Zu welcher Gruppe gehört Chlor? Die wichtigsten Chlorverbindungen
Im Jahr 1774 erlangte Karl Scheele, ein Chemiker aus Schweden, erstmals Chlor, man glaubte jedoch, dass es sich nicht um ein separates Element, sondern um eine Art Salzsäure (Kalorisator) handelte. Elementares Chlor wurde zu Beginn des 19. Jahrhunderts von G. Davy gewonnen, der Speisesalz durch Elektrolyse in Chlor und Natrium zerlegte.
Chlor (von griechisch χλωρός – grün) ist ein Element der Gruppe XVII des Periodensystems der chemischen Elemente D.I. Mendelejew hat die Ordnungszahl 17 und die Atommasse 35,452. Die akzeptierte Bezeichnung Cl (aus dem Lateinischen Chlor).
In der Natur sein
Chlor ist das am häufigsten vorkommende Halogen in der Erdkruste, meist in Form zweier Isotope. Aufgrund seiner chemischen Aktivität kommt es nur in Form von Verbindungen vieler Mineralien vor.
Chlor ist ein giftiges gelbgrünes Gas mit einem starken, unangenehmen Geruch und einem süßlichen Geschmack. Nach seiner Entdeckung wurde der Name Chlor vorgeschlagen Halogen Es gehört zur gleichnamigen Gruppe und ist eines der chemisch aktivsten Nichtmetalle.
Täglicher Chlorbedarf
Normalerweise sollte ein gesunder Erwachsener 4-6 g Chlor pro Tag erhalten; der Bedarf steigt bei aktiver körperlicher Aktivität oder heißem Wetter (mit vermehrtem Schwitzen). Typischerweise deckt der Körper bei einer ausgewogenen Ernährung seinen Tagesbedarf über die Nahrung ab.
Der Hauptlieferant von Chlor für den Körper ist Speisesalz – vor allem, wenn es nicht wärmebehandelt ist, daher ist es besser, Fertiggerichte zu salzen. Auch Meeresfrüchte, Fleisch und, und, enthalten Chlor.
Interaktion mit anderen
Der Säure-Basen- und Wasserhaushalt des Körpers wird durch Chlor reguliert.
Anzeichen von Chlormangel
Ein Mangel an Chlor entsteht durch Prozesse, die zur Austrocknung des Körpers führen – starkes Schwitzen bei Hitze oder körperlicher Anstrengung, Erbrechen, Durchfall und einige Erkrankungen des Harnsystems. Anzeichen eines Chlormangels sind Lethargie und Schläfrigkeit, Muskelschwäche, offensichtlicher Mundtrockenheit, Geschmacksverlust und Appetitlosigkeit.
Anzeichen von überschüssigem Chlor
Anzeichen für überschüssiges Chlor im Körper sind: erhöhter Blutdruck, trockener Husten, Schmerzen im Kopf- und Brustbereich, Schmerzen in den Augen, Tränenfluss, Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts. Ein Chlorüberschuss kann in der Regel durch das Trinken von normalem Leitungswasser verursacht werden, das einem Chlordesinfektionsprozess unterzogen wird und bei Arbeitern in Branchen auftritt, die in direktem Zusammenhang mit der Verwendung von Chlor stehen.
Chlor im menschlichen Körper:
- reguliert den Wasser- und Säure-Basen-Haushalt,
- entfernt durch den Prozess der Osmoregulation Flüssigkeit und Salze aus dem Körper,
- regt die normale Verdauung an,
- normalisiert den Zustand der roten Blutkörperchen,
- reinigt die Leber von Fett.
Die Hauptanwendung von Chlor liegt in der chemischen Industrie, wo es zur Herstellung von Polyvinylchlorid, Polystyrolschaum, Verpackungsmaterialien sowie chemischen Kampfstoffen und Pflanzendüngern verwendet wird. Die Desinfektion von Trinkwasser mit Chlor ist praktisch die einzige verfügbare Methode zur Wasserreinigung.
Es wird häufig in der Industrie, in der Landwirtschaft sowie für medizinische und Haushaltszwecke verwendet. Die jährliche Chlorproduktion auf der Welt beträgt 55,5 Millionen Tonnen. Aufgrund der weiten Verbreitung dieses Stoffes kommt es recht häufig zu Unfällen im Zusammenhang mit seinem Austreten (sie ereignen sich sowohl in Industrieanlagen als auch beim Transport von Chlor).
Oft wird nicht nur eine Industrieanlage beschädigt, sondern auch Bereiche außerhalb davon (aufgrund der physikalischen und chemischen Eigenschaften von Chlor: Es ist 2,5-mal schwerer als Luft und sammelt sich daher im Tiefland an. Wasserquellen sind einer Kontamination ausgesetzt, da Chlor vorhanden ist sehr gut wasserlöslich).
Daher sind Kenntnisse über Wirtschaftsanlagen, die Chlor produzieren oder verwenden, Symptome einer Chlorvergiftung, Erste-Hilfe-Kenntnisse sowie Kenntnisse über die im kontaminierten Bereich verwendete PSA besonders relevant.
Bevor man Chlor als Gefahrstoff untersucht, die Symptome einer Vergiftung mit dieser Chemikalie erkennt und festlegt, was Vormedizin und Erste Hilfe sind, ist es notwendig, sich mit seinen allgemeinen Eigenschaften und Einsatzgebieten vertraut zu machen.
Chlor (aus dem Griechischen – „grün“). Chemische Formel – Cl2 (Molekulargewicht – 70,91). Die Verbindung mit Chlor (Chlorwasserstoffgas) wurde erstmals 1772 von D. Priestley hergestellt. Chlor in „reiner Form“ wurde zwei Jahre später von K.V. Scheele gewonnen.
Die Dichte von flüssigem Chlor beträgt 1560 kg/m3. Es ist nicht brennbar und reaktiv: Bei Licht und erhöhten Temperaturen (z. B. im Brandfall) reagiert es mit Wasserstoff (Explosion), was zur Bildung eines gefährlicheren Gases führen kann – Phosgen.
Chlor wird in vielen Bereichen der Industrie, der Wissenschaft und häufig auch im täglichen Leben eingesetzt. Wir listen die Einsatzgebiete von Chlor in der Industrie auf:
– es wird bei der Herstellung von Polyvinylchlorid, synthetischem Kautschuk und Kunststoffverbindungen verwendet (diese Materialien werden zur Herstellung von Linoleum, Kleidung, Schuhen, Drahtisolierungen usw. verwendet);
– In der Zellstoff- und Papierindustrie wird Chlor zum Bleichen von Papier und Pappe verwendet (es wird auch zum Bleichen von Stoffen verwendet);
– es ist an der Herstellung chlororganischer Insektizide beteiligt (diese Substanzen, die schädliche Insekten auf Nutzpflanzen vernichten, werden in der Landwirtschaft eingesetzt);
– es wird bei der Desinfektion („Chlorierung“) von Trinkwasser und Abwasseraufbereitung verwendet;
– es wird häufig bei der chemischen Herstellung von Berthollet-Salz, Medikamenten, Bleichmitteln, Giften, Salzsäure und Metallchloriden verwendet;
– in der Metallurgie wird es zur Herstellung reiner Metalle verwendet;
– Dieser Stoff wird als Indikator für solare Neutrinos verwendet.
Chlor wird in zylindrischen Tanks (10...250 m3) und kugelförmigen (600...2.000 m3) Tanks unter seinem eigenen Dampfdruck (bis zu 1,8 MPa) gelagert. Bei normalen Temperaturen verflüssigt es sich unter Druck. Der Transport erfolgt in Behältern, Zylindern und Tanks, die als Zwischenlager dienen.
Ministerium für Bildung und Wissenschaft der RUSSISCHEN FÖDERATION
Staatliche Haushaltsbildungseinrichtung für höhere Berufsbildung
STAATLICHE CHEMISCH-TECHNOLOGISCHE UNIVERSITÄT IWANOWSK
Abteilung für TP und MET
Aufsatz
Chlor: Eigenschaften, Anwendung, Produktion
Leiter: Efremov A.M.
Iwanowo 2015
Einführung
Allgemeine Informationen zu Chlor
Verwendung von Chlor
Chemische Methoden zur Herstellung von Chlor
Elektrolyse. Konzept und Wesen des Prozesses
Industrielle Herstellung von Chlor
Sicherheitsvorkehrungen bei der Chlorproduktion und Umweltschutz
Abschluss
Einführung
Elektrolyse chemischer Elemente von Chlor
Aufgrund des großflächigen Einsatzes von Chlor in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft, Industrie, Medizin und im Alltag ist der Bedarf daran in letzter Zeit katastrophal gestiegen. Es gibt viele Methoden zur Herstellung von Chlor im Labor und in der Industrie, aber alle haben mehr Nachteile als Vorteile. Die Gewinnung von Chlor beispielsweise aus Salzsäure, die ein Nebenprodukt und Abfall vieler chemischer und anderer Industrien ist, oder aus in Salzlagerstätten abgebautem Speisesalz ist ein eher energieaufwendiger, umweltschädlicher und sehr schädlicher Prozess gefährlich für Leben und Gesundheit.
Derzeit besteht ein sehr dringendes Problem darin, eine Technologie zur Herstellung von Chlor zu entwickeln, die alle oben genannten Nachteile beseitigt und außerdem eine hohe Chlorausbeute aufweist.
.Allgemeine Informationen zu Chlor
Chlor wurde erstmals 1774 von K. Scheele durch Reaktion von Salzsäure mit Pyrolusit MnO2 gewonnen. Allerdings stellte G. Davy erst 1810 fest, dass Chlor ein Element ist und nannte es Chlor (von griechisch chloros – gelbgrün). Im Jahr 1813 schlug J. L. Gay-Lussac den Namen „Chlor“ für dieses Element vor.
Chlor ist ein Element der Gruppe VII des Periodensystems der Elemente von D. I. Mendelejew. Molekulargewicht 70,906, Atomgewicht 35,453, Ordnungszahl 17, gehört zur Halogenfamilie. Unter normalen Bedingungen ist freies Chlor, bestehend aus zweiatomigen Molekülen, ein grünlich-gelbes, nicht brennbares Gas mit einem charakteristischen stechenden und irritierenden Geruch. Es ist giftig und führt zum Ersticken. Komprimiertes Chlorgas verwandelt sich bei Atmosphärendruck bei -34,05 °C in eine bernsteinfarbene Flüssigkeit und erstarrt bei -101,6 °C und einem Druck von 1 atm. Typischerweise ist Chlor eine Mischung aus 75,53 % 35Cl und 24,47 % 37Cl. Unter normalen Bedingungen beträgt die Dichte von Chlorgas 3,214 kg/m3, es ist also etwa 2,5-mal schwerer als Luft.
