בטבע, כלור מופיע במצב גזי ורק בצורה של תרכובות עם גזים אחרים. בתנאים קרובים לנורמה, זהו גז ירקרק, רעיל, קאוסטי. יש לו יותר משקל מאוויר. בעל ריח מתוק. מולקולת הכלור מכילה שני אטומים. הוא אינו נשרף במנוחה, אך בטמפרטורות גבוהות הוא יוצר אינטראקציה עם מימן, ולאחר מכן יתכן פיצוץ. כתוצאה מכך, גז פוסגן משתחרר. רעיל מאוד. לכן, אפילו בריכוז נמוך באוויר (0.001 מ ג ל-1 dm3) עלול לגרום למוות. המאפיין העיקרי של הכלור הלא מתכתי הוא שהוא כבד יותר מהאוויר, לכן, הוא תמיד יהיה ליד הרצפה בצורה של אובך צהבהב-ירוק.
עובדות היסטוריות
לראשונה בפועל, חומר זה הושג על ידי K. Schelee בשנת 1774 על ידי שילוב חומצה הידרוכלורית ופירולוזיט. עם זאת, רק בשנת 1810 הצליח פ' דייווי לאפיין את הכלור ולקבוע אותויסוד כימי נפרד.
ראוי לציין שבשנת 1772 הצליח ג'וזף פריסטלי להשיג מימן כלורי - תרכובת של כלור עם מימן, אך הכימאי לא הצליח להפריד בין שני היסודות הללו.
אפיון כימי של כלור
כלור הוא יסוד כימי בתת-הקבוצה הראשית של קבוצה VII של הטבלה המחזורית. הוא בתקופה השלישית ויש לו מספר אטומי 17 (17 פרוטונים בגרעין האטום). לא מתכת תגובתי. מסומן באותיות Cl.
הוא נציג טיפוסי של הלוגנים. אלו הם גזים שאין להם צבע, אבל יש להם ריח חריף חריף. בדרך כלל רעיל. כל ההלוגנים מסיסים מאוד במים. הם מתחילים לעשן כשהם נחשפים לאוויר לח.
תצורה אלקטרונית חיצונית של האטום Cl 3s2Зр5. לכן, בתרכובות, היסוד הכימי מציג רמות חמצון של -1, +1, +3, +4, +5, +6 ו +7. הרדיוס הקוולנטי של האטום הוא 0.96Å, הרדיוס היוני של Cl הוא 1.83 Å, הזיקה של האטום לאלקטרון היא 3.65 eV, רמת היינון היא 12.87 eV.
כפי שהוזכר לעיל, כלור הוא לא-מתכת פעילה למדי, מה שמאפשר ליצור תרכובות כמעט עם כל מתכת (במקרים מסוימים, על ידי חימום או שימוש בלחות, תוך עקירת ברום) ואי-מתכות. בצורת אבקה, הוא מגיב עם מתכות רק כאשר הוא נחשף לטמפרטורות גבוהות.
טמפרטורת בעירה מקסימלית - 2250 מעלות צלזיוס. עם חמצן, זה יכול ליצור תחמוצות, היפוכלוריטים, כלוריטים וכלורטים. כל התרכובות המכילות חמצן הופכות לנפיצות בעת אינטראקציה עם חמצוןחומרים. ראוי לציין שתחמוצות כלור יכולות להתפוצץ באופן אקראי, בעוד שכלורטים מתפוצצים רק כאשר הם נחשפים ליוזמים כלשהם.
אפיון של כלור לפי מיקום בטבלה המחזורית:
• חומר פשוט;
• יסוד מהקבוצה השבע-עשרה של הטבלה המחזורית;
• תקופה שלישית בשורה השלישית;
• הקבוצה השביעית של תת-הקבוצה הראשית;
• מספר אטומי 17;
• מסומן בסמל Cl;
• לא מתכת ריאקטיבית;
• הוא בקבוצת ההלוגן;
• בתנאים כמעט רגילים, זהו צבע גז רעיל צהבהב-ירוק עם ריח חריף;
• למולקולת הכלור יש 2 אטומים (נוסחה Cl2).
