Де використовується хлор. Газ хлор, фізичні властивості хлору, хімічні властивості хлору. Хлор способи отримання хлору
Характеристика елементів VII групи головної підгрупи, на прикладі хлору
Загальна характеристика підгрупи
Таблиця 1. Номенклатура елементів підгрупи VIIа
P-елементи, типові, неметали (астат - напівметал), галогени.
Електронна діаграма елемента Hal (Hal ≠ F):
Для елементів підгрупи VIIA характерні наступні валентності:
Таблиця 2. Валентність
3. Для елементів підгрупи VIIA характерні наступні ступені окислення:
Таблиця 3. Ступені окислення елементів
Характеристика хімічного елемента
Хлор - елемент VII А групи. Порядковий номер 17
Відносна атомна маса: 35,4527 а. е. м. (г / моль)
Кількість протонів, нейтронів, електронів: 17,18,17
Будова атома:
Електронна формула:
Типові ступеня окислення: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Енергія іонізації: 1254,9 (13,01) кДж / моль (еВ)
Спорідненість до електрону: 349 (кДж / моль)
Електронегативність за Полінгом: 3,20
Характеристика простого речовини
Тип зв'язку: ковалентний неполярний
молекула двухатомная
Ізотопи: 35 Cl (75,78%) і 37 Cl (24,22%)
Тип кристалічної решітки: молекулярна
Таблиця 4
Фізичні властивості
Таблиця 5
Хімічні властивості
Водний розчин хлору у великій мірі піддається дисмутації ( «хлорне вода»)
1 стадія: Cl 2 + H 2 O \u003d HCl + HOCl
2 стадія: HOCl \u003d HCl + [О] - атомарний кисень
Окислювальна здатність в підгрупі зменшується від фтору до йоду \u003d ˃
Хлор сильний окислювач:
1. Взаємодія з простими речовинами
a) з воднем:
Cl 2 + H 2 \u003d 2HCl
б) з металами:
Cl 2 + 2Na \u003d 2NaCl
3Cl 2 + 2Fe \u003d 2FeCl 3
в) з деякими менш електронегативними неметаллами:
3Cl 2 + 2P \u003d 2PCl 3
Cl 2 + S \u003d SCl 2
З киснем, вуглецем і азотом хлор безпосередньо не реагує!
2. Взаємодія зі складними речовинами
а) з водою: див. вище
б) з кислотами: не реагує!
в) з розчинами лугів:
на холоду: Cl 2 +2 NaOH \u003d NaCl + NaClO + H 2 O
при нагріванні: 3Cl 2 + 6 KOH \u003d 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
д) з багатьма органічними речовинами:
Cl 2 + CH 4 \u003d CH 3 Cl + HCl
C 6 H 6 + Cl 2 \u003d C 6 H 5 Cl + HCl
Найважливіші сполуки хлору
Хлороводень, хлористий водень(HCl) - безбарвний, термічно стійкий газ (при нормальних умовах) з різким запахом, димлячий у вологому повітрі, Легко розчиняється у воді (до 500 об'ємів газу на один об'єм води) з утворенням соляної (соляної) кислоти. При -114,22 ° C HCl переходить в твердий стан. У твердому стані хлороводород існує у вигляді двох кристалічних модифікацій: ромбічної, стійкої нижче і кубічної.
Водний розчин хлористого водню називається соляною кислотою. При розчиненні в воді протікають наступні процеси:
HCl г + H 2 O ж \u003d H 3 O + ж + Cl - ж
Процес розчинення сильно екзотермічен. З водою HCl утворює азеотропную суміш. Є сильною одноосновної кислотою. Енергійно взаємодіє з усіма металами, що стоять у ряді напруг лівіше водню, з основними і амфотерними оксидами, основами і солями, утворюючи солі - хлориди:
Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O
При дії сильних окислювачів або при електролізі хлороводород проявляє відновні властивості:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
При нагріванні хлороводород окислюється киснем (каталізатор - хлорид міді (II) CuCl 2):
4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2
Однак, концентрована соляна кислота реагує з міддю, при цьому утворюється комплекс одновалентних міді:
2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2
Суміш 3 об'ємних частин концентрованої соляної і 1 об'ємної частки концентрованої азотної кислот називається «царської горілкою». Царська горілка здатна розчиняти навіть золото і платину. Висока окислювальна активність царської горілки обумовлена \u200b\u200bприсутністю в ній хлористого нитрозила і хлору, що знаходяться в рівновазі з вихідними речовинами:
4 H 3 O + + 3 Cl - + NO 3 - \u003d NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Завдяки високій концентрації хлорид-іонів в розчині метал зв'язується в хлоридних комплекс, що сприяє його розчинення:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
Для хлороводню також характерні реакції приєднання до кратних зв'язків (електрофільне приєднання):
R-CH \u003d CH 2 + HCl → R-CHCl-CH 3
R-C≡CH + 2 HCl → R-CCl 2 -CH 3
оксиди хлору - неорганічні хімічні сполуки хлору і кисню, загальною формулою: Cl х O у.
Хлор утворює наступні оксиди: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Крім того відомі: короткоживучий радикал ClO, радикал пероксид хлору ClOO і радикал тетраоксид хлору ClO 4.
Нижче в таблиці представлені властивості стійких оксидів хлору:
Таблиця 6
| властивість | Cl 2 O | ClO 2 | ClOClO 3 | Cl 2 O 6 (ж) ↔2ClO 3 (г) | Cl 2 O 7 |
| Колір і стан при кімн. температурі | Жовто-коричневий газ | Жовто-зелений газ | Світло-жовта рідина | Темно-червона рідина | безбарвна рідина |
| Ступінь окислення хлору | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| Т. пл., ° C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| Т. кип., ° C | 2,0 | 44,5 | |||
| d (Ж, 0 ° C), г * см -3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| ΔH ° обр (газ, 298 К), кДж * моль -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| ΔG ° обр (газ, 298 К), кДж * моль -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| S ° обр (газ, 298 К), Дж * K -1 * моль -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Дипольний момент μ, Д | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
Оксид хлору (I), оксид дихлоро, ангідрид хлорнуватистої кислоти - з'єднання хлору в ступені окислення +1 з киснем.
У нормальних умовах являє собою буро-жовтий газ з характерним запахом, що нагадує запах хлору. При температурах нижче 2 ° C - рідина золотисто-червоного кольору. Отруйний: вражає дихальні шляхи. Мимовільно повільно розкладається:
При великих концентраціях вибухонебезпечний. Щільність при нормальних умовах 3,22 кг / м³. Розчиняється в чотирихлористому вуглеці. Добре розчинний у воді з утворенням слабкої хлорнуватисту кислоти:
Швидко реагує з лугами:
Cl 2 O + 2NaOH (разб.) \u003d 2NaClO + H 2 O
діоксид хлору - кислотний оксид. При розчиненні в воді утворюються хлориста і хлорноватої кислоти (реакція диспропорціонування). Розбавлені розчини стійкі в темряві, на світлі повільно розкладаються:
діоксид хлору - оксид хлору ( IV), З'єднання хлору і кисню, формула: ClO 2.
У нормальних умовах ClO 2 - газ червонувато-жовтого кольору, з характерним запахом. При температурах нижче 10 ° C ClO 2 являє собою рідину червоно-коричневого кольору. Малоустойчів, вибухає на світлі, при контактах з окислювачами і при нагріванні. Добре розчинний у воді. Через вибухонебезпечності діоксид хлору неможливо зберігати у вигляді рідини.
Кислотний оксид. При розчиненні в воді утворюються хлориста і хлорноватої кислоти (реакція диспропорціонування). Розбавлені розчини стійкі в темряві, на світлі повільно розкладаються:
Утвориться хлориста кислота дуже нестійка і розкладається:
Виявляє окислювально-відновні властивості.
2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (разб.) + 10FeSO 4 \u003d 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O
ClO 2 + 2NaOH хол. \u003d NaClO 2 + NaClO 3 + H 2 O
ClO 2 + O 3 \u003d ClO 3 + O 2
ClO 2 реагує з багатьма з органічними сполуками та виступає окислювачем середньої сили.
хлорнуватиста кислота - HClO, дуже слабка одноосновная кислота, в якій хлор має ступінь окислення +1. Існує лише в розчинах.
У водних розчинах хлорнуватиста кислота частково розпадається на протон і гіпохлорит-аніон ClO -:
Нестійка. Хлорнуватиста кислота і її солі - гіпохлорити - сильні окислювачі. Реагує з соляною кислотою HCl, утворюючи молекулярний хлор:
HClO + NaOH (разб.) \u003d NaClO + H 2 O 
хлориста кислота - HClO 2, одноосновная кислота середньої сили.
Хлориста кислота НClO 2 у вільному вигляді нестійка, навіть в розбавленому водному розчині вона швидко розкладається:
Нейтралізується лугами.
HClO 2 + NaOH (разб. Хол.) \u003d NaClO 2 + H 2 O
Ангідрид цієї кислоти невідомий.
Розчин кислоти отримують з її солей - хлоритів, Що утворюються в результаті взаємодії ClO 2 з лугом:
Виявляє окислювально - відновні властивості.
5HClO 2 + 3H 2 SO 4 (разб.) + 2KMnO 4 \u003d 5HClO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
хлоратна кислота - HClO 3, сильна одноосновная кислота, в якій хлор має ступінь окислення +5. У вільному вигляді не отримана; у водних розчинах при концентрації нижче 30% на холоді досить стійка; в більш концентрованих розчинах розпадається:
Хлоратна кислота - сильний окислювач; окислювальна здатність збільшується зі зростанням концентрації і температури. HClO 3 легко відновлюється до соляної кислоти:
HClO 3 + 5HCl (конц.) \u003d 3Cl 2 + 3H 2 O
HClO 3 + NaOH (разб.) \u003d NaClO 3 + H 2 O
При пропущенні суміші SO 2 і повітря крізь сильнокислая розчин, утворюється діоксид хлору:
У 40% -ної хлорноватої кислоті запалюється, наприклад, фільтрувальна папір.
8. Знаходження в природі:
У земній корі хлор - найпоширеніший галоген. Оскільки хлор дуже активний, в природі він зустрічається тільки у вигляді сполук в складі мінералів.
Таблиця 7. Знаходження в природі
Таблиця 7. Мінеральні форми
Найбільші запаси хлору містяться в складі солей вод морів і океанів.
отримання
Хімічні методи отримання хлору малоефективні і затратні. На сьогоднішній день мають в основному історичне значення. Може бути отриманий при взаємодії перманганату калію з соляною кислотою:
метод Шеєле
Спочатку промисловий спосіб отримання хлору грунтувався на методі Шеєле, тобто реакції пиролюзита з соляною кислотою:
метод Дикона
Метод отримання хлору каталітичним окисленням хлороводню киснем повітря.