Chemisch gesehen ist Chlor sehr aktiv, verbindet sich direkt mit fast allen Metallen (manche nur in Gegenwart von Feuchtigkeit oder beim Erhitzen) und reagiert mit Nichtmetallen (außer Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Inertgasen) unter Bildung der entsprechenden Chloride viele Verbindungen, ersetzt Wasserstoff in gesättigten Kohlenwasserstoffen und verbindet ungesättigte Verbindungen. Dies liegt an der Vielfalt seiner Einsatzmöglichkeiten. Chlor verdrängt Brom und Jod aus ihren Verbindungen mit Wasserstoff und Metallen. Alkalimetalle reagieren in Gegenwart von Spuren von Feuchtigkeit mit Chlor unter Entzündung; die meisten Metalle reagieren mit trockenem Chlor nur beim Erhitzen. Stahl sowie einige Metalle sind bei niedrigen Temperaturen beständig gegen eine Atmosphäre aus trockenem Chlor und werden daher zur Herstellung von Geräten und Lagereinrichtungen für trockenes Chlor verwendet. Phosphor entzündet sich in einer Chloratmosphäre und bildet PCl3 und bei weiterer Chlorierung PCl5. Schwefel ergibt mit Chlor beim Erhitzen S2Cl2, SCl2 und anderes SnClm. Arsen, Antimon, Wismut, Strontium, Tellur reagieren heftig mit Chlor. Ein Gemisch aus Chlor und Wasserstoff verbrennt mit farbloser oder gelbgrüner Flamme zu Chlorwasserstoff (es handelt sich um eine Kettenreaktion). Die maximale Temperatur der Wasserstoff-Chlor-Flamme beträgt 2200°C. Gemische aus Chlor und Wasserstoff mit einem H2-Anteil von 5,8 bis 88,5 % sind explosiv und können durch Licht, elektrische Funken, Hitze oder durch die Anwesenheit bestimmter Substanzen wie Eisenoxide explodieren.
Chlor bildet mit Sauerstoff Oxide: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, sowie Hypochlorite (Salze der unterchlorigen Säure), Chlorite, Chlorate und Perchlorate. Alle Sauerstoffverbindungen des Chlors bilden mit leicht oxidierbaren Stoffen explosionsfähige Gemische. Chloroxide sind instabil und können spontan explodieren; Hypochlorite zersetzen sich während der Lagerung langsam; Chlorate und Perchlorate können unter dem Einfluss von Initiatoren explodieren. Chlor im Wasser hydrolysiert und bildet hypochlorige und Salzsäure: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Die resultierende gelbliche Lösung wird oft Chlorwasser genannt. Wenn wässrige Lösungen von Alkalien in der Kälte chloriert werden, entstehen Hypochlorite und Chloride: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, und beim Erhitzen entstehen Chlorate. Durch Chlorierung von trockenem Calciumhydroxid entsteht Bleichmittel. Wenn Ammoniak mit Chlor reagiert, entsteht Stickstofftrichlorid. Bei der Chlorierung organischer Verbindungen ersetzt Chlor entweder Wasserstoff oder verbindet Mehrfachbindungen, wodurch verschiedene chlorhaltige organische Verbindungen entstehen. Chlor bildet mit anderen Halogenen Interhalogenverbindungen. Chlorfluoride ClF, ClF3, ClF3 sind sehr reaktiv; Beispielsweise entzündet sich Glaswolle in einer ClF3-Atmosphäre spontan. Bekannte Verbindungen von Chlor mit Sauerstoff und Fluor sind Chloroxyfluoride: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 und Fluorperchlorat FClO4.
Chlor kommt in der Natur nur in Form von Verbindungen vor. Sein durchschnittlicher Gehalt in der Erdkruste beträgt 1,7·10-2 Massen-%. In der Geschichte des Chlors in der Erdkruste spielt die Wassermigration eine große Rolle. Es kommt in Form von Cl-Ionen im Weltmeer (1,93 %), in unterirdischen Salzlaken und Salzseen vor. Die Anzahl der eigenen Mineralien (hauptsächlich natürliche Chloride) beträgt 97, das wichtigste ist Halit NaCl (Steinsalz). Es sind auch große Vorkommen von Kalium- und Magnesiumchloriden sowie gemischten Chloriden bekannt: Sylvinit KCl, Sylvinit (Na,K)Cl, Carnalit KCl MgCl2 6H2O, Kainit KCl MgSO4 3H2O, Bischofit MgCl2 6H2O. In der Erdgeschichte war die Versorgung der oberen Teile der Erdkruste mit HCl, das in vulkanischen Gasen enthalten ist, von großer Bedeutung.
Qualitätsstandards für Chlor
Name des Indikators GOST 6718-93 Höchste Klasse Erste Klasse Volumenanteil von Chlor, nicht weniger als % 99,899,6 Massenanteil von Wasser, nicht mehr als % 0,010,04 Massenanteil von Stickstofftrichlorid, nicht mehr als % 0,0020,004 Masse Anteil nichtflüchtiger Rückstände, nicht mehr als 0,0150,10 %
Lagerung und Transport von Chlor
Durch verschiedene Methoden hergestelltes Chlor wird in speziellen „Tanks“ gelagert oder unter seinem eigenen Dampfdruck von 18 kgf/cm2 in zylindrische (Volumen 10–250 m3) und kugelförmige (Volumen 600–2000 m3) Stahlzylinder gepumpt. Das maximale Lagervolumen beträgt 150 Tonnen. Flaschen mit flüssigem Chlor unter Druck haben eine besondere Farbe – eine Schutzfarbe. Wenn in einer Chlorflasche der Druck abgebaut wird, kommt es zu einer plötzlichen Gasfreisetzung, deren Konzentration um ein Vielfaches höher ist als die tödliche. Es ist zu beachten, dass sich in Chlorflaschen bei längerem Gebrauch extrem explosives Stickstofftrichlorid ansammelt und Chlorflaschen daher von Zeit zu Zeit einer routinemäßigen Reinigung und Reinigung von Stickstoffchlorid unterzogen werden müssen. Chlor wird in Containern, Eisenbahntanks und Flaschen transportiert, die als Zwischenlager dienen.
2.Verwendung von Chlor
Chlor wird hauptsächlich von der chemischen Industrie zur Herstellung verschiedener organischer Chlorderivate verbraucht, die zur Herstellung von Kunststoffen, synthetischem Kautschuk, Chemiefasern, Lösungsmitteln, Insektiziden usw. verwendet werden. Derzeit werden mehr als 60 % der weltweiten Chlorproduktion für die organische Synthese verwendet. Darüber hinaus wird Chlor zur Herstellung von Salzsäure, Bleichmitteln, Chloraten und anderen Produkten verwendet. In der Metallurgie werden erhebliche Mengen Chlor zur Chlorierung bei der Verarbeitung polymetallischer Erze und zur Goldgewinnung aus Erzen verwendet. Außerdem wird es in der Ölraffinerieindustrie, in der Landwirtschaft, in der Medizin und im Sanitärbereich sowie zur Neutralisierung von Trink- und Abwasser verwendet , in der Pyrotechnik und einer Reihe anderer Bereiche der Volkswirtschaft. . Durch die Entwicklung von Chlornutzungsgebieten, vor allem aufgrund des Erfolgs der organischen Synthese, beträgt die weltweite Chlorproduktion mehr als 20 Millionen Tonnen/Jahr.
Hauptbeispiele für die Anwendung und Verwendung von Chlor in verschiedenen Bereichen der Wissenschaft, Industrie und des häuslichen Bedarfs:
1.bei der Herstellung von Polyvinylchlorid, Kunststoffverbindungen und synthetischem Kautschuk, aus denen sie herstellen: Drahtisolierungen, Fensterprofile, Verpackungsmaterialien, Kleidung und Schuhe, Linoleum und Schallplatten, Lacke, Geräte und Schaumstoffe, Spielzeug, Instrumententeile, Baumaterialien. Polyvinylchlorid wird durch Polymerisation von Vinylchlorid hergestellt, das heute am häufigsten aus Ethylen nach dem Chlor-ausgeglichenen Verfahren über das Zwischenprodukt 1,2-Dichlorethan hergestellt wird.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)als Bleichmittel (obwohl nicht Chlor selbst „bleicht“, sondern atomarer Sauerstoff, der bei der Zersetzung von unterchloriger Säure gemäß der Reaktion entsteht: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)bei der Herstellung von chlororganischen Insektiziden – Substanzen, die pflanzenschädigende Insekten abtöten, aber für Pflanzen unbedenklich sind (Aldrin, DDT, Hexachloran). Eines der wichtigsten Insektizide ist Hexachlorcyclohexan (C6H6Cl6).
)Wird als chemischer Kampfstoff sowie zur Herstellung anderer chemischer Kampfstoffe verwendet: Senfgas (C4H8Cl2S), Phosgen (CCl2O).
)zur Wasserdesinfektion – „Chlorierung“. Die gebräuchlichste Methode zur Trinkwasserdesinfektion basiert auf der Fähigkeit von freiem Chlor und seinen Verbindungen, die Enzymsysteme von Mikroorganismen zu hemmen, die Redoxprozesse katalysieren. Zur Desinfektion von Trinkwasser werden verwendet: Chlor (Cl2), Chlordioxid (ClO2), Chloramin (NH2Cl) und Bleichmittel (Ca(Cl)OCl).
)In der Lebensmittelindustrie ist es als Lebensmittelzusatzstoff E925 registriert.
)bei der chemischen Herstellung von Natronlauge (NaOH) (verwendet bei der Herstellung von Viskose, in der Seifenindustrie), Salzsäure (HCl), Bleichmittel, Bertholitsalz (KClO3), Metallchloriden, Giften, Medikamenten, Düngemitteln.
)in der Metallurgie zur Herstellung reiner Metalle: Titan, Zinn, Tantal, Niob.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (bei T=850°C)
)als Indikator für solare Neutrinos in Chlor-Argon-Detektoren (Die Idee eines „Chlor-Detektors“ zur Registrierung solarer Neutrinos wurde vom berühmten sowjetischen Physiker Akademiker B. Pontecorvo vorgeschlagen und vom amerikanischen Physiker R. Davis und seinen Mitarbeitern umgesetzt. Nachdem es den Neutrinokern des Chlorisotops mit einem Atomgewicht von 37 eingefangen hat, verwandelt er sich in den Kern des Isotops Argon-37, der ein Elektron erzeugt, das registriert werden kann.).
Viele Industrieländer versuchen, den Einsatz von Chlor im Alltag einzuschränken, auch weil bei der Verbrennung chlorhaltiger Abfälle eine erhebliche Menge an Dioxinen (globale Ökogifte mit starken mutagenen Eigenschaften) entsteht.
3. Chemische Methoden zur Herstellung von Chlor
Bisher war die chemische Herstellung von Chlor nach den Methoden Weldon und Deacon üblich. Bei diesen Verfahren wurde Chlor durch Oxidation von Chlorwasserstoff erzeugt, der als Nebenprodukt bei der Herstellung von Natriumsulfat aus Speisesalz durch Einwirkung von Schwefelsäure entsteht.
Reaktion, die nach der Weldon-Methode abläuft:
4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2
Reaktion, die nach Deacons Methode auftritt:
HCl + O2 =>2H2O + 2Cl2
Beim Dikonovsky-Verfahren wurde Kupferchlorid als Katalysator verwendet, dessen 50 %ige Lösung (manchmal unter Zusatz von NaCl) mit einem porösen Keramikträger imprägniert wurde. Die optimale Reaktionstemperatur an einem solchen Katalysator lag normalerweise im Bereich von 430–490 °C. Dieser Katalysator wird leicht durch Arsenverbindungen vergiftet, mit denen er inaktives Kupferarsenat sowie Schwefeldioxid und Schwefeltrioxid bildet. Das Vorhandensein bereits geringer Mengen Schwefelsäuredampf im Gas führt aufgrund aufeinanderfolgender Reaktionen zu einem starken Rückgang der Chlorausbeute:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Somit ist Schwefelsäure ein Katalysator, der die Rückumwandlung von Cl2 zu HCl fördert. Daher muss Hydrochloridgas vor der Oxidation an einem Kupferkatalysator gründlich von Verunreinigungen gereinigt werden, die die Chlorausbeute verringern.
