Quel type de ov est le chlore? Le chlore dans la nature
Chlore
CHLORE-mais; m.[du grec. chlōros - vert pâle] Élément chimique (Cl), un gaz suffocant de couleur jaune verdâtre avec une odeur piquante (utilisé comme agent toxique et désinfectant). Composés chlorés. Intoxication au chlore.
◁ Chlore (voir).
chlore(lat. Chlorum), un élément chimique du groupe VII du système périodique, fait référence aux halogènes. Le nom vient du grec chlōros - jaune-vert. Le chlore libre est constitué de molécules diatomiques (Cl 2); gaz de couleur jaune-vert avec une odeur piquante; densité 3,214 g/l; t pl -101°C ; t balle -33,97°C; à température normale, il se liquéfie facilement sous une pression de 0,6 MPa. Chimiquement très actif (agent oxydant). Les principaux minéraux sont l'halite (sel gemme), le sylvin, le bischofite; l'eau de mer contient des chlorures de sodium, de potassium, de magnésium et d'autres éléments. Ils sont utilisés dans la production de composés organiques chlorés (60-75%), de substances inorganiques (10-20%), pour le blanchiment de la cellulose et des tissus (5-15%), à des fins sanitaires et pour la désinfection (chloration) de l'eau. Toxique.
CHLORECHLORE (lat. Chlorum), Cl (lire "chlore"), un élément chimique de numéro atomique 17, masse atomique 35,453. Sous sa forme libre, c'est un gaz lourd jaune-vert à l'odeur âcre et suffocante (d'où le nom : grec chloros - jaune-vert).
Le chlore naturel est un mélange de deux nucléides (cm. NUCLÉDE) avec des nombres de masse 35 (dans un mélange de 75,77 % en poids) et 37 (24,23 %). Configuration de la couche électronique externe 3 s 2
p 5
... Dans les composés, il montre principalement les états d'oxydation -1, +1, +3, +5 et +7 (valences I, III, V et VII). Situé dans la troisième période du groupe VIIA du tableau périodique des éléments de Mendeleev, appartient aux halogènes (cm. HALOGÈNES).
Le rayon de l'atome de chlore neutre est de 0,099 nm, les rayons ioniques sont égaux, respectivement (les valeurs des numéros de coordination sont indiquées entre parenthèses) : Cl - 0,167 nm (6), Cl 5+ 0,026 nm (3) et Clr 7 + 0,022 nm (3) et 0,041 nm (6). Les énergies d'ionisation consécutives d'un atome de chlore neutre sont respectivement de 12,97, 23,80, 35,9, 53,5, 67,8, 96,7 et 114,3 eV. L'affinité électronique est de 3,614 eV. Sur l'échelle de Pauling, l'électronégativité du chlore est de 3,16.
Historique de la découverte
Le composé chimique le plus important du chlore - le sel de table (la formule chimique est NaCl, le nom chimique est le chlorure de sodium) - est connu de l'homme depuis l'Antiquité. Il existe des preuves que l'extraction du sel de table a été réalisée 3 à 4 000 ans avant JC en Libye. Il est possible qu'en utilisant du sel de table pour diverses manipulations, les alchimistes aient également rencontré du chlore gazeux. Pour dissoudre le "roi des métaux" - l'or - ils ont utilisé "l'eau régale" - un mélange d'acides chlorhydrique et nitrique, dont l'interaction produit du chlore.
Pour la première fois, du chlore gazeux a été obtenu et décrit en détail par le chimiste suédois K. Scheele (cm. SCHEELE Karl Wilhelm) en 1774. Il a chauffé de l'acide chlorhydrique avec le minéral pyrolusite (cm. PYROLYSITE) MnO 2 et a observé le dégagement d'un gaz jaune-vert avec une odeur piquante. Comme à cette époque prévalait la théorie du phlogistique (cm. PHLOGISTON) Scheele considérait le nouveau gaz comme de l'« acide chlorhydrique déflogistiqué », c'est-à-dire comme un oxyde (oxyde) d'acide chlorhydrique. A. Lavoisier (cm. LAVOISIER Antoine Laurent) considérait le gaz comme un oxyde de l'élément « muria » (l'acide chlorhydrique était appelé acide murique, du latin muria - saumure). Le même point de vue a d'abord été partagé par le scientifique anglais G. Davy (cm. DEVI Humphrey), qui a passé beaucoup de temps à essayer de décomposer "l'oxyde de muria" en substances simples. Il n'a pas réussi et, en 1811, Davy est arrivé à la conclusion que ce gaz est une substance simple et qu'un élément chimique y répond. Davy a été le premier à suggérer de l'appeler chlore en fonction de la couleur jaune-vert du gaz. Le nom "chlore" a été donné à l'élément en 1812 par le chimiste français J.L. Gay-Lussac (cm. GAY-LUSSAC Joseph Louis); il est accepté dans tous les pays à l'exception de la Grande-Bretagne et des USA, où le nom introduit par Davy a été conservé. L'opinion a été exprimée que cet élément devrait être appelé "halogène" (c'est-à-dire donnant naissance à des sels), mais au fil du temps, il est devenu le nom général de tous les éléments du groupe VIIA.