електрохімічні методи
Сьогодні хлор в промислових масштабах отримують разом з гідроксидом натрію і воднем шляхом електролізу розчину кухонної солі, основні процеси якого можна уявити сумарною формулою:
застосування
· Віконний профіль, виготовлений з хлорвмісних полімерів
· Основним компонентом відбілювачів є Лабарракова вода (гіпохлорит натрію)
· У виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку.
· Виробництво хлорорганічних. На отримання засобів захисту рослин витрачається значна частина виробленого хлору. Один з найважливіших інсектицидів - гексахлорциклогексан (часто званий гексахлораном).
· Використовувався як бойова отруйна речовина, а також для виробництва інших бойових отруйних речовин: іприт, фосген.
· Для знезараження води - «хлорування».
· В харчової промисловості зареєстрований в якості харчової добавки E925.
· У хімічному виробництві соляної кислоти, хлорного вапна, бертолетової солі, хлоридів металів, отрут, ліків, добрив.
· У металургії для виробництва чистих металів: титану, олова, танталу, ніобію.
· Як індикатор сонячних нейтрино в хлор-аргонних детекторах.
Багато розвинених країн прагнуть обмежити використання хлору в побуті, в тому числі тому, що при спалюванні хлорсодержащего сміття утворюється значна кількість діоксинів.
Фізичні властивості. При звичайних умовах хлор - газ жовто-зеленого кольору з різким запахом, отруйний. Він в 2,5 рази важчий за повітря. В 1 об'ємі води при 20 град. З розчиняється близько 2 обсягів хлору. Такий розчин називається хлорного водою.
при атмосферному тиску хлор при -34 град. З переходить в рідкий стан, а при -101 град. З твердне. при кімнатній температурі він переходить у рідкий стан тільки при тиску 600 кПа (6 атм). Хлор добре розчинний у багатьох органічних розчинниках, особливо в тетрахлориді вуглецю, з яким не взаємодіє.
Хімічні властивості. На зовнішньому електронному рівні атома хлору знаходяться 7 електронів (s 2 p 5), тому він легко приєднує електрон, утворюючи аніон Сl -. Завдяки наявності незаповненого d-рівня в атомі хлору можуть з'являтися 1, 3, 5 і 7 неспарених електронів, тому в кисневмісних сполуках він може мати ступінь окислення +1, +3, +5 і +7.
У відсутності вологи хлор досить інертний, але в присутності навіть слідів вологи активність його різко зростає. Він добре взаємодіє з металами:
2 Fе + 3 Сl 2 \u003d 2 FеСl 3 (хлорид заліза (III));
Cu + Сl 2 \u003d СuСl 2 (хлорид міді (II))
і багатьма неметалами:
Н 2 + Сl 2 \u003d 2 НСl (хлороводень);
2 S + Сl 2 \u003d S 2 Cl 2 (хлорид сірки (1));
Si + 2 Сl 2 \u003d SiСl 4 (хлорид кремнію. (IV));
2 Р + 5 Сl 2 \u003d 2 РСl 5 (хлорид фосфору (V)).
З киснем, вуглецем і азотом хлор в безпосередню взаємодію не вступає.
При розчиненні хлору у воді утворюється 2 кислоти: хлороводородная, або соляна, і хлорнуватиста:
Сl 2 + Н 2 О \u003d НСl + HClO.
При взаємодії хлору з холодними розчинами лугів утворюються відповідні солі цих кислот:
Сl 2 + 2 NaOН \u003d NaСl + NaClО + Н 2 О.
Отримані розчини називаються жавелевой водою, яка, як і хлорне вода, володіє сильними окисними властивостями завдяки наявності іона ClO - і застосовується для відбілювання тканин і паперу. З гарячими розчинами лугів хлор утворює відповідні солі соляної та хлорноватої кислот:
3 Сl 2 + 6 NаОН \u003d 5 NаСl + NаСlO 3 + 3 Н 2 О;
3 Сl 2 + 6 КОН \u003d 5 КСl + КСlO 3 + 3 Н 2 О.
Утворився хлорат калію називається бертолетової сіллю.
При нагріванні хлор легко взаємодіє з багатьма органічними речовинами. У граничних і ароматичних вуглеводнях він заміщає водень, утворюючи хлорорганічні з'єднання і хлороводень, а до ненасичених приєднується за місцем подвійний або потрійний зв'язку.
При дуже високій температурі хлор повністю відбирає водень у вуглецю. При цьому утворюються хлороводород і сажа. Тому високотемпературне хлорування вуглеводнів завжди супроводжується сажеобразование.
Хлор - сильний окислювач, тому легко взаємодіє зі складними речовинами, до складу яких входять елементи, здатні окислюватися до більш високого валентного стану:
2 FеСl 2 + Сl 2 \u003d 2 FеСl 3;
Н 2 SO 3 + Сl 2 + Н 2 О \u003d Н 2 SО 4 + 2 НСl.
хлор (Від грец. Χλωρ? Σ - «зелений») - елемент головної підгрупи сьомої групи, третього періоду періодичної системи хімічних елементів Д. І. Менделєєва, з атомним номером 17. Позначається символом Cl (Лат. Chlorum). Хімічно активний неметалл. Входить в групу галогенів (спочатку назва «галоген» використовував німецький хімік Швейгер для хлору [дослівно «галоген» перекладається як солерод], але воно не прижилося, і згодом стало загальним для VII групи елементів, в яку входить і хлор).
Проста речовина хлор (CAS-номер: 7782-50-5) при нормальних умовах - отруйний газ жовтувато-зеленого кольору, з різким запахом. Молекула хлору двухатомная (формула Cl 2).
Історія відкриття хлору
Вперше газоподібний безводний хлороводень зібрав Дж. Присли в 1772р. (Над рідкою ртуттю). Вперше хлор був отриманий в 1774 р Шеєле, який описав його виділення при взаємодії пиролюзита з соляною кислотою в своєму трактаті про піролюзиті:
4HCl + MnO 2 \u003d Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Шеєле зазначив запах хлору, схожий з запахом царської горілки, його здатність взаємодіяти з золотом і кіновар'ю, а також його відбілюючі властивості.
Однак Шеєле, відповідно до панувала в хімії того часу теорії флогістону, припустив, що хлор є дефлогістрованим соляну кислоту, тобто оксид соляної кислоти. Бертолле і Лавуазьє припустили, що хлор є оксидом елемента мурія, Однак спроби його виділення залишалися безуспішними аж до робіт Деві, якому електролізом вдалося розкласти кухонну сіль на натрій і хлор.
Поширення в природі
У природі зустрічаються два ізотопу хлору 35 Cl і 37 Cl. У земній корі хлор найпоширеніший галоген. Хлор дуже активний - він безпосередньо з'єднується майже з усіма елементами періодичної системи. Тому в природі він зустрічається тільки у вигляді сполук в складі мінералів: Галіт NaCI, Сільвіна KCl, сильвініту KCl · NaCl, бішофіту MgCl 2 · 6H2O, карналлита KCl · MgCl 2 · 6Н 2 O, каїніту KCl · MgSO 4 · 3Н 2 О. найбільші запаси хлору містяться в складі солей вод морів і океанів (вміст в морській воді 19 г / л). На частку хлору доводиться 0,025% від загального числа атомів земної кори, Кларки елементів хлору - 0,017%, а людський організм містить 0,25% іонів хлору по масі. В організмі людини і тварин хлор міститься в основному в міжклітинних рідинах (в тому числі в крові) і грає важливу роль в регуляції осмотичних процесів, а також в процесах, пов'язаних з роботою нервових клітин.
Фізичні і фізико-хімічні властивості
При нормальних умовах хлор - жовто-зелений газ з задушливим запахом. Деякі його фізичні властивості представлені в таблиці.
Деякі фізичні властивості хлору
| властивість |
значення |
|---|---|
| Колір (газ) | Жовто-зелений |
| Температура кипіння | -34 ° C |
| Температура плавлення | -100 ° C |
| температура розкладання (Дисоціації на атоми) |
~ 1400 ° C |
| Щільність (газ, н.у.) | 3,214 г / л |
| Спорідненість до електрону атома | 3,65 еВ |
| Перша енергія іонізації | 12,97 еВ |
| Теплоємність (298 К, \u200b\u200bгаз) | 34,94 (Дж / моль · K) |
| критична температура | 144 ° C |
| критичний тиск | 76 атм |
| Стандартна ентальпія освіти (298 К, \u200b\u200bгаз) | 0 (кДж / моль) |
| Стандартна ентропія освіти (298 К, \u200b\u200bгаз) | 222,9 (Дж / моль · K) |
| ентальпія плавлення | 6,406 (кДж / моль) |
| ентальпія кипіння | 20,41 (кДж / моль) |
| Енергія гомолитического розриву зв'язку Х-Х | 243 (кДж / моль) |
| Енергія гетеролітичні розриву зв'язку Х-Х | 1 150 (кДж / моль) |
| енергія іонізації | 1 255 (кДж / моль) |
| Спорідненість до електрона | 349 (кДж / моль) |
| атомний радіус | 0,073 (нм) |
| Електронегативність за Полінгом | 3,20 |
| Електронегативність по Оллред-Рохової | 2,83 |
| Стійкі ступеня окислення | -1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7 |
Газоподібний хлор відносно легко зріджується. Починаючи з тиску в 0,8 МПа (8 атмосфер), хлор буде рідким вже при кімнатній температурі. При охолодженні до температури в -34 ° C хлор теж стає рідким при нормальному атмосферному тиску. Рідкий хлор - жовто-зелена рідина, що володіє дуже високим корозійну дію (за рахунок високої концентрації молекул). Підвищуючи тиск, можна домогтися існування рідкого хлору аж до температури в +144 ° C (критичної температури) при критичному тиску в 7,6 МПа.
При температурі нижче -101 ° C рідкий хлор кристалізується в орторомбические грати з просторовою групою Cmca і параметрами a \u003d 6,29 Å b \u003d 4,50 Å, c \u003d 8,21 Å. Нижче 100 К орторомбические модифікація кристалічного хлору переходить в тетрагональную, що має просторову групу P4 2 / ncm і параметри решітки a \u003d 8,56 Å і c \u003d 6,12 Å.
розчинність
Ступінь дисоціації молекули хлору Cl 2 → 2Cl. При 1000 К дорівнює 2,07 × 10 -4%, а при 2500 К 0,909%.
Поріг сприйняття запаху в повітрі дорівнює 0,003 (мг / л).
За електропровідності рідкий хлор займає місце серед найсильніших ізоляторів: він проводить струм майже в мільярд разів гірше, ніж дистильована вода, і в 10 22 разів гірше срібла. Швидкість звуку в хлорі приблизно в півтора рази менше, ніж в повітрі.