Deacons Installation bestand aus einer Gasheizung, einem Gasfilter und einer Kontaktvorrichtung aus einem zylindrischen Stahlgehäuse, in dem sich zwei konzentrisch angeordnete Keramikzylinder mit Löchern befanden; der Ringraum dazwischen ist mit einem Katalysator gefüllt. Chlorwasserstoff wurde mit Luft oxidiert, wodurch das Chlor verdünnt wurde. Eine Mischung aus 25 Vol.-% HCl und 75 Vol.-% Luft (~16 % O2) wurde in die Kontaktapparatur eingespeist, und das die Apparatur verlassende Gas enthielt etwa 8 % C12, 9 % HCl, 8 % Wasserdampf und 75 % Luft . Ein solches Gas wurde nach dem Waschen mit HCl und dem Trocknen mit Schwefelsäure üblicherweise zur Herstellung von Bleichmittel verwendet.
Die Wiederherstellung des Deacon-Prozesses basiert derzeit auf der Oxidation von Chlorwasserstoff nicht mit Luft, sondern mit Sauerstoff, was es ermöglicht, mithilfe hochaktiver Katalysatoren konzentriertes Chlor zu gewinnen. Das resultierende Chlor-Sauerstoff-Gemisch wird nacheinander mit 36 und 20 %iger Salzsäure von HC1-Resten gewaschen und mit Schwefelsäure getrocknet. Anschließend wird das Chlor verflüssigt und der Sauerstoff dem Prozess wieder zugeführt. Chlor wird auch vom Sauerstoff getrennt, indem Chlor unter einem Druck von 8 atm mit Schwefelchlorid absorbiert wird, das dann regeneriert wird, um 100 % Chlor zu erzeugen:
Сl2 + S2CI2
Zum Einsatz kommen Niedertemperaturkatalysatoren, zum Beispiel mit Salzen seltener Erdmetalle aktiviertes Kupferdichlorid, was es ermöglicht, den Prozess auch bei 100 °C durchzuführen und damit den Umwandlungsgrad von HCl zu Cl2 deutlich zu steigern. An einem Chromoxidkatalysator wird HCl in Sauerstoff bei 340–480 °C verbrannt. Beschrieben wird der Einsatz eines Katalysators aus einer Mischung von V2O5 mit Alkalimetallpyrosulfaten und Aktivatoren auf Kieselgel bei 250–20 °C. Der Mechanismus und die Kinetik dieses Prozesses wurden untersucht und die optimalen Bedingungen für seine Umsetzung, insbesondere in einem Wirbelbett, ermittelt.
Die Oxidation von Chlorwasserstoff mit Sauerstoff erfolgt ebenfalls unter Verwendung einer geschmolzenen Mischung aus FeCl3 + KCl in zwei Stufen, die in getrennten Reaktoren durchgeführt werden. Im ersten Reaktor wird Eisenchlorid zu Chlor oxidiert:
2FeCl3 + 1
Im zweiten Reaktor wird Eisenchlorid mit Chlorwasserstoff aus Eisenoxid regeneriert:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Um den Dampfdruck von Eisenchlorid zu reduzieren, wird Kaliumchlorid zugesetzt. Es wird auch vorgeschlagen, dieses Verfahren in einer Vorrichtung durchzuführen, in der sich eine auf einem inerten Träger abgeschiedene Kontaktmasse bestehend aus Fe2O3, KC1 und Kupfer-, Kobalt- oder Nickelchlorid von oben nach unten in der Vorrichtung bewegt. Am oberen Ende der Apparatur durchläuft es eine heiße Chlorierungszone, in der Fe2O3 in FeCl3 umgewandelt wird und mit HCl interagiert, das sich im Gasstrom von unten nach oben befindet. Anschließend wird die Kontaktmasse in die Kühlzone abgesenkt, wo unter dem Einfluss von Sauerstoff elementares Chlor entsteht und sich FeCl3 in Fe2O3 umwandelt. Die oxidierte Kontaktmasse wird in die Chlorierungszone zurückgeführt.
Eine ähnliche indirekte Oxidation von HCl zu Cl2 erfolgt nach folgendem Schema:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Es wird vorgeschlagen, gleichzeitig Chlor und Schwefelsäure herzustellen, indem ein Gas, das HCl, O2 und einen großen Überschuss an SO2 enthält, bei 400–600 °C durch einen Vanadiumkatalysator geleitet wird. Anschließend werden H2SO4 und HSO3Cl aus dem Gas kondensiert und SO3 mit Schwefelsäure absorbiert; Chlor verbleibt in der Gasphase. HSO3Cl wird hydrolysiert und das freigesetzte HC1 wird in den Prozess zurückgeführt.
Noch effizienter wird die Oxidation durch Oxidationsmittel wie PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7 durchgeführt:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Chlor kann auch durch Oxidation von Chloriden gewonnen werden. Wenn beispielsweise NaCl und SO3 interagieren, kommt es zu folgenden Reaktionen:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl zersetzt sich bei 275°C. Eine Mischung aus SO2- und C12-Gasen kann durch Absorption von Chlor SO2Cl2 oder CCl4 oder durch Rektifikation getrennt werden, was zu einer azeotropen Mischung mit 88 mol führt. % Cl2 und 12 mol. %SO2. Das azeotrope Gemisch kann weiter getrennt werden, indem SO2 in SO2C12 umgewandelt und überschüssiges Chlor abgetrennt wird, und SO2Cl2 zerfällt bei 200°C in SO2 und Cl2, die dem zur Rektifikation zugeführten Gemisch zugesetzt werden.
Chlor kann durch Oxidation von Chlorid oder Chlorwasserstoff mit Salpetersäure sowie Stickstoffdioxid gewonnen werden:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Eine andere Möglichkeit, Chlor zu gewinnen, ist die Zersetzung von Nitrosylchlorid, die durch dessen Oxidation erreicht werden kann:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Es wird beispielsweise auch vorgeschlagen, NOCl mit 75 %iger Salpetersäure zu oxidieren, um Chlor zu gewinnen:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O
Das Gemisch aus Chlor und Stickstoffdioxid wird getrennt und dabei NO2 in schwache Salpetersäure umgewandelt, die dann in der ersten Stufe des Prozesses zur Oxidation von HCl zu Cl2 und NOCl verwendet wird. Die Hauptschwierigkeit bei der Durchführung dieses Verfahrens im industriellen Maßstab besteht in der Beseitigung von Korrosion. Als Materialien für Geräte werden Keramik, Glas, Blei, Nickel und Kunststoffe verwendet. Anwendung dieser Methode in den USA in den Jahren 1952-1953. Die Anlage wurde mit einer Kapazität von 75 Tonnen Chlor pro Tag betrieben.
Zur Herstellung von Chlor wurde ein zyklisches Verfahren durch Oxidation von Chlorwasserstoff mit Salpetersäure ohne Bildung von Nitrosylchlorid gemäß der Reaktion entwickelt:
2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O
Der Prozess findet in flüssiger Phase bei 80°C statt, die Chlorausbeute erreicht 100 %, NO2 fällt in flüssiger Form an.
Anschließend wurden diese Methoden vollständig durch elektrochemische ersetzt, doch derzeit werden chemische Methoden zur Herstellung von Chlor auf einer neuen technischen Basis wiederbelebt. Sie alle basieren auf der direkten oder indirekten Oxidation von HCl (oder Chloriden), wobei Luftsauerstoff das häufigste Oxidationsmittel ist.
Elektrolyse. Konzept und Wesen des Prozesses
Elektrolyse ist eine Reihe elektrochemischer Redoxprozesse, die an den Elektroden beim Durchgang eines elektrischen Gleichstroms durch eine Schmelze oder Lösung mit darin eingetauchten Elektroden ablaufen.
Reis. 4.1. Vorgänge bei der Elektrolyse. Diagramm des Elektrolysebades: 1 – Bad, 2 – Elektrolyt, 3 – Anode, 4 – Kathode, 5 – Stromquelle
Elektroden können alle Materialien sein, die elektrischen Strom leiten. Hauptsächlich werden Metalle und Legierungen verwendet; nichtmetallische Elektroden können beispielsweise Graphitstäbe (oder Kohlenstoff) sein. Seltener werden Flüssigkeiten als Elektrode verwendet. Eine positiv geladene Elektrode ist die Anode. Eine negativ geladene Elektrode ist eine Kathode. Bei der Elektrolyse wird die Anode oxidiert (sie löst sich auf) und die Kathode reduziert. Deshalb sollte die Anode so beschaffen sein, dass ihre Auflösung den in der Lösung oder Schmelze ablaufenden chemischen Prozess nicht beeinträchtigt. Eine solche Anode wird als inerte Elektrode bezeichnet. Als inerte Anode können Sie Graphit (Kohlenstoff) oder Platin verwenden. Als Kathode können Sie eine Metallplatte verwenden (sie löst sich nicht auf). Geeignet sind Kupfer, Messing, Kohlenstoff (oder Graphit), Zink, Eisen, Aluminium, Edelstahl.
Beispiele für die Elektrolyse von Schmelzen:
Beispiele für die Elektrolyse von Salzlösungen:
(Cl?-Anionen werden an der Anode oxidiert und nicht Sauerstoff-O?II-Wassermoleküle, da die Elektronegativität von Chlor geringer ist als die von Sauerstoff und Chlor daher leichter Elektronen abgibt als Sauerstoff)
Die Elektrolyse von Wasser wird immer in Gegenwart eines inerten Elektrolyten durchgeführt (um die elektrische Leitfähigkeit eines sehr schwachen Elektrolyten – Wasser) zu erhöhen:
Abhängig vom inerten Elektrolyten wird die Elektrolyse im neutralen, sauren oder alkalischen Milieu durchgeführt. Bei der Auswahl eines inerten Elektrolyten muss berücksichtigt werden, dass Metallkationen, die typische Reduktionsmittel sind (z. B. Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+), in wässriger Lösung niemals an der Kathode reduziert werden Lösung und Sauerstoff O?II-Anionen von Oxosäuren werden an der Anode niemals mit einem Element in der höchsten Oxidationsstufe oxidiert (z. B. ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), Stattdessen wird Wasser oxidiert.
Bei der Elektrolyse handelt es sich um zwei Prozesse: die Wanderung reagierender Partikel unter dem Einfluss eines elektrischen Feldes zur Oberfläche der Elektrode und die Ladungsübertragung von Partikel zu Elektrode oder von Elektrode zu Partikel. Die Wanderung von Ionen wird durch ihre Mobilitäts- und Transportzahlen bestimmt. Der Prozess der Übertragung mehrerer elektrischer Ladungen erfolgt in der Regel in Form einer Abfolge von Einelektronenreaktionen, also stufenweise unter Bildung von Zwischenteilchen (Ionen oder Radikalen), die manchmal existieren einige Zeit an der Elektrode im adsorbierten Zustand.
