A que grupo pertence o cloro? Os compostos de cloro mais importantes
Em 1774, Karl Scheele, um químico sueco, obteve pela primeira vez o cloro, mas acreditava-se que não era um elemento separado, mas um tipo de ácido clorídrico (calorizador). O cloro elementar foi obtido no início do século 19 por G. Davy, que decompôs o sal de cozinha em cloro e sódio por eletrólise.
O cloro (do grego χλωρός - verde) é um elemento do grupo XVII da tabela periódica de elementos químicos de D.I. Mendeleev, tem número atômico 17 e massa atômica 35,452. A designação aceita Cl (do latim Cloro).
Estar na natureza
O cloro é o halogênio mais abundante na crosta terrestre, geralmente na forma de dois isótopos. Devido à atividade química, é encontrado apenas na forma de compostos de muitos minerais.
O cloro é um gás verde-amarelado venenoso que possui um odor forte e desagradável e um sabor adocicado. Foi o cloro, após sua descoberta, que foi proposto ser chamado halogênio, está incluído no grupo de mesmo nome como um dos não metais mais quimicamente ativos.
Necessidade diária de cloro
Normalmente, um adulto saudável deve receber 4-6 g de cloro por dia, a necessidade aumenta com atividade física ativa ou clima quente (com aumento da sudorese). Normalmente, o corpo recebe suas necessidades diárias de alimentos com uma dieta balanceada.
O principal fornecedor de cloro para o corpo é o sal de cozinha - principalmente se não for tratado termicamente, por isso é melhor salgar os pratos prontos. Também contém cloro, frutos do mar, carne e, e,.
Interação com outras pessoas
O equilíbrio ácido-base e hídrico do corpo é regulado pelo cloro.
Sinais de falta de cloro
A falta de cloro é causada por processos que levam à desidratação do corpo - sudorese intensa no calor ou durante esforços físicos, vômitos, diarréia e algumas doenças do aparelho urinário. Os sinais de deficiência de cloro são letargia e sonolência, fraqueza muscular, boca seca óbvia, perda de paladar e falta de apetite.
Sinais de excesso de cloro
Os sinais de excesso de cloro no corpo são: aumento da pressão arterial, tosse seca, dores de cabeça e no peito, dores nos olhos, lacrimejamento, distúrbios do trato gastrointestinal. Via de regra, o excesso de cloro pode ser causado pela ingestão de água comum da torneira, que passa por um processo de desinfecção com cloro e ocorre em trabalhadores de indústrias diretamente relacionadas ao uso do cloro.
Cloro no corpo humano:
- regula o equilíbrio hídrico e ácido-base,
- remove líquidos e sais do corpo através do processo de osmorregulação,
- estimula a digestão normal,
- normaliza a condição dos glóbulos vermelhos,
- limpa o fígado da gordura.
O principal uso do cloro é na indústria química, onde é utilizado na produção de cloreto de polivinila, espuma de poliestireno, materiais de embalagem, bem como agentes de guerra química e fertilizantes vegetais. A desinfecção da água potável com cloro é praticamente o único método disponível de purificação da água.
É amplamente utilizado na indústria, agricultura, para necessidades medicinais e domésticas. A produção anual de cloro no mundo é de 55,5 milhões de toneladas: devido à ampla distribuição dessa substância, os acidentes associados ao seu vazamento são bastante frequentes (ocorrem tanto em instalações industriais quanto durante o transporte de cloro).
Muitas vezes, não só uma instalação industrial é danificada, mas também áreas externas a ela (devido às propriedades físicas e químicas do cloro: é 2,5 vezes mais pesado que o ar, portanto se acumula em várzeas, os mananciais ficam expostos à contaminação, pois o cloro é muito solúvel em água).
Portanto, o conhecimento das instalações econômicas que produzem ou utilizam cloro, os sintomas de envenenamento por cloro, as habilidades de primeiros socorros, bem como o conhecimento dos EPI utilizados na área contaminada são especialmente relevantes hoje.
Antes de examinar o cloro como substância perigosa, identificar os sintomas de intoxicação por este produto químico e determinar o que são pré-médicos e primeiros socorros, é necessário familiarizar-se com suas características gerais e áreas de utilização.
Cloro (do grego - “verde”). Fórmula química – Cl2 (peso molecular – 70,91). O composto com cloro (cloreto de hidrogênio gasoso) foi preparado pela primeira vez por D. Priestley em 1772. O cloro na “forma pura” foi obtido dois anos depois por KV Scheele.
A densidade do cloro líquido é 1560 kg/m3. É incombustível e reativo: à luz e a temperaturas elevadas (por exemplo, em caso de incêndio) interage com o hidrogénio (explosão), o que pode resultar na formação de um gás mais perigoso - o fosgénio.
O cloro é usado em muitas áreas da indústria, da ciência e, muitas vezes, na vida cotidiana. Listamos as áreas de utilização do cloro na indústria:
– é utilizado na produção de cloreto de polivinila, borracha sintética, compostos plásticos (esses materiais são utilizados na fabricação de linóleo, roupas, calçados, isolamento de fios, etc.);
– na indústria de celulose e papel, o cloro é utilizado para branquear papel e papelão (também é utilizado para branquear tecidos);
– está envolvida na produção de inseticidas organoclorados (essas substâncias, que destroem os insetos nocivos às plantações, são utilizadas na agricultura);
– é utilizado no processo de desinfecção (“cloração”) de água potável e tratamento de águas residuais;
– é amplamente utilizado na produção química de sal berthollet, medicamentos, alvejantes, venenos, ácido clorídrico, cloretos metálicos;
– na metalurgia é utilizado para a produção de metais puros;
– esta substância é usada como indicador de neutrinos solares.
O cloro é armazenado em tanques cilíndricos (10...250 m3) e esféricos (600...2.000 m3) sob pressão de vapor própria (até 1,8 MPa). Liquefaz-se sob pressão em temperaturas normais. Transportado em contêineres, cilindros, tanques que funcionam como depósitos temporários.
Ministério da Educação e Ciência da FEDERAÇÃO RUSSA
Instituição Educacional Orçamentária do Estado Federal de Ensino Superior Profissional
UNIVERSIDADE QUÍMICO-TECNOLÓGICA DO ESTADO DE IVANOVSK
Departamento de TP e MET
Ensaio
Cloro: propriedades, aplicação, produção
Chefe: Efremov A.M.
Ivanovo 2015
Introdução
Informações gerais sobre cloro
Uso de cloro
Métodos químicos para produção de cloro
Eletrólise. Conceito e essência do processo
Produção industrial de cloro
Precauções de segurança na produção de cloro e proteção ambiental
Conclusão
Introdução
eletrólise do elemento químico do cloro
Devido ao uso em larga escala do cloro em vários campos da ciência, indústria, medicina e na vida cotidiana, a demanda por ele aumentou catastroficamente recentemente. Existem muitos métodos para produzir cloro usando métodos laboratoriais e industriais, mas todos eles têm mais desvantagens do que vantagens. A obtenção de cloro, por exemplo, a partir do ácido clorídrico, que é um subproduto e resíduo de muitas indústrias químicas e outras, ou do sal de cozinha extraído em jazidas de sal, é um processo bastante consumidor de energia, prejudicial do ponto de vista ambiental e muito perigoso para a vida e a saúde.
Atualmente, o problema de desenvolver uma tecnologia de produção de cloro que elimine todas as desvantagens acima e também tenha um alto rendimento de cloro é muito urgente.
.Informações gerais sobre cloro
O cloro foi obtido pela primeira vez em 1774 por K. Scheele pela reação de ácido clorídrico com pirolusita MnO2. Porém, somente em 1810 G. Davy estabeleceu que o cloro é um elemento e o chamou de cloro (do grego cloros - verde-amarelo). Em 1813, JL Gay-Lussac propôs o nome “Cloro” para este elemento.
O cloro é um elemento do grupo VII da tabela periódica de elementos de D. I. Mendeleev. Peso molecular 70,906, peso atômico 35,453, número atômico 17, pertence à família dos halogênios. Em condições normais, o cloro livre, constituído por moléculas diatômicas, é um gás amarelo-esverdeado, não inflamável, com odor característico, pungente e irritante. É venenoso e causa asfixia. O gás cloro comprimido à pressão atmosférica transforma-se em um líquido âmbar a -34,05 °C, solidifica a -101,6 °C e a uma pressão de 1 atm. Normalmente, o cloro é uma mistura de 75,53% de 35Cl e 24,47% de 37Cl. Em condições normais, a densidade do gás cloro é de 3,214 kg/m3, ou seja, é aproximadamente 2,5 vezes mais pesado que o ar.