Хімічні властивості
Будова електронної оболонки
На валентном рівні атома хлору міститься 1 неспарених електронів: 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5, тому валентність рівна 1 для атома хлору дуже стабільна. За рахунок присутності в атомі хлору незайнятої орбіталі d-підрівні, атом хлору може проявляти і інші валентності. Схема освіти збуджених станів атома:
Також відомі сполуки хлору, в яких атом хлору формально проявляє валентність 4 і 6, наприклад ClO 2 і Cl 2 O 6. Однак, ці сполуки є радикалами, тобто у них є один неспарених електронів.
Взаємодія з металами
Хлор безпосередньо реагує майже з усіма металами (із деякими тільки в присутності вологи або при нагріванні):
Cl 2 + 2Na → 2NaCl 3Cl 2 + 2Sb → 2SbCl 3 3Cl 2 + 2Fe → 2FeCl 3
Взаємодія з неметалами
C неметаллами (крім вуглецю, азоту, кисню і інертних газів), утворює відповідні хлориди.
На світлі або при нагріванні активно реагує (іноді з вибухом) з воднем за радикальним механізмом. Суміші хлору з воднем, що містять від 5,8 до 88,3% водню, вибухають при опроміненні з образованіемхлороводорода. Суміш хлору з воднем в невеликих концентраціях горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям. Максимальна температура воднево-хлорного полум'я 2200 ° C .:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2
З киснем хлор утворює оксиди в яких він проявляє ступінь окислення від +1 до +7: Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Вони мають різкий запах, термічно і фотохімічно нестабільні, схильні до вибухового розпаду.
При реакції з фтором, утворюється не хлорид, а фторид:
Cl 2 + 3F 2 (хат.) → 2ClF 3
інші властивості
Хлор витісняє бром і йод з їхніх сполук з воднем і металами:
Cl 2 + 2HBr → Br 2 + 2HCl Cl 2 + 2NaI → I 2 + 2NaCl
При реакції з монооксидом вуглецю утворюється фосген:
Cl 2 + CO → COCl 2
При розчиненні в воді або лугах, хлор дісмутірует, утворюючи хлорноватистую (а при нагріванні хлорне) і соляну кислоти, або їх солі:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O
Хлоруванням сухого гідроксиду кальцію отримують хлорне вапно:
Cl 2 + Ca (OH) 2 → CaCl (OCl) + H 2 O
Дія хлору на аміак можна отримати трёххлорістий азот:
4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Окисні властивості хлору
Хлор дуже сильний окислювач.
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + S
Реакції з органічними речовинами
З насиченими сполуками:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 5 Cl + HCl
Приєднується до ненасичених сполук за кратними зв'язками:
CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Ароматичні сполуки заміщають атом водню на хлор в присутності каталізаторів (наприклад, AlCl 3 або FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
способи отримання
промислові методи
Спочатку промисловий спосіб отримання хлору грунтувався на методі Шеєле, тобто реакції пиролюзита з соляною кислотою:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O
У 1867 році Диконом був розроблений метод отримання хлору каталітичним окисленням хлороводню киснем повітря. Процес Дикона в даний час використовується при рекуперації хлору з хлороводню, що є побічним продуктом при промисловому хлорування органічних сполук.
4HCl + O 2 → 2H 2 O + 2Cl 2
Сьогодні хлор в промислових масштабах отримують разом з гідроксидом натрію і воднем шляхом електролізу розчину кухонної солі:
2NaCl + 2H 2 О → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Анод: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Катод: 2H 2 O + 2 e - → H 2 + 2OH -
Так як паралельно електролізу хлориду натрію проходить процес електроліз води, то сумарне рівняння можна виразити таким чином:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Застосовується три варіанти електрохімічного методу отримання хлору. Два з них електроліз з твердим катодом: діафрагмовий і мембранний методи, третій - електроліз з рідким ртутним катодом (ртутний метод виробництва). У ряду електрохімічних методів виробництва найлегшим і зручним способом є електроліз з ртутним катодом, але цей метод завдає значної шкоди навколишньому середовищу в результаті випаровування і витоків металевої ртуті.
Діафрагмовий метод з твердим катодом
Порожнина електролізера розділена пористої азбестового перегородкою - діафрагмою - на катод і анодное простір, де відповідно розміщені катод і анод електролізера. Тому такий електролізер часто називають діафрагмовим, а метод отримання - діафрагмовим електролізом. У анодное простір диафрагменного електролізера безперервно надходить потік насиченого аноліта (розчину NaCl). В результаті електрохімічного процесу на аноді за рахунок розкладання Галіт виділяється хлор, а на катоді за рахунок розкладання води - водень. При цьому прікатодном зона збагачується гідроксидом натрію.
Мембранний метод з твердим катодом
Мембранний метод по суті, аналогічний діафрагмовому, але анодна і катодного простору розділені катіонообменной полімерною мембраною. Мембранний метод виробництва ефективніше, ніж діафрагмовий, але складніше в застосуванні.
Ртутний метод з рідким катодом
Процес проводять в електролітичній ванні, яка складається з електролізера, разлагателі і ртутного насоса, об'єднаних між собою комунікаціями. У електролітичної ванні під дією ртутного насоса циркулює ртуть, проходячи через електролізер і разлагателі. Катодом електролізера служить потік ртуті. Аноди - графітові або малоізнашівающіхся. Разом з ртуттю через електролізер безперервно тече потік аноліта - розчину хлориду натрію. В результаті електрохімічного розкладання хлориду на аноді утворюються молекули хлору, а на катоді виділився натрій розчиняється в ртуті утворюючи амальгаму.
лабораторні методи
У лабораторіях для отримання хлору зазвичай використовують процеси, засновані на окисленні хлороводню сильними окислювачами (наприклад, оксидом марганцю (IV), перманганатом калію, дихроматом калію):
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
зберігання хлору
Вироблений хлор зберігається в спеціальних «танках» або закачується в сталеві балони високого тиску. Балони з рідким хлором під тиском мають спеціальне забарвлення - болотний колір. Слід зазначити що при тривалій експлуатації балонів з хлором в них накопичується надзвичайно вибуховий треххлорістий азот, і тому час від часу балони з хлором повинні проходити планову промивку та очищення від хлориду азоту.
Стандарти якості хлору
Згідно ГОСТ 6718-93 «Хлор рідкий. Технічні умови »робляться такі сорти хлору
застосування
Хлор застосовують в багатьох галузях промисловості, науки і побутових потреб:
- У виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку, з яких виготовляють: ізоляцію для проводів, віконний профіль, пакувальні матеріали, одяг і взуття, лінолеум і грамплатівки, лаки, апаратуру і пінопласти, іграшки, деталі приладів, будівельні матеріали. Полівінілхлорид виробляють полімеризацією вінілхлориду, який сьогодні найчастіше отримують з етилену збалансованим по хлору методом через проміжний 1,2-дихлоретан.
- Відбілюючі властивості хлору відомі з давніх часів, хоча не сам хлор «відбілює», а атомарний кисень, який утворюється при розпаді хлорнуватистої кислоти: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O .. Цей спосіб відбілювання тканин, паперу, картону використовується вже кілька століть.
- Виробництво хлорорганічних інсектицидів - речовин, що вбивають шкідливих для посівів комах, але безпечні для рослин. На отримання засобів захисту рослин витрачається значна частина виробленого хлору. Один з найважливіших інсектицидів - гексахлорциклогексан (часто званий гексахлораном). Ця речовина вперше синтезовано ще в 1825 р Фарадеем, але практичне застосування знайшло тільки через 100 з гаком років - в 30-х роках ХХ століття.
- Використовувався як бойова отруйна речовина, а також для виробництва інших бойових отруйних речовин: іприт, фосген.
- Для знезараження води - «хлорування». Найбільш поширений спосіб знезараження питної води; заснований на здатності вільного хлору і його сполук пригнічувати ферментні системи мікроорганізмів каталізують окислювально-відновні процеси. Для знезараження питної води застосовують: хлор, двоокис хлору, хлорамін і хлорне вапно. СанПіН 2.1.4.1074-01 встановлює наступні межі (коридор) допустимого вмісту вільного залишкового хлору у питній воді централізованого водопостачання 0.3 - 0.5 мг / л. Ряд вчених і навіть політиків в Росії критикують саму концепцію хлорування водопровідної води, але альтернативи дезінфікуючій післядії сполук хлору запропонувати не можуть. Матеріали, з яких виготовлені водопровідні труби, по різному взаємодіють з хлорованою водопровідною водою. Вільний хлор у водопровідній воді істотно скорочує термін служби трубопроводів на основі поліолефінів: поліетиленових труб різного виду, в тому числі зшитого поліетилену, великі відомого як ПЕКС (PEX, PEX). У США для контролю допуску трубопроводів з полімерних матеріалів до використання в водогонах з хлорованою водою змушені були прийняти 3 стандарти: ASTM F2023 стосовно трубах із зшитого поліетилену (PEX) та гарячої хлорованій воді, ASTM F2263 стосовно до поліетиленових труб всім і хлорованій воді і ASTM F2330 стосовно багатошаровим (металополімерних) трубах і гарячої хлорованій воді. У частині довговічності при взаємодії з хлорованою водою позитивні результати демонструють мідні водопровідні труби.
- У харчовій промисловості зареєстрований в якості харчової добавки E925.
- У хімічному виробництві соляної кислоти, хлорного вапна, бертолетової солі, хлоридів металів, отрут, ліків, добрив.
- У металургії для виробництва чистих металів: титану, олова, танталу, ніобію.
- Як індикатор сонячних нейтрино в хлор-аргонних детекторах.
Багато розвинених країн прагнуть обмежити використання хлору в побуті, в тому числі тому, що при спалюванні хлорсодержащего сміття утворюється значна кількість діоксинів.
біологічна роль
Хлор відноситься до найважливіших біогенних елементів і входить до складу всіх живих організмів.
У тварин і людини, іони хлору беруть участь у підтримці осмотичного рівноваги, хлорид-іон має оптимальний радіус для проникнення черезмембрану клітин. Саме цим пояснюється його спільна участь з іонами натрію і калію в створенні постійного осмотичного тиску і регуляції водно-сольового обміну. Під впливом ГАМК (нейромедіатор) іони хлору надають гальмуючий ефект на нейрони шляхом зниження потенціалу дії. В шлунку іони хлору створюють сприятливе середовище для дії протеолітичних ферментів шлункового соку. Хлорні канали представлені в багатьох типах клітин, мітохондріальних мембранах і скелетних м'язах. Ці канали виконують важливі функції в регуляції об'єму рідини, трансепітеліальном транспорті іонів і стабілізації мембранних потенціалів, беруть участь в підтримці рН клітин. Хлор накопичується в вісцеральної тканини, шкірі і скелетних м'язах. Всмоктується хлор, в основному, в товстому кишечнику. Всмоктування і екскреція хлору тісно пов'язані з іонами натрію і бікарбонатами, в меншій мірі з мінералокортикоїдами і активністю Na + / K + - АТФ-ази. У клітинах акумулюється 10-15% всього хлору, з цієї кількості від 1/3 до 1/2 - в еритроцитах. Близько 85% хлору знаходяться в позаклітинному просторі. Хлор виводиться з організму в основному з сечею (90-95%), калом (4-8%) і через шкіру (до 2%). Екскреція хлору пов'язана з іонами натрію і калію, і реципрокно з HCO 3 - (кислотно-лужний баланс).
