O, kainite KCl MgSO 4 3H 2 O, bischofite MgCl 2 6H 2 O. de la Terre, l'apport de HCl contenu dans les gaz volcaniques aux parties supérieures de la croûte terrestre était d'une grande importance.

Propriétés physiques du chlore. Le chlore a un point d'ébullition de -34,05°C et un point de fusion de -101°C. La densité du chlore gazeux dans des conditions normales est de 3,214 g/l ; vapeur saturée à 0°C 12,21 g/l ; Chlore liquide à un point d'ébullition de 1,557 g/cm3 ; Chlore solide à - 102°C 1,9 g/cm 3 . Pression de vapeur saturée de chlore à 0°C 0,369 ; à 25°C 0,772 ; à 100°C 3,814 Mn/m 2 ou, respectivement, 3,69 ; 7,72 ; 38,14 kgf/cm2. Chaleur de fusion 90,3 kJ/kg (21,5 cal/g) ; chaleur d'évaporation 288 kJ/kg (68,8 cal/g) ; La capacité calorifique du gaz à pression constante est de 0,48 kJ/(kg K). Constantes critiques du Chlore : température 144°C, pression 7,72 Mn/m2 (77,2 kgf/cm2), densité 573 g/l, volume spécifique 1,745·10 -3 l/g. Solubilité (en g/l) du Chlore à une pression partielle de 0,1 Mn/m2, soit 1 kgf/cm2, dans l'eau 14,8 (0°C), 5,8 (30°C), 2,8 (70°C) ; dans une solution de 300 g/l NaCl 1,42 (30°C), 0,64 (70°C). En dessous de 9,6°C, des hydrates de chlore de composition variable Cl 2 ·nH 2 O (où n = 6-8) se forment dans des solutions aqueuses ; Ce sont des cristaux cubiques jaunes qui se décomposent avec l’augmentation de la température en chlore et en eau. Le chlore est très soluble dans TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 et certains solvants organiques (notamment l'hexane C 6 H 14 et le tétrachlorure de carbone CCl 4). La molécule de chlore est diatomique (Cl 2). Le degré de dissociation thermique de Cl 2 + 243 kJ = 2Cl à 1 000 K est de 2,07·10 -4 %, à 2 500 K 0,909 %.

Propriétés chimiques du chlore. Configuration électronique externe de l'atome Cl 3s 2 Sp 5. Conformément à cela, le chlore dans les composés présente les états d’oxydation de -1, +1, +3, +4, +5, +6 et +7. Le rayon covalent de l'atome est de 0,99 Å, le rayon ionique de Cl est de 1,82 Å, l'affinité électronique de l'atome de chlore est de 3,65 eV et l'énergie d'ionisation est de 12,97 eV.

Chimiquement, le chlore est très actif, se combine directement avec presque tous les métaux (certains uniquement en présence d'humidité ou lorsqu'il est chauffé) et avec les non-métaux (sauf le carbone, l'azote, l'oxygène, les gaz inertes), formant les chlorures correspondants, réagit avec de nombreux composés, remplace l'hydrogène dans les hydrocarbures saturés et rejoint les composés insaturés. Le chlore déplace le brome et l'iode de leurs composés avec l'hydrogène et les métaux ; Parmi les composés du chlore avec ces éléments, il est remplacé par le fluor. Les métaux alcalins en présence de traces d'humidité réagissent avec le chlore par inflammation ; la plupart des métaux réagissent avec le chlore sec uniquement lorsqu'ils sont chauffés. L'acier, ainsi que certains métaux, résistent dans une atmosphère de chlore sec à basse température, c'est pourquoi ils sont utilisés pour la fabrication d'équipements et d'installations de stockage de chlore sec. Le phosphore s'enflamme dans une atmosphère de chlore, formant PCl 3, et avec une chloration supplémentaire - PCl 5 ; le soufre avec le chlore lorsqu'il est chauffé donne S 2 Cl 2, SCl 2 et autres S n Cl m. L'arsenic, l'antimoine, le bismuth, le strontium et le tellure interagissent vigoureusement avec le chlore. Un mélange de chlore et d'hydrogène brûle avec une flamme incolore ou jaune-vert avec formation de chlorure d'hydrogène (il s'agit d'une réaction en chaîne).