Quimicamente, o cloro é muito ativo, combina-se diretamente com quase todos os metais (com alguns apenas na presença de umidade ou quando aquecido) e com não metais (exceto carbono, nitrogênio, oxigênio, gases inertes), formando os cloretos correspondentes, reage com muitos compostos, substitui o hidrogênio em hidrocarbonetos saturados e une compostos insaturados. Isto se deve à grande variedade de suas aplicações. O cloro desloca o bromo e o iodo de seus compostos com hidrogênio e metais. Os metais alcalinos, na presença de vestígios de umidade, reagem com o cloro com ignição; a maioria dos metais reage com o cloro seco somente quando aquecidos. O aço, assim como alguns metais, são resistentes à atmosfera de cloro seco em baixas temperaturas, por isso são utilizados na fabricação de equipamentos e instalações de armazenamento de cloro seco. O fósforo inflama em atmosfera de cloro, formando PCl3, e com cloração adicional - PCl5. Enxofre com cloro quando aquecido dá S2Cl2, SCl2 e outros SnClm. Arsênico, antimônio, bismuto, estrôncio e telúrio reagem vigorosamente com o cloro. Uma mistura de cloro e hidrogênio queima com uma chama incolor ou verde-amarelada para formar cloreto de hidrogênio (esta é uma reação em cadeia). A temperatura máxima da chama de hidrogénio-cloro é de 2200°C. Misturas de cloro com hidrogênio contendo de 5,8 a 88,5% de H2 são explosivas e podem explodir devido à luz, faísca elétrica, calor ou pela presença de certas substâncias, como óxidos de ferro.
Com o oxigênio, o cloro forma óxidos: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, além de hipocloritos (sais do ácido hipocloroso), cloritos, cloratos e percloratos. Todos os compostos de oxigênio do cloro formam misturas explosivas com substâncias facilmente oxidáveis. Os óxidos de cloro são instáveis e podem explodir espontaneamente; os hipocloritos decompõem-se lentamente durante o armazenamento; os cloratos e percloratos podem explodir sob a influência de iniciadores. O cloro na água hidrolisa, formando ácidos hipocloroso e clorídrico: Cl2 + H2O? HClO + HCl. A solução amarelada resultante é frequentemente chamada de água com cloro. Quando soluções aquosas de álcalis são cloradas no frio, formam-se hipocloritos e cloretos: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, e quando aquecidos formam-se cloratos. A cloração do hidróxido de cálcio seco produz alvejante. Quando a amônia reage com o cloro, forma-se tricloreto de nitrogênio. Ao clorar compostos orgânicos, o cloro substitui o hidrogênio ou une múltiplas ligações, formando vários compostos orgânicos contendo cloro. O cloro forma compostos interhalogênicos com outros halogênios. Os fluoretos de cloro ClF, ClF3, ClF3 são muito reativos; por exemplo, numa atmosfera de ClF3, a lã de vidro inflama-se espontaneamente. Os compostos conhecidos de cloro com oxigênio e flúor são os oxifluoretos de cloro: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 e perclorato de flúor FClO4.
O cloro ocorre na natureza apenas na forma de compostos. Seu conteúdo médio na crosta terrestre é de 1,7·10-2% em massa. A migração da água desempenha um papel importante na história do cloro na crosta terrestre. É encontrado na forma de Cl-ion no Oceano Mundial (1,93%), salmouras subterrâneas e lagos salgados. O número de minerais próprios (principalmente cloretos naturais) é 97, sendo o principal deles a halita NaCl (sal-gema). Também são conhecidos grandes depósitos de cloretos de potássio e magnésio e cloretos mistos: silvinita KCl, silvinita (Na,K)Cl, carnalita KCl MgCl2 6H2O, cainita KCl MgSO4 3H2O, bischofita MgCl2 6H2O. Na história da Terra, o fornecimento de HCl contido em gases vulcânicos às partes superiores da crosta terrestre foi de grande importância.
Padrões de qualidade de cloro
Nome do indicador GOST 6718-93 Grau mais alto Primeiro grau Fração volumétrica de cloro, não inferior a, % 99.899,6 Fração mássica de água, não superior a % 0,010,04 Fração mássica de tricloreto de nitrogênio, não superior a % 0,0020,004 Massa fração de resíduo não volátil, não superior a% 0,0150,10
Armazenamento e transporte de cloro
O cloro produzido por vários métodos é armazenado em “tanques” especiais ou bombeado em cilindros de aço cilíndricos (volume 10-250 m3) e esféricos (volume 600-2000 m3) sob sua própria pressão de vapor de 18 kgf/cm2. Os volumes máximos de armazenamento são de 150 toneladas. Os cilindros com cloro líquido sob pressão têm uma cor especial - uma cor protetora. Se um cilindro de cloro despressurizar, ocorre uma liberação repentina de gás com concentração várias vezes superior à letal. Deve-se notar que quando os cilindros de cloro são usados por um longo período, tricloreto de nitrogênio extremamente explosivo se acumula neles e, portanto, de tempos em tempos, os cilindros de cloro devem passar por lavagem rotineira e limpeza de cloreto de nitrogênio. O cloro é transportado em contêineres, tanques ferroviários e cilindros, que servem como armazenamento temporário.
2.Uso de cloro
O cloro é consumido principalmente pela indústria química para a produção de diversos derivados orgânicos do cloro utilizados na produção de plásticos, borrachas sintéticas, fibras químicas, solventes, inseticidas, etc. Atualmente, mais de 60% da produção global de cloro é utilizada para síntese orgânica. Além disso, o cloro é utilizado para produzir ácido clorídrico, alvejantes, cloratos e outros produtos. Quantidades significativas de cloro são utilizadas na metalurgia para cloração durante o processamento de minérios polimetálicos, extração de ouro de minérios, e também é utilizado na indústria de refino de petróleo, na agricultura, na medicina e no saneamento, para a neutralização de água potável e residual. , na pirotecnia e em diversas outras áreas da economia nacional. Como resultado do desenvolvimento de áreas para utilização de cloro, principalmente devido ao sucesso da síntese orgânica, a produção mundial de cloro é superior a 20 milhões de toneladas/ano.
Principais exemplos de aplicação e utilização do cloro em diversos ramos da ciência, indústria e necessidades domésticas:
1.na produção de cloreto de polivinila, compostos plásticos, borracha sintética, a partir dos quais são feitos: isolamento de fios, perfis de janelas, materiais de embalagem, roupas e calçados, linóleo e discos, vernizes, equipamentos e espumas plásticas, brinquedos, peças de instrumentos, materiais de construção. O cloreto de polivinila é produzido pela polimerização do cloreto de vinila, que hoje é mais frequentemente produzido a partir do etileno pelo método balanceado com cloro através do intermediário 1,2-dicloroetano.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)como agente clareador (embora não seja o cloro em si que “branqueia”, mas o oxigênio atômico, que se forma durante a decomposição do ácido hipocloroso de acordo com a reação: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)na produção de inseticidas organoclorados - substâncias que matam insetos nocivos às lavouras, mas são seguras para as plantas (aldrin, DDT, hexaclorano). Um dos inseticidas mais importantes é o hexaclorociclohexano (C6H6Cl6).
)utilizado como agente de guerra química, bem como para a produção de outros agentes de guerra química: gás mostarda (C4H8Cl2S), fosgênio (CCl2O).
)para desinfecção de água - “cloração”. O método mais comum de desinfecção da água potável baseia-se na capacidade do cloro livre e seus compostos de inibir os sistemas enzimáticos dos microrganismos que catalisam os processos redox. Para desinfetar a água potável são utilizados: cloro (Cl2), dióxido de cloro (ClO2), cloramina (NH2Cl) e lixívia (Ca(Cl)OCl).
)na indústria alimentícia é registrado como aditivo alimentar E925.
)na produção química de soda cáustica (NaOH) (utilizada na produção de rayon, na indústria de sabão), ácido clorídrico (HCl), água sanitária, sal de bertólita (KClO3), cloretos metálicos, venenos, medicamentos, fertilizantes.
)na metalurgia para produção de metais puros: titânio, estanho, tântalo, nióbio.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (a T=850°C)
)como indicador de neutrinos solares em detectores de cloro-argônio (A ideia de um “detector de cloro” para registrar neutrinos solares foi proposta pelo famoso físico soviético Acadêmico B. Pontecorvo e implementada pelo físico americano R. Davis e seus colaboradores. Tendo capturado o núcleo neutrino do isótopo cloro com peso atômico 37, transforma-se no núcleo do isótopo argônio-37, que produz um elétron que pode ser registrado.).
Muitos países desenvolvidos procuram limitar o uso de cloro na vida cotidiana, inclusive porque a combustão de resíduos que contêm cloro produz uma quantidade significativa de dioxinas (ecotóxicos globais com poderosas propriedades mutagênicas).
3. Métodos químicos para produção de cloro
Anteriormente, a produção de cloro por meios químicos pelos métodos Weldon e Deacon era generalizada. Nesses processos, o cloro foi produzido pela oxidação do cloreto de hidrogênio formado como subproduto da produção do sulfato de sódio a partir do sal de cozinha pela ação do ácido sulfúrico.
reação ocorrendo usando o método Weldon:
4HCl + MnO2 =>MnCl2+ 2H2O + Cl2
reação que ocorre usando o método de Deacon:
HCl + O2 =>2H2O + 2Cl2
No processo Dikonovsky, foi utilizado cloreto de cobre como catalisador, cuja solução a 50% (às vezes com adição de NaCl) foi impregnada com um suporte cerâmico poroso. A temperatura de reacção óptima num tal catalisador situava-se normalmente na gama de 430-490°. Este catalisador é facilmente envenenado por compostos de arsênico, com os quais forma arseniato de cobre inativo, bem como dióxido de enxofre e trióxido de enxofre. A presença mesmo de pequenas quantidades de vapor de ácido sulfúrico no gás provoca uma diminuição acentuada no rendimento de cloro como resultado de reações sequenciais:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ C12 + 2H2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1/2O2 + 2HCl
Assim, o ácido sulfúrico é um catalisador que promove a conversão reversa de Cl2 em HCl. Portanto, antes da oxidação em um catalisador de cobre, o gás cloridrato deve ser completamente purificado de impurezas que reduzem o rendimento de cloro.
