Compuestos con cloro. Cloro: propiedades, aplicación, producción. Usar como sustancia venenosa.
(según Pauling)
/cm³
Cloro (χλωρός - verde) - un elemento del subgrupo principal del séptimo grupo, el tercer período del sistema periódico de elementos químicos de D.I. Mendeleev, con número atómico 17. Denotado por el símbolo Cl (lat. Cloro). No metal químicamente activo. Es parte del grupo de los halógenos (originalmente el químico alemán Schweiger usó el nombre "halógeno" para designar el cloro [literalmente, "halógeno" se traduce como sal), pero no tuvo éxito y posteriormente se volvió común en el grupo VII. de elementos, que incluye cloro).
La sustancia simple cloro (número CAS: 7782-50-5) en condiciones normales es un gas venenoso de color verde amarillento, con un olor acre. Molécula de cloro diatómico (fórmula Cl2).
Diagrama del átomo de cloro.
El cloro fue obtenido por primera vez en 1772 por Scheele, quien describió su liberación durante la interacción de la pirolusita con el ácido clorhídrico en su tratado sobre la pirolusita:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele notó el olor del cloro, similar al del agua regia, su capacidad para reaccionar con el oro y el cinabrio y sus propiedades blanqueadoras.
Sin embargo, Scheele, de acuerdo con la teoría del flogisto dominante en la química en ese momento, sugirió que el cloro es ácido clorhídrico desflogistizado, es decir, el óxido de ácido clorhídrico. Berthollet y Lavoisier sugirieron que el cloro es un óxido del elemento muria, pero los intentos de aislarlo no tuvieron éxito hasta el trabajo de Davy, quien logró descomponer la sal de mesa en sodio y cloro mediante electrólisis.
Distribución en la naturaleza
Hay dos isótopos de cloro que se encuentran en la naturaleza: 35 Cl y 37 Cl. En la corteza terrestre, el cloro es el halógeno más común. El cloro es muy activo: se combina directamente con casi todos los elementos de la tabla periódica. Por lo tanto, en la naturaleza se encuentra únicamente en forma de compuestos en los minerales: halita NaCl, silvita KCl, silvinita KCl NaCl, bischofita MgCl 2 · 6H2O, carnalita KCl MgCl 2 · 6H 2 O, kainita KCl MgSO 4 · 3H 2 O. El más grande Las reservas de cloro están contenidas en las sales de las aguas de los mares y océanos.
El cloro representa el 0,025% del número total de átomos en la corteza terrestre, el número de Clarke del cloro es el 0,19% y el cuerpo humano contiene un 0,25% de iones de cloro en masa. En el cuerpo humano y animal, el cloro se encuentra principalmente en los líquidos intercelulares (incluida la sangre) y desempeña un papel importante en la regulación de los procesos osmóticos, así como en los procesos asociados con el funcionamiento de las células nerviosas.
Composición isotópica
En la naturaleza se encuentran 2 isótopos estables de cloro: con un número másico de 35 y 37. Las proporciones de su contenido son respectivamente 75,78% y 24,22%.
| Isótopo | Masa relativa, uma | Media vida | Tipo de descomposición | giro nuclear |
|---|---|---|---|---|
| 35cl | 34.968852721 | Estable | — | 3/2 |
| 36cl | 35.9683069 | 301000 años | desintegración β en 36 Ar | 0 |
| 37cl | 36.96590262 | Estable | — | 3/2 |
| 38cl | 37.9680106 | 37,2 minutos | desintegración β en 38 Ar | 2 |
| 39cl | 38.968009 | 55,6 minutos | desintegración β a 39 Ar | 3/2 |
| 40Cl | 39.97042 | 1,38 minutos | desintegración β en 40 Ar | 2 |
| 41cl | 40.9707 | 34 segundos | desintegración β en 41 Ar | |
| 42Cl | 41.9732 | 46,8 segundos | desintegración β en 42 Ar | |
| 43cl | 42.9742 | 3,3 segundos | desintegración β en 43 Ar |
Propiedades físicas y fisicoquímicas.
En condiciones normales, el cloro es un gas de color amarillo verdoso con olor asfixiante. Algunas de sus propiedades físicas se presentan en la tabla.
Algunas propiedades físicas del cloro
| Propiedad | Significado |
|---|---|
| temperatura de ebullición | −34°C |
| Temperatura de fusión | −101°C |
| temperatura de descomposición (disociaciones en átomos) |
~1400°С |
| Densidad (gas, n.s.) | 3,214 g/l |
| Afinidad electrónica de un átomo. | 3,65 eV |
| Primera energía de ionización | 12,97 eV |
| Capacidad calorífica (298 K, gas) | 34,94 (J/mol·K) |
| Temperatura crítica | 144ºC |
| Presión crítica | 76 atmósferas |
| Entalpía estándar de formación (298 K, gas) | 0 (kJ/mol) |
| Entropía estándar de formación (298 K, gas) | 222,9 (J/mol·K) |
| Entalpía de fusión | 6,406 (kJ/mol) |
| Entalpía de ebullición | 20,41 (kJ/mol) |
Cuando se enfría, el cloro se vuelve líquido a una temperatura de aproximadamente 239 K, y luego por debajo de 113 K cristaliza en una red ortorrómbica con grupo espacial. cmca y parámetros a=6,29 b=4,50, c=8,21. Por debajo de 100 K, la modificación ortorrómbica del cloro cristalino se vuelve tetragonal y tiene un grupo espacial. P4 2/ncm y parámetros de red a = 8,56 y c = 6,12.
Solubilidad
| Solvente | Solubilidad g/100 g |
|---|---|
| Benceno | vamos a disolvernos |
| Agua (0°C) | 1,48 |
| Agua (20°C) | 0,96 |
| Agua (25°C) | 0,65 |
| Agua (40°C) | 0,46 |
| Agua (60°C) | 0,38 |
| Agua (80°C) | 0,22 |
| Tetracloruro de carbono (0 °C) | 31,4 |
| Tetracloruro de carbono (19 °C) | 17,61 |
| Tetracloruro de carbono (40 °C) | 11 |
| Cloroformo | Bien soluble |
| TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 | vamos a disolvernos |
A la luz o cuando se calienta, reacciona activamente (a veces con explosión) con hidrógeno según un mecanismo radical. Las mezclas de cloro con hidrógeno, que contienen entre un 5,8 y un 88,3% de hidrógeno, explotan al ser irradiadas para formar cloruro de hidrógeno. Una mezcla de cloro e hidrógeno en pequeñas concentraciones arde con una llama incolora o de color amarillo verdoso. Temperatura máxima de la llama de hidrógeno-cloro 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ej.) → 2ClF 3
Otras propiedades
Cl 2 + CO → COCl 2Cuando se disuelve en agua o álcalis, el cloro se dismuta formando ácidos hipocloroso (y cuando se calienta, perclórico) y clorhídrico, o sus sales:
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
Propiedades oxidantes del cloro.
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SReacciones con sustancias orgánicas.
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClSe une a compuestos insaturados mediante enlaces múltiples:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Los compuestos aromáticos reemplazan un átomo de hidrógeno con cloro en presencia de catalizadores (por ejemplo, AlCl 3 o FeCl 3):
C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl
Métodos de cloro para producir cloro.
Métodos industriales
Inicialmente, el método industrial para producir cloro se basaba en el método Scheele, es decir, la reacción de pirolusita con ácido clorhídrico:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Ánodo: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Cátodo: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-
Dado que la electrólisis del agua ocurre paralelamente a la electrólisis del cloruro de sodio, la ecuación general se puede expresar de la siguiente manera:
1,80 NaCl + 0,50 H2O → 1,00 Cl2 + 1,10 NaOH + 0,03 H2
Se utilizan tres variantes del método electroquímico para producir cloro. Dos de ellos son la electrólisis con cátodo sólido: métodos de diafragma y membrana, el tercero es la electrólisis con cátodo líquido (método de producción de mercurio). Entre los métodos de producción electroquímica, el método más fácil y conveniente es la electrólisis con un cátodo de mercurio, pero este método causa un daño significativo al medio ambiente como resultado de la evaporación y la fuga de mercurio metálico.