Людина споживає 5-10 г NaCl на добу. Мінімальна потреба людини в хлорі становить близько 800 мг на добу. Немовля отримує необхідну кількість хлору через молоко матері, в якому міститься 11 ммоль / л хлору. NaCl необхідний для вироблення в шлунку соляної кислоти, яка сприяє травленню і знищення хвороботворних бактерій. В даний час участь хлору у виникненні окремих захворювань у людини вивчено недостатньо добре, головним чином через малу кількість досліджень. Досить сказати, що не розроблені навіть рекомендації по нормі добового споживання хлору. М'язова тканина людини містить 0,20-0,52% хлору, кісткова - 0,09%; в крові - 2,89 г / л. В організмі середньої людини (маса тіла 70 кг) 95 г хлору. Щодня з їжею людина отримує 3-6 г хлору, що з надлишком покриває потребу в цьому елементі.
Іони хлору життєво необхідні рослинам. Хлор бере участь в енергетичному обміні рослин, активуючи окисне фосфорилювання. Він необхідний для утворення кисню в процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами, стимулює допоміжні процеси фотосинтезу, перш за все ті з них, які пов'язані з акумулюванням енергії. Хлор позитивно впливає на поглинання коренями кисню, з'єднань калію, кальцію, магнію. Надмірна концентрація іонів хлору в рослинах може мати і негативний бік, наприклад, знижувати вміст хлорофілу, зменшувати активність фотосинтезу, затримувати ріст і розвиток рослин.
Але існують рослини, які в процесі еволюції або пристосувалися до засолення грунтів, або в боротьбі за простір зайняли порожні солончаки на яких немає конкуренції. Рослини ростуть на засолених грунтах називаються - галофіти, вони накопичують хлориди протягом вегетаційного сезону, а потім позбавляються від надлишків посредствомлістопада або виділяють хлориди на поверхню листя і гілок і отримують подвійну вигоду притіняючи поверхні від сонячного світла.
Серед мікроорганізмів, так само відомі галофили - галобактеріі - які мешкають в сильносолених водах або грунтах.
Особливості роботи і запобіжні заходи
Хлор - токсичний задушливий газ, при попаданні в легені викликає опік легеневої тканини, задуху. Подразнюючу дію на дихальні шляхи надає при концентрації в повітрі близько 0,006 мг / л (тобто в два рази вище порога сприйняття запаху хлору). Хлор був одним з перших хімічних отруйних речовин, використаних Німеччиною в Першу світову війну. При роботі з хлором слід користуватися захисним спецодягом, протигазом, рукавичками. На короткий час захистити органи дихання від попадання в них хлору можна тряпичной пов'язкою, змоченою растворомсульфіта натрію Na 2 SO 3 або тіосульфату натрію Na 2 S 2 O 3.
ГДК хлору в атмосферному повітрі наступні: середньодобова - 0,03 мг / м³; максимально разова - 0,1 мг / м³; в робочих приміщеннях промислового підприємства - 1 мг / м³.
Вперше хлор був отриманий в 1772 р Шеєле, який описав його виділення при взаємодії пиролюзита з соляною кислотою в своєму трактаті про піролюзиті: 4HCl + MnO 2 \u003d Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Шеєле зазначив запах хлору, схожий з запахом царської горілки, його здатність взаємодіяти з золотом і кіновар'ю, а також його відбілюючі властивості. Однак Шеєле, відповідно до панувала в хімії того часу теорії флогістону, припустив, що хлор є дефлогістрованим соляну кислоту, тобто оксид соляної кислоти.
Бертолле і Лавуазьє припустили, що хлор є оксидом елемента мурія, однак спроби його виділення залишалися безуспішними аж до робіт Деві, якому електролізом вдалося розкласти кухонну сіль на натрій і хлор.
Назва елемента походить від грецького clwroz - "зелений".
Знаходження в природі, одержання:
Природний хлор є сумішшю двох ізотопів 35 Cl і 37 Cl. У земній корі хлор - найпоширеніший галоген. Оскільки хлор дуже активний, в природі він зустрічається тільки у вигляді сполук в складі мінералів: Галіт NaCl, Сільвіна KCl, сильвініту KCl · NaCl, бішофіту MgCl 2 · 6H 2 O, карналлита KCl · MgCl 2 · 6Н 2 O, каїніту KCl · MgSO 4 · 3Н 2 О. Найбільші запаси хлору містяться в складі солей вод морів і океанів.
У промислових масштабах хлор отримують разом з гідроксидом натрію і воднем при електролізі розчину кухонної солі:
2NaCl + 2H 2 О \u003d\u003e H 2 + Cl 2 + 2NaOH
Для рекуперації хлору з хлороводню, що є побічним продуктом при промисловому хлорування органічних сполук використовується процес Дикона (каталітичне окислення хлороводню киснем повітря):
4HCl + O 2 \u003d 2H 2 O + 2Cl 2
У лабораторіях зазвичай використовують процеси, засновані на окисленні хлороводню сильними окислювачами (наприклад, оксидом марганцю (IV), перманганатом калію, дихроматом калію):
2KMnO 4 + 16HCl \u003d 5Cl 2 + 2MnCl 2 + 2KCl + 8H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl \u003d 3Cl 2 + 2CrCl 3 + 2KCl + 7H 2 O
Фізичні властивості:
При нормальних умовах хлор - жовто-зелений газ з задушливим запахом. Хлор помітно розчиняється в воді ( "хлорне вода"). При 20 ° C в одному об'ємі води розчиняється 2,3 об'єму хлору. Температура кипіння \u003d -34 ° C; температура плавлення \u003d -101 ° C, щільність (газ, н.у.) \u003d 3,214 г / л.
Хімічні властивості:
Хлор дуже активний - він безпосередньо з'єднується майже з усіма елементами періодичної системи, металами та неметалами (крім вуглецю, азоту, кисню і інертних газів). Хлор дуже сильний окислювач, витісняє менш активні неметали (бром, йод) з їх з'єднань з воднем і металами:
Cl 2 + 2HBr \u003d Br 2 + 2HCl; Cl 2 + 2NaI \u003d I 2 + 2NaCl
При розчиненні в воді або лугах, хлор дісмутірует, утворюючи хлорноватистую (а при нагріванні хлорне) і соляну кислоти, або їх солі.
Cl 2 + H 2 O HClO + HCl;
Хлор взаємодіє з багатьма органічними сполуками, вступаючи в реакції заміщення або приєднання:
CH 3 -CH 3 + xCl 2 \u003d\u003e C 2 H 6-x Cl x + xHCl
CH 2 \u003d CH 2 + Cl 2 \u003d\u003e Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
C 6 H 6 + Cl 2 \u003d\u003e C 6 H 6 Cl + HCl
Хлор має сім ступенів окислення: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7.
Найважливіші сполуки:
хлороводень HCl - безбарвний газ, на повітрі димить внаслідок утворення з парами води крапельок туману. Володіє різким запахом, сильно дратує дихальні шляхи. Міститься в вулканічних газах і водах, в шлунковому соку. Хімічні властивості залежать від того, в якому стані він знаходиться (може бути в газоподібному, рідкому стані або в розчині). Розчин HCl називається соляної (хлороводню) кислотою. Це сильна кислота, витісняє слабкіші кислоти з їх солей. солі - хлориди - тверді кристалічні речовини з високими температурами плавлення.
ковалентні хлориди - сполуки хлору з неметалами, гази, рідини або легкоплавкі тверді речовини, що мають характерні кислотні властивості, як правило легко гидролизующиеся водою з утворенням соляної кислоти:
PCl 5 + 4H 2 O \u003d H 3 PO 4 + 5HCl;
Оксид хлору (I) Cl 2 O., Газ буро-жовтого кольору з різким запахом. Вражає дихальні органи. Легко розчиняється у воді, утворюючи хлорноватистую кислоту.
Хлорнуватиста кислота HClO. Існує тільки в розчинах. Це слабка і нестійка кислота. Легко розкладається на соляну кислоту і кисень. Сильний окислювач. Утворюється при розчиненні хлору у воді. солі - гіпохлорити, Малостійкі (NaClO * H 2 O при 70 ° C розкладається з вибухом), сильні окислювачі. Широко використовується для відбілювання та дезінфекції хлорне вапно, Змішана сіль Ca (Cl) OCl
Хлориста кислота HClO 2, У вільному вигляді нестійка, навіть в розбавленому водному розчині вона швидко розкладається. Кислота середньої сили, солі - хлорити, Як правило, безбарвні і добре розчиняються у воді. На відміну від гіпохлоритів, хлорити проявляють виражені окисні властивості тільки в кислому середовищі. Найбільше застосування (для відбілювання тканин і паперової маси) має хлорит натрію NaClO 2.
Оксид хлору (IV) ClO 2, - зеленувато-жовтий газ з неприємним (різким) запахом, ...
хлоратна кислота, HClO 3 - у вільному вигляді нестабільна: диспропорционирует на ClO 2 і HClO 4. солі - хлорати; з них найбільше значення мають хлорати натрію, калію, кальцію і магнію. Це сильні окислювачі, в суміші з відновниками вибухонебезпечні. Хлорат калію ( бертолетова сіль) - KClO 3, використовувалася для отримання кисню в лабораторії, але через високу небезпеку її перестали застосовувати. Розчини хлората калію застосовувалися як слабкого антисептика, зовнішнього лікарського засобу для полоскання горла.
Хлорне кислота HClO 4, У водних розчинах хлорне кислота - найстійкіша з усіх кисневмісних кислот хлору. Безвода хлорне кислота, яку отримують за допомогою концентрованої сірчаної кислоти з 72% -ної HСlO 4 мало стійка. Це найсильніша одноосновная кислота (у водному розчині). солі - перхлорати, Застосовуються як окислювачі (твердопаливні ракетні двигуни).
застосування:
Хлор застосовують в багатьох галузях промисловості, науки і побутових потреб:
- У виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку;
- Для відбілювання тканини і паперу;
- Виробництво хлорорганічних інсектицидів - речовин, що вбивають шкідливих для посівів комах, але безпечних для рослин;
- Для знезараження води - "хлорування";
- У харчовій промисловості зареєстрований в якості харчової добавки E925;
- У хімічному виробництві соляної кислоти, хлорного вапна, бертолетової солі, хлоридів металів, отрут, ліків, добрив;
- У металургії для виробництва чистих металів: титану, олова, танталу, ніобію.
