Вы вошли как ГостьПриветствую Вас, Гость
Главная » 2013 » Август » 28 » Хлор
16:24
Хлор

Хлор является наиболее распространенным из галогенов. В земной коре его содержится 0,03% по массе, в воде морей и океанов 0,8 – 3,5% хлорида натрия – наиболее распространенного соединения хлора. В связи с высокой химической активностью, хлор не встречается в свободном виде. Все свойства хлора тесно связаны с его высокой электроотрицательностью, он третий после фтора и кислорода.

Хлор был впервые получен и описан шведским аптекарем Шееле в 1774 году, при действии соляной кислоты на диоксид марганца. Данный метод – воздействие на соляную кислоту сильных окислителей (обычно, диоксид марганца, перманганат калия, хлорат калия и др.) остается основным методом лабораторного получения хлора. В промышленности хлор получают электролизом водных растворов  и расплавов хлоридов щелочных или щелочноземельных металлов. Обычно, для этой цели используют наиболее распространенные хлориды, натрия, калия и кальция.

Большая часть хлора в природе встречается в виде "поваренной” или "каменной” соли NaCl. Минерала "сильвин” – хлорида калия, и "сильвинит” – смешанная соль NaCl.KCl. Также встречается карналлитKCl.MgCl2.6H2O. Все эти соли хорошо растворимы в воде, что упрощает их очистку перекристаллизацией, и играют не последнюю роль в жизненных процессах. Ионный баланс в водных средах живых организмов играет ключевую роль во многих жизненных процессах, например, проницаемость оболочки клетки для обмена с внешней средой или активность ферментативных комплексов.

Электрохимический метод получения хлора был впервые запатентован российскими изобретателями Ф. Ващуком и Н. Глуховым в 1879 году.

Процесс достаточно простой, для предварительной очистки, раствор хлорида натрия смешивают с небольшим количеством раствора соды, для очистки от кальциевых и магниевых солей. Электролиз ведут с асбестовой диафрагмой для предотвращения взаимодействия образующегося в анодном пространстве хлора с гидроксидом натрия в катодной зоне. При этом, катоды – сетка из нержавеющей стали, а аноды – графитовые стержни.

Большая часть получаемого в промышленности хлора идет на синтез соляной кислоты и фреонов. Соляную кислоту получают сжиганием электрохимически полученного водорода в хлоре, с последующей абсорбцией хлороводорода водой в батарейном абсорбере с керамической насадкой. Обычно, насадка – кольца Рашига. Данная насадка представляет собой тонкостенные керамические кольца, у которых высота равна внешнему диаметру. Насадка предназначена для повышения площади контакта между жидкой средой и газом. Воздействие происходит противотоком, как и при производстве серной кислоты. Насыщенный хлористым водородом газ поступает в первый абсорбер, где происходит его поглощение соляной кислотой достаточно высокой концентрации. Во втором абсорбере, выходящую газовую фазу встречает кислота меньшей концентрации, которая затем поступает в первый абсорбер. В третьем абсорбере кислота еще меньшей концентрации, и так далее. В последний абсорбер подается чистая вода, которая поглощает из газовой фазы остатки хлористого водорода, образуя при этом, разбавленную соляную кислоту. Если подать воду сразу и вести процесс в одном абсорбере, происходит сильное выделение тепла при первом же контакте воды и хлористого водорода, в результате, плохой теплоотвод и процесс идет неустойчиво.

В отличие от процесса получения серной кислоты, в данном случае ставят 3-6 абсорберов (в процессе производства серной кислоты, поглощение оксида серы (VI) производят в батареи из 9-12 абсорберов).

Фреонами называют достаточно устойчивые органические галогенопроизводные, как правило, содержащие 1-3 различных галогенов. Эти соединения достаточно устойчивы и имеют высокую теплоту испарения при сравнительно невысоком давлении сжижения. Что обуславливает их применение в качестве теплоносителя-хладагента и инертной газовой среды для аэрозольных упаковок.

Не смотря на все преимущества, фреоны негативно сказываются на экологии. Главным образом, на состоянии озонового слоя. Это связано с их низкой плотностью и высокой химической стабильностью. Поднимаясь до высот ионосферы, они разрушаются там жестким ультрафиолетовым излучением и высокой температурой до атомарного и радикального состояния. Радикалы, содержащие углерод и галогены, оказываю сильное катализирующее воздействие на распад молекул озона до молекулярного кислорода по радикальному механизму. Молекулярный кислород, в отличие от озона, имеет значительно меньшую оптическую плотность по отношению к излучениям ультрафиолетовой области спектра и более коротковолновой радиации. Это приводит к снижению поглощающей способности озонового слоя и повышению его проницаемости для жесткой радиации солнца.

Поэтому, существуют многие программы "зеленых по ограничению и полному запрету использования большинства фреонов. Результативность, как и необходимость этих компаний, несколько сомнительны, а вот деньги там вращаются не маленькие. Сразу приходит на ум аналогия с европейскими организациями, занимающимися т.н. "гуманитарным разминированием”.