Método de diafragma con cátodo sólido
La cavidad del electrolizador está dividida por una partición porosa de amianto, un diafragma, en espacios de cátodo y ánodo, donde se encuentran respectivamente el cátodo y el ánodo del electrolizador. Por lo tanto, dicho electrolizador a menudo se denomina diafragma y el método de producción es la electrólisis de diafragma. Un flujo de anolito saturado (solución de NaCl) fluye continuamente hacia el espacio anódico del electrolizador de diafragma. Como resultado del proceso electroquímico, se libera cloro en el ánodo debido a la descomposición de la halita y hidrógeno en el cátodo debido a la descomposición del agua. En este caso, la zona catódica se enriquece con hidróxido de sodio.
Método de membrana con cátodo sólido.
El método de membrana es esencialmente similar al método de diafragma, pero los espacios del ánodo y del cátodo están separados por una membrana de polímero de intercambio catiónico. El método de producción de membranas es más eficaz que el método de diafragma, pero más difícil de utilizar.
Método de mercurio con cátodo líquido.
El proceso se lleva a cabo en un baño electrolítico, que consta de un electrolizador, un descomponedor y una bomba de mercurio, interconectados por comunicaciones. En el baño electrolítico el mercurio circula bajo la acción de una bomba de mercurio, pasando por un electrolizador y un descomponedor. El cátodo del electrolizador es un flujo de mercurio. Ánodos: grafito o de bajo desgaste. Junto con el mercurio, una corriente de anolito, una solución de cloruro de sodio, fluye continuamente a través del electrolizador. Como resultado de la descomposición electroquímica del cloruro, se forman moléculas de cloro en el ánodo y en el cátodo, el sodio liberado se disuelve en mercurio formando una amalgama.
Métodos de laboratorio
En los laboratorios, para producir cloro, se suelen utilizar procesos basados en la oxidación del cloruro de hidrógeno con agentes oxidantes fuertes (por ejemplo, óxido de manganeso (IV), permanganato de potasio, dicromato de potasio):
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
Almacenamiento de cloro
El cloro producido se almacena en “tanques” especiales o se bombea a cilindros de acero de alta presión. Los cilindros con cloro líquido a presión tienen un color especial: el color del pantano. Cabe señalar que durante el uso prolongado de los cilindros de cloro, se acumula en ellos tricloruro de nitrógeno extremadamente explosivo y, por lo tanto, de vez en cuando los cilindros de cloro deben someterse a un lavado y limpieza de rutina con cloruro de nitrógeno.
Estándares de calidad del cloro
Según GOST 6718-93 “Cloro líquido. Especificaciones técnicas" se producen los siguientes grados de cloro
Solicitud
El cloro se utiliza en muchas industrias, ciencia y necesidades domésticas:
- En la producción de cloruro de polivinilo, compuestos plásticos, caucho sintético, a partir de los cuales se fabrican: aislamiento de cables, perfiles para ventanas, materiales de embalaje, ropa y calzado, linóleo y discos, barnices, equipos y espumas plásticas, juguetes, piezas de instrumentos, materiales de construcción. El cloruro de polivinilo se produce mediante la polimerización del cloruro de vinilo, que hoy en día se produce con mayor frecuencia a partir de etileno mediante el método equilibrado con cloro a través del intermedio 1,2-dicloroetano.
- Las propiedades blanqueadoras del cloro se conocen desde hace mucho tiempo, aunque no es el cloro en sí el que “blanquea”, sino el oxígeno atómico, que se forma durante la descomposición del ácido hipocloroso: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl. + O.. Este método de blanqueo de telas, papel y cartón se ha utilizado durante varios siglos.
- Producción de insecticidas organoclorados: sustancias que matan insectos dañinos para los cultivos, pero que son seguras para las plantas. Una parte importante del cloro producido se consume para la obtención de productos fitosanitarios. Uno de los insecticidas más importantes es el hexaclorociclohexano (a menudo llamado hexaclorano). Esta sustancia fue sintetizada por primera vez en 1825 por Faraday, pero encontró aplicación práctica solo más de 100 años después, en los años 30 de nuestro siglo.
- Se utilizó como agente de guerra química, así como para la producción de otros agentes de guerra química: gas mostaza y fosgeno.
- Para desinfectar el agua - “cloración”. El método más común para desinfectar el agua potable; Se basa en la capacidad del cloro libre y sus compuestos para inhibir los sistemas enzimáticos de los microorganismos que catalizan los procesos redox. Para desinfectar el agua potable se utiliza: cloro, dióxido de cloro, cloramina y lejía. SanPiN 2.1.4.1074-01 establece los siguientes límites (corredor) del contenido permitido de cloro residual libre en el agua potable del suministro centralizado de agua: 0,3 - 0,5 mg/l. Varios científicos e incluso políticos en Rusia critican el concepto mismo de cloración del agua del grifo, pero no pueden ofrecer una alternativa al efecto desinfectante de los compuestos de cloro. Los materiales con los que se fabrican las tuberías de agua interactúan de forma diferente con el agua del grifo clorada. El cloro libre en el agua del grifo reduce significativamente la vida útil de las tuberías a base de poliolefina: varios tipos de tuberías de polietileno, incluido el polietileno reticulado, las grandes conocidas como PEX (PE-X). En Estados Unidos, para controlar la admisión de tuberías fabricadas con materiales poliméricos para su uso en sistemas de suministro de agua con agua clorada, se vieron obligados a adoptar 3 normas: ASTM F2023 en relación a tuberías, membranas y músculos esqueléticos. Estos canales desempeñan funciones importantes en la regulación del volumen de líquido, el transporte de iones transepiteliales y la estabilización de los potenciales de membrana, y participan en el mantenimiento del pH celular. El cloro se acumula en el tejido visceral, la piel y los músculos esqueléticos. El cloro se absorbe principalmente en el intestino grueso. La absorción y excreción de cloro están estrechamente relacionadas con los iones de sodio y bicarbonatos, y en menor medida con los mineralocorticoides y la actividad Na+/K+-ATPasa. Del 10 al 15% de todo el cloro se acumula en las células, de los cuales entre 1/3 y 1/2 se encuentra en los glóbulos rojos. Aproximadamente el 85% del cloro se encuentra en el espacio extracelular. El cloro se excreta del cuerpo principalmente a través de la orina (90-95%), las heces (4-8%) y la piel (hasta un 2%). La excreción de cloro está asociada a los iones sodio y potasio, y recíprocamente al HCO 3 - (equilibrio ácido-base).
Una persona consume de 5 a 10 g de NaCl al día. La necesidad humana mínima de cloro es de unos 800 mg por día. El bebé recibe la cantidad necesaria de cloro a través de la leche materna, que contiene 11 mmol/l de cloro. El NaCl es necesario para la producción de ácido clorhídrico en el estómago, que favorece la digestión y destruye las bacterias patógenas. Actualmente, la implicación del cloro en la aparición de determinadas enfermedades en humanos no está bien estudiada, principalmente debido al escaso número de estudios. Baste decir que ni siquiera se han desarrollado recomendaciones sobre la ingesta diaria de cloro. El tejido muscular humano contiene entre 0,20 y 0,52% de cloro, tejido óseo, 0,09%; en la sangre - 2,89 g/l. El cuerpo de una persona promedio (peso corporal 70 kg) contiene 95 g de cloro. Cada día, una persona recibe de 3 a 6 g de cloro de los alimentos, lo que cubre con creces la necesidad de este elemento.
Los iones de cloro son vitales para las plantas. El cloro participa en el metabolismo energético de las plantas activando la fosforilación oxidativa. Es necesario para la formación de oxígeno durante la fotosíntesis por cloroplastos aislados y estimula los procesos auxiliares de la fotosíntesis, principalmente los asociados con la acumulación de energía. El cloro tiene un efecto positivo en la absorción de compuestos de oxígeno, potasio, calcio y magnesio por las raíces. La concentración excesiva de iones de cloro en las plantas también puede tener un lado negativo, por ejemplo, reducir el contenido de clorofila, reducir la actividad de la fotosíntesis, retrasar el crecimiento y desarrollo de las plantas (cloro Baskunchak). El cloro fue uno de los primeros agentes químicos utilizados.