Die Geschwindigkeit der Elektrodenreaktionen hängt ab von:
Elektrolytzusammensetzung
Elektrolytkonzentration
Elektrodenmaterial
Elektrodenpotential
Temperatur
hydrodynamische Bedingungen.
Die Stromdichte ist ein Maß für die Reaktionsgeschwindigkeit. Dabei handelt es sich um eine Vektorphysik, deren Modul durch das Verhältnis der Stromstärke (Anzahl der pro Zeiteinheit übertragenen elektrischen Ladungen) im Leiter zur Querschnittsfläche bestimmt wird.
Faradays Elektrolysegesetze sind quantitative Beziehungen, die auf elektrochemischen Untersuchungen basieren und helfen, die Masse der bei der Elektrolyse gebildeten Produkte zu bestimmen. In ihrer allgemeinsten Form sind die Gesetze wie folgt formuliert:
)Faradays erstes Gesetz der Elektrolyse: Die Masse einer Substanz, die sich während der Elektrolyse auf einer Elektrode ablagert, ist direkt proportional zur an diese Elektrode übertragenen Strommenge. Mit Elektrizitätsmenge meinen wir elektrische Ladung, die normalerweise in Coulomb gemessen wird.
2)Faradays zweites Elektrolysegesetz: Bei einer gegebenen Strommenge (elektrische Ladung) ist die Masse eines auf der Elektrode abgelagerten chemischen Elements direkt proportional zur äquivalenten Masse des Elements. Die Äquivalentmasse eines Stoffes ist seine Molmasse dividiert durch eine ganze Zahl, abhängig von der chemischen Reaktion, an der der Stoff beteiligt ist.
In mathematischer Form können die Faradayschen Gesetze wie folgt dargestellt werden:
Dabei ist m die Masse der auf der Elektrode abgelagerten Substanz in Gramm, die gesamte durch die Substanz fließende elektrische Ladung = 96.485,33(83) C mol?1 ist die Faraday-Konstante, die Molmasse der Substanz (z. B. die molare Masse von Wasser H2O = 18 g/mol), ist die Wertigkeitszahl der Ionen eines Stoffes (die Anzahl der Elektronen pro Ion).
Beachten Sie, dass M/z die äquivalente Masse der abgelagerten Substanz ist.
Für das erste Gesetz von Faraday sind M, F und z Konstanten. Je größer der Wert von Q ist, desto größer ist der Wert von m.
Für das zweite Gesetz von Faraday sind Q, F und z Konstanten. Je größer der M/z-Wert (äquivalente Masse) ist, desto größer ist der m-Wert.
Im einfachsten Fall führt die Gleichstromelektrolyse zu:
Im komplexeren Fall des elektrischen Wechselstroms ist die Gesamtladung Q des Stroms I( ?) wird über die Zeit summiert? :
wobei t die gesamte Elektrolysezeit ist.
In der Industrie wird der Elektrolyseprozess in speziellen Geräten – Elektrolyseuren – durchgeführt.
Industrielle Herstellung von Chlor
Derzeit wird Chlor hauptsächlich durch Elektrolyse wässriger Lösungen hergestellt, und zwar eines von
Die Rohstoffe für die elektrolytische Herstellung von Chlor sind hauptsächlich Lösungen von Kochsalz NaCl, die durch Auflösen von festem Salz gewonnen werden, oder natürliche Solen. Es gibt drei Arten von Salzvorkommen: fossiles Salz (etwa 99 % der Reserven); Salzseen mit Bodensedimenten aus selbstsedimentiertem Salz (0,77 %); Der Rest sind unterirdische Spaltungen. Kochsalzlösungen enthalten unabhängig vom Herstellungsweg Verunreinigungen, die den Elektrolyseprozess beeinträchtigen. Bei der Elektrolyse mit einer festen Kathode wirken sich vor allem die Calciumkationen Ca2+, Mg2+ und SO42-Anionen nachteilig aus, bei der Elektrolyse mit einer flüssigen Kathode hingegen Verunreinigungen von schwermetallhaltigen Verbindungen wie Chrom, Vanadium, Germanium und Molybdän.
Kristallines Salz für die Chlorelektrolyse muss die folgende Zusammensetzung (%) haben: Natriumchlorid nicht weniger als 97,5; Mg2+ nicht mehr als 0,05; unlösliches Sediment nicht mehr als 0,5; Ca2+ nicht mehr als 0,4; K+ nicht mehr als 0,02; SO42 – nicht mehr als 0,84; Luftfeuchtigkeit nicht mehr als 5; Beimischung von Schwermetallen (bestimmt durch Amalgamtest cm3 H2) nicht mehr als 0,3. Die Solereinigung erfolgt mit einer Lösung aus Soda (Na2CO3) und Kalkmilch (einer Suspension von Ca(OH)2 in Wasser). Zusätzlich zur chemischen Reinigung werden Lösungen durch Absetzen und Filtrieren von mechanischen Verunreinigungen befreit.
Die Elektrolyse von Kochsalzlösungen erfolgt in Bädern mit einer Kathode aus festem Eisen (oder Stahl) und mit Diaphragmen und Membranen in Bädern mit einer Kathode aus flüssigem Quecksilber. Industrielle Elektrolyseure, die zur Ausstattung moderner großer Chlorwerkstätten eingesetzt werden, müssen leistungsstark, einfach aufgebaut, kompakt sein sowie zuverlässig und stabil arbeiten.
Die Elektrolyse verläuft nach folgendem Schema:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
wobei Me ein Alkalimetall ist.
Bei der elektrochemischen Zersetzung von Speisesalz in Elektrolyseuren mit Festkörperelektroden kommt es zu folgenden grundlegenden, reversiblen und irreversiblen ionischen Reaktionen:
Dissoziation von Kochsalz- und Wassermolekülen (tritt im Elektrolyten auf)
NaCl-Na++Cl-
Oxidation von Chlorionen (an der Anode)
C1- - 2e- => C12
Reduktion von Wasserstoffionen und Wassermolekülen (an der Kathode)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-
Assoziation von Ionen zu einem Natriumhydroxidmolekül (in einem Elektrolyten)
Na+ + OH- - NaOH
Nützliche Produkte sind Natriumhydroxid, Chlor und Wasserstoff. Alle werden separat aus dem Elektrolyseur entnommen.
Reis. 5.1. Schema eines Membranelektrolyseurs
Der Hohlraum des Elektrolyseurs mit einer festen Kathode (Abb. 3) ist durch eine poröse unterteilt
Die ersten industriellen Elektrolyseure arbeiteten im Batch-Modus. Die darin enthaltenen Elektrolyseprodukte wurden durch ein Zementdiaphragma getrennt. Anschließend entstanden Elektrolyseure, bei denen glockenförmige Trennwände zur Trennung der Elektrolyseprodukte eingesetzt wurden. Im nächsten Schritt erschienen Elektrolyseure mit Durchflussmembran. Sie kombinierten das Gegenstromprinzip mit der Verwendung einer Trennmembran, die aus Asbestpappe hergestellt wurde. Als nächstes wurde ein Verfahren zur Herstellung einer Membran aus Asbestzellstoff entdeckt, das der Technologie der Papierindustrie entlehnt war. Diese Methode ermöglichte die Entwicklung von Elektrolyseuren für hohe Strombelastungen mit einer nicht entfernbaren kompakten Fingerkathode. Um die Lebensdauer der Asbestmembran zu erhöhen, wird vorgeschlagen, einige synthetische Materialien als Beschichtung oder Bindung in ihre Zusammensetzung einzubringen. Es wird auch vorgeschlagen, die Membranen komplett aus neuen Kunststoffen herzustellen. Es gibt Hinweise darauf, dass solche kombinierten Asbest-Kunststoff- oder speziell hergestellten Kunststoffmembranen eine Lebensdauer von bis zu 500 Tagen haben. Darüber hinaus werden spezielle Ionenaustauscherdiaphragmen entwickelt, die es ermöglichen, reine Natronlauge mit einem sehr geringen Natriumchloridgehalt zu gewinnen. Die Wirkung solcher Membranen beruht auf der Nutzung ihrer selektiven Eigenschaften für den Durchgang verschiedener Ionen.
Bei frühen Konstruktionen wurden die Kontaktstellen der Stromzuführungen zu den Graphitanoden aus dem Hohlraum des Elektrolyseurs nach außen verlegt. Anschließend wurden Methoden entwickelt, um die Kontaktteile der in den Elektrolyten eingetauchten Anoden zu schützen. Mit diesen Techniken wurden industrielle Elektrolyseure mit Bodenstromversorgung geschaffen, bei denen sich die Anodenkontakte im Hohlraum des Elektrolyseurs befinden. Sie werden heute überall zur Herstellung von Chlor und Natronlauge an einer Feststoffkathode eingesetzt.
Ein Strom gesättigter Kochsalzlösung (gereinigte Sole) fließt kontinuierlich in den Anodenraum des Membranelektrolyseurs. Durch den elektrochemischen Prozess wird an der Anode durch die Zersetzung von Speisesalz Chlor und an der Kathode durch die Zersetzung von Wasser Wasserstoff freigesetzt. Chlor und Wasserstoff werden getrennt voneinander aus dem Elektrolyseur entfernt, ohne sich zu vermischen. In diesem Fall wird die kathodennahe Zone mit Natriumhydroxid angereichert. Eine Lösung aus der kathodennahen Zone, sogenannte Elektrolytlauge, die unzersetztes Speisesalz (ungefähr die Hälfte der mit Sole zugeführten Menge) und Natriumhydroxid enthält, wird kontinuierlich aus dem Elektrolyseur entfernt. Im nächsten Schritt wird die Elektrolytflüssigkeit eingedampft und der NaOH-Gehalt darin gemäß der Norm auf 42-50 % eingestellt. Bei steigender Natriumhydroxidkonzentration fallen Speisesalz und Natriumsulfat aus.
Die NaOH-Lösung wird von den Kristallen dekantiert und als fertiges Produkt in ein Lager oder eine Laugenschmelzanlage überführt, um ein festes Produkt zu erhalten. Kristallines Speisesalz (Umkehrsalz) wird der Elektrolyse wieder zugeführt, wodurch die sogenannte Umkehrsole entsteht. Um die Anreicherung von Sulfat in Lösungen zu vermeiden, wird vor der Herstellung der Umkehrsole Sulfat daraus entfernt. Der Verlust an Speisesalz wird durch Zugabe von frischer Sole, die durch unterirdische Auslaugung von Salzschichten gewonnen wird, oder durch Auflösen von festem Speisesalz ausgeglichen. Vor der Vermischung mit der Rücklaufsole wird die frische Sole von mechanischen Suspensionen und einem erheblichen Anteil an Calcium- und Magnesiumionen gereinigt. Das entstehende Chlor wird vom Wasserdampf getrennt, komprimiert und entweder direkt an Verbraucher oder zur Chlorverflüssigung weitergeleitet. Wasserstoff wird vom Wasser getrennt, komprimiert und an Verbraucher weitergeleitet.
In einem Membranelektrolyseur laufen die gleichen chemischen Reaktionen ab wie in einem Membranelektrolyseur. Anstelle eines porösen Diaphragmas wird eine kationische Membran verwendet (Abb. 5).