מאפיינים פיזיים של כלור:
• נקודת רתיחה: -34.04 °С;
• נקודת התכה: -101.5 °С;
• צפיפות גזים - 3.214 גרם/ליטר;
• צפיפות של כלור נוזלי (במהלך הרתיחה) - 1.537 גרם/ס מ3;
• צפיפות של כלור מוצק - 1.9 גרם/ס מ 3;
• נפח ספציפי – 1.745 x 10-3 l/שנה.
כלור: מאפיינים של שינויי טמפרטורה
במצב גזי, הוא נוטה להתנזל בקלות. בלחץ של 8 אטמוספרות וטמפרטורה של 20 מעלות צלזיוס, זה נראה כמו נוזל ירקרק-צהוב. יש לו תכונות קורוזיה גבוהות מאוד. כפי שמראה בפועל, יסוד כימי זה יכול לשמור על מצב נוזלי עד לטמפרטורה קריטית (143 מעלות צלזיוס), בכפוף לעלייה בלחץ.
אם הוא מקורר ל-32 מעלות צלזיוס,הוא ישנה את מצב הצבירה שלו לנוזל, ללא קשר ללחץ האטמוספרי. עם ירידה נוספת בטמפרטורה, מתרחשת התגבשות (ב-101 מעלות צלזיוס).
כלור בטבע
קרום כדור הארץ מכיל רק 0.017% כלור. העיקר נמצא בגזים געשיים. כפי שצוין לעיל, לחומר פעילות כימית גבוהה, כתוצאה מכך הוא מופיע בטבע בתרכובות עם יסודות אחרים. עם זאת, מינרלים רבים מכילים כלור. המאפיין של היסוד מאפשר היווצרות של כמאה מינרלים שונים. ככלל, מדובר בכלורידי מתכת.
כמו כן, כמות גדולה ממנו נמצאת באוקיינוסים - כמעט 2%. זה נובע מהעובדה שכלורידים מומסים בצורה פעילה מאוד ונושאים על ידי נהרות וימים. תהליך הפוך אפשרי גם כן. כלור נשטף בחזרה לחוף, ואז הרוח נושאת אותו. לכן הריכוז הגבוה ביותר שלו נצפה באזורי החוף. באזורים הצחיחים של כדור הארץ, הגז שאנו רואים בו נוצר על ידי אידוי של מים, וכתוצאה מכך מופיעות ביצות מלח. כ-100 מיליון טון של חומר זה נכרים מדי שנה בעולם. מה, עם זאת, לא מפתיע, כי ישנם מרבצים רבים המכילים כלור. עם זאת, המאפיינים שלו תלויים במידה רבה במיקומו הגיאוגרפי.
שיטות להשגת כלור
כיום, קיימות מספר שיטות להשגת כלור, מהן הבאות הנפוצות ביותר:
1. דִיאָפרַגמָה. זה הכי פשוט והכי פחות יקר. הידרוכלוריהתמיסה באלקטרוליזה של הסרעפת נכנסת לחלל האנודה. בהמשך זורמת רשת קתודי הפלדה לתוך הסרעפת. הוא מכיל כמות קטנה של סיבי פולימר. תכונה חשובה של מכשיר זה היא זרימה נגדית. הוא מופנה מחלל האנודה אל חלל הקתודה, מה שמאפשר לקבל כלור ולוז בנפרד.
2. קְרוּם. היעיל ביותר באנרגיה, אך קשה ליישום בארגון. דומה לדיאפרגמה. ההבדל הוא שחלל האנודה והקתודה מופרדים לחלוטין על ידי ממברנה. לכן, הפלט הוא שני זרמים נפרדים.
ראוי לציין כי המאפיין של chem. יסוד (כלור) המתקבל בשיטות אלה יהיה שונה. שיטת הממברנה נחשבת ליותר "נקייה".