— Utilización de equipos analíticos de laboratorio, electrodos de laboratorio e industriales, en particular: electrodos de referencia ESR-10101 que analizan el contenido de Cl- y K+.
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Métodos químicos
Los métodos químicos para producir cloro son ineficaces y caros. Hoy tienen un significado principalmente histórico. Se puede obtener haciendo reaccionar permanganato de potasio con ácido clorhídrico:
método Scheele
Inicialmente, el método industrial para producir cloro se basaba en el método Scheele, es decir, la reacción de pirolusita con ácido clorhídrico:
Método diácono
En 1867, Deacon desarrolló un método para producir cloro mediante oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno con oxígeno atmosférico. El proceso Deacon se utiliza hoy en día para recuperar cloro a partir de cloruro de hidrógeno, un subproducto de la cloración industrial de compuestos orgánicos.
Métodos electroquímicos
Hoy en día, el cloro se produce a escala industrial junto con el hidróxido de sodio y el hidrógeno mediante electrólisis de una solución de sal de mesa, cuyos principales procesos se pueden representar mediante la fórmula resumida:
Se utilizan tres variantes del método electroquímico para producir cloro. Dos de ellos son la electrólisis con cátodo sólido: métodos de diafragma y membrana, el tercero es la electrólisis con cátodo de mercurio líquido (método de producción de mercurio). La calidad del cloro producido por métodos electroquímicos difiere poco:
Método del diafragma
Diagrama de un antiguo electrolizador de diafragma para producción de cloro y licores.: A- ánodo, EN- aisladores, CON- cátodo, D- espacio lleno de gases (sobre el ánodo - cloro, sobre el cátodo - hidrógeno), METRO- apertura
El más sencillo de los métodos electroquímicos, en términos de organización del proceso y materiales de construcción del electrolizador, es el método de diafragma para producir cloro.
La solución salina del electrolizador de diafragma se alimenta continuamente al espacio anódico y fluye a través de un diafragma de amianto, normalmente montado sobre una malla catódica de acero, al que, en algunos casos, se añade una pequeña cantidad de fibras poliméricas.
El diafragma se aspira bombeando una pulpa de fibras de amianto a través del electrolizador que, cuando se pegan en la rejilla del cátodo, forman una capa de amianto que desempeña el papel de diafragma.
En muchos diseños de electrolizadores, el cátodo se sumerge completamente debajo de una capa de anolito (electrolito del espacio del ánodo) y el hidrógeno liberado en la rejilla del cátodo se elimina de debajo del cátodo mediante tubos de salida de gas, sin penetrar a través del diafragma hasta el ánodo. espacio debido a la contracorriente.
El contraflujo es una característica muy importante del diseño del electrolizador de diafragma. Gracias al flujo a contracorriente dirigido desde el espacio anódico al espacio catódico a través de un diafragma poroso, es posible obtener licores y cloro por separado. El flujo a contracorriente está diseñado para contrarrestar la difusión y migración de iones OH - al espacio anódico. Si la contracorriente es insuficiente, entonces comienza a formarse ion hipoclorito (ClO -) en el espacio anódico en grandes cantidades, que luego se puede oxidar en el ánodo al ion clorato ClO 3 -. La formación de iones clorato reduce seriamente la eficiencia de la corriente de cloro y es el principal subproducto de este método. También es perjudicial la liberación de oxígeno, lo que, además, provoca la destrucción de los ánodos y, si están hechos de materiales de carbono, la liberación de impurezas de fosgeno en el cloro.
Ánodo: - proceso principal Cátodo: - proceso principal
Se pueden utilizar electrodos de grafito o carbono como ánodo en electrolizadores de diafragma. Hoy en día, han sido sustituidos principalmente por ánodos de titanio con revestimiento de óxido de rutenio-titanio (ánodos ORTA) u otros de bajo consumo.
La sal de mesa, el sulfato de sodio y otras impurezas, cuando su concentración en la solución aumenta por encima de su límite de solubilidad, precipitan. La solución cáustica alcalina se decanta del sedimento y se transfiere como producto terminado a un almacén o se continúa con la etapa de evaporación para obtener un producto sólido, seguido de fusión, descamación o granulación.
La sal inversa, es decir, la sal de mesa que ha cristalizado en sedimento, se devuelve al proceso, preparándose a partir de ella la llamada salmuera inversa. Para evitar la acumulación de impurezas en las soluciones, las impurezas se separan antes de preparar la salmuera inversa.
La pérdida de anolito se repone añadiendo salmuera fresca obtenida mediante lixiviación subterránea de capas de sal de halita, bischofita y otros minerales que contienen cloruro de sodio, y además disolviéndolas en recipientes especiales en el lugar de producción. Antes de mezclarla con la salmuera de retorno, la salmuera fresca se limpia de suspensiones mecánicas y de una parte importante de los iones de calcio y magnesio.
El cloro resultante se separa del vapor de agua, se comprime y se suministra para la producción de productos que contienen cloro o para licuefacción.
Debido a su relativa simplicidad y bajo costo, el método de diafragma para producir cloro se usa ampliamente en la industria actualmente.
Esquema de un electrolizador de diafragma.método de membrana
El método de membrana para producir cloro es el más eficiente energéticamente, pero al mismo tiempo es difícil de organizar y operar.
Desde el punto de vista de los procesos electroquímicos, el método de membrana es similar al método de diafragma, pero los espacios del ánodo y del cátodo están completamente separados por una membrana de intercambio catiónico impermeable a los aniones. Por tanto, en un electrolizador de membrana, a diferencia de un electrolizador de diafragma, no hay un flujo, sino dos.
Como en el método del diafragma, un flujo de solución salina ingresa al espacio anódico. Y en el cátodo - agua desionizada. Del espacio catódico fluye una corriente de anolito empobrecido, que también contiene impurezas de hipoclorito y iones clorato y sale cloro, y del espacio anódico sale licor e hidrógeno, prácticamente libre de impurezas y cercano a la concentración comercial, lo que reduce los costos de energía para su evaporación y purificación.
Al mismo tiempo, la solución salina de alimentación (tanto fresca como reciclada) y el agua se limpian previamente de posibles impurezas. Esta limpieza minuciosa está determinada por el alto costo de las membranas de intercambio catiónico de polímeros y su vulnerabilidad a las impurezas en la solución de alimentación.
Además, la forma geométrica limitada y, además, la baja resistencia mecánica y estabilidad térmica de las membranas de intercambio iónico, determinan en su mayor parte las construcciones relativamente complejas de las instalaciones de electrólisis de membranas. Por la misma razón, las instalaciones de membranas requieren los sistemas de seguimiento y control automáticos más sofisticados.
Diagrama de un electrolizador de membrana..Método de mercurio con cátodo líquido.
Entre los métodos electroquímicos para producir cloro, el método del mercurio permite obtener el cloro más puro.
Esquema de un electrolizador de mercurio.La instalación de electrólisis de mercurio consta de un electrolizador, un descomponedor de amalgama y una bomba de mercurio, interconectados por comunicaciones conductoras de mercurio.
El cátodo del electrolizador es una corriente de mercurio bombeada por una bomba. Ánodos: grafito, carbono o de bajo desgaste (ORTA, TDMA u otros). Junto con el mercurio, una solución de alimentación de sal de mesa fluye continuamente a través del electrolizador.
En el ánodo, los iones de cloro del electrolito se oxidan y se libera cloro:
- proceso principalEl cloro y el anolito se eliminan del electrolizador. El anolito que sale del electrolizador se satura adicionalmente con halita fresca, las impurezas introducidas con él, así como las que se lavan de los ánodos y los materiales estructurales, se eliminan y se devuelven a la electrólisis. Antes de la saturación, el cloro disuelto en él se elimina del anolito.
Los crecientes requisitos de seguridad ambiental de la producción y el alto costo del mercurio metálico están llevando a un desplazamiento gradual del método del mercurio por métodos de producción de cloro con un cátodo sólido.