Біологічна роль і токсичність:
Хлор відноситься до найважливіших біогенних елементів і входить до складу всіх живих організмів. У тварин і людини, іони хлору беруть участь у підтримці осмотичного рівноваги, хлорид-іон має оптимальний радіус для проникнення через мембрану клітин. Іони хлору життєво необхідні рослинам, беручи участь в енергетичному обміні рослин, активуючи окисне фосфорилювання.
Хлор у вигляді простого речовини уїдливий, потрапляючи в легені викликає опік легеневої тканини, задуху. Подразнюючу дію на дихальні шляхи надає при концентрації в повітрі близько 0,006 мг / л (тобто в два рази вище порога сприйняття запаху хлору). Хлор був одним з перших хімічних отруйних речовин, використаних Німеччиною в Першу Світову війну.
Короткова Ю., Швецова І.
ХФ ТюмГУ, 571 група.
Джерела: Вікіпедія: http://ru.wikipedia.org/wiki/Cl і ін.,
Сайт РХТУ ім. Д. І. Менделєєва:
Міністерство освіти і науки Російської Федерації
Федеральне ДЕРЖАВНЕ бюджетне освітня установа вищої професійної освіти
ІВАНІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ХІМІКО-ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
Кафедра ТП і МЕТ
реферат
Хлор: властивості, застосування, отримання
Керівник: Єфремов А.М.
Іваново 2015
Вступ
Загальні відомості по хлору
застосування хлору
Хімічні способи отримання хлору
Електроліз. Поняття і сутність процесу
Промислове отримання хлору
Техніка безпеки в хлорному виробництві та охорона довкілля
висновок
Вступ
хлор хімічний елемент електроліз
У зв'язку з масштабністю застосування хлору в різних областях науки, промисловості, медицини та в побуті, попит на нього в останнім часом катастрофічно зріс. Існує безліч методик отримання хлору лабораторними та промисловими методами, Проте всі вони мають більше недоліків, ніж переваг. Отримання хлору, наприклад, з соляної кислоти, що є побічним продуктом і відходом безлічі хімічних і інших виробництв або кухонної солі, що видобувається в соляних родовищах, процес досить енерговитратний, шкідливий з точки зору екології і вельми небезпечний для життя і здоров'я.
В даний час досить актуальна проблема розробки технології отримання хлору, яка виключала б всі вищевикладені недоліки, а також володіла високим виходом по хлору.
.Загальні відомості по хлору
Хлор отриманий вперше в 1774 році К. Шеєле взаємодією соляної кислоти з піролюзитом MnО2. Однак тільки в 1810 році Г. Деві встановив, що хлор - елемент і назвав його chlorine (від грец. Chloros - жовто-зелений). У 1813 році Ж. Л. Гей-Люссак запропонував для цього елемента назву «Хлор».
Хлор - елемент VII групи періодичної системи елементів Д. І. Менделєєва. Молекулярна маса 70,906, атомна маса 35,453, атомний номер - 17, відноситься до сімейства галогенів. При нормальних умовах вільний хлор, що складається з двохатомних молекул, є зеленувато-жовтий негорючий газ з характерним різким і дратівливим запахом. Він отруйний і викликає задуху. Стиснутий газоподібний хлор при атмосферному тиску перетворюється в рідину бурштинового кольору при -34,05 ° С, твердне при -101,6 ° С і тиску 1 атм. Зазвичай хлор є сумішшю 75,53% 35Cl і 24,47% 37Cl. При нормальних умовах щільність газоподібного хлору становить 3,214 кг / м3, тобто він приблизно в 2,5 рази важчий за повітря.
Хімічно хлор дуже активний, безпосередньо з'єднується майже з усіма металами (із деякими тільки в присутності вологи або при нагріванні) і з неметалами (крім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), утворюючи відповідні хлориди, вступає в реакцію з багатьма сполуками, заміщає водень в граничних вуглеводнях і приєднується до ненасичених сполук. Цим обумовлена \u200b\u200bвелика різноманітність його застосування. Хлор витісняє бром і йод з їхніх сполук з воднем і металами. Лужні метали в присутності слідів вологи взаємодіють з хлором із запалюванням, більшість металів реагує з сухим хлором тільки при нагріванні. Сталь, а також деякі інші метали стійкі в атмосфері сухого хлору в умовах невисоких температур, тому їх використовують для виготовлення апаратури та сховищ для сухого хлору. Фосфор спалахує в атмосфері хлору, утворюючи РCl3, а при подальшому хлоруванні - РСl5. Сірка з хлором при нагріванні дає S2Cl2, SCl2 і інші SnClm. Миш'як, сурма, вісмут, стронцій, телур енергійно взаємодіють з хлором. Суміш хлору з воднем горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям з утворенням хлористого водню (це ланцюгова реакція). Максимальна температура воднево-хлорного полум'я 2200 °. Суміші хлору з воднем, що містять від 5,8 до 88,5% Н2, вибухонебезпечні і можуть вибухати від дії світла, електричної іскри, нагрівання, від присутності деяких речовин, наприклад оксидів заліза.
З киснем хлор утворює оксиди: Cl2О, СlO2, Cl2О6, Сl2О7, Cl2О8, а також гіпохлорити (солі хлорнуватистої кислоти), хлорити, хлорати і перхлорати. Всі кисневі сполуки хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з легко окиснюються. Оксиди хлору малостійкі й можуть мимоволі вибухати, гіпохлорити при зберіганні повільно розкладаються, хлорати і перхлорати можуть вибухати під впливом ініціаторів. Хлор у воді гідролізується, утворюючи хлорноватистую і соляну кислоти: Cl2 + Н2О? НClО + НCl. Утворений жовтуватий розчин часто називають хлорного водою. При хлоруванні водних розчинів лугів на холоду утворюються гіпохлорити і хлориди: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + Н2О, а при нагріванні - хлорати. Хлоруванням сухого гідроксиду кальцію отримують хлорне вапно. При взаємодії аміаку з хлором утворюється треххлорістий азот. При хлоруванні органічних сполук хлор або заміщає водень, або приєднується за кратними зв'язками, утворюючи різні хлорсодержащие органічних з'єднання. З інших галогенами хлор утворює міжгалогенні з'єднання. Фториди хлору ClF, ClF3, ClF3 дуже реакційноздатні; наприклад, в атмосфері ClF3 скляна вата самозаймається. Відомі сполуки хлору з киснем і фтором - оксифториди хлору: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 і перхлорат фтору FClO4.
Хлор зустрічається в природі тільки у вигляді сполук. Середній вміст його в земній корі 1,7 · 10-2% по масі. Основну роль в історії хлору в земній корі грає водна міграція. У вигляді іона Cl- він міститься в Світовому океані (1,93%), підземних розсолах і соляних озерах. Число власних мінералів (переважно природних хлоридів) 97, головний з них галит NaCl (Кам'яна сіль). Відомі також великі родовища хлоридів калію і магнію і змішаних хлоридів: сильвин КCl, сильвініт (Na, K) Cl, карналіт KCl · MgCl2 · 6H2O, каїніт KCl · MgSO4 · 3H2O, бішофіт MgCl2 · 6H2O. В історії Землі велике значення мало надходження що міститься в вулканічних газах НCl в верхні частини земної кори.
Стандарти якості хлору
Найменування показника ГОСТ 6718-93Висшій сортПервий сортОб'емная частка хлору, не менше,% 99,899,6Массовая частка води, не більше,% 0,010,04Массовая частка треххлористого азоту, не більше,% 0,0020,004Массовая частка нелетучего залишку, не більше,% 0 , 0150,10
Зберігання та транспортування хлору
Вироблений всілякими методами хлор зберігається в спеціальних «танках» або закачується в сталеві циліндричні (об'ємом 10-250 м3) і кульові (об'ємом 600-2000 м3) балони під тиском власних парів 18 кгс / см2. Максимальні обсяги зберігання складають 150 тонн. Балони з рідким хлором під тиском мають спеціальне забарвлення - захисний колір. У разі розгерметизації балону з хлором відбувається різкий викид газу з концентрацією, що перевищує смертельну в кілька разів. Слід зазначити, що при тривалій експлуатації балонів з хлором в них накопичується надзвичайно вибуховий треххлорістий азот, і тому час від часу балони з хлором повинні проходити планову промивку та очищення від хлориду азоту. Перевозять хлор в контейнерах, залізничних цистернах, балонах, які є тимчасовим його сховищем.
2.застосування хлору
Хлор споживається насамперед хімічною промисловістю для виробництва різних органічних хлорпроізводних, що йдуть для отримання пластичних мас, синтетичних каучуків, хімічних волокон, розчинників, інсектицидів і т.п. В даний час більше 60% світового виробництва хлору використовується для органічного синтезу. Крім цього хлор використовують для виробництва соляної кислоти, хлорного вапна, хлоратов і інших продуктів. Значні кількості хлору йдуть в металургію для хлорування при переробці поліметалічних руд, вилучення золота з руд, а також його використовують в нафтопереробній промисловості, в сільському господарстві, в медицині та санітарії, для знешкодження питної та стічних вод, в піротехніці і ряді інших областей народного господарства . В результаті розвитку сфер використання хлору, головним чином завдяки успіхам органічного синтезу, світове виробництво хлору становить понад 20 млн. Т / рік.
Основні приклади застосування та використання хлору у всіляких галузях науки, промисловості і побутових потреб:
1.у виробництві полівінілхлориду, пластикатів, синтетичного каучуку, з яких виготовляють: ізоляцію для проводів, віконний профіль, пакувальні матеріали, одяг і взуття, лінолеум і грамплатівки, лаки, апаратуру і пінопласти, іграшки, деталі приладів, будівельні матеріали. Полівінілхлорид виробляють полімеризацією вінілхлориду, який сьогодні найчастіше отримують з етилену збалансованим по хлору методом через проміжний 1,2-дихлоретан.
CH2 \u003d CH2 + Cl2 \u003d\u003e CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl \u003d\u003e CH2 \u003d CHCl + HCl
1)в якості відбілюючого кошти (хоча не сам хлор «відбілює», а атомарний кисень, який утворюється при розпаді хлорнуватистої кислоти по реакції: Cl2 + H2O? HCl + HClO? 2HCl + O *).
2)у виробництві хлорорганічних інсектицидів - речовин, що вбивають шкідливих для посівів комах, але безпечних для рослин (альдрин, ДДТ, гексахлоран). Один з найважливіших інсектицидів - гексахлорциклогексан (C6H6Cl6).
)використовується як бойова отруйна речовина, а також для виробництва інших бойових отруйних речовин: іприт (C4H8Cl2S), фосген (CCl2O).
)для знезараження води - «хлорування». Найбільш поширений спосіб знезараження питної води заснований на здатності вільного хлору і його сполук пригнічувати ферментні системи мікроорганізмів каталізують окислювально-відновні процеси. Для знезараження питної води застосовують: хлор (Cl2), двоокис хлору (ClO2), хлорамін (NH2Cl) і хлорне вапно (Ca (Cl) OCl).