A instalação do Diácono consistia em um aquecedor a gás, um filtro de gás e um aparelho de contato de uma caixa cilíndrica de aço, dentro da qual havia dois cilindros cerâmicos com furos localizados concentricamente; o espaço anular entre eles é preenchido com um catalisador. O cloreto de hidrogênio foi oxidado com o ar, então o cloro foi diluído. Uma mistura contendo 25% em volume de HCl e 75% em volume de ar (~16% de O2) foi alimentada no aparelho de contato, e o gás que sai do aparelho continha cerca de 8% de C12, 9% de HCl, 8% de vapor de água e 75% ar . Esse gás, após lavagem com HCl e secagem com ácido sulfúrico, era normalmente utilizado para produzir alvejante.
A restauração do processo Deacon baseia-se atualmente na oxidação do cloreto de hidrogênio não com ar, mas com oxigênio, o que permite a obtenção de cloro concentrado por meio de catalisadores altamente ativos. A mistura cloro-oxigénio resultante é lavada sucessivamente dos resíduos de HC1 com ácido clorídrico a 36 e 20% e seca com ácido sulfúrico. O cloro é então liquefeito e o oxigênio retorna ao processo. O cloro também é separado do oxigênio absorvendo o cloro sob uma pressão de 8 atm com cloreto de enxofre, que é então regenerado para produzir 100% de cloro:
Cl2 + S2CI2
São utilizados catalisadores de baixa temperatura, por exemplo, dicloreto de cobre ativado com sais de metais de terras raras, o que permite realizar o processo mesmo a 100°C e, portanto, aumentar drasticamente o grau de conversão de HCl em Cl2. Em um catalisador de óxido de cromo, o HCl é queimado em oxigênio a 340-480°C. É descrito o uso de um catalisador a partir de uma mistura de V2O5 com pirossulfatos de metais alcalinos e ativadores em sílica gel a 250–20°C. O mecanismo e a cinética deste processo foram estudados e as condições óptimas para a sua implementação foram estabelecidas, em particular em leito fluidizado.
A oxidação do cloreto de hidrogênio com oxigênio também é realizada utilizando uma mistura fundida de FeCl3 + KCl em duas etapas, realizadas em reatores separados. No primeiro reator, o cloreto férrico é oxidado para formar cloro:
2FeCl3 + 1
No segundo reator, o cloreto férrico é regenerado a partir de óxido férrico com cloreto de hidrogênio:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Para reduzir a pressão de vapor do cloreto férrico, é adicionado cloreto de potássio. Propõe-se também realizar este processo em um aparelho, no qual uma massa de contato composta por Fe2O3, KC1 e cobre, cobalto ou cloreto de níquel depositado em um suporte inerte se move de cima para baixo do aparelho. Na parte superior do aparelho, ele passa por uma zona de cloração quente, onde o Fe2O3 é convertido em FeCl3, interagindo com o HCl localizado no fluxo de gás que vai de baixo para cima. Em seguida, a massa de contato é baixada para a zona de resfriamento, onde, sob a influência do oxigênio, se forma cloro elementar e o FeCl3 se transforma em Fe2O3. A massa de contato oxidada é devolvida à zona de cloração.
Uma oxidação indireta semelhante de HCl em Cl2 é realizada de acordo com o seguinte esquema:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Propõe-se produzir simultaneamente cloro e ácido sulfúrico passando um gás contendo HCl, O2 e um grande excesso de SO2 através de um catalisador de vanádio a 400-600°C. Então H2SO4 e HSO3Cl são condensados do gás e SO3 é absorvido com ácido sulfúrico; o cloro permanece na fase gasosa. O HSO3Cl é hidrolisado e o HC1 liberado retorna ao processo.
A oxidação é realizada de forma ainda mais eficiente por agentes oxidantes como PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
O cloro também pode ser obtido pela oxidação de cloretos. Por exemplo, quando NaCl e SO3 interagem, ocorrem as seguintes reações:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Cl se decompõe a 275°C. Uma mistura de gases SO2 e C12 pode ser separada absorvendo cloro SO2Cl2 ou CCl4 ou submetendo-a à retificação, o que resulta em uma mistura azeotrópica contendo 88 mol. % Cl2 e 12 mol. %SO2. A mistura azeotrópica pode ser ainda separada convertendo SO2 em SO2C12 e separando o excesso de cloro, e SO2Cl2 decompondo-se a 200° em SO2 e Cl2, que são adicionados à mistura enviada para retificação.
O cloro pode ser obtido pela oxidação do cloreto ou cloreto de hidrogênio com ácido nítrico, bem como do dióxido de nitrogênio:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Outra forma de obtenção do cloro é a decomposição do cloreto de nitrosila, que pode ser obtida por sua oxidação:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Propõe-se também, por exemplo, oxidar o NOCl com ácido nítrico a 75% para obter cloro:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2H2O
A mistura de cloro e dióxido de nitrogênio é separada, convertendo NO2 em ácido nítrico fraco, que é então usado para oxidar o HCl na primeira etapa do processo para formar Cl2 e NOCl. A principal dificuldade na realização deste processo em escala industrial é a eliminação da corrosão. Cerâmica, vidro, chumbo, níquel e plásticos são usados como materiais para equipamentos. Usando este método nos EUA em 1952-1953. A instalação operava com capacidade de 75 toneladas de cloro por dia.
Um método cíclico foi desenvolvido para a produção de cloro pela oxidação do cloreto de hidrogênio com ácido nítrico sem a formação de cloreto de nitrosila de acordo com a reação:
2HCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2H2O
O processo ocorre na fase líquida a 80°C, o rendimento de cloro chega a 100%, o NO2 é obtido na forma líquida.
Posteriormente, esses métodos foram completamente substituídos pelos eletroquímicos, mas atualmente os métodos químicos para a produção de cloro estão sendo revividos novamente em uma nova base técnica. Todos eles são baseados na oxidação direta ou indireta do HCl (ou cloretos), sendo o agente oxidante mais comum o oxigênio atmosférico.
Eletrólise. Conceito e essência do processo
A eletrólise é um conjunto de processos redox eletroquímicos que ocorrem nos eletrodos durante a passagem de uma corrente elétrica direta através de um fundido ou solução com eletrodos imersos nele.
Arroz. 4.1. Processos que ocorrem durante a eletrólise. Diagrama do banho de eletrólise: 1 - banho, 2 - eletrólito, 3 - ânodo, 4 - cátodo, 5 - fonte de alimentação
Os eletrodos podem ser quaisquer materiais que conduzam corrente elétrica. Metais e ligas são usados principalmente; eletrodos não metálicos podem ser, por exemplo, hastes de grafite (ou carbono). Menos comumente, líquidos são usados como eletrodo. Um eletrodo carregado positivamente é o ânodo. Um eletrodo carregado negativamente é um cátodo. Durante a eletrólise, o ânodo é oxidado (se dissolve) e o cátodo é reduzido. É por isso que o ânodo deve ser tomado de forma que sua dissolução não afete o processo químico que ocorre na solução ou no fundido. Esse ânodo é chamado de eletrodo inerte. Você pode usar grafite (carbono) ou platina como ânodo inerte. Você pode usar uma placa de metal como cátodo (ela não se dissolverá). Cobre, latão, carbono (ou grafite), zinco, ferro, alumínio e aço inoxidável são adequados.
Exemplos de eletrólise de fundidos:
Exemplos de eletrólise de soluções salinas:
(Os ânions Cl? são oxidados no ânodo, e não o oxigênio O? II das moléculas de água, uma vez que a eletronegatividade do cloro é menor que a do oxigênio e, portanto, o cloro cede elétrons mais facilmente que o oxigênio)
A eletrólise da água é sempre realizada na presença de um eletrólito inerte (para aumentar a condutividade elétrica de um eletrólito muito fraco - água):
Dependendo do eletrólito inerte, a eletrólise é realizada em ambiente neutro, ácido ou alcalino. Ao escolher um eletrólito inerte, é necessário levar em conta que os cátions metálicos, que são agentes redutores típicos (por exemplo, Li+, Cs+, K+, Ca2+, Na+, Mg2+, Al3+), nunca são reduzidos no cátodo em um meio aquoso. solução e oxigênio O?II ânions de oxoácidos nunca são oxidados no ânodo com um elemento no mais alto grau de oxidação (por exemplo, ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44?, MnO4?), em vez disso, a água é oxidada.
A eletrólise envolve dois processos: a migração de partículas reagentes sob a influência de um campo elétrico para a superfície do eletrodo e a transferência de carga de partícula para eletrodo ou de eletrodo para partícula. A migração de íons é determinada pela sua mobilidade e número de transporte. O processo de transferência de diversas cargas elétricas é realizado, via de regra, na forma de uma sequência de reações monoeletrônicas, ou seja, em etapas, com a formação de partículas intermediárias (íons ou radicais), que às vezes existem para algum tempo no eletrodo em estado adsorvido.
As taxas de reações dos eletrodos dependem de:
composição eletrolítica
concentração eletrolítica
material do eletrodo
potencial do eletrodo
temperatura
condições hidrodinâmicas.