Métodos de laboratorio
Debido a la disponibilidad de cloro, en la práctica de laboratorio se suele utilizar cloro licuado en cilindros. El cloro se puede producir haciendo reaccionar ácido con hipoclorito de sodio:
Además, también se libera oxígeno. Si usa ácido clorhídrico, la reacción se ve diferente:
Para obtener cloro en pequeñas cantidades se suelen utilizar procesos basados en la oxidación del cloruro de hidrógeno con agentes oxidantes fuertes (por ejemplo, óxido de manganeso (IV), permanganato de potasio, dicromato de potasio, dióxido de plomo, sal de Berthollet, etc.), dióxido de manganeso. o permanganato de potasio:
Si no es posible utilizar cilindros, se pueden utilizar pequeños electrolizadores con electrodo convencional o de válvula para producir cloro.
DEFINICIÓN
Cloro- el decimoséptimo elemento de la tabla periódica. Designación - Cl del latín "cloro". Ubicado en el tercer período, grupo VIIA. Se refiere a los no metales. La carga nuclear es 17.
El compuesto de cloro natural más importante es el cloruro de sodio (sal de mesa), NaCl. La mayor parte del cloruro de sodio se encuentra en el agua de los mares y océanos. Las aguas de muchos lagos también contienen cantidades importantes de NaCl. También se encuentra en forma sólida, formando en algunos lugares de la corteza terrestre gruesas capas de la llamada sal gema. Otros compuestos de cloro también son comunes en la naturaleza, por ejemplo, el cloruro de potasio en forma de minerales carnalita KCl × MgCl 2 × 6H 2 O y silvita KCl.
En condiciones normales, el cloro es un gas de color amarillo verdoso (Fig. 1), muy soluble en agua. Cuando se enfrían, se liberan hidratos cristalinos de las soluciones acuosas, que son claratos de composición aproximada Cl 2 × 6H 2 O y Cl 2 × 8H 2 O.
Arroz. 1. Cloro en estado líquido. Apariencia.
Masa atómica y molecular del cloro.
La masa atómica relativa de un elemento es la relación entre la masa de un átomo de un elemento dado y 1/12 de la masa de un átomo de carbono. La masa atómica relativa no tiene dimensiones y se denota por A r (el índice "r" es la letra inicial de la palabra inglesa relativa, que significa "relativo"). La masa atómica relativa del cloro atómico es 35,457 uma.
Las masas de las moléculas, así como las masas de los átomos, se expresan en unidades de masa atómica. La masa molecular de una sustancia es la masa de una molécula, expresada en unidades de masa atómica. La masa molecular relativa de una sustancia es la relación entre la masa de una molécula de una sustancia determinada y 1/12 de la masa de un átomo de carbono, cuya masa es 12 uma. Se sabe que la molécula de cloro es diatómica: Cl 2. El peso molecular relativo de una molécula de cloro será igual a:
Señor r (Cl 2) = 35,457 × 2 ≈ 71.
Isótopos de cloro
Se sabe que en la naturaleza el cloro se puede encontrar en forma de dos isótopos estables 35 Cl (75,78%) y 37 Cl (24,22%). Sus números de masa son 35 y 37, respectivamente. El núcleo de un átomo del isótopo de cloro 35 Cl contiene diecisiete protones y dieciocho neutrones, y el isótopo 37 Cl contiene el mismo número de protones y veinte neutrones.
Existen isótopos artificiales de cloro con números de masa de 35 a 43, entre los cuales el más estable es el 36 Cl con una vida media de 301 mil años.
iones de cloro
El nivel de energía exterior del átomo de cloro tiene siete electrones, que son electrones de valencia:
1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5 .
Como resultado de la interacción química, el cloro puede perder sus electrones de valencia, es decir ser su donante y convertirse en iones cargados positivamente o aceptar electrones de otro átomo, es decir, ser su aceptor y convertirse en iones cargados negativamente:
Cl0-7e → Cl7+;
Cl0-5e → Cl5+;
Cl0-4e → Cl4+;
Cl0-3e → Cl3+;
Cl0-2e → Cl2+;
Cl0-1e → Cl1+;
Cl 0 +1e → Cl 1- .
Molécula y átomo de cloro
La molécula de cloro consta de dos átomos: Cl 2. A continuación se muestran algunas propiedades que caracterizan el átomo y la molécula de cloro:
Ejemplos de resolución de problemas
EJEMPLO 1
| Ejercicio | ¿Qué volumen de cloro se debe tomar para que reaccione con 10 litros de hidrógeno? Los gases se encuentran en las mismas condiciones. |
| Solución | Escribamos la ecuación de la reacción entre cloro e hidrógeno: Cl2 + H2 = 2HCl. Calculemos la cantidad de sustancia de hidrógeno que reaccionó: norte (H 2) = V (H 2) / V m; norte (H 2) = 10 / 22,4 = 0,45 moles. Según la ecuación, n (H 2) = n (Cl 2) = 0,45 mol. Entonces, el volumen de cloro que reaccionó con el hidrógeno es igual a: |
En el oeste de Flandes se encuentra una pequeña ciudad. Sin embargo, su nombre es conocido en todo el mundo y permanecerá durante mucho tiempo en la memoria de la humanidad como símbolo de uno de los mayores crímenes contra la humanidad. Esta ciudad es Ypres. Crecy (en la batalla de Crecy en 1346, las tropas inglesas utilizaron armas de fuego por primera vez en Europa). - Ypres - Hiroshima: hitos en el camino para convertir la guerra en una gigantesca máquina de destrucción.
A principios de 1915, se formó el llamado saliente de Ypres en la línea del frente occidental. Las fuerzas aliadas anglo-francesas al noreste de Ypres habían penetrado en territorio controlado por el ejército alemán. El mando alemán decidió lanzar un contraataque y nivelar la línea del frente. En la mañana del 22 de abril, cuando el viento soplaba suavemente desde el noreste, los alemanes comenzaron preparativos inusuales para la ofensiva: llevaron a cabo el primer ataque con gas en la historia de la guerra. En el sector de Ypres del frente, se abrieron simultáneamente 6.000 cilindros de cloro. En cinco minutos, se formó una enorme nube venenosa de color amarillo verdoso, que pesaba 180 toneladas, que se movió lentamente hacia las trincheras enemigas.
Nadie esperaba esto. Las tropas francesas y británicas se preparaban para el ataque, para el bombardeo de artillería, los soldados estaban firmemente atrincherados, pero ante la destructiva nube de cloro estaban completamente desarmados. El gas mortal penetró en todas las grietas y en todos los refugios. Los resultados del primer ataque químico (¡y la primera violación de la Convención de La Haya de 1907 sobre la no utilización de sustancias tóxicas!) fueron sorprendentes: el cloro afectó a unas 15.000 personas y unas 5.000 murieron. ¡Y todo esto para nivelar la línea del frente de 6 km de largo! Dos meses después, los alemanes lanzaron un ataque con cloro en el frente oriental. Y dos años después, Ypres aumentó su notoriedad. Durante una difícil batalla el 12 de julio de 1917, se utilizó por primera vez en la zona de esta ciudad una sustancia tóxica, más tarde llamada gas mostaza. El gas mostaza es un derivado del cloro, sulfuro de diclorodietilo.
Recordamos estos episodios de la historia relacionados con una pequeña ciudad y un elemento químico para mostrar cuán peligroso puede ser el elemento número 17 en manos de militantes locos. Este es el capítulo más oscuro en la historia del cloro.
Pero sería completamente erróneo considerar el cloro sólo como una sustancia tóxica y una materia prima para la producción de otras sustancias tóxicas...
Historia del cloro
La historia del cloro elemental es relativamente corta y se remonta a 1774. La historia de los compuestos de cloro es tan antigua como el mundo. Baste recordar que el cloruro de sodio es sal de mesa. Y, aparentemente, incluso en tiempos prehistóricos se notó la capacidad de la sal para conservar la carne y el pescado.
Los hallazgos arqueológicos más antiguos, pruebas del uso de la sal por parte del hombre, se remontan aproximadamente al 3...4 milenio antes de Cristo. Y la descripción más antigua de la extracción de sal gema se encuentra en los escritos del historiador griego Heródoto (siglo V a. C.). Heródoto describe la extracción de sal gema en Libia. En el oasis de Sinach, en el centro del desierto de Libia, se encontraba el famoso templo del dios Amón-Ra. Por eso a Libia la llamaron “Amoníaco”, y el primer nombre de la sal gema fue “sal ammoniacum”. Posteriormente, a partir del siglo XIII. ANUNCIO, este nombre fue asignado al cloruro de amonio.
