Na natureza, o cloro ocorre no estado gasoso e apenas na forma de compostos com outros gases. Em condições próximas ao normal, é um gás esverdeado, venenoso e cáustico. Tem mais peso que o ar. Tem um cheiro doce. A molécula de cloro contém dois átomos. Não queima em repouso, mas em altas temperaturas interage com o hidrogênio, após o que é possível uma explosão. Como resultado, o gás fosgênio é liberado. Muito venenoso. Assim, mesmo em baixa concentração no ar (0,001 mg por 1 dm3) pode causar a morte. A principal característica do cloro não metálico é que ele é mais pesado que o ar, portanto, sempre estará próximo ao chão na forma de uma névoa verde-amarelada.
Fatos históricos
Pela primeira vez na prática, esta substância foi obtida por K. Schelee em 1774 pela combinação de ácido clorídrico e pirolusita. No entanto, somente em 1810, P. Davy foi capaz de caracterizar o cloro e estabelecer que eleum elemento químico separado.
Vale a pena notar que em 1772 Joseph Priestley conseguiu obter cloreto de hidrogênio - um composto de cloro com hidrogênio, mas o químico não conseguiu separar esses dois elementos.
Caracterização química do cloro
Cloro é um elemento químico do principal subgrupo do grupo VII da tabela periódica. Está no terceiro período e tem número atômico 17 (17 prótons no núcleo atômico). Não-metal reativo. Designado pelas letras Cl.
É um representante típico de halogênios. Estes são gases que não têm cor, mas têm um odor pungente. Geralmente tóxico. Todos os halogênios são altamente solúveis em água. Eles começam a fumar quando expostos ao ar úmido.
Configuração eletrônica externa do átomo Cl 3s2Зр5. Portanto, em compostos, o elemento químico apresenta níveis de oxidação de -1, +1, +3, +4, +5, +6 e +7. O raio covalente do átomo é 0,96Å, o raio iônico de Cl é 1,83 Å, a afinidade do átomo para o elétron é 3,65 eV, o nível de ionização é 12,87 eV.
Como mencionado acima, o cloro é um não-metal bastante ativo, o que permite criar compostos com praticamente qualquer metal (em alguns casos, aquecendo ou usando umidade, enquanto desloca o bromo) e não-metais. Em pó, reage com metais somente quando exposto a altas temperaturas.
Temperatura máxima de combustão - 2250 °C. Com o oxigênio, pode formar óxidos, hipocloritos, cloritos e cloratos. Todos os compostos contendo oxigênio tornam-se explosivos ao interagir com oxidantessubstâncias. Vale a pena notar que os óxidos de cloro podem explodir aleatoriamente, enquanto os cloratos explodem apenas quando expostos a quaisquer iniciadores.
Caracterização do cloro por posição na Tabela Periódica:
• substância simples;
• elemento do décimo sétimo grupo da tabela periódica;
• terceiro período da terceira linha;
• sétimo grupo do subgrupo principal;
• número atômico 17;
• denotado pelo símbolo Cl;
• não-metal reativo;
• está no grupo halogênio;
• em condições quase normais, é um gás venenoso de cor verde-amarelada com odor pungente;
• molécula de cloro tem 2 átomos (fórmula Cl2).
Propriedades físicas do cloro:
• Ponto de ebulição: -34,04 °С;
• Ponto de fusão: -101,5 °С;
• Densidade gasosa - 3,214 g/l;
• densidade de cloro líquido (durante a ebulição) - 1,537 g/cm3;
• densidade do cloro sólido - 1,9 g/cm 3;
• volume específico – 1,745 x 10-3 l/ano.
Cloro: características das mudanças de temperatura
No estado gasoso, tende a se liquefazer facilmente. A uma pressão de 8 atmosferas e uma temperatura de 20 ° C, parece um líquido amarelo-esverdeado. Tem propriedades de corrosão muito altas. Como mostra a prática, este elemento químico pode manter um estado líquido até uma temperatura crítica (143°C), sujeito a um aumento de pressão.