A densidade de corrente é uma medida da taxa de reações. Este é um vetor físico, cujo módulo é determinado pela razão entre a intensidade da corrente (o número de cargas elétricas transferidas por unidade de tempo) no condutor e a área da seção transversal.
As leis da eletrólise de Faraday são relações quantitativas baseadas em estudos eletroquímicos e ajudam a determinar a massa dos produtos formados durante a eletrólise. Na sua forma mais geral, as leis são formuladas da seguinte forma:
)A primeira lei da eletrólise de Faraday: a massa de uma substância depositada em um eletrodo durante a eletrólise é diretamente proporcional à quantidade de eletricidade transferida para esse eletrodo. Por quantidade de eletricidade queremos dizer carga elétrica, geralmente medida em coulombs.
2)Segunda lei da eletrólise de Faraday: para uma determinada quantidade de eletricidade (carga elétrica), a massa de um elemento químico depositado no eletrodo é diretamente proporcional à massa equivalente do elemento. A massa equivalente de uma substância é a sua massa molar dividida por um número inteiro, dependendo da reação química da qual a substância participa.
Na forma matemática, as leis de Faraday podem ser representadas da seguinte forma:
onde m é a massa da substância depositada no eletrodo em gramas, é a carga elétrica total que passa pela substância = 96.485,33(83) C mol?1 é a constante de Faraday, é a massa molar da substância (por exemplo, o molar massa de água H2O = 18 g/mol), é o número de valência dos íons de uma substância (o número de elétrons por íon).
Observe que M/z é a massa equivalente da substância depositada.
Pela primeira lei de Faraday, M, F e z são constantes, portanto quanto maior o valor de Q, maior será o valor de m.
Pela segunda lei de Faraday, Q, F e z são constantes, portanto quanto maior o valor de M/z (massa equivalente), maior será o valor de m.
No caso mais simples, a eletrólise por corrente contínua leva a:
No caso mais complexo de corrente elétrica alternada, a carga total Q da corrente I( ?) é resumido ao longo do tempo? :
onde t é o tempo total de eletrólise.
Na indústria, o processo de eletrólise é realizado em dispositivos especiais - eletrolisadores.
Produção industrial de cloro
Actualmente, o cloro é produzido principalmente por electrólise de soluções aquosas, nomeadamente uma das
As matérias-primas para a produção eletrolítica de cloro são principalmente soluções de sal de cozinha NaCl, obtidas pela dissolução de sal sólido, ou salmouras naturais. Existem três tipos de jazidas de sal: sal fóssil (cerca de 99% das reservas); lagos salgados com sedimentos de fundo de sal auto-sedimentado (0,77%); o resto são divisões subterrâneas. As soluções de sal de cozinha, independente da via de preparo, contêm impurezas que prejudicam o processo de eletrólise. Particularmente desfavoráveis durante a eletrólise com cátodo sólido são os cátions de cálcio Ca2+, Mg2+ e ânions SO42-, e durante a eletrólise com cátodo líquido - impurezas de compostos contendo metais pesados, como cromo, vanádio, germânio e molibdênio.
O sal cristalino para eletrólise do cloro deve ter a seguinte composição (%): cloreto de sódio não inferior a 97,5; Mg2+ não superior a 0,05; sedimento insolúvel não superior a 0,5; Ca2+ não superior a 0,4; K+ não superior a 0,02; SO42 - não mais que 0,84; umidade não superior a 5; mistura de metais pesados (determinada pelo teste de amálgama cm3 H2) não superior a 0,3. A purificação da salmoura é realizada com uma solução de soda (Na2CO3) e leite de cal (suspensão de Ca(OH)2 em água). Além da purificação química, as soluções são liberadas de impurezas mecânicas por sedimentação e filtração.
A eletrólise das soluções de sal de cozinha é realizada em banhos com cátodo sólido de ferro (ou aço) e com diafragmas e membranas, em banhos com cátodo de mercúrio líquido. Os eletrolisadores industriais utilizados para equipar grandes oficinas modernas de cloro devem ter alto desempenho, design simples, ser compactos e operar de maneira confiável e estável.
A eletrólise prossegue de acordo com o seguinte esquema:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
onde Me é um metal alcalino.
Durante a decomposição eletroquímica do sal de cozinha em eletrolisadores com eletrodos sólidos, ocorrem as seguintes reações iônicas básicas, reversíveis e irreversíveis:
dissociação de moléculas de sal de cozinha e água (ocorre no eletrólito)
NaCl-Na++Cl-
Oxidação do íon cloro (no ânodo)
C1- - 2e- => C12
redução de íons de hidrogênio e moléculas de água (no cátodo)
Н+ - 2е- => Н2
Н2O - 2е - => Н2 + 2ОН-
Associação de íons em uma molécula de hidróxido de sódio (em um eletrólito)
Na+ + OH- - NaOH
Produtos úteis são hidróxido de sódio, cloro e hidrogênio. Todos eles são removidos do eletrolisador separadamente.
Arroz. 5.1. Esquema de um eletrolisador de diafragma
A cavidade do eletrolisador com cátodo sólido (Fig. 3) é dividida por um poroso
Os primeiros eletrolisadores industriais operavam em modo batch. Os produtos da eletrólise neles foram separados por um diafragma de cimento. Posteriormente, foram criados eletrolisadores nos quais eram utilizadas divisórias em forma de sino para separar os produtos da eletrólise. Na etapa seguinte, surgiram eletrolisadores com diafragma de fluxo. Eles combinaram o princípio do contrafluxo com o uso de um diafragma separador feito de papelão de amianto. Em seguida, foi descoberto um método para produzir um diafragma a partir de polpa de amianto, emprestado da tecnologia da indústria papeleira. Este método possibilitou o desenvolvimento de projetos de eletrolisadores para cargas de alta corrente com cátodo de dedo compacto não removível. Para aumentar a vida útil do diafragma de amianto, propõe-se a introdução de alguns materiais sintéticos na sua composição como revestimento ou ligação. Propõe-se também fabricar os diafragmas inteiramente a partir de novos materiais sintéticos. Há evidências de que esses diafragmas combinados de amianto-sintético ou sintéticos especialmente fabricados têm uma vida útil de até 500 dias. Também estão sendo desenvolvidos diafragmas especiais de troca iônica que permitem a obtenção de soda cáustica pura com baixíssimo teor de cloreto de sódio. A ação de tais diafragmas baseia-se na utilização de suas propriedades seletivas para a passagem de diversos íons.
Nos primeiros projetos, os pontos de contato dos condutores de corrente para os ânodos de grafite eram removidos da cavidade do eletrolisador para o exterior. Posteriormente, foram desenvolvidos métodos para proteger as partes de contato dos ânodos imersos no eletrólito. Utilizando essas técnicas, foram criados eletrolisadores industriais com alimentação de corrente inferior, nos quais os contatos anódicos ficam localizados na cavidade do eletrolisador. Eles são usados em todos os lugares hoje para a produção de cloro e soda cáustica em um cátodo sólido.
Um fluxo de solução saturada de sal de cozinha (salmoura purificada) flui continuamente para o espaço anódico do eletrolisador de diafragma. Como resultado do processo eletroquímico, o cloro é liberado no ânodo devido à decomposição do sal de cozinha, e o hidrogênio é liberado no cátodo devido à decomposição da água. O cloro e o hidrogênio são removidos do eletrolisador sem mistura, separadamente. Neste caso, a zona próxima ao cátodo é enriquecida com hidróxido de sódio. Uma solução da zona próxima ao cátodo, chamada licor eletrolítico, contendo sal de cozinha não decomposto (aproximadamente metade da quantidade fornecida com salmoura) e hidróxido de sódio é continuamente removida do eletrolisador. Na próxima etapa, o licor eletrolítico é evaporado e o teor de NaOH nele contido é ajustado para 42-50% de acordo com o padrão. O sal de cozinha e o sulfato de sódio precipitam quando a concentração de hidróxido de sódio aumenta.
A solução de NaOH é decantada dos cristais e transferida como produto acabado para um armazém ou estágio de fusão cáustica para obter um produto sólido. O sal de cozinha cristalino (sal reverso) é devolvido à eletrólise, preparando a chamada salmoura reversa. Para evitar o acúmulo de sulfato nas soluções, o sulfato é removido antes de preparar a salmoura reversa. A perda de sal de cozinha é compensada pela adição de salmoura fresca obtida pela lixiviação subterrânea de camadas de sal ou pela dissolução do sal de cozinha sólido. Antes de misturá-la com a salmoura de retorno, a salmoura fresca é limpa de suspensões mecânicas e de uma parte significativa de íons de cálcio e magnésio. O cloro resultante é separado do vapor d'água, comprimido e transferido diretamente aos consumidores ou para liquefação do cloro. O hidrogênio é separado da água, comprimido e transferido para os consumidores.
As mesmas reações químicas ocorrem em um eletrolisador de membrana e em um eletrolisador de diafragma. Em vez de um diafragma poroso, é utilizada uma membrana catiônica (Fig. 5).
Arroz. 5.2. Diagrama de um eletrolisador de membrana
A membrana impede a penetração de íons cloro no católito (eletrólito no espaço catódico), fazendo com que a soda cáustica possa ser obtida diretamente no eletrolisador quase sem sal, com concentração de 30 a 35%. Como não há necessidade de separar o sal, a evaporação permite produzir 50% de soda cáustica comercial com muito mais facilidade e com menores custos de capital e energia. Como a soda cáustica no processo de membrana tem uma concentração muito mais alta, o caro níquel é usado como cátodo.