La Historia Natural de Plinio el Viejo describe un método para separar el oro de los metales comunes mediante calcinación con sal y arcilla. Y una de las primeras descripciones de la purificación del cloruro de sodio se encuentra en las obras del gran médico y alquimista árabe Jabir ibn Hayyan (en ortografía europea, Geber).
Es muy probable que los alquimistas también encontraran cloro elemental, ya que en los países del Este ya en el siglo IX y en Europa en el siglo XIII. Se conocía el "agua regia", una mezcla de ácidos clorhídrico y nítrico. En el libro del holandés Van Helmont, Hortus Medicinae, publicado en 1668, se dice que cuando se calientan juntos cloruro de amonio y ácido nítrico se obtiene un determinado gas. A juzgar por la descripción, este gas es muy parecido al cloro.
El cloro fue descrito en detalle por primera vez por el químico sueco Scheele en su tratado sobre la pirolusita. Mientras calentaba el mineral pirolusita con ácido clorhídrico, Scheele notó un olor característico del agua regia, recogió y examinó el gas amarillo verdoso que daba lugar a este olor y estudió su interacción con determinadas sustancias. Scheele fue el primero en descubrir el efecto del cloro sobre el oro y el cinabrio (en este último caso se forma sublimado) y las propiedades blanqueadoras del cloro.
Scheele no consideró que el gas recién descubierto fuera una sustancia simple y lo llamó "ácido clorhídrico desflogistizado". En lenguaje moderno, Scheele, y después de él otros científicos de la época, creían que el nuevo gas era óxido de ácido clorhídrico.
Un poco más tarde, Bertholet y Lavoisier propusieron considerar este gas como un óxido de cierto nuevo elemento "murium". Durante tres décadas y media, los químicos intentaron, sin éxito, aislar la desconocida muria.
Al principio, Davy también era partidario del “óxido de murio”, quien en 1807 descompuso la sal de mesa con una corriente eléctrica en sodio, un metal alcalino, y un gas de color amarillo verdoso. Sin embargo, tres años después, después de muchos intentos infructuosos de obtener muria, Davy llegó a la conclusión de que el gas descubierto por Scheele era una sustancia simple, un elemento, y lo llamó gas cloro o cloro (del griego χλωροζ - amarillo-verde). . Y tres años después, Gay-Lussac le dio al nuevo elemento un nombre más corto: cloro. Es cierto que en 1811 el químico alemán Schweiger propuso otro nombre para el cloro: "halógeno" (traducido literalmente como sal), pero este nombre no tuvo éxito al principio y luego se volvió común para todo un grupo de elementos, entre los que se incluye el cloro. .
“Tarjeta personal” de cloro
A la pregunta de qué es el cloro, se pueden dar al menos una docena de respuestas. En primer lugar, es halógeno; en segundo lugar, uno de los agentes oxidantes más potentes; en tercer lugar, un gas extremadamente venenoso; en cuarto lugar, el producto más importante de la principal industria química; quinto, materias primas para la producción de plásticos y pesticidas, caucho y fibras artificiales, tintes y medicamentos; en sexto lugar, la sustancia con la que se obtienen titanio y silicio, glicerina y fluoroplástico; séptimo, un medio para purificar el agua potable y blanquear los tejidos...
Esta lista podría continuar.
En condiciones normales, el cloro elemental es un gas amarillo verdoso bastante pesado con un olor fuerte y característico. El peso atómico del cloro es 35,453 y el peso molecular es 70,906, porque la molécula de cloro es diatómica. Un litro de cloro gaseoso en condiciones normales (temperatura 0 ° C y presión 760 mm Hg) pesa 3,214 g. Cuando se enfría a una temperatura de –34,05 ° C, el cloro se condensa en un líquido amarillo (densidad 1,56 g / cm 3), y Se endurece a una temperatura de –101,6°C. A presiones elevadas, el cloro se puede licuar a temperaturas más altas, hasta +144°C. El cloro es altamente soluble en dicloroetano y algunos otros solventes orgánicos clorados.
El elemento número 17 es muy activo: se combina directamente con casi todos los elementos de la tabla periódica. Por tanto, en la naturaleza se encuentra únicamente en forma de compuestos. Los minerales más comunes que contienen cloro son halita NaCl, silvinita KCl NaCl, bischofita MgCl 2 · 6H 2 O, carnalita KCl MgCl 2 · 6H 2 O, kainita KCl MgSO 4 · 3H 2 O. Esto es principalmente su "culpa" (o "mérito" ) que el contenido de cloro en la corteza terrestre es del 0,20% en peso. Algunos minerales relativamente raros que contienen cloro, como por ejemplo la plata en cuerno AgCl, son muy importantes para la metalurgia no ferrosa.
En términos de conductividad eléctrica, el cloro líquido se encuentra entre los aislantes más potentes: conduce la corriente casi mil millones de veces peor que el agua destilada y entre 10 y 22 veces peor que la plata.
La velocidad del sonido en el cloro es aproximadamente una vez y media menor que en el aire.
Y por último, sobre los isótopos de cloro.
Actualmente se conocen nueve isótopos de este elemento, pero en la naturaleza sólo se encuentran dos: el cloro-35 y el cloro-37. El primero es unas tres veces más grande que el segundo.
Los siete isótopos restantes se obtienen artificialmente. El más corto de ellos, el 32 Cl, tiene una vida media de 0,306 segundos, y el más largo, el 36 Cl, tiene una vida media de 310 mil años.
Como conseguir cloro
Lo primero que llama la atención al entrar en una planta de cloro son las numerosas líneas eléctricas. La producción de cloro consume mucha electricidad; es necesaria para descomponer los compuestos naturales de cloro.
Naturalmente, la principal materia prima del cloro es la sal gema. Si una planta de cloro está ubicada cerca de un río, entonces la sal no se entrega por ferrocarril, sino en barcazas; es más económico. La sal es un producto económico, pero se consume mucho: para obtener una tonelada de cloro se necesitan alrededor de 1,7...1,8 toneladas de sal.
La sal llega a los almacenes. Aquí se almacenan materias primas para entre tres y seis meses; la producción de cloro suele ser a gran escala.
La sal se tritura y se disuelve en agua tibia. Esta salmuera se bombea a través de una tubería hasta el taller de purificación, donde en enormes tanques de la altura de un edificio de tres pisos, la salmuera se limpia de impurezas de sales de calcio y magnesio y se clarifica (se deja sedimentar). Se bombea una solución pura concentrada de cloruro de sodio al taller principal de producción de cloro: el taller de electrólisis.
En una solución acuosa, las moléculas de sal de mesa se convierten en iones Na + y Cl –. El ion Cl se diferencia del átomo de cloro sólo en que tiene un electrón extra. Esto significa que para obtener cloro elemental es necesario eliminar este electrón extra. Esto sucede en un electrolizador sobre un electrodo cargado positivamente (ánodo). Es como si le “chuparan” electrones: 2Cl – → Cl 2 + 2 ē . Los ánodos están hechos de grafito, porque cualquier metal (excepto el platino y sus análogos), al quitar el exceso de electrones de los iones de cloro, se corroe y descompone rápidamente.
Existen dos tipos de diseño tecnológico para la producción de cloro: diafragma y mercurio. En el primer caso, el cátodo es una chapa de hierro perforada y los espacios del cátodo y del ánodo del electrolizador están separados por un diafragma de amianto. En el cátodo de hierro se descargan iones de hidrógeno y se forma una solución acuosa de hidróxido de sodio. Si se utiliza mercurio como cátodo, se descargan iones de sodio y se forma una amalgama de sodio, que luego se descompone con agua. Se obtienen hidrógeno y sosa cáustica. En este caso, no se necesita un diafragma separador y el álcali está más concentrado que en los electrolizadores de diafragma.
Entonces, la producción de cloro es simultáneamente la producción de sosa cáustica e hidrógeno.