Se for resfriado a -32 °C,ele mudará seu estado de agregação para líquido, independentemente da pressão atmosférica. Com uma diminuição adicional da temperatura, ocorre a cristalização (a -101 ° C).
Cloro na natureza
A crosta terrestre contém apenas 0,017% de cloro. A maior parte está em gases vulcânicos. Como indicado acima, a substância possui uma alta atividade química, como resultado da qual ocorre na natureza em compostos com outros elementos. No entanto, muitos minerais contêm cloro. A característica do elemento permite a formação de cerca de uma centena de minerais diferentes. Como regra, são cloretos metálicos.
Além disso, uma grande quantidade está nos oceanos - quase 2%. Isso se deve ao fato de que os cloretos são dissolvidos muito ativamente e transportados por rios e mares. O processo inverso também é possível. O cloro é levado de volta à costa, e então o vento o carrega. É por isso que sua maior concentração é observada nas zonas costeiras. Nas regiões áridas do planeta, o gás que estamos considerando é formado pela evaporação da água, como resultado do surgimento das salinas. Cerca de 100 milhões de toneladas dessa substância são extraídas anualmente no mundo. O que, no entanto, não é surpreendente, pois existem muitos depósitos contendo cloro. Suas características, no entanto, dependem muito de sua localização geográfica.
Métodos para obtenção de cloro
Hoje, existem vários métodos para obtenção de cloro, dos quais os seguintes são os mais comuns:
1. diafragma. É o mais simples e o mais barato. clorídricoa solução na eletrólise do diafragma entra no espaço anódico. Mais adiante, a grade catódica de aço flui para o diafragma. Contém uma pequena quantidade de fibras de polímero. Uma característica importante deste dispositivo é o contrafluxo. É direcionado do espaço anódico para o espaço catódico, o que permite obter cloro e lixívia separadamente.
2. Membrana. O mais eficiente em termos de energia, mas difícil de implementar em uma organização. Semelhante ao diafragma. A diferença é que os espaços anódicos e catódicos são completamente separados por uma membrana. Portanto, a saída são dois fluxos separados.
Vale a pena notar que a característica de chem. elemento (cloro) obtido por esses métodos será diferente. O método de membrana é considerado mais "limpo".
3. Método de mercúrio com cátodo líquido. Em comparação com outras tecnologias, esta opção permite obter o cloro mais puro.
O diagrama principal da instalação consiste em um eletrolisador e uma bomba interligada e um decompositor de amálgama. O mercúrio bombeado pela bomba junto com uma solução de sal comum serve como cátodo, e eletrodos de carbono ou grafite servem como ânodo. O princípio de funcionamento da instalação é o seguinte: o cloro é liberado do eletrólito, que é removido do eletrolisador junto com o anólito. Impurezas e resíduos de cloro são removidos deste último, saturados com halita e retornados à eletrólise novamente.
As exigências de segurança industrial e a f alta de rentabilidade da produção levaram à substituição do cátodo líquido por um sólido.
O uso do cloro na indústriapropósitos
As propriedades do cloro permitem que ele seja usado ativamente na indústria. Com a ajuda deste elemento químico, vários compostos organoclorados (cloreto de vinila, cloro-borracha, etc.), medicamentos e desinfetantes são obtidos. Mas o maior nicho ocupado pela indústria é a produção de ácido clorídrico e cal.
Métodos de purificação de água potável são amplamente utilizados. Hoje, eles estão tentando se afastar desse método, substituindo-o pela ozonização, pois a substância que estamos considerando afeta negativamente o corpo humano, além disso, a água clorada destrói as tubulações. Isso se deve ao fato de que, no estado livre, o Cl afeta negativamente os tubos feitos de poliolefinas. No entanto, a maioria dos países prefere o método de cloração.
Além disso, o cloro é usado na metalurgia. Com sua ajuda, são obtidos vários metais raros (nióbio, tântalo, titânio). Na indústria química, vários compostos organoclorados são usados ativamente para controle de ervas daninhas e para outros fins agrícolas, o elemento também é usado como alvejante.