Arroz. 5.3. Esquema de um eletrolisador de mercúrio
A reação total de decomposição do sal de cozinha em eletrolisadores de mercúrio é a mesma que nos eletrolisadores de diafragma:
NaCl+H2O => NaOH + 1/2Сl2+ 1/2Н2
Porém, aqui ela ocorre em duas etapas, cada uma em um aparelho separado: um eletrolisador e um decompositor. Eles são estruturalmente combinados entre si e são chamados de banho eletrolítico e, às vezes, de eletrolisador de mercúrio.
Na primeira etapa do processo - no eletrolisador - ocorre a decomposição eletrolítica do sal de cozinha (sua solução saturada é fornecida ao eletrolisador) para produzir cloro no ânodo e amálgama de sódio no cátodo de mercúrio, conforme a seguinte reação :
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
O decompositor passa pela segunda etapa do processo, na qual, sob a influência da água, o amálgama de sódio é convertido em hidróxido de sódio e mercúrio:
NaHgn + H2O => NaOH +1/2H2+nHg
De todo o sal alimentado no eletrolisador com salmoura, apenas 15-20% da quantidade fornecida entra em reação (2), e o restante do sal, junto com a água, sai do eletrolisador na forma de cloranólito - uma solução de sal de cozinha em água contendo 250-270 kg/ m3 de NaCl saturado com cloro. O “amálgama forte” que sai do eletrolisador e a água são alimentados no decompositor.
O eletrolisador em todos os designs disponíveis é feito na forma de uma vala de aço longa e relativamente estreita e levemente inclinada, ao longo da parte inferior da qual flui por gravidade uma fina camada de amálgama, que é o cátodo, e o anólito flui por cima. A salmoura e o amálgama fraco são alimentados a partir da borda superior elevada do eletrolisador através da "bolsa de entrada".
O amálgama forte flui da extremidade inferior do eletrolisador através da “bolsa de saída”. O cloro e o cloranólito saem juntos por um tubo, também localizado na extremidade inferior do eletrolisador. Os ânodos são suspensos acima de todo o espelho de fluxo de amálgama ou cátodo, a uma distância de 3-5 mm do cátodo. A parte superior do eletrolisador é coberta por uma tampa.
Dois tipos de decompositores são comuns: horizontais e verticais. Os primeiros são feitos em forma de calha inclinada de aço do mesmo comprimento do eletrolisador. Um fluxo de amálgama flui ao longo da parte inferior do decompositor, que é instalado ligeiramente inclinado. Um bocal decompositor feito de grafite está imerso neste fluxo. A água se move em contracorrente. Como resultado da decomposição do amálgama, a água fica saturada com soda cáustica. A solução cáustica junto com o hidrogênio deixa o decompositor através de um tubo no fundo, e o pobre amálgama ou mercúrio é bombeado para a bolsa da célula.
Além do eletrolisador, decompositor, bolsões e tubulações de transferência, o kit do banho de eletrólise inclui uma bomba de mercúrio. Dois tipos de bombas são usados. Nos casos em que os banhos são equipados com digestor vertical ou onde o digestor é instalado sob o eletrolisador, são utilizadas bombas centrífugas submersíveis convencionais baixadas no digestor. Para banhos em que o decompositor é instalado próximo ao eletrolisador, o amálgama é bombeado com uma bomba rotativa cônica do tipo original.
Todas as peças de aço do eletrolisador que entram em contato com cloro ou cloranólito são protegidas com um revestimento de borracha vulcanizada de grau especial (goma). A camada protetora de borracha não é totalmente resistente. Com o tempo, torna-se clorado e quebradiço e racha devido à temperatura. Periodicamente, a camada protetora é renovada. Todas as outras partes do banho de eletrólise: decompositor, bomba, transbordamentos são feitas de aço desprotegido, pois nem o hidrogênio nem a solução cáustica o corroem.
Atualmente, os ânodos de grafite são os mais comuns em eletrolisadores de mercúrio. No entanto, eles estão sendo substituídos pelo ORTA.
6.Precauções de segurança na produção de cloro
e proteção ambiental
O perigo para o pessoal na produção de cloro é determinado pela alta toxicidade do cloro e do mercúrio, pela possibilidade de formação nos equipamentos de misturas gasosas explosivas de cloro e hidrogênio, hidrogênio e ar, bem como soluções de tricloreto de nitrogênio em cloro líquido , o uso na produção de eletrolisadores - dispositivos que estão sob um potencial elétrico aumentado em relação à terra, as propriedades do álcali cáustico produzido nesta produção.
A inalação de ar contendo 0,1 mg/l de cloro durante 30-60 minutos é fatal. A inalação de ar contendo mais de 0,001 mg/l de cloro irrita o trato respiratório. Concentração máxima permitida (MPC) de cloro no ar de áreas povoadas: média diária de 0,03 mg/m3, máxima única de 0,1 mg/m3, no ar da área de trabalho de instalações industriais é de 1 mg/m3, odor limiar de percepção 2 mg/m3. Na concentração de 3-6 mg/m3 sente-se um odor distinto, ocorre irritação (vermelhidão) dos olhos e mucosas nasais, a 15 mg/m3 - irritação da nasofaringe, a 90 mg/m3 - ataques intensos de tosse . A exposição a 120 - 180 mg/m3 durante 30-60 minutos é potencialmente fatal, a 300 mg/m3 a morte é possível, uma concentração de 2500 mg/m3 leva à morte em 5 minutos, a uma concentração de 3000 mg/m3 morte ocorre após algumas respirações. A concentração máxima permitida de cloro para a filtragem de máscaras de gás industriais e civis é de 2.500 mg/m3.
A presença de cloro no ar é determinada por dispositivos de reconhecimento químico: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV utilizando tubos indicadores IT-44 (cor rosa, limiar de sensibilidade 5 mg/m3), IT-45 (cor laranja), aspiradores AM- 5, AM-0055, AM-0059, NP-3M com tubos indicadores de cloro, analisador de gás universal UG-2 com faixa de medição de 0-80 mg/m3, detector de gás "Kolion-701" na faixa de 0- 20mg/m3. Em espaço aberto - com dispositivos SIP "KORSAR-X". Interior - com dispositivos SIP "VEGA-M". Para proteção contra o cloro em caso de avarias ou situações de emergência, todas as pessoas nas oficinas devem possuir e utilizar prontamente máscaras de gás das marcas “B” ou “BKF” (exceto oficinas de eletrólise de mercúrio), bem como vestuário de proteção: pano ou ternos emborrachados, botas e luvas de borracha. As caixas de máscaras de gases anticloro devem ser pintadas de amarelo.
O mercúrio é mais venenoso que o cloro. A concentração máxima permitida de seus vapores no ar é de 0,00001 mg/l. Afeta o corpo humano por meio da inalação e do contato com a pele, bem como pelo contato com objetos amalgamados. Seus vapores e respingos são adsorvidos (absorvidos) por roupas, pele e dentes. Ao mesmo tempo, o mercúrio evapora facilmente à temperatura; disponível na oficina de eletrólise, e a concentração de seus vapores no ar excede em muito o máximo permitido. Portanto, as oficinas de eletrólise com cátodo líquido são equipadas com ventilação potente, que, durante a operação normal, garante um nível aceitável de concentração de vapor de mercúrio na atmosfera da oficina. Contudo, isto não é suficiente para uma operação segura. Também é necessário observar a chamada disciplina do mercúrio: seguir as regras de manuseio do mercúrio. Acompanhando-os, antes de iniciar o trabalho, os funcionários passam por um posto de controle sanitário, em um setor limpo onde deixam a roupa de casa e vestem roupa de cama recém-lavada, que é uma roupa especial. Ao final do plantão, as agasalhos e a roupa suja são deixadas no setor sujo da sala de inspeção sanitária, e os trabalhadores tomam banho, escovam os dentes e vestem utensílios domésticos no setor limpo da sala de inspeção sanitária.
Nas oficinas onde se trabalha com cloro e mercúrio, deve-se utilizar máscara de gás da marca “G” (a caixa da máscara de gás é pintada de preto e amarelo) e luvas de borracha. As regras da “disciplina do mercúrio” estipulam que se trabalhe com mercúrio e amalgamados as superfícies só devem ser executadas sob uma camada de água; O mercúrio derramado deve ser imediatamente lavado no ralo onde há armadilhas de mercúrio.
O meio ambiente está ameaçado por emissões de cloro e vapor de mercúrio na atmosfera, descargas de sais de mercúrio e gotículas de mercúrio, compostos contendo cloro ativo em águas residuais e envenenamento do solo por lamas de mercúrio. O cloro entra na atmosfera durante acidentes, com emissões de ventilação e gases de exaustão de diversos dispositivos. O vapor de mercúrio é transportado com o ar dos sistemas de ventilação. A norma para o teor de cloro no ar quando liberado na atmosfera é de 0,03 mg/m3. Esta concentração pode ser alcançada se for utilizada a lavagem alcalina dos gases de escape em vários estágios. A norma para o teor de mercúrio no ar quando liberado na atmosfera é de 0,0003 mg/m3, e nas águas residuais quando descartadas em corpos d'água é de 4 mg/m3.