El hidrógeno se elimina a través de tuberías metálicas y el cloro a través de tuberías de vidrio o cerámica. El cloro recién preparado está saturado de vapor de agua y, por tanto, es especialmente agresivo. A continuación, primero se enfría con agua fría en torres altas, se recubre por dentro con baldosas cerámicas y se rellena con relleno cerámico (los llamados anillos de Raschig) y luego se seca con ácido sulfúrico concentrado. Es el único desecante de cloro y uno de los pocos líquidos con los que el cloro no reacciona.
El cloro seco ya no es tan agresivo y no destruye, por ejemplo, los equipos de acero.
El cloro generalmente se transporta en forma líquida en tanques o cilindros de ferrocarril a una presión de hasta 10 atm.
En Rusia, la producción de cloro se organizó por primera vez en 1880 en la planta de Bondyuzhsky. El cloro se obtuvo entonces, en principio, de la misma manera que lo obtuvo Scheele en su época: haciendo reaccionar ácido clorhídrico con pirolusita. Todo el cloro producido se utilizó para producir lejía. En 1900, en la planta de Donsoda, por primera vez en Rusia, se puso en funcionamiento un taller de producción de cloro electrolítico. La capacidad de este taller era de sólo 6 mil toneladas por año. En 1917, todas las fábricas de cloro de Rusia produjeron 12 mil toneladas de cloro. Y en 1965, la URSS produjo alrededor de 1 millón de toneladas de cloro...
Uno de tantos
Toda la variedad de aplicaciones prácticas del cloro se puede expresar sin mucho esfuerzo en una frase: el cloro es necesario para la producción de productos clorados, es decir, para sustancias que contienen cloro “ligado”. Pero cuando se habla de estos mismos productos con cloro, no se puede decir una sola frase. Son muy diferentes, tanto en propiedades como en finalidad.
El espacio limitado de nuestro artículo no nos permite hablar de todos los compuestos de cloro, pero sin hablar de al menos algunas sustancias que requieren cloro para su producción, nuestro "retrato" del elemento número 17 sería incompleto y poco convincente.
Tomemos, por ejemplo, los insecticidas organoclorados, sustancias que matan insectos dañinos, pero que son seguras para las plantas. Una parte importante del cloro producido se consume para la obtención de productos fitosanitarios.
Uno de los insecticidas más importantes es el hexaclorociclohexano (a menudo llamado hexaclorano). Esta sustancia fue sintetizada por primera vez en 1825 por Faraday, pero encontró aplicación práctica solo más de 100 años después, en los años 30 de nuestro siglo.
El hexaclorano ahora se produce clorando benceno. Al igual que el hidrógeno, el benceno reacciona muy lentamente con el cloro en la oscuridad (y en ausencia de catalizadores), pero con luz brillante la reacción de cloración del benceno (C 6 H 6 + 3 Cl 2 → C 6 H 6 Cl 6) avanza con bastante rapidez. .
El hexaclorano, como muchos otros insecticidas, se utiliza en forma de polvos con cargas (talco, caolín), en forma de suspensiones y emulsiones o, finalmente, en forma de aerosoles. El hexaclorano es especialmente eficaz en el tratamiento de semillas y en el control de plagas de cultivos de hortalizas y frutas. El consumo de hexaclorano es de sólo 1...3 kg por hectárea, el efecto económico de su uso es 10...15 veces mayor que los costes. Desafortunadamente, el hexaclorano no es inofensivo para los humanos...
Cloruro de polivinilo
Si le pide a cualquier escolar que enumere los plásticos que conoce, será uno de los primeros en nombrar el cloruro de polivinilo (también conocido como plástico vinílico). Desde el punto de vista de un químico, el PVC (como se suele denominar al cloruro de polivinilo en la literatura) es un polímero en cuya molécula los átomos de hidrógeno y cloro están "encadenados" en una cadena de átomos de carbono:
Puede haber varios miles de eslabones en esta cadena.
Y desde el punto de vista del consumidor, el PVC es aislante para cables e impermeables, linóleo y discos de gramófono, barnices protectores y materiales de embalaje, equipos químicos y espumas plásticas, juguetes y piezas de instrumentos.
El cloruro de polivinilo se forma mediante la polimerización del cloruro de vinilo, que se obtiene con mayor frecuencia tratando el acetileno con cloruro de hidrógeno: HC ≡ CH + HCl → CH 2 = CHCl. Existe otra forma de producir cloruro de vinilo: el craqueo térmico del dicloroetano.
CH2Cl – CH2Cl → CH2 = CHCl + HCl. La combinación de estos dos métodos es interesante cuando el HCl, liberado durante el craqueo de dicloroetano, se utiliza en la producción de cloruro de vinilo mediante el método del acetileno.
El cloruro de vinilo es un gas incoloro con un olor etéreo agradable y algo embriagador que se polimeriza fácilmente; Para obtener el polímero, se bombea cloruro de vinilo líquido a presión en agua tibia, donde se tritura en pequeñas gotas. Para evitar que se fusionen, se añade al agua un poco de gelatina o alcohol polivinílico, y para que comience a desarrollarse la reacción de polimerización, también se añade allí un iniciador de polimerización, el peróxido de benzoilo. Al cabo de unas horas, las gotitas se endurecen y se forma una suspensión del polímero en agua. El polvo de polímero se separa mediante un filtro o una centrífuga.
La polimerización generalmente ocurre a temperaturas de 40 a 60°C, y cuanto más baja es la temperatura de polimerización, más largas serán las moléculas de polímero resultantes...
Sólo hablamos de dos sustancias que requieren del elemento N° 17 para su obtención. Sólo dos entre muchos cientos. Hay muchos ejemplos similares que se pueden dar. Y todos dicen que el cloro no es sólo un gas venenoso y peligroso, sino un elemento muy importante y muy útil.
Cálculo elemental
Al producir cloro por electrólisis de una solución de sal de mesa, se obtienen simultáneamente hidrógeno e hidróxido de sodio: 2NACl + 2H 2 O = H 2 + Cl 2 + 2NaOH. Por supuesto, el hidrógeno es un producto químico muy importante, pero existen formas más baratas y convenientes de producir esta sustancia, por ejemplo, la conversión de gas natural... Pero la soda cáustica se produce casi exclusivamente mediante electrólisis de soluciones de sal de mesa, otras Los métodos representan menos del 10%. Dado que la producción de cloro y NaOH está completamente interrelacionada (como se desprende de la ecuación de reacción, la producción de una molécula de un gramo (71 g de cloro) va invariablemente acompañada de la producción de dos moléculas de un gramo (80 g de álcali electrolítico), conociendo la productividad del taller (o planta, o estado) para el álcali, puede calcular fácilmente cuánto cloro produce. Cada tonelada de NaOH va “acompañada” de 890 kg de cloro.
Bueno, ¡lubricante!
El ácido sulfúrico concentrado es prácticamente el único líquido que no reacciona con el cloro. Por tanto, para comprimir y bombear cloro, las fábricas utilizan bombas en las que el ácido sulfúrico actúa como fluido de trabajo y al mismo tiempo como lubricante.
Seudónimo de Friedrich Wöhler
Investigando la interacción de sustancias orgánicas con cloro, un químico francés del siglo XIX. Jean Dumas hizo un descubrimiento sorprendente: el cloro puede reemplazar al hidrógeno en las moléculas de compuestos orgánicos. Por ejemplo, cuando se clora el ácido acético, primero un hidrógeno del grupo metilo se reemplaza por cloro, luego otro, un tercero... Pero lo más sorprendente fue que las propiedades químicas de los ácidos cloroacéticos se diferenciaban poco de las del propio ácido acético. La clase de reacciones descubiertas por Dumas era completamente inexplicable por la hipótesis electroquímica y la teoría de los radicales de Berzelius dominantes en ese momento (en palabras del químico francés Laurent, el descubrimiento del ácido cloroacético fue como un meteoro que destruyó toda la antigua escuela). Berzelius y sus estudiantes y seguidores cuestionaron enérgicamente la exactitud del trabajo de Dumas. En la revista alemana Annalen der Chemie und Pharmacie apareció una carta burlona del famoso químico alemán Friedrich Wöhler bajo el seudónimo de S.S.N. Windier (en alemán “Schwindler” significa “mentiroso”, “engañador”). Informó que el autor logró reemplazar todos los átomos de carbono en la fibra (C 6 H 10 O 5). hidrógeno y oxígeno en cloro, y las propiedades de la fibra no cambiaron. Y ahora en Londres hacen almohadillas cálidas para el vientre con algodón que consiste... en cloro puro.
cloro y agua
El cloro es notablemente soluble en agua. A 20°C, se disuelven 2,3 volúmenes de cloro en un volumen de agua. Las soluciones acuosas de cloro (agua con cloro) son amarillas. Pero con el tiempo, especialmente cuando se almacenan a la luz, se decoloran gradualmente. Esto se explica por el hecho de que el cloro disuelto interactúa parcialmente con el agua, se forman ácidos clorhídrico e hipocloroso: Cl 2 + H 2 O → HCl + HOCl. Este último es inestable y se descompone gradualmente en HCl y oxígeno. Por tanto, una solución de cloro en agua se convierte gradualmente en una solución de ácido clorhídrico.