3. שיטת כספית עם קתודה נוזלית. בהשוואה לטכנולוגיות אחרות, אפשרות זו מאפשרת לך לקבל את הכלור הטהור ביותר.
תרשים עיקרי של המתקן מורכב מאלקטרוליזר ומשאבה מחוברת ומפרק אמלגם. הכספית הנשאבת על ידי המשאבה יחד עם תמיסה של מלח רגיל משמשת כקתודה, ואלקטרודות פחמן או גרפיט משמשות כאנודה. עקרון הפעולה של המתקן הוא כדלקמן: מהאלקטרוליט משתחרר כלור, אשר מוסר מהאלקטרוליזר יחד עם האנוליט. זיהומים ושאריות כלור מוסרים מהאחרון, רוויים בהליט ומוחזרים שוב לאלקטרוליזה.
דרישות בטיחות תעשייתיות וחוסר רווחיות בייצור הובילו להחלפת הקתודה הנוזלית באחת מוצקה.
השימוש בכלור בתעשייהמטרות
תכונות הכלור מאפשרות שימוש פעיל בו בתעשייה. בעזרת יסוד כימי זה מתקבלות תרכובות אורגנוכלוריות שונות (ויניל כלוריד, כלורו-גומי וכו'), תרופות וחומרי חיטוי. אבל הנישה הגדולה ביותר שתופסת התעשייה היא ייצור של חומצה הידרוכלורית וסיד.
יש שימוש נרחב בשיטות לטיהור מי שתייה. כיום מנסים להתרחק מהשיטה הזו ולהחליף אותה באוזון, מכיוון שהחומר שאנו שוקלים משפיע לרעה על גוף האדם, וחוץ מזה, מים עם כלור הורסים צינורות. זאת בשל העובדה כי במצב חופשי Cl משפיע לרעה על צינורות העשויים מפוליאולפינים. עם זאת, רוב המדינות מעדיפות את שיטת ההכלה.
כמו כן, נעשה שימוש בכלור במטלורגיה. בעזרתו מתקבלות מספר מתכות נדירות (ניוביום, טנטלום, טיטניום). בתעשייה הכימית נעשה שימוש פעיל בתרכובות אורגנוכלור שונות להדברת עשבים ולמטרות חקלאיות אחרות, היסוד משמש גם כהלבנה.
בשל המבנה הכימי שלו, כלור הורס את רוב הצבעים האורגניים והאנאורגניים. זה מושג על ידי שינוי צבעם לחלוטין. תוצאה כזו אפשרית רק אם קיימים מים, כי תהליך ההלבנה מתרחש עקב חמצן אטומי, שנוצר לאחר פירוק הכלור: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. שיטה זו שימשה על ידי זוגלפני מאות שנים ועדיין פופולרי היום.
השימוש בחומר זה פופולרי מאוד לייצור קוטלי חרקים אורגנוכלורי. תכשירים חקלאיים אלה הורגים אורגניזמים מזיקים, ומשאירים צמחים שלמים. חלק ניכר מכל כלור שנכרה על פני כדור הארץ הולך לצרכים חקלאיים.
הוא משמש גם בייצור תרכובות פלסטיק וגומי. בעזרתם מייצרים בידוד תיל, כלי כתיבה, ציוד, קליפות של מכשירי חשמל ביתיים וכו'. יש דעה שגומיות המתקבלות בצורה זו פוגעות באדם, אך הדבר אינו מאושש ע י המדע.
ראוי לציין שכלור (מאפייני החומר נחשפו בפירוט על ידינו קודם לכן) ונגזרותיו, כמו גז חרדל ופוסגן, משמשים גם למטרות צבאיות להשגת חומרי לוחמה כימיים.