Reis. 5.2. Schema eines Membranelektrolyseurs
Die Membran verhindert das Eindringen von Chlorionen in den Katholyten (Elektrolyt im Kathodenraum), wodurch Natronlauge nahezu salzfrei mit einer Konzentration von 30 bis 35 % direkt im Elektrolyseur gewonnen werden kann. Da keine Salzabtrennung erforderlich ist, lässt sich durch die Eindampfung viel einfacher und mit geringeren Kapital- und Energiekosten 50 % handelsübliche Natronlauge herstellen. Da Natronlauge im Membranverfahren eine wesentlich höhere Konzentration aufweist, wird als Kathode teures Nickel verwendet.
Reis. 5.3. Schema eines Quecksilberelektrolyseurs
Die Gesamtreaktion der Zersetzung von Speisesalz in Quecksilberelektrolyseuren ist die gleiche wie in Diaphragmaelektrolyseuren:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Allerdings erfolgt sie hier in zwei Stufen, jeweils in einer separaten Apparatur: einem Elektrolyseur und einem Zersetzer. Sie sind strukturell miteinander verbunden und werden als Elektrolytbad und manchmal auch als Quecksilberelektrolyseur bezeichnet.
In der ersten Phase des Prozesses – im Elektrolyseur – findet die elektrolytische Zersetzung von Speisesalz statt (seine gesättigte Lösung wird dem Elektrolyseur zugeführt), um an der Anode Chlor und an der Quecksilberkathode Natriumamalgam gemäß der folgenden Reaktion zu erzeugen :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
Der Zersetzer durchläuft die zweite Prozessstufe, in der Natriumamalgam unter dem Einfluss von Wasser in Natriumhydroxid und Quecksilber umgewandelt wird:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
Von dem gesamten Salz, das mit Sole in den Elektrolyseur eingespeist wird, gehen nur 15–20 % der zugeführten Menge in die Reaktion (2) ein, und der Rest des Salzes verlässt zusammen mit Wasser den Elektrolyseur in Form von Chloranolyt – einer Lösung von Speisesalz in Wasser mit 250-270 kg/m3 NaCl, gesättigt mit Chlor. Das aus dem Elektrolyseur austretende „starke Amalgam“ und Wasser werden dem Zersetzer zugeführt.
Der Elektrolyseur besteht in allen verfügbaren Ausführungen aus einem langen und relativ schmalen, leicht geneigten Stahlgraben, an dessen Boden durch die Schwerkraft eine dünne Amalgamschicht, die Kathode, fließt und oben Anolyt fließt. Sole und schwaches Amalgam werden von der oberen erhöhten Kante des Elektrolyseurs durch die „Einlasstasche“ zugeführt.
Vom unteren Ende des Elektrolyseurs fließt starkes Amalgam durch die „Auslasstasche“. Chlor und Chloranolyt treten gemeinsam durch ein Rohr aus, das sich ebenfalls am unteren Ende des Elektrolyseurs befindet. Anoden werden über dem gesamten Amalgamströmungsspiegel oder der Kathode in einem Abstand von 3–5 mm von der Kathode aufgehängt. Die Oberseite des Elektrolyseurs ist mit einem Deckel abgedeckt.
Zwei Arten von Zersetzern sind üblich: horizontale und vertikale. Die ersten bestehen aus einer geneigten Stahlrutsche mit der gleichen Länge wie der Elektrolyseur. Am Boden des Zersetzers, der leicht schräg eingebaut ist, fließt ein Amalgamstrom entlang. In diese Strömung taucht eine Zersetzerdüse aus Graphit ein. Wasser bewegt sich im Gegenstrom. Durch die Zersetzung des Amalgams wird das Wasser mit Lauge gesättigt. Die ätzende Lösung verlässt zusammen mit Wasserstoff den Zersetzer durch ein Rohr im Boden, und das schlechte Amalgam oder Quecksilber wird in die Zelltasche gepumpt.
Zusätzlich zu Elektrolyseur, Zersetzer, Taschen und Transferleitungen enthält das Elektrolysebad-Set eine Quecksilberpumpe. Es werden zwei Arten von Pumpen verwendet. In Fällen, in denen die Bäder mit einem vertikalen Fermenter ausgestattet sind oder in denen der Fermenter unter dem Elektrolyseur installiert ist, werden herkömmliche Tauchkreiselpumpen verwendet, die in den Fermenter abgesenkt werden. Bei Bädern, in denen der Zersetzer neben dem Elektrolyseur installiert ist, wird das Amalgam mit einer konischen Rotationspumpe des Originaltyps gepumpt.
Alle Stahlteile des Elektrolyseurs, die mit Chlor oder Chloranolyt in Berührung kommen, sind durch eine spezielle vulkanisierte Gummibeschichtung (Gummierung) geschützt. Die schützende Gummischicht ist nicht vollständig widerstandsfähig. Mit der Zeit wird es chloriert und aufgrund der Temperatur spröde und rissig. In regelmäßigen Abständen wird die Schutzschicht erneuert. Alle anderen Teile des Elektrolysebades: Zersetzer, Pumpe, Überläufe bestehen aus ungeschütztem Stahl, da weder Wasserstoff noch Laugen es angreifen.
Derzeit werden Graphitanoden in Quecksilberelektrolyseuren am häufigsten verwendet. Sie werden jedoch durch ORTA ersetzt.
6.Sicherheitsvorkehrungen bei der Chlorproduktion
und Umweltschutz
Die Gefahr für das Personal bei der Herstellung von Chlor wird durch die hohe Toxizität von Chlor und Quecksilber, die Möglichkeit der Bildung explosiver Gasgemische aus Chlor und Wasserstoff, Wasserstoff und Luft sowie Lösungen von Stickstofftrichlorid in flüssigem Chlor in der Ausrüstung bestimmt , die Verwendung bei der Herstellung von Elektrolyseuren – Geräten, die sich auf einem gegenüber der Erde erhöhten elektrischen Potential befinden, die Eigenschaften des bei dieser Produktion erzeugten Ätzalkalis.
Das Einatmen von Luft mit 0,1 mg/l Chlor über 30-60 Minuten ist lebensgefährlich. Das Einatmen von Luft, die mehr als 0,001 mg/l Chlor enthält, reizt die Atemwege. Maximal zulässige Konzentration (MPC) von Chlor in der Luft besiedelter Gebiete: durchschnittlich täglich 0,03 mg/m3, maximal einmalig 0,1 mg/m3, in der Luft des Arbeitsbereichs von Industriegebäuden beträgt 1 mg/m3, Geruch Wahrnehmungsschwelle 2 mg/m3. Bei einer Konzentration von 3-6 mg/m3 ist ein deutlicher Geruch zu spüren, es treten Reizungen (Rötungen) der Augen und Nasenschleimhäute auf, bei 15 mg/m3 - Reizungen des Nasopharynx, bei 90 mg/m3 - starke Hustenanfälle . Eine Exposition gegenüber 120 – 180 mg/m3 für 30 – 60 Minuten ist lebensgefährlich, bei 300 mg/m3 ist der Tod möglich, eine Konzentration von 2500 mg/m3 führt innerhalb von 5 Minuten zum Tod, bei einer Konzentration von 3000 mg/m3 zum Tod tritt nach ein paar Atemzügen auf. Die maximal zulässige Chlorkonzentration zum Filtern von industriellen und zivilen Gasmasken beträgt 2500 mg/m3.
Das Vorhandensein von Chlor in der Luft wird durch chemische Aufklärungsgeräte bestimmt: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV mit Indikatorröhrchen IT-44 (rosa Farbe, Empfindlichkeitsschwelle 5 mg/m3), IT-45 (orange Farbe), Aspiratoren AM- 5, AM- 0055, AM-0059, NP-3M mit Indikatorrohren für Chlor, universeller Gasanalysator UG-2 mit einem Messbereich von 0-80 mg/m3, Gasdetektor „Kolion-701“ im Bereich von 0- 20 mg/m3. Im offenen Raum – mit SIP „KORSAR-X“-Geräten. Im Innenbereich – mit SIP „VEGA-M“-Geräten. Zum Schutz vor Chlor bei Störungen oder Notsituationen müssen alle Personen in den Werkstätten Gasmasken der Marken „B“ oder „BKF“ (außer Quecksilberelektrolyse-Werkstätten) sowie Schutzkleidung aus Stoff oder Stoff haben und umgehend verwenden gummierte Anzüge, Gummistiefel und Fäustlinge. Kartons mit Anti-Chlor-Gasmasken sollten gelb gestrichen sein.
Quecksilber ist giftiger als Chlor. Die maximal zulässige Konzentration seiner Dämpfe in der Luft beträgt 0,00001 mg/l. Es wirkt sich auf den menschlichen Körper durch Einatmen und Kontakt mit der Haut sowie durch Kontakt mit amalgamierten Gegenständen aus. Seine Dämpfe und Spritzer werden von Kleidung, Haut und Zähnen adsorbiert (absorbiert). Gleichzeitig verdampft Quecksilber bei hoher Temperatur leicht; in der Elektrolysewerkstatt vorhanden ist und die Konzentration seiner Dämpfe in der Luft den zulässigen Höchstwert bei weitem übersteigt. Daher sind Elektrolysehallen mit Flüssigkathode mit einer leistungsstarken Belüftung ausgestattet, die im Normalbetrieb für eine akzeptable Quecksilberdampfkonzentration in der Werkstattatmosphäre sorgt. Für einen sicheren Betrieb reicht dies jedoch nicht aus. Auch die sogenannte Quecksilberdisziplin ist zu beachten: Befolgen Sie die Regeln für den Umgang mit Quecksilber. Anschließend durchläuft das Personal vor Arbeitsbeginn einen Hygienekontrollpunkt, in dessen Reinraum es seine Hauskleidung abgibt und frisch gewaschene Wäsche, also Spezialkleidung, anzieht. Am Ende der Schicht werden Oberbekleidung und schmutzige Wäsche im Schmutzbereich des Sanitärkontrollraums zurückgelassen, und die Arbeiter duschen, putzen sich die Zähne und ziehen Haushaltsgegenstände im Reinraum des Sanitärkontrollraums an.
In Werkstätten, in denen mit Chlor und Quecksilber gearbeitet wird, sollten Sie eine Gasmaske der Marke „G“ (die Gasmaskenbox ist schwarz und gelb lackiert) und Gummihandschuhe tragen. Die Regeln der „Quecksilberdisziplin“ schreiben vor, dass mit Quecksilber und Amalgam gearbeitet wird Oberflächen sollten nur unter einer Wasserschicht ausgeführt werden; Verschüttetes Quecksilber sollte sofort in den Abfluss gespült werden, wo sich Quecksilberfallen befinden.
Die Umwelt wird durch Emissionen von Chlor und Quecksilberdampf in die Atmosphäre, Einleitungen von Quecksilbersalzen und Quecksilbertröpfchen, aktivchlorhaltigen Verbindungen ins Abwasser und Bodenvergiftung durch Quecksilberschlamm gefährdet. Bei Unfällen gelangt Chlor über Lüftungsemissionen und Abgase verschiedener Geräte in die Atmosphäre. Quecksilberdampf wird mit der Luft aus Lüftungsanlagen ausgetragen. Die Norm für den Chlorgehalt der Luft bei Freisetzung in die Atmosphäre beträgt 0,03 mg/m3. Diese Konzentration kann erreicht werden, wenn eine alkalische mehrstufige Abgaswäsche eingesetzt wird. Der Quecksilbergehalt in der Luft beträgt bei Freisetzung in die Atmosphäre 0,0003 mg/m3 und im Abwasser bei Einleitung in Gewässer 4 mg/m3.