Pero a bajas temperaturas, el cloro y el agua forman un hidrato cristalino de composición inusual: Cl 2 5 3 / 4 H 2 O. Estos cristales de color amarillo verdoso (estables solo a temperaturas inferiores a 10 ° C) se pueden obtener pasando cloro a través de agua helada. . La fórmula inusual se explica por la estructura del hidrato cristalino, que está determinada principalmente por la estructura del hielo. En la red cristalina del hielo, las moléculas de H2O pueden disponerse de tal manera que aparecen huecos regularmente espaciados entre ellas. Una celda unitaria cúbica contiene 46 moléculas de agua, entre las cuales hay ocho huecos microscópicos. Es en estos huecos donde se asientan las moléculas de cloro. Por lo tanto, la fórmula exacta del hidrato cristalino de cloro debe escribirse de la siguiente manera: 8Cl 2 46H 2 O.
envenenamiento por cloro
La presencia de aproximadamente un 0,0001% de cloro en el aire irrita las mucosas. La exposición constante a una atmósfera de este tipo puede provocar enfermedades bronquiales, reducir drásticamente el apetito y dar un tinte verdoso a la piel. Si el contenido de cloro en el aire es del 0,1°/o, se puede producir una intoxicación aguda, cuyo primer síntoma son ataques intensos de tos. En caso de intoxicación por cloro es necesario reposo absoluto; Es útil inhalar oxígeno, amoníaco (oler amoníaco) o vapor de alcohol con éter. Según las normas sanitarias vigentes, el contenido de cloro en el aire de las instalaciones industriales no debe exceder los 0,001 mg/l, es decir 0,00003%.
No solo veneno
"Todo el mundo sabe que los lobos son codiciosos". Ese cloro también es venenoso. Sin embargo, en pequeñas dosis, el cloro venenoso a veces puede servir como antídoto. Por lo tanto, a las víctimas del sulfuro de hidrógeno se les da para oler lejía inestable. Al interactuar, los dos venenos se neutralizan mutuamente.
prueba de cloro
Para determinar el contenido de cloro, se pasa una muestra de aire a través de absorbentes con una solución acidificada de yoduro de potasio. (El cloro desplaza al yodo, la cantidad de este último se determina fácilmente mediante titulación utilizando una solución de Na 2 S 2 O 3). Para determinar trazas de cloro en el aire, a menudo se utiliza un método colorimétrico, basado en un cambio brusco en el color de ciertos compuestos (bencidina, ortotoluidina, naranja de metilo) cuando se oxidan con cloro. Por ejemplo, una solución acidificada incolora de bencidina se vuelve amarilla y una solución neutra se vuelve azul. La intensidad del color es proporcional a la cantidad de cloro.
Cloro(lat. Cloro), Cl, elemento químico del grupo VII del sistema periódico de Mendeleev, número atómico 17, masa atómica 35,453; Pertenece a la familia de los halógenos. En condiciones normales (0°C, 0,1 Mn/m2 o 1 kgf/cm2) es un gas de color amarillo verdoso con un fuerte olor irritante. El cloro natural se compone de dos isótopos estables: 35 Cl (75,77%) y 37 Cl (24,23%). Se han obtenido artificialmente isótopos radiactivos con números de masa 31-47, en particular: 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 con vidas medias (T ½) respectivamente 0,31; 2,5; 1,56 segundos; 3,1·10 5 años; 37,3, 55,5 y 1,4 min. Como trazadores isotópicos se utilizan 36 Cl y 38 Cl.
Referencia histórica. El cloro fue obtenido por primera vez en 1774 por K. Scheele haciendo reaccionar ácido clorhídrico con pirolusita MnO 2 . Sin embargo, solo en 1810 Davy estableció que el cloro es un elemento y lo llamó cloro (del griego cloros, amarillo verdoso). En 1813, J. L. Gay-Lussac propuso el nombre de Cloro para este elemento.
Distribución del cloro en la naturaleza. El cloro se encuentra en la naturaleza sólo en forma de compuestos. El contenido medio de cloro en la corteza terrestre (clarke) es de 1,7·10 -2% en masa, en rocas ígneas ácidas - granitos y otras - 2,4·10 -2, en rocas básicas y ultrabásicas 5·10 -3. El papel principal en la historia del cloro en la corteza terrestre lo desempeña la migración del agua. En forma de ion Cl, se encuentra en los océanos del mundo (1,93%), salmueras subterráneas y lagos salados. El número de minerales propios (principalmente cloruros naturales) es 97, siendo el principal la halita NaCl (Sal gema). También se conocen grandes depósitos de cloruros de potasio y magnesio y cloruros mixtos: silvinita KCl, silvinita (Na,K)Cl, carnalita KCl MgCl 2 · 6H 2 O, kainita KCl MgSO 4 · 3H 2 O, bischofita MgCl 2 · 6H 2 O En la historia de la Tierra, el suministro de HCl contenido en gases volcánicos a las partes superiores de la corteza terrestre fue de gran importancia.
Propiedades físicas del cloro. El cloro tiene un punto de ebullición de -34,05°C y un punto de fusión de -101°C. La densidad del cloro gaseoso en condiciones normales es de 3,214 g/l; vapor saturado a 0°C 12,21 g/l; Cloro líquido a un punto de ebullición de 1,557 g/cm3; Cloro sólido a - 102°C 1,9 g/cm 3 . Presión de vapor saturado de Cloro a 0°C 0,369; a 25°C 0,772; a 100°C 3,814 Mn/m 2 o, respectivamente, 3,69; 7,72; 38,14 kgf/cm2. Calor de fusión 90,3 kJ/kg (21,5 cal/g); calor de evaporación 288 kJ/kg (68,8 cal/g); La capacidad calorífica del gas a presión constante es 0,48 kJ/(kg·K). Constantes críticas del Cloro: temperatura 144°C, presión 7,72 Mn/m2 (77,2 kgf/cm2), densidad 573 g/l, volumen específico 1,745·10 -3 l/g. Solubilidad (en g/l) de cloro a una presión parcial de 0,1 Mn/m2, o 1 kgf/cm2, en agua 14,8 (0°C), 5,8 (30°C), 2,8 (70°C); en una solución de 300 g/l de NaCl 1,42 (30°C), 0,64 (70°C). Por debajo de 9,6°C, se forman hidratos de cloro de composición variable Cl 2 ·nH 2 O (donde n = 6-8) en soluciones acuosas; Son cristales cúbicos de color amarillo que se descomponen al aumentar la temperatura en cloro y agua. El cloro es muy soluble en TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 y algunos disolventes orgánicos (especialmente hexano C 6 H 14 y tetracloruro de carbono CCl 4). La molécula de cloro es diatómica (Cl 2). El grado de disociación térmica de Cl 2 + 243 kJ = 2Cl a 1000 K es 2,07·10 -4%, a 2500 K 0,909%.
Propiedades químicas del cloro. Configuración electrónica externa del átomo Cl 3s 2 Sp 5. De acuerdo con esto, el cloro en los compuestos presenta estados de oxidación de -1, +1, +3, +4, +5, +6 y +7. El radio covalente del átomo es 0,99 Å, el radio iónico del Cl es 1,82 Å, la afinidad electrónica del átomo de cloro es 3,65 eV y la energía de ionización es 12,97 eV.