Devido à sua estrutura química, o cloro destrói a maioria dos corantes orgânicos e inorgânicos. Isto é conseguido descolorindo-os completamente. Tal resultado só é possível se houver água, pois o processo de branqueamento ocorre devido ao oxigênio atômico, que se forma após a quebra do cloro: Cl2 + H2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Este método foi usado por algunsséculos atrás e ainda é popular hoje.
O uso desta substância é muito popular para a produção de inseticidas organoclorados. Essas preparações agrícolas matam organismos nocivos, deixando as plantas intactas. Uma parte significativa de todo cloro extraído no planeta vai para as necessidades agrícolas.
É também utilizado na produção de compostos plásticos e borracha. Com a ajuda deles, são feitos isolamento de fios, artigos de papelaria, equipamentos, conchas de eletrodomésticos etc. Há uma opinião de que as borrachas obtidas dessa maneira prejudicam uma pessoa, mas isso não é confirmado pela ciência.
Vale ress altar que o cloro (as características da substância foram divulgadas detalhadamente por nós anteriormente) e seus derivados, como o gás mostarda e o fosgênio, também são utilizados para fins militares na obtenção de agentes de guerra química.
Cloro como um brilhante representante dos não metais
Não-metais são substâncias simples que incluem gases e líquidos. Na maioria dos casos, eles conduzem corrente elétrica pior que os metais e apresentam diferenças significativas nas características físicas e mecânicas. Com a ajuda de um alto nível de ionização, eles são capazes de formar compostos químicos covalentes. Abaixo, uma característica de um não metal será dada usando o exemplo do cloro.
Como mencionado acima, este elemento químico é um gás. Em condições normais, carece completamente de propriedades semelhantes às dos metais. Sem ajuda externa, não pode interagir com oxigênio, nitrogênio, carbono, etc.exibe propriedades oxidantes em ligações com substâncias simples e algumas complexas. Refere-se aos halogênios, o que se reflete claramente em suas características químicas. Em compostos com outros representantes de halogênios (bromo, astatina, iodo), ele os desloca. No estado gasoso, o cloro (sua característica é uma confirmação direta disso) se dissolve bem. É um excelente desinfetante. Mata apenas organismos vivos, o que o torna indispensável na agricultura e na medicina.
Uso como substância venenosa
A característica do átomo de cloro permite que ele seja usado como agente venenoso. Pela primeira vez, o gás foi usado pela Alemanha em 22 de abril de 1915, durante a Primeira Guerra Mundial, na qual cerca de 15 mil pessoas morreram. No momento, não é usado como substância venenosa.
Vamos fazer uma breve descrição do elemento químico como agente sufocante. Afeta o corpo humano por asfixia. Primeiro, irrita o trato respiratório superior e as membranas mucosas dos olhos. Uma tosse forte começa com ataques de asfixia. Além disso, penetrando nos pulmões, o gás corrói o tecido pulmonar, o que leva ao edema. Importante! O cloro é uma substância de ação rápida.
Dependendo da concentração no ar, os sintomas são diferentes. Com um baixo teor em uma pessoa, observa-se vermelhidão da membrana mucosa dos olhos, leve f alta de ar. O conteúdo na atmosfera de 1,5-2 g/m3 causa peso e arrepios no peito, dor aguda no trato respiratório superior. Além disso, a condição pode ser acompanhada de lacrimejamento grave. Após 10-15 minutos de estar na salacom tal concentração de cloro, ocorre uma queimadura grave dos pulmões e a morte. Em concentrações mais altas, a morte é possível dentro de um minuto de paralisia do trato respiratório superior.
Ao trabalhar com esta substância, recomenda-se o uso de macacões, máscaras de gás, luvas.
Cloro na vida dos organismos e plantas
Cloro faz parte de quase todos os organismos vivos. A peculiaridade é que está presente não em sua forma pura, mas na forma de compostos.