Neutralisieren Sie Chlor mit den folgenden Lösungen:
Kalkmilch, bei der 1 Gewichtsteil gelöschter Kalk in 3 Teile Wasser gegossen, gründlich gemischt und dann die Kalklösung darüber gegossen wird (z. B. 10 kg gelöschter Kalk + 30 Liter Wasser);
5 %ige wässrige Lösung von Soda, für die 2 Gewichtsteile Soda unter Mischen mit 18 Teilen Wasser gelöst werden (z. B. 5 kg Soda + 95 Liter Wasser);
Eine 5 %ige wässrige Lösung von Natronlauge, bei der 2 Gewichtsteile Natronlauge unter Mischen mit 18 Teilen Wasser gelöst werden (z. B. 5 kg Natronlauge + 95 Liter Wasser).
Wenn Chlorgas austritt, wird Wasser versprüht, um den Dampf zu löschen. Der Wasserverbrauch ist nicht standardisiert.
Wenn flüssiges Chlor ausläuft, wird die Austrittsstelle mit einem Erdwall umzäunt und mit Kalkmilch, einer Lösung aus Soda, Natronlauge oder Wasser gefüllt. Um 1 Tonne flüssiges Chlor zu neutralisieren, werden 0,6–0,9 Tonnen Wasser oder 0,5–0,8 Tonnen Lösungen benötigt. Um 1 Tonne flüssiges Chlor zu neutralisieren, werden 22–25 Tonnen Lösungen oder 333–500 Tonnen Wasser benötigt.
Zum Versprühen von Wasser oder Lösungen werden Bewässerungs- und Löschfahrzeuge, automatische Tankstellen (ATs, PM-130, ARS-14, ARS-15) sowie Hydranten und spezielle Systeme verwendet, die in chemisch gefährlichen Einrichtungen vorhanden sind.
Abschluss
Da die durch Labormethoden gewonnenen Chlormengen im Vergleich zur stetig wachsenden Nachfrage nach diesem Produkt vernachlässigbar sind, macht eine vergleichende Analyse darüber keinen Sinn.
Von den elektrochemischen Produktionsmethoden ist die Elektrolyse mit einer flüssigen (Quecksilber-)Kathode die einfachste und bequemste, aber diese Methode ist nicht ohne Nachteile. Es verursacht erhebliche Umweltschäden durch Verdunstung und Austritt von metallischem Quecksilber und Chlorgas.
Elektrolyseure mit Feststoffkathode eliminieren das Risiko einer Umweltverschmutzung durch Quecksilber. Bei der Wahl zwischen Membran- und Membranelektrolyseuren für neue Produktionsanlagen ist die Verwendung letzterer vorzuziehen, da sie wirtschaftlicher sind und die Möglichkeit bieten, ein Endprodukt mit höherer Qualität zu erhalten.
Literaturverzeichnis
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(nach Pauling)
/cm³
Chlor (χλωρός - grün) - ein Element der Hauptuntergruppe der siebten Gruppe, der dritten Periode des Periodensystems der chemischen Elemente von D. I. Mendeleev, mit der Ordnungszahl 17. Gekennzeichnet durch das Symbol Cl (lat. Chlorum). Chemisch aktives Nichtmetall. Es gehört zur Gruppe der Halogene (ursprünglich wurde der Name „Halogen“ vom deutschen Chemiker Schweiger für Chlor verwendet [wörtlich wird „Halogen“ mit Salz übersetzt), aber es setzte sich nicht durch und wurde später in der Gruppe VII verbreitet von Elementen, zu denen auch Chlor gehört).
Der einfache Stoff Chlor (CAS-Nummer: 7782-50-5) ist unter normalen Bedingungen ein giftiges Gas von gelbgrüner Farbe mit stechendem Geruch. Zweiatomiges Chlormolekül (Formel Cl2).
Chloratomdiagramm
Chlor wurde erstmals 1772 von Scheele gewonnen, der seine Freisetzung bei der Wechselwirkung von Pyrolusit mit Salzsäure in seiner Abhandlung über Pyrolusit beschrieb:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele bemerkte den Geruch von Chlor, ähnlich dem von Königswasser, seine Fähigkeit, mit Gold und Zinnober zu reagieren, und seine bleichenden Eigenschaften.
Scheele schlug jedoch in Übereinstimmung mit der damals in der Chemie vorherrschenden Phlogiston-Theorie vor, dass Chlor dephlogistisierte Salzsäure, also das Oxid der Salzsäure, sei. Berthollet und Lavoisier vermuteten, dass Chlor ein Oxid des Elements Muria ist, doch Versuche, es zu isolieren, blieben erfolglos, bis Davy es schaffte, Speisesalz durch Elektrolyse in Natrium und Chlor zu zerlegen.
Verbreitung in der Natur
In der Natur kommen zwei Chlorisotope vor: 35 Cl und 37 Cl. In der Erdkruste ist Chlor das am häufigsten vorkommende Halogen. Chlor ist sehr aktiv – es verbindet sich direkt mit fast allen Elementen des Periodensystems. Daher kommt es in der Natur nur in Form von Verbindungen in den Mineralien vor: Halit NaCl, Sylvit KCl, Sylvinit KCl NaCl, Bischofit MgCl 2 6H2O, Carnallit KCl MgCl 2 6H 2 O, Kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. Der größte Chlorreserven sind in den Salzen der Gewässer der Meere und Ozeane enthalten.
Chlor macht 0,025 % der Gesamtzahl der Atome in der Erdkruste aus, die Clarke-Zahl von Chlor beträgt 0,19 % und der menschliche Körper enthält 0,25 Massen-% Chlorionen. Im menschlichen und tierischen Körper kommt Chlor hauptsächlich in interzellulären Flüssigkeiten (einschließlich Blut) vor und spielt eine wichtige Rolle bei der Regulierung osmotischer Prozesse sowie bei Prozessen, die mit der Funktion von Nervenzellen verbunden sind.
Isotopenzusammensetzung
In der Natur kommen zwei stabile Chlorisotope vor: mit der Massenzahl 35 und 37. Ihr Gehalt beträgt 75,78 % bzw. 24,22 %.
| Isotop | Relative Masse, a.m.u. | Halbwertszeit | Art des Verfalls | Kernspin |
|---|---|---|---|---|
| 35 Cl | 34.968852721 | Stabil | — | 3/2 |
| 36 Cl | 35.9683069 | 301000 Jahre | β-Zerfall in 36 Ar | 0 |
| 37 Cl | 36.96590262 | Stabil | — | 3/2 |
| 38 Cl | 37.9680106 | 37,2 Minuten | β-Zerfall in 38 Ar | 2 |
| 39 Cl | 38.968009 | 55,6 Minuten | β-Zerfall zu 39 Ar | 3/2 |
| 40 Cl | 39.97042 | 1,38 Minuten | β-Zerfall in 40 Ar | 2 |
| 41Cl | 40.9707 | 34 s | β-Zerfall in 41 Ar | |
| 42Cl | 41.9732 | 46,8 s | β-Zerfall in 42 Ar | |
| 43Cl | 42.9742 | 3,3 s | β-Zerfall in 43 Ar |
Physikalische und physikalisch-chemische Eigenschaften
Unter normalen Bedingungen ist Chlor ein gelbgrünes Gas mit erstickendem Geruch. Einige seiner physikalischen Eigenschaften sind in der Tabelle aufgeführt.
Einige physikalische Eigenschaften von Chlor
| Eigentum | Bedeutung |
|---|---|
| Siedetemperatur | −34 °C |
| Schmelztemperatur | −101 °C |
| Zersetzungstemperatur (Dissoziationen in Atome) |
~1400°С |
| Dichte (Gas, n.s.) | 3,214 g/l |
| Elektronenaffinität eines Atoms | 3,65 eV |
| Erste Ionisierungsenergie | 12,97 eV |
| Wärmekapazität (298 K, Gas) | 34,94 (J/mol K) |
| Kritische Temperatur | 144 °C |
| Kritischer Druck | 76 atm |
| Standardbildungsenthalpie (298 K, Gas) | 0 (kJ/mol) |
| Standardbildungsentropie (298 K, Gas) | 222,9 (J/mol K) |
| Schmelzenthalpie | 6,406 (kJ/mol) |
| Siedeenthalpie | 20,41 (kJ/mol) |
Beim Abkühlen wird Chlor bei einer Temperatur von etwa 239 K flüssig und kristallisiert dann unterhalb von 113 K zu einem orthorhombischen Gitter mit Raumgruppe Cmca und Parameter a=6,29, b=4,50, c=8,21. Unterhalb von 100 K wird die orthorhombische Modifikation von kristallinem Chlor tetragonal und weist eine Raumgruppe auf P4 2/ncm und Gitterparameter a=8,56 und c=6,12.
Löslichkeit
| Lösungsmittel | Löslichkeit g/100 g |
|---|---|
| Benzol | Lasst uns auflösen |
| Wasser (0 °C) | 1,48 |
| Wasser (20 °C) | 0,96 |
| Wasser (25 °C) | 0,65 |
| Wasser (40 °C) | 0,46 |
| Wasser (60°C) | 0,38 |
| Wasser (80 °C) | 0,22 |
| Tetrachlorkohlenstoff (0 °C) | 31,4 |
| Tetrachlorkohlenstoff (19 °C) | 17,61 |
| Tetrachlorkohlenstoff (40 °C) | 11 |
| Chloroform | Gut löslich |
| TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 | Lasst uns auflösen |
Im Licht oder bei Erhitzung reagiert es nach einem Radikalmechanismus aktiv (manchmal mit Explosion) mit Wasserstoff. Gemische aus Chlor und Wasserstoff, die 5,8 bis 88,3 % Wasserstoff enthalten, explodieren bei Bestrahlung unter Bildung von Chlorwasserstoff. Ein Gemisch aus Chlor und Wasserstoff in geringer Konzentration brennt mit farbloser oder gelbgrüner Flamme. Maximale Temperatur der Wasserstoff-Chlor-Flamme 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (Bsp.) → 2ClF 3
Andere Eigenschaften
Cl 2 + CO → COCl 2Beim Auflösen in Wasser oder Alkalien dismutiert Chlor und bildet Hypochlorsäure (und beim Erhitzen Perchlorsäure) und Salzsäure oder deren Salze:
Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO 3Cl 2 + 6NaOH → 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O Cl 2 + Ca(OH) 2 → CaCl(OCl) + H 2 O 4NH 3 + 3Cl 2 → NCl 3 + 3NH 4 Cl
Oxidierende Eigenschaften von Chlor
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SReaktionen mit organischen Substanzen
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClBindet sich über Mehrfachbindungen an ungesättigte Verbindungen:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Aromatische Verbindungen ersetzen in Gegenwart von Katalysatoren (z. B. AlCl 3 oder FeCl 3) ein Wasserstoffatom durch Chlor:
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Chlorverfahren zur Herstellung von Chlor
Industrielle Methoden
Ursprünglich basierte die industrielle Methode zur Herstellung von Chlor auf der Scheele-Methode, also der Reaktion von Pyrolusit mit Salzsäure:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Anode: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Kathode: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-
Da die Elektrolyse von Wasser parallel zur Elektrolyse von Natriumchlorid erfolgt, kann die Gesamtgleichung wie folgt ausgedrückt werden:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Zur Herstellung von Chlor kommen drei Varianten des elektrochemischen Verfahrens zum Einsatz. Zwei davon sind die Elektrolyse mit einer festen Kathode: Diaphragma- und Membranverfahren, die dritte ist die Elektrolyse mit einer flüssigen Kathode (Quecksilberherstellungsverfahren). Unter den elektrochemischen Produktionsmethoden ist die Elektrolyse mit einer Quecksilberkathode die einfachste und bequemste Methode, diese Methode verursacht jedoch erhebliche Umweltschäden durch Verdunstung und Austritt von metallischem Quecksilber.