Neutralize o cloro com as seguintes soluções:
leite de cal, para o qual 1 parte em peso de cal apagada é despejada em 3 partes de água, bem misturada e, em seguida, uma solução de cal é derramada por cima (por exemplo, 10 kg de cal apagada + 30 litros de água);
Solução aquosa de carbonato de sódio a 5%, para a qual 2 partes em peso de carbonato de sódio são dissolvidas com mistura com 18 partes de água (por exemplo, 5 kg de carbonato de sódio + 95 litros de água);
Uma solução aquosa de soda cáustica a 5%, para a qual 2 partes em peso de soda cáustica são dissolvidas com mistura com 18 partes de água (por exemplo, 5 kg de soda cáustica + 95 litros de água).
Se houver vazamento de gás cloro, água é borrifada para extinguir o vapor. A taxa de consumo de água não é padronizada.
Quando o cloro líquido é derramado, o local do derramamento é cercado por uma muralha de terra e preenchido com leite de cal, uma solução de carbonato de sódio, soda cáustica ou água. Para neutralizar 1 tonelada de cloro líquido, são necessárias 0,6-0,9 toneladas de água ou 0,5-0,8 toneladas de soluções. Para neutralizar 1 tonelada de cloro líquido, são necessárias 22 a 25 toneladas de soluções ou 333 a 500 toneladas de água.
Para pulverizar água ou soluções, são utilizados caminhões de água e bombeiros, postos de autoabastecimento (ATs, PM-130, ARS-14, ARS-15), além de hidrantes e sistemas especiais disponíveis em instalações quimicamente perigosas.
Conclusão
Como os volumes de cloro obtidos por métodos laboratoriais são insignificantes em comparação com a demanda cada vez maior por este produto, não faz sentido realizar uma análise comparativa dos mesmos.
Dos métodos de produção eletroquímica, o mais fácil e conveniente é a eletrólise com cátodo líquido (mercúrio), mas esse método apresenta desvantagens. Causa danos ambientais significativos através da evaporação e vazamento de mercúrio metálico e gás cloro.
Os eletrolisadores com cátodo sólido eliminam o risco de poluição ambiental com mercúrio. Na escolha entre eletrolisadores de diafragma e membrana para novas instalações de produção, é preferível utilizar estes últimos, pois são mais econômicos e proporcionam a oportunidade de obter um produto final de maior qualidade.
Bibliografia
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Fontes da Internet
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(de acordo com Pauling)
/cm³
Cloro (χλωρός - verde) - elemento do subgrupo principal do sétimo grupo, terceiro período do sistema periódico de elementos químicos de D. I. Mendeleev, com número atômico 17. Denotado pelo símbolo Cl (lat. Chlorum). Não metálico quimicamente ativo. Faz parte do grupo dos halogênios (originalmente o nome “halogênio” foi usado pelo químico alemão Schweiger para cloro [literalmente, “halogênio” é traduzido como sal), mas não pegou e posteriormente tornou-se comum ao grupo VII de elementos, que inclui cloro).
A substância simples cloro (número CAS: 7782-50-5) em condições normais é um gás venenoso de cor verde-amarelada, com odor pungente. Molécula de cloro diatômico (fórmula Cl2).
Diagrama do átomo de cloro
O cloro foi obtido pela primeira vez em 1772 por Scheele, que descreveu sua liberação durante a interação da pirolusita com o ácido clorídrico em seu tratado sobre pirolusita:
4HCl + MnO2 = Cl2 + MnCl2 + 2H2O
Scheele notou o odor do cloro, semelhante ao da água régia, sua capacidade de reagir com ouro e cinábrio e suas propriedades de branqueamento.
Porém, Scheele, de acordo com a teoria do flogisto dominante na química da época, sugeriu que o cloro é ácido clorídrico desflogisticado, ou seja, o óxido de ácido clorídrico. Berthollet e Lavoisier sugeriram que o cloro é um óxido do elemento muria, mas as tentativas de isolá-lo não tiveram sucesso até o trabalho de Davy, que conseguiu decompor o sal de cozinha em sódio e cloro por eletrólise.
Distribuição na natureza
Existem dois isótopos de cloro encontrados na natureza: 35 Cl e 37 Cl. Na crosta terrestre, o cloro é o halogênio mais comum. O cloro é muito ativo - combina-se diretamente com quase todos os elementos da tabela periódica. Portanto, na natureza é encontrado apenas na forma de compostos nos minerais: halita NaCl, silvite KCl, silvinita KCl NaCl, bischofita MgCl 2 6H2O, carnalita KCl MgCl 2 6H 2 O, cainita KCl MgSO 4 3H 2 O. O maior as reservas de cloro estão contidas nos sais das águas dos mares e oceanos.
O cloro representa 0,025% do número total de átomos na crosta terrestre, o número de Clarke do cloro é 0,19% e o corpo humano contém 0,25% de íons cloro em massa. No corpo humano e animal, o cloro é encontrado principalmente nos fluidos intercelulares (incluindo o sangue) e desempenha um papel importante na regulação dos processos osmóticos, bem como nos processos associados ao funcionamento das células nervosas.
Composição isotópica
Existem 2 isótopos estáveis de cloro encontrados na natureza: com número de massa de 35 e 37. As proporções de seu conteúdo são respectivamente 75,78% e 24,22%.
| Isótopo | Massa relativa, a.m.u. | Meia-vida | Tipo de decadência | Rotação nuclear |
|---|---|---|---|---|
| 35 Cl | 34.968852721 | Estábulo | — | 3/2 |
| 36Cl | 35.9683069 | 301.000 anos | decaimento β em 36 Ar | 0 |
| 37Cl | 36.96590262 | Estábulo | — | 3/2 |
| 38Cl | 37.9680106 | 37,2 minutos | decaimento β em 38 Ar | 2 |
| 39Cl | 38.968009 | 55,6 minutos | β decai para 39 Ar | 3/2 |
| 40Cl | 39.97042 | 1,38 minutos | decaimento β em 40 Ar | 2 |
| 41Cl | 40.9707 | 34 segundos | decaimento β em 41 Ar | |
| 42Cl | 41.9732 | 46,8s | decaimento β em 42 Ar | |
| 43Cl | 42.9742 | 3,3s | β-decaimento em 43 Ar |
Propriedades físicas e físico-químicas
Em condições normais, o cloro é um gás verde-amarelado com odor sufocante. Algumas de suas propriedades físicas são apresentadas na tabela.
Algumas propriedades físicas do cloro
| Propriedade | Significado |
|---|---|
| Temperatura de ebulição | −34°C |
| Temperatura de fusão | −101°C |
| temperatura de decomposição (dissociações em átomos) |
~1400°C |
| Densidade (gás, n.s.) | 3,214 g/l |
| Afinidade eletrônica de um átomo | 3,65 eV |
| Primeira energia de ionização | 12,97 eV |
| Capacidade térmica (298 K, gás) | 34,94 (J/mol·K) |
| Temperatura critica | 144°C |
| Pressão crítica | 76 atm |
| Entalpia padrão de formação (298 K, gás) | 0 (kJ/mol) |
| Entropia padrão de formação (298 K, gás) | 222,9 (J/mol·K) |
| Entalpia de fusão | 6,406 (kJ/mol) |
| Entalpia de ebulição | 20,41 (kJ/mol) |
Quando resfriado, o cloro se transforma em líquido a uma temperatura de cerca de 239 K e, abaixo de 113 K, cristaliza em uma rede ortorrômbica com grupo espacial CMCA e parâmetros a=6,29 b=4,50, c=8,21. Abaixo de 100 K, a modificação ortorrômbica do cloro cristalino torna-se tetragonal, possuindo um grupo espacial P4 2/ncm e parâmetros de rede a=8,56 e c=6,12.
Solubilidade
| Solvente | Solubilidade g/100 g |
|---|---|
| Benzeno | Vamos dissolver |
| Água (0°C) | 1,48 |
| Água (20°C) | 0,96 |
| Água (25°C) | 0,65 |
| Água (40°C) | 0,46 |
| Água (60°C) | 0,38 |
| Água (80°C) | 0,22 |
| Tetracloreto de carbono (0 °C) | 31,4 |
| Tetracloreto de carbono (19 °C) | 17,61 |
| Tetracloreto de carbono (40 °C) | 11 |
| Clorofórmio | Bem solúvel |
| TiCl4, SiCl4, SnCl4 | Vamos dissolver |
À luz ou quando aquecido, reage ativamente (às vezes com explosão) com o hidrogênio de acordo com um mecanismo radical. Misturas de cloro com hidrogênio, contendo de 5,8 a 88,3% de hidrogênio, explodem quando irradiadas para formar cloreto de hidrogênio. Uma mistura de cloro e hidrogênio em pequenas concentrações queima com uma chama incolor ou verde-amarelada. Temperatura máxima da chama de hidrogénio-cloro 2200 °C:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (ex.) → 2ClF 3
Outras propriedades
Cl 2 + CO → COCl 2Quando dissolvido em água ou álcalis, o cloro se dismuta, formando ácidos hipocloroso (e quando aquecido, perclórico) e clorídrico, ou seus sais:
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 4Cl
Propriedades oxidantes do cloro
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SReações com substâncias orgânicas
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClLiga-se a compostos insaturados por meio de ligações múltiplas:
CH 2 =CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Os compostos aromáticos substituem um átomo de hidrogênio por cloro na presença de catalisadores (por exemplo, AlCl 3 ou FeCl 3):
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Métodos de cloro para produção de cloro
Métodos industriais
Inicialmente, o método industrial de produção de cloro baseava-se no método Scheele, ou seja, a reação da pirolusita com ácido clorídrico:
MnO 2 + 4HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O 2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH Ânodo: 2Cl - - 2е - → Cl 2 0 Cátodo: 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH-
Como a eletrólise da água ocorre paralelamente à eletrólise do cloreto de sódio, a equação geral pode ser expressa da seguinte forma:
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
São utilizadas três variantes do método eletroquímico para produção de cloro. Dois deles são eletrólise com cátodo sólido: métodos de diafragma e membrana, o terceiro é eletrólise com cátodo líquido (método de produção de mercúrio). Dentre os métodos de produção eletroquímica, o método mais fácil e conveniente é a eletrólise com cátodo de mercúrio, mas esse método causa danos significativos ao meio ambiente como resultado da evaporação e vazamento de mercúrio metálico.