La température maximale de la flamme hydrogène-chlore est de 2200°C. Les mélanges de chlore avec de l'hydrogène contenant de 5,8 à 88,5 % de H 2 sont explosifs.

Avec l'oxygène, le chlore forme des oxydes : Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7, Cl 2 O 8, ainsi que des hypochlorites (sels d'acide hypochloreux), des chlorites, des chlorates et des perchlorates. Tous les composés oxygénés du chlore forment des mélanges explosifs avec des substances facilement oxydables. Les oxydes de chlore sont faiblement stables et peuvent exploser spontanément ; les hypochlorites se décomposent lentement pendant le stockage ; les chlorates et les perchlorates peuvent exploser sous l'influence d'initiateurs.

Le chlore dans l'eau s'hydrolyse, formant des acides hypochloreux et chlorhydrique : Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl. Lorsque des solutions aqueuses d'alcalis sont chlorées à froid, des hypochlorites et des chlorures se forment : 2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O, et lorsqu'ils sont chauffés, des chlorates se forment. La chloration de l'hydroxyde de calcium sec produit de l'eau de Javel.

Lorsque l'ammoniac réagit avec le chlore, du trichlorure d'azote se forme. Lors de la chloration de composés organiques, le chlore remplace l'hydrogène ou joint plusieurs liaisons, formant divers composés organiques contenant du chlore.

Le chlore forme des composés interhalogènes avec d'autres halogènes. Les fluorures ClF, ClF 3, ClF 3 sont très réactifs ; par exemple, dans une atmosphère ClF 3, la laine de verre s'enflamme spontanément. Les composés connus du chlore avec l'oxygène et le fluor sont les oxyfluorures de chlore : ClO 3 F, ClO 2 F 3, ClOF, ClOF 3 et le perchlorate de fluor FClO 4.

Obtenir du chlore. Le chlore a commencé à être produit industriellement en 1785 en faisant réagir de l'acide chlorhydrique avec de l'oxyde de manganèse (II) ou de la pyrolusite. En 1867, le chimiste anglais G. Deacon développa une méthode de production de chlore en oxydant le HCl avec l'oxygène de l'air en présence d'un catalyseur. Depuis la fin du XIXe et le début du XXe siècle, le chlore est produit par électrolyse de solutions aqueuses de chlorures de métaux alcalins. Ces méthodes produisent 90 à 95 % du chlore mondial. De petites quantités de chlore sont obtenues comme sous-produit de la production de magnésium, de calcium, de sodium et de lithium par électrolyse de chlorures fondus. Deux méthodes principales d'électrolyse de solutions aqueuses de NaCl sont utilisées : 1) dans des électrolyseurs à cathode solide et à diaphragme filtrant poreux ; 2) dans les électrolyseurs à cathode à mercure. Dans les deux méthodes, du chlore gazeux est libéré sur une anode en graphite ou en oxyde de titane-ruthénium. Selon la première méthode, de l'hydrogène est libéré à la cathode et une solution de NaOH et NaCl se forme, à partir de laquelle la soude caustique commerciale est séparée par un traitement ultérieur. Selon la deuxième méthode, de l'amalgame de sodium se forme à la cathode ; lorsqu'il est décomposé avec de l'eau pure dans un appareil séparé, une solution de NaOH, de l'hydrogène et du mercure pur sont obtenues, qui sont à nouveau mises en production. Les deux méthodes donnent 1,125 t de NaOH pour 1 tonne de chlore.