Être dans la nature
La teneur en chlore dans la croûte terrestre est de 0,013% en poids, à une concentration notable, il est présent sous forme d'ion Cl - dans l'eau de mer (en moyenne, environ 18,8 g / l). Le chlore est chimiquement très actif et ne se présente donc pas sous forme libre dans la nature. Il fait partie de ces minéraux qui forment de grands gisements, tels que la table, ou la roche, le sel (halite (cm. HALITE)) NaCl, carnallite (cm. CARNALLIT) KCl MgCl 2 6H 21 O, sylvine (cm. SILVIN) KCl, sylvinite (Na, K) Cl, kaïnite (cm. KAINIT) l · MgSO 4 · 3Н 2 О, bischofite (cm. BICHOFIT) MgCl 2 · 6H 2 O et bien d'autres. Le chlore peut être trouvé dans une grande variété de roches, dans le sol.
Réception
Pour obtenir du chlore gazeux, l'électrolyse d'une solution aqueuse forte de NaCl est utilisée (parfois KCl est utilisé). L'électrolyse est réalisée à l'aide d'une membrane échangeuse de cations séparant les espaces cathodique et anodique. De plus, en raison du processus
2NaCl + 2H 2 O = 2NaOH + H 2 + Cl 2
trois produits chimiques précieux sont obtenus à la fois : le chlore à l'anode, l'hydrogène à la cathode (cm. HYDROGÈNE) et l'alcali s'accumule dans la cellule (1,13 tonne de NaOH pour chaque tonne de chlore produit). La production de chlore par électrolyse nécessite de grandes quantités d'électricité : la production d'1 tonne de chlore nécessite 2,3 à 3,7 MW.
Pour obtenir du chlore, le laboratoire utilise la réaction d'acide chlorhydrique concentré avec certains oxydants forts (permanganate de potassium KMnO 4, dichromate de potassium K 2 Cr 2 O 7, chlorate de potassium KClO 3, eau de Javel CaClOCl, oxyde de manganèse (IV) MnO 2). Il est plus pratique d'utiliser du permanganate de potassium à ces fins: dans ce cas, la réaction se déroule sans chauffage:
2KMnO 4 + 16HCl = 2KСl + 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O.
Si nécessaire, le chlore sous forme liquéfiée (sous pression) est transporté dans des citernes ferroviaires ou dans des bouteilles en acier. Les bouteilles de chlore ont un marquage spécial, mais même s'il est absent, une bouteille de chlore peut être facilement distinguée des bouteilles contenant d'autres gaz non toxiques. Le fond des cylindres de chlore a la forme d'un hémisphère et le cylindre de chlore liquide ne peut pas être placé verticalement sans support.
Proprietes physiques et chimiques
Dans des conditions normales, le chlore est un gaz jaune-vert, la densité du gaz à 25°C est de 3,214 g/dm 3 (environ 2,5 fois la densité de l'air). Le point de fusion du chlore solide est de -100,98°C, le point d'ébullition est de -33,97°C. Le potentiel d'électrode standard Cl 2 / Cl - en solution aqueuse est de +1,3583 V.
A l'état libre, il existe sous forme de molécules diatomiques Cl 2. La distance internucléaire dans cette molécule est de 0,1987 nm. L'affinité électronique de la molécule Cl 2 est de 2,45 eV, le potentiel d'ionisation est de 11,48 eV. L'énergie de dissociation des molécules de Cl 2 en atomes est relativement faible et s'élève à 239,23 kJ/mol.
Le chlore est légèrement soluble dans l'eau. A une température de 0°C, la solubilité est de 1,44 % en poids, à 20°C - 0,711°C en poids, à 60°C - 0,323 % en poids. %. Une solution de chlore dans l'eau est appelée eau chlorée. L'équilibre s'établit dans l'eau chlorée :
Cl 2 + H 2 O H + = Cl - + HOCl.