Método de diafragma com cátodo sólido
A cavidade do eletrolisador é dividida por uma divisória porosa de amianto - um diafragma - em espaços catódicos e anódicos, onde o cátodo e o ânodo do eletrolisador estão localizados respectivamente. Portanto, esse eletrolisador é frequentemente chamado de diafragma, e o método de produção é a eletrólise do diafragma. Um fluxo de anólito saturado (solução de NaCl) flui continuamente para o espaço anódico do eletrolisador de diafragma. Como resultado do processo eletroquímico, o cloro é liberado no ânodo devido à decomposição da halita, e o hidrogênio é liberado no cátodo devido à decomposição da água. Neste caso, a zona próxima ao cátodo é enriquecida com hidróxido de sódio.
Método de membrana com cátodo sólido
O método da membrana é essencialmente semelhante ao método do diafragma, mas os espaços anódico e cátodo são separados por uma membrana de polímero de troca catiônica. O método de produção de membrana é mais eficiente que o método de diafragma, mas mais difícil de usar.
Método de mercúrio com cátodo líquido
O processo é realizado em banho eletrolítico, composto por um eletrolisador, um decompositor e uma bomba de mercúrio, interligados por comunicações. No banho eletrolítico, o mercúrio circula sob a ação de uma bomba de mercúrio, passando por um eletrolisador e um decompositor. O cátodo do eletrolisador é um fluxo de mercúrio. Ânodos - grafite ou de baixo desgaste. Juntamente com o mercúrio, uma corrente de anólito - uma solução de cloreto de sódio - flui continuamente através do eletrolisador. Como resultado da decomposição eletroquímica do cloreto, moléculas de cloro são formadas no ânodo e, no cátodo, o sódio liberado se dissolve em mercúrio formando um amálgama.
Métodos laboratoriais
Em laboratórios, para a produção de cloro, costumam ser utilizados processos baseados na oxidação do cloreto de hidrogênio com agentes oxidantes fortes (por exemplo, óxido de manganês (IV), permanganato de potássio, dicromato de potássio):
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
Armazenamento de cloro
O cloro produzido é armazenado em “tanques” especiais ou bombeado para cilindros de aço de alta pressão. Os cilindros com cloro líquido sob pressão têm uma cor especial - cor do pântano. Deve-se observar que durante o uso prolongado de cilindros de cloro, tricloreto de nitrogênio extremamente explosivo se acumula neles e, portanto, de tempos em tempos, os cilindros de cloro devem passar por lavagem rotineira e limpeza de cloreto de nitrogênio.
Padrões de qualidade de cloro
De acordo com GOST 6718-93 “Cloro líquido. Especificações técnicas" são produzidos os seguintes tipos de cloro
Aplicativo
O cloro é usado em muitas indústrias, ciências e necessidades domésticas:
- Na produção de cloreto de polivinila, compostos plásticos, borracha sintética, a partir dos quais são feitos: isolamento de fios, perfis de janelas, materiais de embalagem, roupas e calçados, linóleo e discos, vernizes, equipamentos e espumas plásticas, brinquedos, peças de instrumentos, materiais de construção. O cloreto de polivinila é produzido pela polimerização do cloreto de vinila, que hoje é mais frequentemente produzido a partir do etileno pelo método balanceado com cloro através do intermediário 1,2-dicloroetano.
- As propriedades de branqueamento do cloro são conhecidas há muito tempo, embora não seja o cloro em si que “branqueia”, mas o oxigênio atômico, que se forma durante a quebra do ácido hipocloroso: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Este método de branqueamento de tecidos, papel, papelão tem sido usado há vários séculos.
- Produção de inseticidas organoclorados - substâncias que matam insetos nocivos às lavouras, mas são seguras para as plantas. Uma parcela significativa do cloro produzido é consumida para a obtenção de produtos fitofarmacêuticos. Um dos inseticidas mais importantes é o hexaclorociclohexano (frequentemente chamado de hexaclorano). Esta substância foi sintetizada pela primeira vez em 1825 por Faraday, mas só encontrou aplicação prática mais de 100 anos depois - na década de 30 do nosso século.
- Foi utilizado como agente de guerra química, bem como para a produção de outros agentes de guerra química: gás mostarda, fosgênio.
- Para desinfetar a água - “cloração”. O método mais comum de desinfecção de água potável; baseia-se na capacidade do cloro livre e seus compostos de inibir os sistemas enzimáticos de microrganismos que catalisam os processos redox. Para desinfetar a água potável são utilizados: cloro, dióxido de cloro, cloramina e água sanitária. SanPiN 2.1.4.1074-01 estabelece os seguintes limites (corredor) do teor permitido de cloro residual livre na água potável do abastecimento centralizado de água 0,3 - 0,5 mg/l. Vários cientistas e até políticos na Rússia criticam o próprio conceito de cloração da água da torneira, mas não podem oferecer uma alternativa ao efeito desinfectante dos compostos de cloro. Os materiais com os quais os canos de água são feitos interagem de maneira diferente com a água clorada da torneira. O cloro livre na água da torneira reduz significativamente a vida útil de tubulações à base de poliolefina: vários tipos de tubos de polietileno, incluindo polietileno reticulado, os grandes conhecidos como PEX (PE-X). Nos EUA, para controlar a admissão de tubulações feitas de materiais poliméricos para uso em sistemas de abastecimento de água com água clorada, foram obrigados a adotar 3 normas: ASTM F2023 em relação a tubulações, membranas e músculos esqueléticos. Esses canais desempenham funções importantes na regulação do volume de fluidos, no transporte transepitelial de íons e na estabilização dos potenciais de membrana, e estão envolvidos na manutenção do pH celular. O cloro se acumula no tecido visceral, na pele e nos músculos esqueléticos. O cloro é absorvido principalmente no intestino grosso. A absorção e excreção de cloro estão intimamente relacionadas aos íons sódio e bicarbonatos e, em menor grau, aos mineralocorticóides e à atividade Na + /K + -ATPase. 10-15% de todo o cloro se acumula nas células, dos quais 1/3 a 1/2 está nos glóbulos vermelhos. Cerca de 85% do cloro é encontrado no espaço extracelular. O cloro é excretado do corpo principalmente pela urina (90-95%), fezes (4-8%) e pela pele (até 2%). A excreção de cloro está associada aos íons sódio e potássio, e reciprocamente ao HCO 3 - (equilíbrio ácido-base).
Uma pessoa consome 5-10 g de NaCl por dia. A necessidade humana mínima de cloro é de cerca de 800 mg por dia. O bebê recebe a quantidade necessária de cloro através do leite materno, que contém 11 mmol/l de cloro. O NaCl é necessário para a produção de ácido clorídrico no estômago, que promove a digestão e destrói bactérias patogênicas. Atualmente, o envolvimento do cloro na ocorrência de determinadas doenças em humanos não é bem estudado, principalmente devido ao pequeno número de estudos. Basta dizer que nem mesmo recomendações sobre a ingestão diária de cloro foram desenvolvidas. O tecido muscular humano contém 0,20-0,52% de cloro, tecido ósseo - 0,09%; no sangue - 2,89 g/l. O corpo médio de uma pessoa (peso corporal 70 kg) contém 95 g de cloro. Todos os dias uma pessoa recebe de 3 a 6 g de cloro dos alimentos, o que mais do que cobre a necessidade desse elemento.
Os íons cloro são vitais para as plantas. O cloro está envolvido no metabolismo energético das plantas, ativando a fosforilação oxidativa. É necessário para a formação de oxigênio durante a fotossíntese pelos cloroplastos isolados e estimula os processos auxiliares da fotossíntese, principalmente aqueles associados ao acúmulo de energia. O cloro tem um efeito positivo na absorção de compostos de oxigênio, potássio, cálcio e magnésio pelas raízes. A concentração excessiva de íons cloro nas plantas também pode ter um lado negativo, por exemplo, reduzir o teor de clorofila, reduzir a atividade da fotossíntese, retardar o crescimento e desenvolvimento das plantas (cloro Baskunchak). O cloro foi um dos primeiros agentes químicos utilizados
— Utilização de equipamentos analíticos laboratoriais, elétrodos laboratoriais e industriais, nomeadamente: elétrodos de referência ESR-10101 que analisam o teor de Cl- e K+.