Químicamente, el cloro es muy activo, se combina directamente con casi todos los metales (con algunos solo en presencia de humedad o cuando se calienta) y con no metales (excepto carbono, nitrógeno, oxígeno, gases inertes), formando los cloruros correspondientes, reacciona con muchos compuestos, reemplaza al hidrógeno en hidrocarburos saturados y une compuestos insaturados. El cloro desplaza al bromo y al yodo de sus compuestos con hidrógeno y metales; De los compuestos del cloro con estos elementos, se sustituye por flúor. Los metales alcalinos, en presencia de trazas de humedad, reaccionan con el cloro con ignición; la mayoría de los metales reaccionan con el cloro seco sólo cuando se calientan. El acero, así como algunos metales, son resistentes a una atmósfera de cloro seco a bajas temperaturas, por lo que se utilizan para la fabricación de equipos e instalaciones de almacenamiento de cloro seco. El fósforo se enciende en una atmósfera de cloro, formando PCl 3 y, con mayor cloración, PCl 5; El azufre con cloro cuando se calienta da S 2 Cl 2, SCl 2 y otros S n Cl m. El arsénico, el antimonio, el bismuto, el estroncio y el telurio interactúan vigorosamente con el cloro. Una mezcla de cloro e hidrógeno arde con una llama incolora o de color amarillo verdoso y forma cloruro de hidrógeno (esta es una reacción en cadena).
La temperatura máxima de la llama de hidrógeno-cloro es de 2200°C. Las mezclas de cloro con hidrógeno que contienen de 5,8 a 88,5% de H2 son explosivas.
Con el oxígeno, el cloro forma óxidos: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7, Cl 2 O 8, así como hipocloritos (sales del ácido hipocloroso), cloritos, cloratos y percloratos. Todos los compuestos oxigenados del cloro forman mezclas explosivas con sustancias que se oxidan fácilmente. Los óxidos de cloro son débilmente estables y pueden explotar espontáneamente; los hipocloritos se descomponen lentamente durante el almacenamiento y los percloratos pueden explotar bajo la influencia de iniciadores;
El cloro en el agua se hidroliza formando ácidos hipocloroso y clorhídrico: Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl. Cuando se cloran soluciones acuosas de álcalis en frío, se forman hipocloritos y cloruros: 2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O, y cuando se calientan, se forman cloratos. La cloración del hidróxido de calcio seco produce lejía.
Cuando el amoníaco reacciona con el cloro, se forma tricloruro de nitrógeno. Al clorar compuestos orgánicos, el cloro reemplaza al hidrógeno o agrega múltiples enlaces, formando varios compuestos orgánicos que contienen cloro.
El cloro forma compuestos interhalógenos con otros halógenos. Los fluoruros ClF, ClF 3, ClF 3 son muy reactivos; por ejemplo, en una atmósfera de ClF 3, la lana de vidrio se enciende espontáneamente. Los compuestos conocidos de cloro con oxígeno y flúor son los oxifluoruros de cloro: ClO 3 F, ClO 2 F 3, ClOF, ClOF 3 y perclorato de flúor FClO 4.
Obteniendo cloro. El cloro comenzó a producirse industrialmente en 1785 haciendo reaccionar ácido clorhídrico con óxido de manganeso (II) o pirolusita. En 1867, el químico inglés G. Deacon desarrolló un método para producir cloro oxidando HCl con oxígeno atmosférico en presencia de un catalizador. Desde finales del siglo XIX y principios del XX, el cloro se produce mediante electrólisis de soluciones acuosas de cloruros de metales alcalinos. Estos métodos producen entre el 90 y el 95% del cloro del mundo. Pequeñas cantidades de cloro se obtienen como subproducto en la producción de magnesio, calcio, sodio y litio mediante electrólisis de cloruros fundidos. Se utilizan dos métodos principales de electrólisis de soluciones acuosas de NaCl: 1) en electrolizadores con un cátodo sólido y un diafragma filtrante poroso; 2) en electrolizadores con cátodo de mercurio. En ambos métodos, el cloro gaseoso se libera sobre un ánodo de grafito u óxido de titanio-rutenio. Según el primer método, se libera hidrógeno en el cátodo y se forma una solución de NaOH y NaCl, de la que se separa la sosa cáustica comercial mediante un procesamiento posterior. Según el segundo método, se forma amalgama de sodio en el cátodo; cuando se descompone con agua pura en un aparato separado, se obtiene una solución de NaOH, hidrógeno y mercurio puro, que nuevamente entra en producción. Ambos métodos producen 1,125 t de NaOH por 1 tonelada de cloro.
La electrólisis con diafragma requiere menos inversión de capital para organizar la producción de cloro y produce NaOH más barato. El método del cátodo de mercurio produce NaOH muy puro, pero la pérdida de mercurio contamina el medio ambiente.
Uso de cloro. Una de las ramas importantes de la industria química es la industria del cloro. Las principales cantidades de cloro se transforman en el lugar de su producción en compuestos que contienen cloro. El cloro se almacena y transporta en forma líquida en cilindros, barriles, tanques de ferrocarril o en recipientes especialmente equipados. Los países industriales se caracterizan por el siguiente consumo aproximado de cloro: para la producción de compuestos orgánicos que contienen cloro: 60-75%; compuestos inorgánicos que contienen cloro, -10-20%; para blanquear pulpas y tejidos: 5-15%; para necesidades sanitarias y cloración de agua: 2-6% de la producción total.
El cloro también se utiliza para clorar algunos minerales para extraer titanio, niobio, circonio y otros.
Cloro en el cuerpo. El cloro es uno de los elementos biogénicos, un componente constante de los tejidos vegetales y animales. El contenido de cloro en las plantas (mucho cloro en las halófitas) varía desde milésimas de porcentaje hasta un porcentaje entero, en los animales, décimas y centésimas de porcentaje. Las necesidades diarias de cloro de un adulto (2-4 g) se cubren con productos alimenticios. El cloro normalmente se suministra en exceso con los alimentos en forma de cloruro de sodio y cloruro de potasio. El pan, la carne y los productos lácteos son especialmente ricos en cloro. En el organismo animal, el cloro es la principal sustancia osmóticamente activa en el plasma sanguíneo, la linfa, el líquido cefalorraquídeo y algunos tejidos. Desempeña un papel en el metabolismo agua-sal, favoreciendo la retención de agua en los tejidos. La regulación del equilibrio ácido-base en los tejidos se lleva a cabo junto con otros procesos cambiando la distribución del cloro entre la sangre y otros tejidos. El cloro interviene en el metabolismo energético de las plantas, activando tanto la fosforilación oxidativa como la fotofosforilación. El cloro tiene un efecto positivo sobre la absorción de oxígeno por las raíces. El cloro es necesario para la producción de oxígeno durante la fotosíntesis por parte de cloroplastos aislados. La mayoría de los medios nutritivos para el cultivo artificial de plantas no contienen cloro. Es posible que concentraciones muy bajas de cloro sean suficientes para el desarrollo de las plantas.
La intoxicación por cloro es posible en las industrias química, de pulpa y papel, textil, farmacéutica y otras. El cloro irrita las membranas mucosas de los ojos y el tracto respiratorio. Los cambios inflamatorios primarios suelen ir acompañados de una infección secundaria. La intoxicación aguda se desarrolla casi de inmediato. Al inhalar concentraciones medias y bajas de Cloro se observa opresión y dolor en el pecho, tos seca, respiración acelerada, dolor en los ojos, lagrimeo, aumento de los niveles de leucocitos en sangre, temperatura corporal, etc., bronconeumonía, edema pulmonar tóxico. , depresión, convulsiones son posibles . En casos leves, la recuperación se produce en un plazo de 3 a 7 días. Como consecuencias a largo plazo se observan catarro del tracto respiratorio superior, bronquitis recurrente, neumoesclerosis y otras; Posible activación de la tuberculosis pulmonar. Con la inhalación prolongada de pequeñas concentraciones de cloro, se observan formas de la enfermedad similares pero de desarrollo lento. Prevención de intoxicaciones: sellado de instalaciones de producción, equipos, ventilación efectiva, uso de máscara antigás si es necesario. La producción de cloro, lejía y otros compuestos que contienen cloro se clasifica como producción con condiciones de trabajo peligrosas.