)в харчовій промисловості зареєстрований в якості харчової добавки E925.
)в хімічному виробництві каустичної соди (NaOH) (застосовується у виробництві штучного шовку, в миловарінні), соляної кислоти (HCl), хлорного вапна, бертолетової солі (KClO3), хлоридів металів, отрут, ліків, добрив.
)в металургії для виробництва чистих металів: титану, олова, танталу, ніобію.
TiO2 + 2C + 2Cl2 \u003d\u003e TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg \u003d\u003e 2MgCl2 + Ti (при Т \u003d 850 ° С)
)як індикатор сонячних нейтрино в хлор-аргонних детекторах (Ідея «хлорного детектора» для реєстрації сонячних нейтрино була запропонована відомим радянським фізиком академіком Б. Понтекорво і здійснена американським фізиком Р. Девісом і його сотруднікмі. Вловивши нейтрино ядро \u200b\u200bізотопу хлору з атомним вагою 37, перетворюється в ядро \u200b\u200bізотопу аргону-37, при цьому утворюється один електрон, який можна зареєструвати.).
Багато розвинених країн прагнуть обмежити використання хлору в побуті, в тому числі тому, що при спалюванні хлорсодержащего сміття утворюється значна кількість діоксинів (глобальні екотоксиканти, що мають потужний мутагенну
3.Хіміческіе способи отримання хлору
Раніше була поширена виробництво хлору хімічним шляхом за способами Вельдона і Дикона. У цих процесах хлор отримували окисленням хлористого водню, що утворюється як побічний продукт у виробництві сульфату натрію з повареної солі дією сірчаної кислоти.
реакція протікає при використанні методу Вельдона:
4НСl + МnO2 \u003d\u003e МnСl2 + 2Н2O + Сl2
реакція протікає при використанні методу Дикона:
НСl + O2 \u003d\u003e 2Н2O + 2Сl2
У діконовском процесі в якості каталізатора використовували хлорне мідь, 50% -ним розчином якої (іноді з добавкою NaCl) просочували пористий керамічний носій. Оптимальна температура реакції на такому каталізаторі була зазвичай в межах 430 490 °. Цей каталізатор легко отруюється сполуками миш'яку, з якими утворює неактивний арсенат міді, а також двоокисом і триокиси сірки. Присутність в газі навіть невеликих кількостей парів сірчаної кислоти викликає різке зменшення виходу хлору в результаті послідовно йдуть реакцій:
H2SO4 \u003d\u003e SO2 + 1 / 2O2 + H2O + С12 + 2Н2O \u003d\u003e 2НCl + H2SO4
С12 + Н2О \u003d\u003e 1 / 2O2 + 2НСl
Таким чином, сірчана кислота є каталізатором, що сприяє зворотному перетворенню Сl2 в НСl. Тому хлористоводневий газ до окислення на мідному каталізаторі може бути піддано ретельному очищенню від домішок, що знижують вихід хлору.
Установка Дикона складалася з підігрівача газу, газового фільтра і контактного апарату сталевого циліндричного кожуха, всередині якого знаходилися два концентрично розташованих керамічних циліндра з отворами; кільцевий простір між ними заповнений каталізатором. Хлористий водень окисляли повітрям, тому хлор виходив розведеним. В контактний апарат подавали суміш, що містила 25 об'ємно.% НСl і 75 об'ємно.% Повітря (~ 16% O2), а газ, що виходив з апарату, містив близько 8% С12, 9% НСl, 8% водяної пари і 75% повітря . Такий газ, після відмивання з нього НСl і осушення сірчаною кислотою, використовували зазвичай для отримання хлорного вапна.
Реставрація процесу Дикона в даний час базується на окисленні хлористого водню не повітря, а киснем, що дозволяє отримувати концентрований хлор при застосуванні високоактивних каталізаторів. Утвориться хлорокіслородную суміш відмивають від залишків НС1 послідовно 36- і 20% -ної соляної кислотою і осушують сірчаною кислотою. Потім хлор зріджують, а кисень повертають в процес. Відділення хлору від кисню виробляють також, поглинаючи хлор під тиском 8 атм хлористої сірої, яку потім регенерують, отримуючи 100% -ний хлор:
Сl2 + S2CI2
Використовують низькотемпературні каталізатори, наприклад, хлористий мідь, активовану солями рідкоземельних металів, що дає можливість вести процес навіть при 100 ° С і тому різко збільшити ступінь перетворення НСl в Сl2. На окисно-хромовом каталізаторі спалювання НСl в кисні виробляють при 340480 ° C. Описано застосування при 250420 ° C каталізатора з суміші V2O5 з піросульфат лужних металів і активаторами на силікагелі. Вивчено механізм і кінетика цього процесу і встановлені оптимальні умови його здійснення, зокрема в псевдозрідженому шарі.
Окислення хлористого водню киснем виробляють також за допомогою розплавленої суміші FeCl3 + КСl в дві стадії, які здійснюються в окремих реакторах. У першому реакторі відбувається окислення хлорного заліза з утворенням хлору:
2FeCl3 + 1
У другому реакторі хлорне залізо регенерується з окису заліза хлористим воднем:
O3 + 6HCI \u003d 2FeCl3 + 3H20
Для зменшення тиску пара хлорного заліза додають хлористий калій. Цей процес запропоновано здійснювати також в одному апараті, в якому контактна маса, що складається з Fe2O3, КС1 і хлориду міді, кобальту або нікелю, нанесених на інертний носій, переміщається зверху вниз апарату. Вгорі апарату вона проходить гарячу зону хлорування, де Fe2Оз перетворюється в FeCl3, взаємодіючи з НСl, що знаходяться в потоці йде від низу до верху газу. Потім контактна маса опускається в зону охолодження, де під дією кисню утворюється елементарний хлор, a FeCl3 переходить в Fe2O3. Окислена контактна маса знову повертається в зону хлорування.
Подібне ж непряме окислення НСl в Cl2 здійснюється за схемою:
2НС1 + MgО \u003d MgCl2 + Н2O
Запропоновано одночасно отримувати хлор і сірчану кислоту, пропускаючи через ванадієвий каталізатор при 400600 ° C газ, що містить НСl, O2 і великий надлишок SO2. Потім з газу конденсують H2SO4 і HSO3Cl і абсорбують SO3 сірчаної кислотою хлор залишається в газовій фазі. HSO3Cl гідролізується і виділяється НС1 повертають в процес.
Ще більш ефективно окислення проводиться такими окислювачами, як РbО2, КМnО4, КСlO3, К2Сr2О7:
2KMnO4 + 16HCl \u003d\u003e 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O
Хлор може бути отриманий і окисленням хлоридів. Наприклад, при взаємодії NaCl і SO3 йдуть реакції:
NaCl + 2SO3 \u003d 2NaSO3Cl
NaSO3Cl \u003d Cl2 + SO2 + Na2SO4
Розпад NaSO3Cl відбувається при 275 ° C. Суміш газів SO2 і С12 можна розділити, поглинаючи хлор SO2Cl2 або ССl4 або піддаючи її ректифікації, в результаті якої виходить азеотропная суміш, яка містить 88 мовляв. % Cl2 і 12 мовляв. % SO2. Азеотропну суміш можна далі поділити, переводячи SO2 в SO2C12 і відокремлюючи надлишковий хлор, a SO2Cl2 розкладаючи при 200 ° на SO2 і Сl2, які додають до суміші, що спрямовується на ректифікацію.
Хлор можна отримати окисленням хлориду або хлористого водню азотною кислотою, а також двоокисом азоту:
ЗНСl + HNO3 \u003d\u003e Сl2 + NOCl + 2Н2O
Ще один спосіб отримання хлору - розкладання хлористого нитрозила, яке може бути досягнуто його окисленням:
NOCl + O2 \u003d 2NO2 + Сl2
Також для отримання хлору запропоновано, наприклад, окисляти NOCl 75% -ної азотної кислотою:
2NOCl + 4HNO3 \u003d Сl2 + 6NO2 + 2Н2O
Суміш хлору і двоокису азоту розділяють, переробляючи NO2 в слабку азотну кислоту, яка використовується потім для окислення НСl в першій стадії процесу з утворенням Сl2 і NOCl. Основним ускладненням при здійсненні цього процесу в промислових масштабах є усунення корозії. Як матеріали для апаратури застосовують кераміку, скло, свинець, нікель, пластмаси. За цим методом в США в 19521953 рр. працювала установка продуктивністю 75 т хлору на добу.
Розроблено циклічний спосіб отримання хлору окисленням хлористого водню азотною кислотою без освіти хлористого нитрозила по реакції:
2НСl + 2HNO3 \u003d Сl2 + 2NO2 + 2Н2O
Процес йде в рідкій фазі при 80 ° C, вихід хлору досягає 100%, NO2 виходить в рідкому вигляді.
Надалі ці способи були повністю витіснені електрохімічними, але в даний час хімічні способи отримання хлору знову відроджуються на новій технічній базі. Всі вони засновані на прямому чи непрямому окисленні HCl (або хлоридів), причому найбільш поширеним окислювачем є кисень повітря.
Електроліз. Поняття і сутність процесу
Електроліз - сукупність електрохімічних окислювально-відновних процесів, які відбуваються на електродах під час проходження постійного електричного струму через розплав або розчин з зануреними в нього електродами.
Мал. 4.1. Процеси, що протікають при електролізі. Схема електролізної ванни: 1 - ванна, 2 - електроліт, 3 - анод, 4 - катод, 5 - джерело живлення
Електродами можуть служити будь-які матеріали, які проводять електричний струм. В основному застосовують метали і сплави, з неметалів електродами можуть служити, наприклад, графітові стрижні (або вуглець). Рідше в якості електрода використовують рідини. Електрод, заряджений позитивно - анод. Електрод, заряджений негативно - катод. При електролізі відбувається окислення анода (він розчиняється) і відновлення катода. Саме тому анод слід брати таким, щоб його розчинення не вплинуло на хімічний процес, що протікає в розчині або розплаві. Такий анод називають інертним електродом. В якості інертного анода можна взяти графіт (вуглець) або платину. В якості катода можна взяти металеву пластину (вона не буде розчинятися). Підійде мідь, латунь, вуглець (або графіт), цинк, залізо, алюміній, нержавіюча сталь.
Приклади електролізу розплавів:
Приклади електролізу розчинів солей:
(На аноді окислюються аніони Сl ?, а не кисень O? II молекул води, так як електронний торгівельний хлору менше, ніж кисню, і отже, хлор віддає електрони легше, ніж кисень)
Електроліз води проводиться завжди в присутності інертного електроліту (для збільшення електропровідності дуже слабкого електроліту - води):
Залежно від інертного електроліту електроліз проводиться в нейтральній, кислотної або лужному середовищі. При виборі інертного електроліту необхідно врахувати, що ніколи не відновлюються на катоді у водному розчині катіони металів, які є типовими відновниками (наприклад Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +) і ніколи не окислюється на аноді кисень O? II аніонів оксокислот з елементом у вищій ступені окислення (наприклад ClO4 ?, SO42 ?, NO3 ?, PO43 ?, CO32 ?, SiO44 ?, MnO4?), замість них окислюється вода.