Membranmethode mit Feststoffkathode
Der Hohlraum des Elektrolyseurs ist durch eine poröse Asbesttrennwand – ein Diaphragma – in Kathoden- und Anodenräume unterteilt, in denen sich jeweils die Kathode und die Anode des Elektrolyseurs befinden. Daher wird ein solcher Elektrolyseur oft als Diaphragma bezeichnet, und das Herstellungsverfahren ist die Diaphragmaelektrolyse. Ein Strom gesättigter Anolytlösung (NaCl-Lösung) fließt kontinuierlich in den Anodenraum des Diaphragma-Elektrolyseurs. Durch den elektrochemischen Prozess wird an der Anode durch die Zersetzung von Halit Chlor und an der Kathode durch die Zersetzung von Wasser Wasserstoff freigesetzt. In diesem Fall wird die kathodennahe Zone mit Natriumhydroxid angereichert.
Membranmethode mit Feststoffkathode
Die Membranmethode ähnelt im Wesentlichen der Diaphragmamethode, jedoch sind Anoden- und Kathodenraum durch eine Kationenaustauscher-Polymermembran getrennt. Die Membranherstellungsmethode ist effizienter als die Membranmethode, aber schwieriger in der Anwendung.
Quecksilbermethode mit Flüssigkathode
Der Prozess wird in einem Elektrolytbad durchgeführt, das aus einem Elektrolyseur, einem Zersetzer und einer Quecksilberpumpe besteht, die durch Kommunikation miteinander verbunden sind. Im Elektrolytbad zirkuliert Quecksilber unter der Wirkung einer Quecksilberpumpe und durchläuft einen Elektrolyseur und einen Zersetzer. Die Kathode des Elektrolyseurs ist ein Quecksilberstrom. Anoden - Graphit oder verschleißarm. Zusammen mit Quecksilber fließt kontinuierlich ein Anolytstrom – eine Natriumchloridlösung – durch den Elektrolyseur. Durch die elektrochemische Zersetzung von Chlorid entstehen an der Anode Chlormoleküle und an der Kathode löst sich das freigesetzte Natrium in Quecksilber und bildet ein Amalgam.
Labormethoden
In Laboratorien werden zur Herstellung von Chlor üblicherweise Verfahren eingesetzt, die auf der Oxidation von Chlorwasserstoff mit starken Oxidationsmitteln (z. B. Mangan(IV)-oxid, Kaliumpermanganat, Kaliumdichromat) basieren:
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
Chlorspeicher
Das erzeugte Chlor wird in speziellen „Tanks“ gelagert oder in Hochdruck-Stahlflaschen gepumpt. Flaschen mit flüssigem Chlor unter Druck haben eine besondere Farbe – Sumpffarbe. Es ist zu beachten, dass sich bei längerem Gebrauch von Chlorflaschen extrem explosives Stickstofftrichlorid in ihnen ansammelt und Chlorflaschen daher von Zeit zu Zeit einer routinemäßigen Reinigung und Reinigung von Stickstoffchlorid unterzogen werden müssen.
Qualitätsstandards für Chlor
Gemäß GOST 6718-93 „Flüssiges Chlor. „Technische Spezifikationen“ werden folgende Chlorqualitäten hergestellt
Anwendung
Chlor wird in vielen Industrien, der Wissenschaft und im Haushalt verwendet:
- Bei der Herstellung von Polyvinylchlorid, Kunststoffverbindungen und synthetischem Kautschuk werden Drahtisolierungen, Fensterprofile, Verpackungsmaterialien, Kleidung und Schuhe, Linoleum und Schallplatten, Lacke, Geräte und Schaumstoffe, Spielzeug, Instrumententeile und Baumaterialien hergestellt. Polyvinylchlorid wird durch Polymerisation von Vinylchlorid hergestellt, das heute am häufigsten aus Ethylen nach der Chlor-ausgeglichenen Methode über das Zwischenprodukt 1,2-Dichlorethan hergestellt wird.
- Die bleichenden Eigenschaften von Chlor sind seit langem bekannt, allerdings „bleicht“ nicht Chlor selbst, sondern atomarer Sauerstoff, der beim Abbau von unterchloriger Säure entsteht: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Diese Methode zum Bleichen von Stoffen, Papier und Pappe wird seit mehreren Jahrhunderten verwendet.
- Herstellung von chlororganischen Insektiziden – Substanzen, die für Nutzpflanzen schädliche Insekten abtöten, aber für Pflanzen unbedenklich sind. Ein erheblicher Teil des produzierten Chlors wird für die Gewinnung von Pflanzenschutzmitteln verbraucht. Eines der wichtigsten Insektizide ist Hexachlorcyclohexan (oft Hexachloran genannt). Diese Substanz wurde erstmals 1825 von Faraday synthetisiert, praktische Anwendung fand sie jedoch erst mehr als 100 Jahre später – in den 30er Jahren unseres Jahrhunderts.
- Es wurde als chemischer Kampfstoff sowie zur Herstellung anderer chemischer Kampfstoffe verwendet: Senfgas, Phosgen.
- Wasser desinfizieren – „Chlorierung“. Die gebräuchlichste Methode zur Desinfektion von Trinkwasser; basiert auf der Fähigkeit von freiem Chlor und seinen Verbindungen, die Enzymsysteme von Mikroorganismen zu hemmen, die Redoxprozesse katalysieren. Zur Desinfektion von Trinkwasser werden verwendet: Chlor, Chlordioxid, Chloramin und Bleichmittel. SanPiN 2.1.4.1074-01 legt folgende Grenzwerte (Korridor) des zulässigen Gehalts an freiem Restchlor im Trinkwasser der zentralen Wasserversorgung fest: 0,3 – 0,5 mg/l. Eine Reihe von Wissenschaftlern und sogar Politikern in Russland kritisieren das Konzept der Chlorierung von Leitungswasser, können jedoch keine Alternative zur desinfizierenden Wirkung von Chlorverbindungen anbieten. Die Materialien, aus denen Wasserpfeifen bestehen, reagieren unterschiedlich auf chloriertes Leitungswasser. Freies Chlor im Leitungswasser verkürzt die Lebensdauer von Rohrleitungen auf Polyolefinbasis erheblich: verschiedene Arten von Polyethylenrohren, darunter vernetztes Polyethylen, große Rohre, bekannt als PEX (PE-X). Um die Zulassung von Rohrleitungen aus Polymermaterialien für den Einsatz in Wasserversorgungssystemen mit chloriertem Wasser zu kontrollieren, mussten die USA drei Normen übernehmen: ASTM F2023 in Bezug auf Rohre, Membranen und Skelettmuskeln. Diese Kanäle erfüllen wichtige Funktionen bei der Regulierung des Flüssigkeitsvolumens, des transepithelialen Ionentransports und der Stabilisierung von Membranpotentialen und sind an der Aufrechterhaltung des Zell-pH beteiligt. Chlor reichert sich im viszeralen Gewebe, in der Haut und in der Skelettmuskulatur an. Chlor wird hauptsächlich im Dickdarm aufgenommen. Die Aufnahme und Ausscheidung von Chlor steht in engem Zusammenhang mit Natriumionen und Bikarbonaten und in geringerem Maße mit Mineralokortikoiden und der Na + /K + -ATPase-Aktivität. 10–15 % des gesamten Chlors reichern sich in den Zellen an, davon 1/3 bis 1/2 in den roten Blutkörperchen. Etwa 85 % des Chlors befinden sich im Extrazellulärraum. Chlor wird aus dem Körper hauptsächlich über den Urin (90–95 %), den Kot (4–8 %) und die Haut (bis zu 2 %) ausgeschieden. Die Ausscheidung von Chlor ist mit Natrium- und Kaliumionen und umgekehrt mit HCO 3 verbunden (Säure-Basen-Gleichgewicht).
Ein Mensch nimmt täglich 5-10 g NaCl zu sich. Der Mindestbedarf des Menschen an Chlor beträgt etwa 800 mg pro Tag. Die benötigte Menge Chlor erhält das Baby über die Muttermilch, die 11 mmol/l Chlor enthält. NaCl ist für die Produktion von Salzsäure im Magen notwendig, die die Verdauung fördert und krankheitserregende Bakterien abtötet. Derzeit ist die Beteiligung von Chlor an der Entstehung bestimmter Krankheiten beim Menschen nicht ausreichend untersucht, was hauptsächlich auf die geringe Anzahl von Studien zurückzuführen ist. Es genügt zu sagen, dass nicht einmal Empfehlungen zur täglichen Chloraufnahme entwickelt wurden. Menschliches Muskelgewebe enthält 0,20–0,52 % Chlor, Knochengewebe – 0,09 %; im Blut - 2,89 g/l. Der Körper eines durchschnittlichen Menschen (Körpergewicht 70 kg) enthält 95 g Chlor. Jeden Tag nimmt ein Mensch 3-6 g Chlor über die Nahrung auf, was den Bedarf an diesem Element mehr als deckt.
Chlorionen sind für Pflanzen lebenswichtig. Chlor ist am Energiestoffwechsel in Pflanzen beteiligt, indem es die oxidative Phosphorylierung aktiviert. Es ist für die Bildung von Sauerstoff während der Photosynthese durch isolierte Chloroplasten notwendig und stimuliert Hilfsprozesse der Photosynthese, vor allem solche, die mit der Energieakkumulation verbunden sind. Chlor wirkt sich positiv auf die Aufnahme von Sauerstoff-, Kalium-, Kalzium- und Magnesiumverbindungen durch die Wurzeln aus. Eine übermäßige Konzentration von Chlorionen in Pflanzen kann auch eine negative Seite haben, z. B. den Chlorophyllgehalt verringern, die Aktivität der Photosynthese verringern, das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen (Baskunchak Chlor) verzögern. Chlor war eines der ersten verwendeten chemischen Mittel
— Verwendung von analytischen Laborgeräten, Labor- und Industrieelektroden, insbesondere: Referenzelektroden ESR-10101, die den Gehalt an Cl- und K+ analysieren.