L'électrolyse avec diaphragme nécessite moins d'investissement en capital pour organiser la production de chlore et produit du NaOH moins cher. La méthode à la cathode de mercure produit du NaOH très pur, mais la perte de mercure pollue l'environnement.

Utilisation du chlore. L’industrie du chlore est l’une des branches importantes de l’industrie chimique. Les principales quantités de chlore sont transformées sur le site de production en composés contenant du chlore. Le chlore est stocké et transporté sous forme liquide dans des bouteilles, des fûts, des citernes ferroviaires ou dans des navires spécialement équipés. Les pays industrialisés se caractérisent par la consommation approximative de chlore suivante : pour la production de composés organiques contenant du chlore - 60-75 % ; composés inorganiques contenant du chlore, -10-20 % ; pour blanchir la pâte et les tissus - 5-15 % ; pour les besoins sanitaires et la chloration de l'eau - 2 à 6 % de la production totale.

Le chlore est également utilisé pour chlorer certains minerais afin d’en extraire le titane, le niobium, le zirconium et autres.

Le chlore dans le corps. Le chlore est l'un des éléments biogènes, composant constant des tissus végétaux et animaux. La teneur en chlore dans les plantes (beaucoup de chlore dans les halophytes) varie de millièmes de pour cent à un pour cent entier, chez les animaux - dixièmes et centièmes de pour cent. Les besoins quotidiens d'un adulte en chlore (2 à 4 g) sont couverts par les produits alimentaires. Le chlore est généralement apporté en excès avec les aliments sous forme de chlorure de sodium et de chlorure de potassium. Le pain, la viande et les produits laitiers sont particulièrement riches en chlore. Dans le corps animal, le chlore est la principale substance osmotiquement active dans le plasma sanguin, la lymphe, le liquide céphalo-rachidien et certains tissus. Joue un rôle dans le métabolisme eau-sel, favorisant la rétention d’eau par les tissus. La régulation de l'équilibre acido-basique dans les tissus s'effectue conjointement avec d'autres processus en modifiant la répartition du chlore entre le sang et les autres tissus. Le chlore est impliqué dans le métabolisme énergétique des plantes, activant à la fois la phosphorylation oxydative et la photophosphorylation. Le chlore a un effet positif sur l’absorption de l’oxygène par les racines. Le chlore est nécessaire à la production d'oxygène lors de la photosynthèse par les chloroplastes isolés. La plupart des milieux nutritifs destinés à la culture de plantes artificielles ne contiennent pas de chlore. Il est possible que de très faibles concentrations de chlore suffisent au développement des plantes.

L’empoisonnement au chlore est possible dans les industries chimiques, des pâtes et papiers, textiles, pharmaceutiques et autres. Le chlore irrite les muqueuses des yeux et des voies respiratoires. Les changements inflammatoires primaires s'accompagnent généralement d'une infection secondaire. Une intoxication aiguë se développe presque immédiatement. Lors de l'inhalation de concentrations moyennes et faibles de chlore, on observe une sensation d'oppression et des douleurs dans la poitrine, une toux sèche, une respiration rapide, des douleurs oculaires, des larmoiements, une augmentation des taux de leucocytes dans le sang, de la température corporelle, etc., une bronchopneumonie, un œdème pulmonaire toxique. , des états dépressifs, des convulsions sont possibles . Dans les cas bénins, la guérison survient dans les 3 à 7 jours. Comme conséquences à long terme, on observe un catarrhe des voies respiratoires supérieures, des bronchites récurrentes, une pneumosclérose et autres ; activation possible de la tuberculose pulmonaire. En cas d'inhalation prolongée de petites concentrations de chlore, des formes similaires mais à développement lent de la maladie sont observées. Prévention des intoxications : scellement des installations de production, des équipements, ventilation efficace, utilisation d'un masque à gaz si nécessaire. La production de chlore, d'eau de Javel et d'autres composés contenant du chlore est classée comme production avec des conditions de travail dangereuses.