Хлор - Описание и сущность галогенов

Хлор (лат. Chlorum), Cl, химический элемент VII группы периодической системы Менделеева, атомный номер 17, атомная масса 35,453; относится к семейству Галогенов. При нормальных условиях (0°C, 0,1 Мн/м2 Или 1 Кгс/см2)желто-зеленый газ с резким раздражающим запахом. Природный Х. состоит из двух стабильных изотопов: 35Cl (75,77%) и 37Cl (24,23%). Искусственно получены радиоактивные изотопы с массовыми числами 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 и периодами полураспада (T1/2) соответственно 0,31; 2,5; 1,56 Сек;3,1?105 лет; 37,3, 55,5 и 1,4 Мин. 36Cl и 38Cl используются как Изотопные индикаторы.

Физические и химические свойства. Х. имеет TKип -34,05°C, T -101°C. Плотность газообразного Х. при нормальных условиях 3,214 Г/л; насыщенного пара при 0°C 12,21 Г/л; жидкого Х. при температуре кипения 1,557 г/см3; Твердого Х. при - 102?C 1,9 г/см3. Давление насыщенных паров Х. при 0°C 0,369; при 25?C 0,772; при 100?C 3,814 Мн/м2 или соответственно 3,69; 7,72; 38,14 Кгс/см2. Теплота плавления 90,3 Кдж/кг (21,5 Кал/г); теплота испарения 288 Кдж/кг (68,8 Кал/г); теплоемкость газа при постоянном давлении 0,48 Кдж/(Кг?К) [0,11 Кал/(Г??С)]. Критические константы Х.: температура 144?C, давление 7,72 Мн/м2 (77,2 Кгс/см2), плотность 573 Г/л, удельный объем 1,745?10-3 Л/г. Растворимость (в Г/л) Х. при парциальном давлении 0,1 Мн/м2, или 1 Кгс/см2, В воде 14,8 (0°C), 5,8 (30?C), 2,8 (70?C); в растворе 300 Г/л NaCI 1,42 (30?C), 0,64 (70?C). Ниже 9,6°C в водных растворах образуются гидраты Х. переменного состава Cl?NH2O (где n = 6?8); это желтые кристаллы кубической сингонии, разлагающиеся при повышении температуры на Х. и воду. Х. хорошо растворяется в TiCl4, SiC14, SnCl4 и некоторых органических растворителях (особенно в гексане C6H14И четыреххлористом углероде CCl4). Молекула Х. двухатомна (Cl2). Степень термической диссоциации Cl2 + 243 Кдж U 2Clпри 1000 К равна 2,07?10-40%, при 2500 К 0,909%. Внешняя электронная конфигурация атома Cl 3S2 3P5. В соответствии с этим Х. в соединениях проявляет степени окисления -1, +1, +3, +4, +5, +6 и +7. Ковалентный радиус атома 0,99 , ионный радиус Cl- 1,82 , сродство атома Х. к электрону 3,65 Эв, энергия ионизации 12,97 Эв.

Химически Х. очень активен, непосредственно соединяется почти со всеми металлами (с некоторыми только в присутствии влаги или при нагревании) и с неметаллами (кроме углерода, азота, кислорода, инертных газов), образуя соответствующие Хлориды, вступает в реакцию со многими соединениями, замещает водород в предельных углеводородах и присоединяется к ненасыщенным соединениям. Х. вытесняет бром и йод из их соединений с водородом и металлами; из соединений Х. с этими элементами он вытесняется фтором. Щелочные металлы в присутствии следов влаги взаимодействуют с Х. с воспламенением, большинство металлов реагирует с сухим Х. только при нагревании. Сталь, а также некоторые металлы стойки в атмосфере сухого Х. в условиях невысоких температур, поэтому их используют для изготовления аппаратуры и хранилищ для сухого Х. Фосфор воспламеняется в атмосфере Х., образуя PCl3, а при дальнейшем хлорировании - PCl5; сера с Х. при нагревании дает S2Cl2, SCl2 и др. SNClM. Мышьяк, сурьма, висмут, стронций, теллур энергично взаимодействуют с Х. Смесь Х. с водородом горит бесцветным или желто-зеленым пламенем с образованием Хлористого водорода (это цепная реакция),

Максимальная температура водородно-хлорного пламени 2200?C. Смеси Х. с водородом, содержащие от 5,8 до 88,5% H2, взрывоопасны.

Получение. Х. начали производить в промышленности в 1785 взаимодействием соляной кислоты с двуокисью марганца или пиролюзитом. В 1867 английский химик Г. Дикон разработал способ получения Х. окислением HCl кислородом воздуха в присутствии катализатора. С конца 19 - начала 20 вв. Х. получают электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов. По этим методам в 70-х гг. 20 в. производится 90-95% Х. в мире. Небольшие количества Х. получаются попутно при производстве магния, кальция, натрия и лития электролизом расплавленных хлоридов. В 1975 мировое производство Х. составляло около 25 млн. Т. Применяются два основных метода электролиза водных растворов NaCI: 1) в электролизерах с твердым катодом и пористой фильтрующей диафрагмой; 2) в электролизерах с ртутным катодом. По обоим методам на графитовом или окисном титано-рутениевом аноде выделяется газообразный Х. По первому методу на катоде выделяется водород и образуется раствор NaOH и NaCl, из которого последующей переработкой выделяют товарную каустическую соду. По второму методу на катоде образуется амальгама натрия, при ее разложении чистой водой в отдельном аппарате получаются раствор NaOH, водород и чистая ртуть, которая вновь идет в производство. Оба метода дают на 1 Т Х. 1,125 Т NaOH.

Электролиз с диафрагмой требует меньших капиталовложений для организации производства Х., дает более дешевый NaOH. Метод с ртутным катодом позволяет получать очень чистый NaOH, но потери ртути загрязняют окружающую среду. В 1970 по методу с ртутным катодом производилось 62,2% мировой выработки Х., с твердым катодом 33,6% и пр. способами 4,2%. После 1970 начали применять электролиз с твердым катодом и ионообменной мембраной, позволяющий получать чистый NaOH без использования ртути.

Применение. Одной из важных отраслей химической промышленности является хлорная промышленность. Основные количества Х. перерабатываются на месте его производства в хлорсодержащие соединения. Хранят и перевозят Х. в жидком виде в баллонах, бочках, ж.-д. цистернах или в специально оборудованных судах. Для индустриальных стран характерно следующее примерное потребление Х.: на производство хлорсодержащих органических соединений - 60-75%; неорганических соединений, содержащих Х., - 10-20%; на отбелку целлюлозы и тканей - 5-15%; на санитарные нужды и хлорирование воды - 2-6% от общей выработки.

Похожие статьи




Хлор - Описание и сущность галогенов

Предыдущая | Следующая