כלור כמייצג מבריק של לא-מתכות
לא מתכות הם חומרים פשוטים הכוללים גזים ונוזלים. ברוב המקרים, הם מוליכים זרם חשמלי גרוע יותר ממתכות, ויש להם הבדלים משמעותיים במאפיינים פיזיים ומכאניים. בעזרת רמה גבוהה של יינון הם מסוגלים ליצור תרכובות כימיות קוולנטיות. להלן, יינתן מאפיין של לא מתכת באמצעות הדוגמה של כלור.
כפי שהוזכר לעיל, יסוד כימי זה הוא גז. בתנאים רגילים, הוא חסר לחלוטין תכונות דומות לאלו של מתכות. ללא עזרה מבחוץ, הוא לא יכול לקיים אינטראקציה עם חמצן, חנקן, פחמן וכו'.מפגין תכונות מחמצנות בקשרים עם חומרים פשוטים וכמה מורכבים. הכוונה להלוגנים, אשר בא לידי ביטוי ברור במאפיינים הכימיים שלו. בתרכובות עם נציגים אחרים של הלוגנים (ברום, אסטטין, יוד), זה עוקר אותם. במצב גזי, כלור (האופייני שלו הוא אישור ישיר לכך) מתמוסס היטב. זהו חומר חיטוי מצוין. הורג רק אורגניזמים חיים, מה שהופך אותו חיוני בחקלאות וברפואה.
להשתמש כחומר רעיל
המאפיינים של אטום הכלור מאפשרים להשתמש בו כחומר רעיל. לראשונה נעשה שימוש בגז בגרמניה ב-22 באפריל 1915, במהלך מלחמת העולם הראשונה, וכתוצאה מכך מתו כ-15 אלף איש. כרגע הוא אינו משמש כחומר רעיל.
בוא ניתן תיאור קצר של היסוד הכימי כחומר מחנק. משפיע על גוף האדם באמצעות חנק. ראשית, זה מגרה את דרכי הנשימה העליונות ואת הריריות של העיניים. שיעול חזק מתחיל בהתקפי חנק. יתר על כן, חודר לתוך הריאות, הגז מאכל את רקמת הריאה, מה שמוביל לבצקת. חָשׁוּב! כלור הוא חומר הפועל במהירות.
תלוי בריכוז באוויר, התסמינים שונים. עם תוכן נמוך באדם, אדמומיות של הקרום הרירי של העיניים, קוצר נשימה קל נצפה. התוכן באטמוספירה של 1.5-2 גרם/מ ר3 גורם לכבדות וריגושים בחזה, כאב חד בדרכי הנשימה העליונות. כמו כן, המצב עשוי להיות מלווה בדמעות חמורות. לאחר 10-15 דקות של שהייה בחדרעם ריכוז כזה של כלור, מתרחשת כוויה חמורה של הריאות ומוות. בריכוזים גבוהים יותר, מוות אפשרי תוך דקה משיתוק של דרכי הנשימה העליונות.
בעבודה עם חומר זה, מומלץ להשתמש בסרבלים, מסכות גז, כפפות.
כלור בחיי אורגניזמים וצמחים
כלור הוא חלק כמעט מכל היצורים החיים. הייחוד הוא שהוא קיים לא בצורתו הטהורה, אלא בצורת תרכובות.
באורגניזמים של בעלי חיים ובני אדם, יוני כלוריד שומרים על שוויון אוסמוטי. זאת בשל העובדה שיש להם את הרדיוס המתאים ביותר לחדירה לתוך תאי הממברנה. יחד עם יוני אשלגן, Cl מווסת את מאזן המים והמלח. במעי, יוני כלוריד יוצרים סביבה נוחה לפעולה של אנזימים פרוטאוליטיים של מיץ קיבה. תעלות כלור מסופקות בתאים רבים בגופנו. דרכם מתרחש חילופי נוזלים בין-תאיים ו-pH של התא נשמר. כ-85% מהנפח הכולל של יסוד זה בגוף שוכן בחלל הבין-תאי. הוא מופרש מהגוף דרך השופכה. מיוצר על ידי הגוף הנשי במהלך ההנקה.