Afin de déplacer cet équilibre vers la gauche, c'est-à-dire pour réduire la solubilité du chlore dans l'eau, soit du chlorure de sodium NaCl, soit un acide fort non volatil (par exemple, l'acide sulfurique) doit être ajouté à l'eau.
Le chlore est très soluble dans de nombreux liquides non polaires. Le chlore liquide lui-même sert de solvant pour des substances telles que BCl 3, SiCl 4, TiCl 4.
En raison de la faible énergie de dissociation des molécules de Cl 2 en atomes et de la forte affinité de l'atome de chlore pour l'électron, le chlore est chimiquement très actif. Il interagit directement avec la plupart des métaux (y compris, par exemple, l'or) et de nombreux non-métaux. Ainsi, sans chauffage, le chlore réagit avec les alcalins (cm. MÉTAUX ALCALINS) et métaux alcalino-terreux (cm. MÉTAUX ALCALINO-TERREUX), à l'antimoine :
2Sb + 3Cl 2 = 2SbCl 3
Lorsqu'il est chauffé, le chlore réagit avec l'aluminium :
3Сl 2 + 2Аl = 2А1Сl 3
et fer :
2Fe + 3Cl 2 = 2FeCl 3.
Le chlore réagit avec l'hydrogène H 2 soit lorsqu'il est enflammé (le chlore brûle tranquillement dans une atmosphère d'hydrogène), soit lorsqu'un mélange de chlore et d'hydrogène est irradié avec de la lumière ultraviolette. Dans ce cas, du gaz chlorhydrique HCl est produit :
H2 + Cl2 = 2HCl.
Une solution de chlorure d'hydrogène dans l'eau est appelée chlorhydrique (cm. ACIDE HYDROCHLORIQUE)(acide hydrochlorique. La concentration massique maximale d'acide chlorhydrique est d'environ 38 %. Sels d'acide chlorhydrique - chlorures (cm. CHLORURES), par exemple le chlorure d'ammonium NH 4 Cl, le chlorure de calcium CaCl 2, le chlorure de baryum BaCl 2 et autres. De nombreux chlorures sont très solubles dans l'eau. Le chlorure d'argent AgCl est pratiquement insoluble dans l'eau et dans les solutions aqueuses acides. Une réaction qualitative à la présence d'ions chlorure en solution est la formation avec les ions Ag + d'un précipité blanc AgCl, qui est pratiquement insoluble en milieu acide nitrique :
CaCl 2 + 2AgNO 3 = Ca (NO 3) 2 + 2AgCl.
À température ambiante, le chlore réagit avec le soufre (le soufre dit monochlorure S 2 Cl 2 est formé) et le fluor (les composés ClF et ClF 3 sont formés). Lorsqu'il est chauffé, le chlore interagit avec le phosphore (formé, selon les conditions de réaction, des composés PCl 3 ou PCl 5), l'arsenic, le bore et d'autres non-métaux. Le chlore ne réagit pas directement avec l'oxygène, l'azote, le carbone (de nombreux composés chlorés avec ces éléments sont obtenus indirectement) et les gaz inertes (récemment, les scientifiques ont trouvé des moyens d'activer de telles réactions et de les réaliser "directement"). Le chlore forme des composés interhalogènes avec d'autres halogènes, par exemple des agents oxydants très puissants - fluorures ClF, ClF 3, ClF 5. La capacité oxydante du chlore est supérieure à celle du brome, de sorte que le chlore déplace l'ion bromure des solutions de bromure, par exemple :
Cl 2 + 2NaBr = Br 2 + 2NaCl
Le chlore entre dans des réactions de substitution avec de nombreux composés organiques, par exemple avec le méthane CH 4 et le benzène C 6 H 6 :
CH 4 + Cl 2 = CH 3 Cl + HCl ou C 6 H 6 + Cl 2 = C 6 H 5 Cl + HCl.
La molécule de chlore est capable de se fixer par de multiples liaisons (doubles et triples) à des composés organiques, par exemple à l'éthylène C 2 H 4 :
C 2 H 4 + Cl 2 = CH 2 ClCH 2 Cl.
Le chlore interagit avec les solutions aqueuses d'alcalis. Si la réaction se déroule à température ambiante, alors du chlorure (par exemple, le chlorure de potassium KCl) et de l'hypochlorite se forment (cm. HYPOCHLORITES)(par exemple, l'hypochlorite de potassium KClO) :
Cl 2 + 2KOH = KClO + KCl + H 2 O.