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Wechselwirkung, Vergiftung, Wasser, Reaktionen und Produktion von Chlor
- Oxid
- Lösung
- Säuren
- Verbindungen
- Eigenschaften
- Definition
- Dioxid
- Formel
- Gewicht
- aktiv
- flüssig
- Substanz
- Anwendung
- Aktion
- Oxidationszustand
- Hydroxid
(Chlorum; aus dem Griechischen – gelbgrün), Cl – chemisch. Element der Gruppe VII des Periodensystems der Elemente; bei. N. 17, um. m. 35.453. Gelbgrünes Gas mit stechendem Geruch. In Verbindungen weist es Oxidationsstufen auf - 1, + 1, +3, + 5 und + 7. Die stabilsten Verbindungen sind X. mit extremen Oxidationsstufen: - 1 und + 7. Natürliches X. besteht aus den Isotopen 35Cl (75,53 % ) und 37Сl (24,47%). Es sind sieben radioaktive Isotope mit den Massenzahlen 32–40 und zwei Isomere bekannt; das langlebigste Isotop 36Cl mit einer Halbwertszeit von 3,08 x 10 5 Jahren (Beta-Zerfall, Elektroneneinfang). X. wurde 1774 vom schwedischen Chemiker K. Scheele entdeckt und 1810 von den Engländern isoliert. Chemiker G. Davy.
Der Chlorgehalt in der Erdkruste beträgt 4,5 x 10-2 %. Es gibt Kap. arr. im Meerwasser (bis zu 2 % Chloride), in Form von Ablagerungen aus Steinsalz NaCl, Sylvit, Carnallit, Bischofit MgCl2x6H20 und Kainit KMg 3H20. Grundlegende körperliche Konstanten des elementaren X. Schmelzpunkt -101,6° C; Siedepunkt - 34,6° C; Dichte der Flüssigkeit X. (am Siedepunkt) 1,56 g/cm3; Schmelzwärme 1,62 kcal/mol; Verdampfungswärme (am Siedepunkt) 4,42 kcal/mol. X. verbindet sich direkt mit den meisten Nichtmetallen (außer Kohlenstoff)
Abhängigkeit der Spannung des Beginns und der Ausbreitung des Sprödbruchs von der Temperatur, die die Kältebeständigkeit von Baustählen bei kritischen Temperaturen charakterisiert: 1 - Streckgrenze; 2 - Eintritt der Zerstörung; h – Ausbreitung der Zerstörung; t > t1 – Bereich der duktilen Zerstörung; t2< t < t1, - область квазихрупких разрушений; t < t2-область хрупких разрушений. да, азота и кислорода)и с подавляющим большинством металлов.
Manchmal reagiert Chlor in Gegenwart von Feuchtigkeitsspuren mit Metallen. Trockenes Chlor interagiert nicht mit Eisen und kann daher in Stahlflaschen gelagert werden. Oberhalb einer Temperatur von 540 °C ist kein Metall mehr gegen X. beständig (bei dieser Temperatur beginnen die beständigsten gegen gasförmiges X., Metalle mit hohem Nickelgehalt wie Inconel, zu korrodieren). Löslich in Wasser (2 Volumina pro 1 Volumen Wasser bei einer Temperatur von 25 °C) und hydrolysiert teilweise unter Bildung einer Lösung aus Hypochlorsäure und Salzsäure. Von den Verbindungen von X. mit Nichtmetallen ist HCl-Chlorid die wichtigste, die durch direkte Wechselwirkung (im Licht) von Chlor mit Wasserstoff oder unter dem Einfluss starker Mineralien, Säuren (zum Beispiel H2SO4) auf Metall entsteht Verbindungen mit Chlor (zum Beispiel NaCl) und ist auch ein Nebenprodukt, wenn man Plural erhält. Organochlorverbindungen. Chlorid ist ein farbloses Gas und interagiert im trockenen Zustand nicht mit den meisten Metallen und deren Oxiden. Es löst sich sehr gut in Wasser (426 Volumen HCl in 1 Volumen Wasser bei einer Temperatur von 25 °C) und bildet eine Salzsäure.
Da Salzsäure sehr stark ist, interagiert sie mit allen elektronegativen Metallen (die in der elektrochemischen Spannungsreihe über Wasserstoff stehen). Auch in nichtwässrigen Lösungen von Chlorwasserstoff (z. B. in Acetonitril) können bestimmte elektropositive Stoffe (z. B. ) korrodieren. Chlor interagiert nicht direkt mit Sauerstoff. Cl20, ClO2, Cl206 und Cl207 können indirekt gewonnen werden, was den Säuren HClO – unterchlorig (Salze – Hypochlorite), HClO2 – Chlorid (Salze –), HClO3 – unterchlorig (Salze – Chlorate) und HClO4 – perchlorig (Salze – Perchlorate) entspricht ). Hypochlor- und Chloridverbindungen sind instabil und kommen nur in verdünnten wässrigen Lösungen vor. Alle Chlore sind starke Oxidationsmittel.
Die Oxidationsfähigkeit von to-t und ihren Salzen nimmt ab und die Stärke steigt von hypochlorig zu chlorhaltig. Die am häufigsten verwendeten Oxidationsmittel sind Calciumchlorit Ca(OCl)2, Bertholitsalz KClO3 und Bleichmittel Ca2OCl2 – Doppelsalz aus Salzsäure und hypochloriger Säure. Chlor verbindet sich mit anderen Halogenen zu Interhalogenverbindungen: ClF, ClF3, BrCl, IСl und IC3. Laut Chemie Heilige Verbindungen von Elementen mit Chlor () werden in salzartige, saure Chloride und nicht salzartige neutrale Verbindungen unterteilt. Zu den salzartigen Chloriden zählen Verbindungen mit Chlor der Metalle I, II und IIIa der Nebengruppen des Periodensystems der Elemente sowie Verbindungen mit X. Metallen anderer Gruppen in niedrigeren Oxidationsstufen. Die meisten salzartigen Chloride schmelzen bei hohen Temperaturen und sind bis auf wenige Ausnahmen (z. B. AgCl) gut wasserlöslich.
Salzartige Stoffe im geschmolzenen Zustand leiten den Strom relativ gut (ihre Leitfähigkeit bei einer Temperatur von 800 °C beträgt LiCl – 2,17; NaCl – 3,57; KCl – 2,20 Ohm –1 cb –1). Zu den Säurechloriden gehören Chloride von Nichtmetallen (z. B. Bor, Silizium, Phosphor) und Chloride von Metallen der Nebengruppe IIIb und der Gruppen IV–VIII des Periodensystems in höheren Oxidationsstufen. Säurechloride bilden bei Wechselwirkung mit Wasser die entsprechende Säure und setzen Chlorid frei. Ein neutrales Chlorid, das kein Salz ist, ist beispielsweise CCl4-Tetrachlorid. Basic Abschlussball. Methode zur Gewinnung von X-Lösungen von NaCl oder HCl (Graphit- oder Titananoden). Chlor ist sehr giftig, der maximal zulässige Gehalt an freiem X. in der Luft beträgt 0,001 mg/l. Chlor ist das praktisch wichtigste Halogen; es wird zum Bleichen von Stoffen und Papier, zur Desinfektion von Trinkwasser, zur Herstellung von Salzsäure, in der organischen Synthese sowie bei der Herstellung und Reinigung vieler Metalle mithilfe chlormetallurgischer Methoden verwendet. Hypochlorite werden auch als Bleich- und Desinfektionsmittel, in der Pyrotechnik und bei der Streichholzherstellung verwendet, und Perchlorate werden als Bestandteil fester Raketentreibstoffe verwendet.
Chlorgas hat eine gelbgrüne Farbe. Es ist giftig, hat einen scharfen, erstickenden, unangenehmen Geruch. Chlor ist schwerer als Luft und löst sich relativ gut in Wasser (für 1 Volumenteil Wasser sind 2 Volumenteile Chlor) und bildet Chlorwasser; Cl 2 Aqi wird bei einer Temperatur von -34 °C flüssig und härtet bei -101 °C aus. Dichte 1,568 g/cm³
Cl – als Stoff wurde im Ersten Weltkrieg als chemischer Kampfstoff eingesetzt, da er schwerer als Luft ist und über der Erdoberfläche gut zurückgehalten wird. Die maximal zulässige Konzentration an freiem Chlor in der Luft beträgt 0,001 mg/l.
Eine chronische Chlorvergiftung führt zu Veränderungen des Hautbildes sowie zu Lungen- und Bronchialerkrankungen. Bei einer Chlorvergiftung sollte als Gegenmittel eine Mischung aus Alkoholdampf mit Äther oder Wasserdampf gemischt mit Ammoniak verwendet werden.
In geringen Mengen kann Chlor Erkrankungen der oberen Atemwege heilen, da es sich schädlich auf Bakterien auswirkt. Aufgrund seiner desinfizierenden Wirkung wird Chlor zur Desinfektion von Wasserstoffwasser eingesetzt.
Als Salze sind sie lebenswichtige Elemente. Chlor in Form von Speisesalz wird ständig in Lebensmitteln verwendet und ist auch Bestandteil grüner Pflanzen – Chlorophyll.
Die Wechselwirkung von Chlor mit Wasserstoff erfolgt explosionsartig nur im Licht:
Cl 2 + H 2 = 2HCl
2Na + Cl 2 = 2NaCl
Dies ist die Grundlage für die Erhöhung des Edelmetallanteils in minderwertigen Legierungen; dazu wird vorzerkleinertes Material in Gegenwart von frei fließendem Chlor erhitzt.
Wenn Metalle unterschiedliche Oxidationsstufen haben können, weisen sie bei der Reaktion mit Chlor die höchsten auf:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
Cu + Cl 2 = CuCl 2
Wechselwirkung von Chlor mit komplexen Substanzen
Bei der Wechselwirkung von Chlor mit komplexen Stoffen verhält es sich wie beispielsweise bei der Wechselwirkung mit Wasser. Zunächst löst sich das Halogen in Wasser unter Bildung von Chlorwasser (Claq), dann beginnt nach und nach eine Reaktion zwischen Wasser und Chlor:
Cl2 + H 2 O = 2HCl + [O]
Diese Reaktion führt jedoch nicht unmittelbar zur Bildung der Endprodukte. In der ersten Stufe des Prozesses werden zwei Säuren gebildet – Salzsäure HCl und Hypochlorsäure (dieses Säuregemisch wird gelöst).
Cl 2 + H 2 O = HCl + HClO
Hypochlorige Säure zersetzt sich dann:
HClO = HCl + [O]
AtombildungSauerstoff erklärt weitgehend die oxidierende Wirkung von Chlor. In Chlorwasser eingelegte organische Farbstoffe verfärben sich. Lackmus erhält in Säure nicht seine charakteristische Farbe, sondern verliert diese vollständig. Dies wird durch die Anwesenheit von atomarem Sauerstoff erklärt, der eine oxidierende Wirkung auf Lackmus hat.
Halogene reagieren auch mit organischen Substanzen
Wenn Sie ein mit Terpentin (einer organischen Substanz bestehend aus Wasserstoff und Kohlenstoff) getränktes Stück Papier in eine Chloratmosphäre einbringen, werden Sie die Freisetzung einer großen Menge Ruß und den Geruch von Chlorwasserstoff bemerken, manchmal verläuft die Reaktion unter Entzündung. Dies erklärt sich dadurch, dass Chlor aus Verbindungen mit Wasserstoff verdrängt und Chlorwasserstoff bildet und in freiem Zustand in Form von Ruß freigesetzt wird. Aus diesem Grund werden keine Gummiprodukte verwendet.