Електроліз включає два процеси: міграцію реагують частинок під дією електричного поля до поверхні електрода і перехід заряду з частки на електрод або з електрода на частку. Міграція іонів визначається їх рухливістю і числами переносу. Процес перенесення кількох електричних зарядів здійснюється, як правило, у вигляді послідовності одноелектронних реакцій, тобто постадійно, з утворенням проміжних частинок (іонів або радикалів), які іноді існують деякий час на електроді в адсорбованому стані.
Швидкості електродних реакцій залежать від:
складу електроліту
концентрації електроліту
матеріалу електродів
електродного потенціалу
температури
гідродинамічних умов.
Мірою швидкості реакцій служить щільність струму. Це векторна фізична, модуль якої визначається співвідношенням сили струму (кількість переносите електричних зарядів в одиницю часу) в провіднику до площі поперечного перерізу.
Закони Фарадея є кількісними співвідношеннями, заснованими на електрохімічних дослідженнях, і допомагають визначити масу утворюються при електролізі продуктів. У найбільш загальному вигляді закони формулюються наступним чином:
)Перший закон електролізу Фарадея: маса речовини, обложеного на електроді під час електролізу, прямо пропорційна кількості електрики, переданого на цей електрод. Під кількістю електрики мається на увазі електричний заряд, вимірюваний, як правило, в кулонах.
2)Другий закон електролізу Фарадея: для даної кількості електрики (електричного заряду) маса хімічного елемента, обложеного на електроді, прямо пропорційна еквівалентної масі елемента. Еквівалентної масою речовини є його молярна маса, поділена на ціле число, яке залежить від хімічної реакції, в якій бере участь речовина.
У математичному вигляді закони Фарадея можна представити таким чином:
де m - маса обложеного на електроді речовини в грамах, - повний електричний заряд, що пройшов через речовину, \u003d 96 485,33 (83) Кл · моль? 1 - постійна Фарадея, - молярна маса речовини (Наприклад, молярна маса води H2O \u003d 18 г / моль), - валентное число іонів речовини (число електронів на один іон).
Зауважимо, що M / z - це еквівалентна маса обложеного речовини.
Для першого закону Фарадея M, F і z є константами, так що чим більше величина Q, тим більше буде величина m.
Для другого закону Фарадея Q, F і z є константами, так що чим більше величина M / z (еквівалентна маса), тим більше буде величина m.
У найпростішому випадку постійного струму електролізу призводить до:
У більш складному випадку змінного електричного струму повний заряд Q струму I ( ?) Підсумовується за час? :
де t - повне час електролізу.
У промисловості процес електролізу проводиться в спеціальних апаратах - електролізерах.
Промислове отримання хлору
В даний час хлор, головним чином, виробляють електролізом водних розчинів, а саме одним з
Сировиною для електролітичного виробництва хлору служать, головним чином, розчини кухонної солі NaCl, одержувані розчиненням твердої солі, або ж природні розсоли. Є три типи родовищ солі: викопна сіль (близько 99% запасів); соляні озера з донними відкладеннями самосадочной солі (0,77%); інше - підземні розколи. Розчини кухонної солі незалежно від шляху їх отримання містять домішки, що погіршують процес електролізу. Особливо несприятливий вплив при електролізі з твердим катодом надають катіони кальцію Ca2 +, Mg2 + і аніони SO42-, а при електролізі з рідким катодом - домішки сполук, що містять важкі метали, наприклад хром, ванадій, германій і молібден.
Кристалічна сіль для хлорного електролізу повинна мати наступний склад (%): хлорид натрію не менше 97,5; Mg2 + не більше 0,05; нерастворимого облога не більше 0,5; Ca2 + не більше 0,4; K + не більше 0,02; SO42- не більше 0,84; вологість не більше 5; домішка важких металів (визначається амальгамной пробою см3 H2) не більше 0,3. Очищення розсолів проводиться розчином соди (Na2CO3) і вапняним молоком (суспензія суспензії Ca (OH) 2 в воді). Крім хімічної очистки, розчини звільняються від механічних домішок відстоюванням і фільтрацією.
Електроліз розчинів кухонної солі виробляється в ваннах з твердим залізним (або сталевим) катодом і з діафрагмами і мембранами, в ваннах з рідким ртутним катодом. Промислові електролізери, застосовувані для обладнання сучасних великих хлорних цехів, повинні мати високу продуктивність, просту конструкцію, бути компактними, працювати надійно і стійко.
Електроліз протікає за схемою:
MeCl + H2O \u003d\u003e MeOH + Cl2 + H2,
де Me лужної метал.
При електрохімічному розкладанні кухонної солі в електролізерах з твердими електродами протікають наступні основні, оборотні і необоротні іонні реакції:
дисоціація молекул кухонної солі і води (йде в електроліті)
NaCl-Na ++ Cl-
Окислення іона хлору (на аноді)
С1 - 2е- \u003d\u003e С12
відновлення іона водню і молекул води (на катоді)
Н + - 2е- \u003d\u003e Н2
Н2О - 2е - \u003d\u003e Н2 + 2OН-
Асоціація іонів в молекулу гідроксиду натрію (в електроліті)
Na + + OH- - NaOH
корисними продуктами є гідроксид натрію, хлор і водень. Всі вони виводяться з електролізера окремо.
Мал. 5.1. Схема діафрагмового електролізера
Порожнина електролізера з твердим катодом (рис. 3) розділена пористою
Перші промислові електролізери працювали в періодичному режимі. Продукти електролізу в них поділялися цементної діафрагмою. Надалі були створені електролізери, в яких для поділу продуктів електролізу служили перегородки у вигляді дзвону. На наступному етапі з'явилися електролізери з проточною діафрагмою. У них принцип протитоку об'єднувався з використанням розділової діафрагми, яку виготовляли з азбестового картону. Далі був відкритий спосіб отримання діафрагми з азбестового пульпи, запозичений з технології паперової промисловості. Цей спосіб дозволив розробити конструкції електролізерів на велику струмовий навантаження з нерозбірним компактним пальцевим катодом. Для збільшення терміну служби азбестового діафрагми запропоновано до її складу вводити в якості покриття або зв'язку деякі синтетичні матеріали. Запропоновано також діафрагми цілком виготовляти з нових синтетичних матеріалів. Є дані, що такі комбіновані асбосінтетіческіе або спеціально виготовлені синтетичні діафрагми мають термін служби до 500 діб. Розробляються також спеціальні іонообмінні діафрагми, які дозволяють отримувати чисту каустичну соду з дуже малим вмістом хлориду натрію. Дія таких діафрагм засноване на використанні їх селективних властивостей для проходження різних іонів.
Місця контактів токоподводов до графітових анодів в ранніх конструкціях виносили з порожнини електролізера назовні. Надалі були розроблені способи захисту контактних частин анодів, занурених в електроліт. З використанням цих технічних прийомів були створені промислові електролізери з нижнім струмопідведення, в яких анодні контакти розташовуються в порожнині електролізера. Вони і застосовуються повсюдно в даний час для виробництва хлору і каустику на твердому катоді.
У анодное простір диафрагменного електролізера безперервно надходить потік насиченого розчину кухонної солі (очищеного розсолу). В результаті електрохімічного процесу на аноді за рахунок розкладання кухонної солі виділяється хлор, а на катоді за рахунок розкладання води - водень. Хлор і водень виводяться з електролізера, не змішуючись, окремо. При цьому прікатодном зона збагачується гідроксидом натрію. Розчин з прикатодной зони, званий електролітичним лугом, що містить неразложившихся кухонну сіль (приблизно половину від поданого з розсолом кількості) і гідроксид натрію, безперервно виводиться з електролізера. На наступній стадії електролітичний луг упарюють і доводять вміст в ньому NaOH до 42-50% відповідно до стандарту. Кухонна сіль і сульфат натрію при підвищенні концентрації гідроксиду натрію випадають в осад.
Розчин NaOH декантирують від кристалів і передають в якості готового продукту на склад або на стадію плавки каустика для отримання твердого продукту. Кристалічну кухонну сіль (зворотний сіль) повертають на електроліз, готуючи з неї так званий зворотний розсіл. З нього, щоб уникнути накопичення сульфату в розчинах перед приготуванням зворотного розсолу витягають сульфат. Спад кухонної солі відшкодовують добавкою свіжого розсолу, отриманого підземним вилуговуванням соляних пластів або розчиненням твердої кухонної солі. Свіжий розсіл перед змішуванням його зі зворотним розсолом очищають від механічних суспензій і значної частини іонів кальцію і магнію. Отриманий хлор відокремлюється від парів води, компріміруется і передається або безпосередньо споживачам, або на зріджування хлору. Водень відділяється від води, компріміруется і передається споживачам.
У мембранному електролізері протікають ті ж хімічні реакції, Що і в диафрагменном електролізері. Замість пористої діафрагми використовують катіонну мембрану (Рис. 5).
Мал. 5.2. Схема мембранного електролізера
Мембрана перешкоджає проникненню іонів хлору в католіт (електроліт в катодному просторі), за рахунок чого безпосередньо в електролізері можна отримати каустичну соду майже без солі, концентрацією від 30 до 35%. Оскільки зникає необхідність відокремлювати сіль, випарювання забезпечує отримання 50% -вої комерційної каустичної соди значно простіше і при менших капіталовкладень і енерговитратах. Оскільки каустична сода в мембранному процесі значно більшої концентрації, то в якості катода використовують дорогий нікель.
Мал. 5.3. Схема ртутного електролізера
Сумарна реакція розкладання кухонної солі в ртутних електролізерах така ж, як і в діафрагменних:
NaCl + Н2О \u003d\u003e NaOH + 1 / 2Сl2 + 1 / 2Н2
Однак тут вона проходить в дві стадії і кожна в окремому апараті: електролізері і разлагателі. Вони конструктивно об'єднані між собою і називаються електролітичної ванній, а іноді ртутним електролізером.
На першій стадії процесу - в електролізері - проходить електролітичне розкладання кухонної солі (в електролізер подається її насичений розчин) з отриманням на аноді хлору, а на ртутному катоді - амальгами натрію, за такою реакції:
NaCl + nHg \u003d\u003e l / 2Cl2 + NaHgn
У разлагателі проходить друга стадія процесу, в який під дією води амальгама натрію переходить в гідроксид натрію і ртуть:
NaHgn + Н2O \u003d\u003e NaOH + 1 / 2H2 + nHg
З усієї солі, поданої в електролізер з розсолом, в реакцію (2) вступає лише 15-20% від поданої кількості, а решта сіль разом з водою виходить з електролізера в вигляді хлораноліта - розчину кухонної солі у воді, що містить 250-270 кг / м3 NaCl, насиченого хлором. У разла- гатель подається «міцна амальгама», що виходить з електролізера, і вода.