Lorsque le chlore interagit avec une solution alcaline chaude (température d'environ 70-80 ° C), le chlorure et le chlorate correspondants se forment (cm. CHLORATE), par exemple:
3Cl 2 + 6KOH = 5KSl + KClO 3 + 3H 2 O.
Lorsque le chlore interagit avec le lisier humide d'hydroxyde de calcium Ca (OH) 2, un agent de blanchiment se forme (cm. POUDRE BLANCHISSANTE)("Chlore") CaClOCl.
L'état d'oxydation du chlore +1 correspond à un acide hypochloreux faiblement instable (cm. ACIDE CHLORONIQUE) HClO. Ses sels sont des hypochlorites, par exemple NaClO - hypochlorite de sodium. Les hypochlorites sont de puissants oxydants et sont largement utilisés comme agents de blanchiment et de désinfection. Lorsque les hypochlorites, en particulier l'eau de Javel, interagissent avec le dioxyde de carbone CO2, de l'acide hypochloreux volatil se forme parmi d'autres produits (cm. ACIDE CHLORONIQUE), qui peut se décomposer avec dégagement d'oxyde de chlore (I) l 2 О :
2HClO = Cl 2 O + H 2 O.
C'est l'odeur de ce gaz, l 2 О, qui est l'odeur caractéristique de "l'eau de Javel".
L'état d'oxydation du chlore +3 correspond à un acide faiblement stable de force moyenne НСlО 2. Cet acide est appelé chlorure, ses sels sont des chlorites (cm. CHLORITES (sels)), par exemple, NaClO 2 - chlorite de sodium.
L'état d'oxydation du chlore +4 correspond à un seul composé - le dioxyde de chlore lО 2.
L'état d'oxydation du chlore +5 correspond à un acide chlorique fort, stable uniquement dans les solutions aqueuses à une concentration inférieure à 40 % (cm. ACIDE CHLORONIQUE) HClO3. Ses sels sont des chlorates, par exemple le chlorate de potassium KClO 3.
L'état d'oxydation du chlore +6 correspond à un seul composé - le trioxyde de chlore lО 3 (existe sous la forme d'un dimère Сl 2 О 6).
L'état d'oxydation du chlore +7 correspond à un acide perchlorique très fort et assez stable (cm. ACIDE PERCHLORIQUE) lО 4. Ses sels sont des perchlorates (cm. PERCHLORATES), par exemple le perchlorate d'ammonium NH 4 ClO 4 ou le perchlorate de potassium KClO 4. Il est à noter que les perchlorates de métaux alcalins lourds - potassium, et surtout rubidium et césium - sont peu solubles dans l'eau. Oxyde correspondant au degré d'oxydation du chlore +7 - Сl 2 О 7.
Parmi les composés contenant du chlore dans des états d'oxydation positifs, les hypochlorites ont les propriétés oxydantes les plus fortes. Pour les perchlorates, les propriétés oxydantes ne sont pas caractéristiques.
Application
Le chlore est l'un des produits les plus importants de l'industrie chimique. Sa production mondiale est de plusieurs dizaines de millions de tonnes par an. Le chlore est utilisé pour obtenir des désinfectants et des agents de blanchiment (hypochlorite de sodium, eau de Javel et autres), de l'acide chlorhydrique, des chlorures de nombreux métaux et non-métaux, de nombreux plastiques (chlorure de polyvinyle (cm. CHLORURE DE POLYVINYLE) et autres), des solvants chlorés (dichloroéthane СН 2 СlСН 2 Сl, tétrachlorure de carbone CCl 4, etc.), pour l'ouverture des minerais, la séparation et la purification des métaux, etc. Le chlore est utilisé pour la désinfection de l'eau (chloration (cm. CHLORATION)) et à de nombreuses autres fins.
Rôle biologique
Le chlore est l'un des nutriments les plus importants (cm.ÉLÉMENTS BIOGÉNIQUES) et fait partie de tous les organismes vivants. Certaines plantes, appelées halophytes, sont non seulement capables de pousser sur des sols très salins, mais elles accumulent également de grandes quantités de chlorures. On connaît des micro-organismes (halobactéries, etc.) et des animaux qui vivent dans des conditions de haute salinité de l'environnement. Le chlore est l'un des principaux éléments du métabolisme eau-sel des animaux et des humains, qui détermine les processus physico-chimiques dans les tissus du corps. Il est impliqué dans le maintien de l'équilibre acido-basique dans les tissus, l'osmorégulation (cm. OSMOREGULATION)(le chlore est la principale substance osmotiquement active du sang, de la lymphe et d'autres fluides corporels), étant principalement à l'extérieur des cellules. Chez les plantes, le chlore est impliqué dans les réactions oxydatives et la photosynthèse.