בשלב זה של התפתחות, קשה לומר באופן חד משמעי אילו מחלות מעוררות כלור ותרכובותיו. זה נובע מחוסר מחקר בתחום זה.
כמו כן, יוני כלוריד קיימים בתאי צמחים. הוא לוקח חלק באופן פעיל בחילופי האנרגיה. ללא אלמנט זה, תהליך הפוטוסינתזה בלתי אפשרי. בעזרתוהשורשים סופגים באופן פעיל את החומרים הדרושים. אבל לריכוז גבוה של כלור בצמחים יכולה להיות השפעה מזיקה (האטת תהליך הפוטוסינתזה, עצירת התפתחות וצמיחה).
עם זאת, ישנם נציגים כאלה של הפלורה שיכולים "להתיידד" או לפחות להסתדר עם האלמנט הזה. המאפיין של לא-מתכת (כלור) מכיל פריט כזה כמו יכולתו של חומר לחמצן קרקעות. בתהליך האבולוציה, הצמחים שהוזכרו לעיל, הנקראים הלופיטים, תפסו ביצות מלח ריקות, שהיו ריקות עקב ריבוי יתר של יסוד זה. הם סופגים יוני כלוריד, ואז נפטרים מהם בעזרת נפילת עלים.
הובלה ואחסון של כלור
ישנן מספר דרכים להעביר ולאחסן כלור. המאפיין של האלמנט מרמז על הצורך בגלילים מיוחדים בלחץ גבוה. למיכלים כאלה יש סימון זיהוי - קו ירוק אנכי. יש לשטוף את הצילינדרים היטב מדי חודש. עם אחסון ממושך של כלור, נוצר בהם משקעים נפיצים מאוד - חנקן טריכלוריד. הצתה ופיצוץ ספונטניים אפשריים אם לא יישמרו כל כללי הבטיחות.
לומד כלור
כימאים לעתיד צריכים לדעת את המאפיינים של כלור. על פי התוכנית, תלמידי כיתות ט' יכולים אף לערוך ניסויי מעבדה בחומר זה על בסיס ידע בסיסי של המקצוע. מטבע הדברים, המורה מחויב לערוך תדריך בטיחות.
סדר העבודה הוא כדלקמן: אתה צריך לקחת בקבוק עםכלור ויוצקים לתוכו שבבי מתכת קטנים. בטיסה יתלקחו השבבים בניצוצות בהירים בהירים ובמקביל נוצר עשן לבן קל SbCl3. כאשר טבילה נייר כסף בכלי עם כלור, הוא גם יתלקח מאליה, ופתיתי שלג לוהטים יפלו לאט לתחתית הבקבוק. במהלך תגובה זו נוצר נוזל מעושן - SnCl4. כאשר מניחים שבבי ברזל בכלי, נוצרות "טיפות" אדומות ועשן אדום מופיע FeCl3.
לצד העבודה המעשית, התיאוריה חוזרת על עצמה. בפרט, שאלה כמו אפיון הכלור לפי מיקום במערכת המחזורית (מתואר בתחילת המאמר).
כתוצאה מהניסויים, מתברר שהיסוד מגיב באופן פעיל לתרכובות אורגניות. אם תניח צמר גפן ספוג בטרפנטין בצנצנת כלור, הוא יתלקח מיידית, והפיח ייפול בחדות מהבקבוק. נתרן למעשה מעשן עם להבה צהבהבה, וגבישי מלח מופיעים על קירות הכלים הכימיים. התלמידים יתעניינו לדעת שבעודו כימאי צעיר, נ.נ. סמנוב (לימים זוכה פרס נובל), לאחר ביצוע ניסוי כזה, אסף מלח מדפנות הבקבוק, וביזק איתו לחם, אכל אותו. הכימיה התבררה כנכונה ולא איכזבה את המדען. כתוצאה מהניסוי שביצע הכימאי, באמת התברר מלח שולחני רגיל!