Електролізер у всіх наявних конструкціях виготовляється у вигляді довгого і порівняно вузького, злегка похилого сталевого жолоба, по дну якого самопливом тече тонкий шар амальгами, що є катодом, а зверху анолит. Розсіл і слабка амальгама подаються з верхнього піднесеного краю електролізера через «вхідний кишеню».
Міцна амальгама випливає з нижнього кінця електролізера через «вихідний кишеню». Хлор і хлораноліт спільно виходять через патрубок, також розташований у нижнього кінця електролізера. Над всім дзеркалом потоку амальгами або катодом на відстані 3-5 мм від катода підвішені аноди. Зверху електролізер перекритий кришкою.
Поширені два типи разлагателі: горизонтальні і вертикальні. Перші виготовляють у вигляді сталевого похилого жолоба тієї ж довжини, що і електролізер. По дну разлагателі, що встановлюється з невеликим нахилом, тече потік амальгами. У цей потік занурена насадка разлагателі, що виготовляється з графіту. Протитечією рухається вода. В результаті розкладання амальгами вода насичується каустиком. Розчин каустику разом з воднем виходить з разлагателі через патрубок в днище, а бідна амальгама або ртуть насосом перекачується в кишеню електролізера.
У комплект електролізної ванни крім електролізера, разлагателі, кишень і переточні трубопроводів входить ртутний насос. Використовуються насоси двох типів. У тих випадках, коли ванни обладнані вертикальним разлагателі або коли разлагателі встановлений під електролізером, використовуються заглибні відцентрові насоси звичайного типу, опущені в разлагателі. У ванн, у яких разлагателі встановлений поряд з електролізером, амальгаму перекачують конусним роторним насосом оригінального типу.
Всі сталеві частини електролізера, що стикаються з хлором або хлоранолітом, захищають покриттям з вулканізованої гуми особливої \u200b\u200bмарки (гумування). Захисний шар гуми не є абсолютно стійким. Згодом він хлорується, від дії температури стає крихким і розтріскується. Періодично захисний шар відновлюють. Всі інші частини електролізної ванни: разлагателі, насос, перетоки - роблять з незахищеною стали, так як ні водень, ні розчин каустику її кородують.
В даний час в ртутному електролізері найбільш поширені графітові аноди. Однак на заміну їм приходять ОРТА.
6.Техніка безпеки в хлорному виробництві
та охорона навколишнього середовища
Небезпека для персоналу у виробництві хлору визначається високою токсичністю хлору і ртуті, можливістю утворення в апаратурі вибухонебезпечних газових сумішей хлору і водню, водню і повітря, а також розчинів треххлористого азоту в рідкому хлорі, застосуванням у виробництві електролізерів - апаратів, які знаходяться під підвищеним електричним потенціалом щодо землі, властивостями їдкого лугу, що виробляється в цьому виробництві.
Вдихання повітря, що містить 0,1 мг / л хлору протягом 30- 60 хв, небезпечно для життя. Вдихання повітря, що містить більше 0,001 мг / л хлору, подразнює дихальні шляхи. Гранично допустима концентрація (ГДК) хлору в повітрі населених пунктів: середньодобова 0,03 мг / м3, максимальна разова 0,1 мг / м3, в повітрі робочої зони виробничих приміщень становить 1 мг / м3, поріг сприйняття запаху 2 мг / м3. При концентрації 3-6 мг / м3 відчувається виразний запах, відбувається подразнення (почервоніння) очей і слизових оболонок носа, при 15 мг / м3 - роздратування носоглотки, при 90 мг / м3 - інтенсивні напади кашлю. Вплив 120 - 180 мг / м3 протягом 30-60 хвилин небезпечно для життя, при 300 мг / м3возможен летальний результат, концентрація 2500 мг / м3 призводить до загибелі протягом 5 хвилин, при концентрації 3000 мг / м3 летальний результат наступає після декількох вдихів . Максимально допустима концентрація хлору для фільтруючих промислових і цивільних протигазів становить 2500 мг / м3.
Наявність хлору в повітрі визначають приладами хімічної розвідки: ВПХР, ППХР, ПХР-МВ з використанням індикаторних трубок ІТ-44 (рожеве забарвлення, поріг чутливості 5 мг / м3), ІТ-45 (оранжеве забарвлення), аспіраторами АМ-5, АМ- 0055, АМ-0059, НП-3М з індикаторними трубками на хлор, універсальним газоаналізатором УГ-2 з діапазоном вимірювання 0-80 мг / м3, Газосигналізатори «Колион-701» в діапазоні 0-20 мг / м3. На відкритому просторі - приладами СІП «КОРСАР-Х». У закритому приміщенні - приладами СІП «ВЕГА-М». Для захисту від хлору при несправності або аварійних ситуаціях все знаходяться в цехах люди повинні мати при собі і своєчасно застосовувати протигази марок «В» або «БКФ» (крім цехів ртутного електролізу), а також захисний спецодяг: суконні або прогумовані костюми, гумові чоботи і рукавиці. Коробки протигазів проти хлору повинні бути пофарбовані в жовтий колір.
Ртуть більш отруйна, ніж хлор. Гранично допустима концентрація її парів в повітрі становить 0,00001 мг / л. Вона вражає організм людини при вдиханні і при попаданні на шкіру, а також при зіткненні з амальгованих предметами. Пари і бризки її адсорбуються (поглинаються) одягом, шкірою, зубами. У той же час ртуть легко випаровується при температурі; наявної в цеху електролізу, і концентрація її парів в повітрі набагато перевищує гранично допустиму. Тому цехи електролізу з рідким катодом обладнають потужною вентиляцією, яка при нормальній роботі забезпечує в атмосфері цеху допустимий рівень концентрації парів ртуті. Однак цього недостатньо для безпечної роботи. Ще необхідно дотримуватися так звану ртутну дисципліну: виконувати правила поводження з ртуттю. Дотримуючись їх, персонал до початку роботи проходить через санпропускник, в чистому відділенні якого залишає домашній одяг і одягає свежевистіранное білизна, що є спецодягом. В кінці зміни верхня спецодяг і брудну білизну залишаються в брудному відділенні санпропускника, а працюючі приймають душ, чистять зуби і в чистому відділенні санпропускника одягають домашні речі.
В цехах, в яких працюють з хлором і ртуттю, слід користуватися протигазом марки «Г» (коробка протигаза пофарбована в чорний і жовтий кольори) і гумовими рукавичками., Правила «ртутної дисципліни» передбачають, що робота з ртуттю і амальгованих поверхнями повинна проводитися тільки під шаром води; пролита ртуть повинна негайно ж змиватися в каналізацію, де є ртутні пастки.
Для навколишнього середовища становлять небезпеку викиди хлору і парів ртуті в атмосферу, скиди у стічні води солей ртуті і крапельної ртуті, з'єднань, що містять активний хлор, і отруєння грунту ртутними шлаками. Хлор в атмосферу потрапляє при аваріях, з вентиляційними викидами і абгаз з різних апаратів. Пари ртуті виносяться з повітрям з вентиляційних систем. Норма вмісту хлору в повітрі при викиді в атмосферу 0,03 мг / м3. Ця концентрація може бути досягнута, якщо застосовувати лужну багатоступеневу промивку абгазов. Норма вмісту ртуті в повітрі при викидах в атмосферу 0,0003 мг / м3, а в стоках при зливі в водойми 4 мг / м3.
Нейтралізують хлор наступними розчинами:
вапняним молоком, для чого 1 вагову частину гашеного вапна заливають 3 частинами води, ретельно перемішують, потім зверху зливають вапняний розчин (наприклад, 10 кг гашеного вапна + 30 літрів води);
5% -ним водним розчином кальцинованої соди, для чого 2 вагових частини кальцинованої соди розчиняють при перемішуванні з 18 частинами води (наприклад, 5 кг кальцинованої соди + 95 літрів води);
5% -ним водним розчином їдкого натру, для чого 2 вагових частини їдкого натру розчиняють при перемішуванні з 18 частинами води (наприклад, 5 кг. Їдкого натру + 95 літрів води).
При витоку газоподібного хлору для погашення парів розпилюють воду. Норма витрати води не нормується.
При розливі рідкого хлору місце розливу захищають земляним валом, заливають вапняним молоком, розчином кальцинованої соди, їдкого натру, або водою. Для знешкодження 1 тонни рідкого хлору необхідно 0,6-0,9 тонни води або 0,5-0,8 тонни розчинів. Для нейтралізації 1 тонни рідкого хлору необхідно 22-25 тонн розчинів або 333-500 тонн води.
Для розпилення води або розчинів застосовують поливомийні і пожежні машини, авторозливні станції (АЦ, ПМ-130, АРС-14, АРС-15), а також наявні на хімічно небезпечних об'єктах гідранти і спецсистеми.
висновок
Оскільки обсяги хлору, одержуваного лабораторними методами мізерно малі в порівнянні з постійно зростаючим попитом на даний продукт, проводити по ним порівняльний аналіз не має сенсу.
З електрохімічних методів виробництва найлегшим і зручним є електроліз з рідким (ртутним) катодом, однак цей метод не позбавлений недоліків. Він завдає істотної шкоди навколишньому середовищу в результаті випаровування і витоків металевої ртуті і газоподібного хлору.
Електролізери з твердим катодом виключають небезпеку забруднення навколишнього середовища ртуттю. Вибираючи між діафрагмовими і мембранними електролізерами для нових виробничих потужностей, краще використовувати останні, оскільки вони більш економічні, і дають можливість отримати кінцевий продукт більш високої якості.
Список використаної літератури
1.Зарецький С. А., Сучков В. Н., Жівотінскій П. Б. Електрохімічний технологія неорганічних речовин і хімічні джерела струму: Підручник для учнів технікумів. М ..: Вища. Школа, 1980. 423 с.
2.Мазанка А. Ф., Камарьян Г. М., Ромашин О. П. Промисловий мембранний електроліз. М .: изд-во «Хімія», 1989. 240 с.
.Позін М. Є. Технологія мінеральних солей (добрив, пестицидів, промислових солей, оксидів і кислот), ч.1, вид. 4-е, испр. Л., Изд-во «Хімія», 1974. 792 с.
.Фіошін М. Я., Павлов В. Н. Електроліз в неорганічної хімії. М .: изд-во «Наука», 1976. 106 с.
.Якименко Л. М. Виробництво хлору, каустичної соди і неорганічних хлорпродуктов. М .: изд-во «Хімія», 1974. 600 с.
Ітнернет-джерела
6.Правила безпеки при виробництві, зберіганні, транспортуванні та застосуванні хлору // URL: # "justify"\u003e 7. Аварійно хімічно небезпечні речовини // URL: # "justify"\u003e. Хлор: застосування // URL: # "justify"\u003e.