Кроме фреонов, хлор имеет большое значение для органического синтеза, благодаря весьма ценным свойствам некоторых галогенангидридов. Например, PCl5, это соединение используется в лабораторной практике для проведения многих синтезов на основе карбоновых кислот, через замещение гидроксильной группы на атом хлора. Полученный таким образом хлорангидрид карбоновой кислоты обладает высокой реакционной способностью, атом хлора  может быть легко замещен на многие функциональные группы.

Получение галогенидов фосфора, так же как и галогенидов водорода, производят сжиганием соответствующего элемента в нужном количестве (или избытке) галогена.

Окислительные способности хлора представляют теоретический интерес для использования в составе клатратных ВВ на основе графита и окислителей для жидких ракетных топлив. В частности, фторид хлора является немного более стабильным (да и более высококипящим) окислителем для ракетных двигателей, чем дифторид кислорода. Последний, рекомендуется хранить в сжиженном состоянии при давлении в 120-180 атм. и температуре не выше -50оС. Как Вы понимаете, поддерживать такую температуру в топливном отсеке ракетоносителя, мягко говоря, затруднительно. При более высоких температурах, фторид кислорода разрушает большинство конструкционных материалов и требует более высоких давлений для сжижения. Для трифторида хлора даже измерена температура кипения, которая составляет немного меньше 12оС. Такая, сравнительно высокая температура кипения облегчает на только заправку ракеты и хранение ее на стартовой площадке, но и подачу окислителя в камеру сгорания. В статье про фтор мы поговорим об этом подробнее.

Чистый хлор сжижается при температуре около -50оС, кипит при атмосферном давлении при -34,1оС. Можно сжижать хлор при 20оС, при этом требуется давление в 6-7 атм. Жидкий хлор представляет собой подвижную жидкость оранжевого цвета. Свое название, хлор приобрел благодаря зеленому цвету паров ("хлорос”, значит по-гречески "зеленый”).

Хлор является достаточно ядовитым газом, разовая смертельная доза для взрослого человека при вдыхании составляет около 0,5 грамма. В 1915 году немецкие войска применили хлор в качестве боевого отравляющего вещества в Бельгии, на реке Ипр. Тогда погибли и получили отравления различной степени тяжести более семи тысяч человек (история умалчивает, сколько из них также получили огнестрельные и осколочные ранения и какие из них были серьезнее). Впоследствии, немецкие войска применяли хлор еще несколько раз, но, со значительно меньшим успехом – войска всех стран имели средства индивидуальной защиты.

В начале, это были марлевые повязки пропитанные тиосульфатом или карбонатом натрия. Вскоре, российский ученый Н.Д. Зелинсткий изобрел адсорбционный противогаз с березовым или ольховым углем. Потомки этого противогаза используются в различных областях по сей день.

Для повышения отравляющего действия, немецкие ученый использовали фосген – хлорангидрид угольной кислоты. При гидролизе в легких и на слизистых оболочках происходит выделение угольной кислоты и соляной кислоты. Отравление фосгеном развивается более медленно (до 8 часов после отравления, против 3 часов после хлора). При этом, раненных больший процент, чем погибших, относительно хлора. Получают фосген присоединением хлора к оксиду углерода (II), на свету в присутствии катализатора – древесного угля. Как и для большинства процессов с участием хлора, данная реакция протекает по радикальному цепному механизму.

В ответ на применение хлора и фосгена, англичане использовали против немцев люизит, или β-хлорвинилдихлорарсин ClCH=CH(AsCl2), отличающийся еще большей токсичностью. О люизите поговорим позже, в разделе о мышьяке. Хлор вскоре утратил свое значение как БОВ, он входил в состав многих более совершенных ОВ, но, уже как акцептор электронной плотности для создания нужных свойств органических молекул.

Кстати, хранят хлор в баллонах цвета хаки (напоминание о боевом прошлом), под давлением всего в 6 атм. Это связанно не только с условиями сжижения, но и с учетом запаса прочности, ибо, в отличие от азота или диоксида углерода, утечка хлора весьма нежелательна. Сухой хлор хранят в баллонах из углеродистой стали, так как, в отсутствии воды, хлор не действует на железо.

Хлор является энергичным окислителем, в нем интенсивно сгорают большинство предварительно нагретых металлов.

Несмотря на достаточно высокую растворимость хлора в воде (до 8 граммов на литр), для обеззараживания воды рекомендуется, в зависимости от конкретного регламента и назначения воды (а также, ряда других условий), от 0,001 до 1,5 гр. хлора на кубический метр воды.

Даже более широко, чем сам хлор, применяются кислородные соединения хлора, их получают электрохимическим окислением анионов хлора в соответствующих условиях. Хлор и его соединения играют важную роль в современной промышленности и народном хозяйстве.

Категория: Химия элементов | Просмотров: 2200 | Добавил: Chemadm | Теги: фреоны, отравляющие вещества, соединения хлора, галогены | Рейтинг: 4.8/19
Всего комментариев: 0
Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]