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Interação, envenenamento, água, reações e produção de cloro
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(Cloro; do grego - verde-amarelo), Cl - químico. elemento do grupo VII do sistema periódico de elementos; no. n. 17, às. metro 35.453. Gás verde-amarelado com odor pungente. Nos compostos apresenta estados de oxidação - 1, + 1, +3, + 5 e + 7. Os compostos mais estáveis são X. com estados de oxidação extremos: - 1 e + 7. X natural consiste nos isótopos 35Cl (75,53% ) e 37Сl (24,47%). Existem sete isótopos radioativos conhecidos com números de massa 32-40 e dois isômeros; o isótopo de vida mais longa 36Cl com meia-vida de 3,08 x 10 5 anos (decaimento beta, captura de elétrons). X. foi descoberto em 1774 pelo sueco, químico K. Scheele, e isolado em 1810 pelos ingleses. químico G. Davy.
O teor de cloro na crosta terrestre é 4,5 x 10-2%. Há cap. arr. na água do mar (até 2% de cloretos), na forma de depósitos de sal-gema NaCl, silvita, carnalita, bischofita MgCl2x6H20 e cainita KMg 3H20. Físico básico constantes do elemento X. ponto de fusão -101,6° C; ponto de ebulição - 34,6° C; densidade do líquido X. (no ponto de ebulição) 1,56 g/cm3; calor de fusão 1,62 kcal/mol; calor de evaporação (no ponto de ebulição) 4,42 kcal/mol. X. combina diretamente com a maioria dos não metais (exceto carbono)
Dependência da tensão de início e propagação da fratura frágil com a temperatura, caracterizando a resistência ao frio dos aços estruturais em função das temperaturas críticas: 1 - limite de escoamento; 2 - ocorrência de destruição; h - propagação da destruição; t > t1 - área de destruição dúctil; t2< t < t1, - область квазихрупких разрушений; t < t2-область хрупких разрушений. да, азота и кислорода)и с подавляющим большинством металлов.
Às vezes, o cloro reage com metais na presença de vestígios de umidade. O cloro seco não interage com o ferro, o que permite seu armazenamento em cilindros de aço. Acima de uma temperatura de 540° C, nenhum metal é resistente a X. (a esta temperatura, os mais resistentes ao X. gasoso, metais com alto teor de níquel, como o Inconel, começam a corroer). Solúvel em água (2 volumes por 1 volume de água a uma temperatura de 25 ° C), hidrolisando parcialmente para formar uma solução de ácido hipocloroso e clorídrico. Dos compostos de X. com não metais, o mais importante é o cloreto de HCl, que é formado pela interação direta (na luz) do Cloro com o hidrogênio ou sob a influência de minerais fortes, ácidos (por exemplo, H2SO4) no metal compostos com cloro (por exemplo, NaCl), e também é um subproduto na obtenção de plural. compostos organoclorados. O cloreto é um gás incolor, no estado seco não interage com a maioria dos metais e seus óxidos. Dissolve-se muito bem em água (426 volumes de HCl em 1 volume de água a uma temperatura de 25° C), formando um ácido clorídrico.
O ácido clorídrico, por ser muito forte, interage com todos os metais eletronegativos (localizados na série eletroquímica de tensões superiores ao hidrogênio). Em soluções não aquosas de cloreto de hidrogênio (por exemplo, em acetonitrila), certas substâncias eletropositivas (por exemplo, ) também podem sofrer corrosão. O cloro não interage diretamente com o oxigênio. Cl20, ClO2, Cl206 e Cl207 podem ser obtidos indiretamente, que correspondem aos ácidos HClO - hipocloroso (sais - hipocloritos), HClO2 - cloreto (sais -), HClO3 - hipocloroso (sais - cloratos) e HClO4 - perclórico (sais - percloratos ). Os compostos hipoclorosos e clorados são instáveis e existem apenas em soluções aquosas diluídas. Todos os cloro são agentes oxidantes fortes.
A capacidade oxidante do to-t e de seus sais diminui, e a força aumenta de hipocloroso para clorídrico. Os agentes oxidantes mais utilizados são o clorito de cálcio Ca(OCl)2, o sal bertólito KClO3 e o alvejante Ca2OCl2 - sal duplo do ácido clorídrico e hipocloroso. O cloro combina-se com outros halogênios para formar compostos interhalogênicos: ClF, ClF3, BrCl, IСl e IC3. De acordo com a química Compostos sagrados de elementos com cloro () são divididos em cloretos ácidos, semelhantes a sal e neutros não semelhantes a sal. Os cloretos semelhantes ao sal incluem compostos com cloro dos metais I, II e IIIa dos subgrupos do sistema periódico de elementos, bem como compostos com X. metais de outros grupos em estados de oxidação mais baixos. A maioria dos cloretos semelhantes ao sal derretem em altas temperaturas e são altamente solúveis em água, com algumas exceções (por exemplo, AgCl).
Substâncias semelhantes ao sal no estado fundido conduzem relativamente bem a corrente (sua condutividade a uma temperatura de 800 ° C é LiCl - 2,17; NaCl - 3,57; KCl - 2,20 ohm -1 cb -1). Os cloretos ácidos incluem cloretos de não metais (por exemplo, boro, silício, fósforo) e cloretos de metais do subgrupo IIIb e grupos IV-VIII do sistema periódico em estados de oxidação mais elevados. Os cloretos ácidos, ao interagirem com a água, formam o ácido correspondente e liberam cloreto. Um cloreto neutro não salino é, por exemplo, tetracloreto de CCl4. Básico baile de formatura. método de obtenção de soluções X. de NaCl ou HCl (ânodos de grafite ou titânio). O cloro é muito tóxico, o teor máximo permitido de X livre no ar é de 0,001 mg/l. O cloro é o mais importante dos halogênios na prática; é utilizado no branqueamento de tecidos e papel, na desinfecção de água potável, na produção de ácido clorídrico, na síntese orgânica, na produção e purificação de muitos metais por métodos de metalurgia do cloro. Os hipocloritos também são usados como branqueadores e desinfetantes, em pirotecnia e na produção de fósforos, e os percloratos são usados como componente de combustíveis sólidos para foguetes.
O gás cloro é de cor verde-amarelada. É venenoso, tem um odor forte, sufocante e desagradável. O cloro é mais pesado que o ar e se dissolve relativamente bem em água (para 1 volume de água, 2 volumes de cloro), formando água clorada; Cl 2 aqi se transforma em líquido a uma temperatura de -34 °C e endurece a -101 °C. Densidade 1,568 g/cm³
Cl - como substância foi usada durante a Primeira Guerra Mundial como agente de guerra química, porque é mais pesado que o ar e fica bem retido acima da superfície da terra. A concentração máxima permitida de cloro livre no ar é de 0,001 mg/l.
O envenenamento crônico por cloro causa alterações na pele, doenças pulmonares e brônquicas. Em caso de intoxicação por cloro, deve-se usar como antídoto uma mistura de vapor de álcool com éter ou vapor de água misturado com amônia.
Em pequenas quantidades, o cloro pode curar doenças do trato respiratório superior, pois tem efeito prejudicial sobre as bactérias. Devido ao seu efeito desinfetante, o cloro é utilizado para desinfetar a água hidrogenada.
Como sais são elementos vitais. O cloro na forma de sal de cozinha é constantemente utilizado na alimentação e também faz parte das plantas verdes - a clorofila.
A interação do cloro com o hidrogênio ocorre de forma explosiva apenas na luz:
Cl2 + H2 = 2HCl
2Na + Cl 2 = 2NaCl
Essa é a base para aumentar o percentual de metais nobres nas ligas de baixo teor, para isso o material pré-triturado é aquecido na presença de cloro que passa livremente.
Se os metais podem ter diferentes estados de oxidação, ao reagir com o cloro eles apresentam os mais elevados:
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3
Cu + Cl 2 = CuCl 2
Interação do cloro com substâncias complexas
Quando o cloro interage com substâncias complexas, ele se comporta como, por exemplo, ao interagir com a água. No início, o halogênio se dissolve na água para formar água clorada (Claq), e então gradualmente começa uma reação entre a água e o cloro:
Cl2 + H2O = 2HCl + [O]
Porém, esta reação não prossegue imediatamente para a formação dos produtos finais. Na primeira etapa do processo, formam-se dois ácidos - HCl clorídrico e hipocloroso (esta mistura de ácidos é dissolvida)
Cl2 + H2O = HCl + HClO
O ácido hipocloroso então se decompõe:
HClO = HCl + [O]
Formação atômicao oxigênio explica em grande parte o efeito oxidante do cloro. Os corantes orgânicos colocados em água com cloro ficam descoloridos. O teste do tornassol não adquire sua cor característica no ácido, mas a perde completamente, o que se explica pela presença do oxigênio atômico, que tem efeito oxidante no tornassol.
Os halogênios também reagem com substâncias orgânicas
Se você introduzir um pedaço de papel embebido em terebintina (uma substância orgânica composta por hidrogênio e carbono) em uma atmosfera de cloro, notará a liberação de uma grande quantidade de fuligem e o cheiro de cloreto de hidrogênio, às vezes a reação prossegue com ignição. Isso se explica pelo fato de o cloro se deslocar dos compostos com o hidrogênio e formar cloreto de hidrogênio, sendo liberado na forma de fuligem no estado livre. É por isso que produtos de borracha não são usados.