Em organismos de animais e humanos, os íons cloreto mantêm a igualdade osmótica. Isso se deve ao fato de possuírem o raio mais adequado para penetração nas células da membrana. Juntamente com os íons de potássio, o Cl regula o equilíbrio água-sal. No intestino, os íons cloreto criam um ambiente favorável para a ação das enzimas proteolíticas do suco gástrico. Canais de cloro são fornecidos em muitas células do nosso corpo. Por meio deles, ocorre a troca de fluidos intercelulares e o pH da célula é mantido. Cerca de 85% do volume total desse elemento no corpo reside no espaço intercelular. É excretado do corpo através da uretra. Produzido pelo corpo feminino durante a amamentação.
Nesta fase de desenvolvimento, é difícil dizer inequivocamente quais doenças são provocadas pelo cloro e seus compostos. Isso se deve à f alta de pesquisas nessa área.
Além disso, os íons cloreto estão presentes nas células vegetais. Ele participa ativamente da troca de energia. Sem este elemento, o processo de fotossíntese é impossível. Com a ajuda deleas raízes absorvem ativamente as substâncias necessárias. Mas uma alta concentração de cloro nas plantas pode ter um efeito prejudicial (retardando o processo de fotossíntese, interrompendo o desenvolvimento e o crescimento).
No entanto, existem representantes da flora que poderiam "fazer amigos" ou pelo menos se dar bem com esse elemento. A característica de um não metal (cloro) contém um item como a capacidade de uma substância de oxidar solos. No processo de evolução, as plantas mencionadas acima, chamadas halófitas, ocuparam salinas vazias, que estavam vazias devido à superabundância desse elemento. Eles absorvem íons de cloreto e depois se livram deles com a ajuda da queda das folhas.
Transporte e armazenamento de cloro
Existem várias maneiras de mover e armazenar cloro. A característica do elemento implica a necessidade de cilindros especiais de alta pressão. Esses recipientes têm uma marcação de identificação - uma linha verde vertical. Os cilindros devem ser cuidadosamente enxaguados mensalmente. Com o armazenamento prolongado de cloro, forma-se neles um precipitado muito explosivo - tricloreto de nitrogênio. Ignição espontânea e explosão são possíveis se todas as regras de segurança não forem observadas.
Estudando cloro
Os futuros químicos devem conhecer as características do cloro. De acordo com o plano, os alunos do 9º ano podem até fazer experimentos em laboratório com essa substância com base em conhecimentos básicos da disciplina. Naturalmente, o professor é obrigado a realizar um briefing de segurança.
A ordem do trabalho é a seguinte: você precisa pegar um frasco comcloro e despeje pequenas lascas de metal nele. Em voo, as lascas se acendem com faíscas brilhantes e ao mesmo tempo uma fumaça branca clara SbCl3 é formada. Quando a folha de estanho é imersa em um recipiente com cloro, ela também se inflamará espontaneamente, e flocos de neve em chamas cairão lentamente no fundo do frasco. Durante esta reação, um líquido esfumaçado é formado - SnCl4. Quando as lascas de ferro são colocadas no recipiente, formam-se “gotas” vermelhas e uma fumaça vermelha aparece FeCl3.
Junto com o trabalho prático, a teoria é repetida. Em particular, uma questão como a caracterização do cloro por posição no sistema periódico (descrito no início do artigo).
Como resultado dos experimentos, verifica-se que o elemento reage ativamente a compostos orgânicos. Se você colocar algodão embebido em terebintina em uma jarra de cloro, ele se inflamará instantaneamente e a fuligem cairá bruscamente do frasco. O sódio arde efetivamente com uma chama amarelada e cristais de sal aparecem nas paredes dos pratos químicos. Os alunos ficarão interessados em saber que, ainda jovem químico, N. N. Semenov (mais tarde vencedor do Prêmio Nobel), depois de realizar tal experimento, coletou sal das paredes do frasco e, polvilhando pão com ele, o comeu. A química acabou dando certo e não decepcionou o cientista. Como resultado do experimento realizado pelo químico, o sal de mesa comum realmente acabou!