Le tissu musculaire humain contient 0,20-0,52% de chlore, les os - 0,09%; dans le sang - 2,89 g / l. Dans le corps d'une personne moyenne (poids corporel 70 kg) 95 g de chlore. Chaque jour, avec de la nourriture, une personne reçoit 3 à 6 g de chlore, ce qui couvre en excès les besoins de cet élément.
Caractéristiques du travail avec du chlore
Le chlore est un gaz suffocant toxique, lorsqu'il pénètre dans les poumons, il provoque des brûlures des tissus pulmonaires, l'asphyxie. Il a un effet irritant sur les voies respiratoires à une concentration dans l'air d'environ 0,006 mg/l. Le chlore a été l'un des premiers poisons chimiques (cm. POISON) utilisé par l'Allemagne pendant la Première Guerre mondiale. Lorsque vous travaillez avec du chlore, des vêtements de protection, un masque à gaz et des gants doivent être utilisés. Pendant une courte période, vous pouvez protéger les organes respiratoires de la pénétration de chlore dans ceux-ci avec un chiffon imbibé d'une solution de sulfite de sodium Na 2 SO 3 ou de thiosulfate de sodium Na 2 S 2 O 3. La concentration maximale admissible de chlore dans l'air des locaux de travail est de 1 mg / m 3, dans l'air des agglomérations de 0,03 mg / m 3.
Dictionnaire encyclopédique. 2009 .
Synonymes:Voyez ce qu'est "chlore" dans d'autres dictionnaires :
Chlore et... Stress verbal russe
chlore- le chlore, et ... dictionnaire d'orthographe russe
chlore- chlore / ... Dictionnaire d'orthographe morphémique
- (Grec chloros jaune verdâtre). Un corps gazeux chimiquement simple, de couleur jaune verdâtre, odeur piquante et irritante, qui a la capacité de décolorer les substances végétales. Dictionnaire de mots étrangers inclus dans la langue russe ... Dictionnaire des mots étrangers de la langue russe
- (symbole C1), un élément non métallique très répandu, l'un des HALOGÈNES (éléments du septième groupe du tableau périodique), découvert pour la première fois en 1774. Il fait partie du sel de table (NaCl). Le chlore est d'un jaune verdâtre ... ... Dictionnaire encyclopédique scientifique et technique
CHLORE- CHLORE, C12, chim. élément, numéro atomique 17, poids atomique 35,457. Étant dans le groupe VІI de la période III, les atomes de chlore ont 7 électrons externes, grâce auxquels X. se comporte comme un métalloïde monovalent typique. X. est divisé en isotopes avec des atomes ... ... Grande encyclopédie médicale
Chlore- généralement obtenu par électrolyse de chlorures de métaux alcalins, en particulier de chlorure de sodium. Le chlore est un gaz jaune verdâtre, suffocant, corrosif, 2,5 fois plus dense que l'air, légèrement soluble dans l'eau et facilement liquéfiable. Généralement transporté... Terminologie officielle
Chlore- (Chlore), Cl, élément chimique du groupe VII du système périodique, numéro atomique 17, masse atomique 35,453 ; fait référence aux halogènes; gaz jaune-vert, eb 33,97°C. Utilisé dans la production de polychlorure de vinyle, de caoutchouc chloroprène, ... ... Dictionnaire encyclopédique illustré
CHLORE, chlore, bien d'autres. pas de mari. (du grec chloros green) (chem.). Élément chimique, gaz asphyxiant, ex. dans la technologie, dans l'assainissement en tant que désinfectant et dans les affaires militaires en tant que substance toxique. Le dictionnaire explicatif d'Ouchakov. D.N. Ouchakov. 1935 1940 ... Dictionnaire explicatif d'Ouchakov
Chlore... La partie initiale des mots composés, rendant les significations du mot : chlore, chlorure (organochloré, chloroacétone, chlorobenzène, chlorométhane, etc.). Dictionnaire explicatif d'Efremova. T.F. Efremova. 2000 ... Dictionnaire explicatif moderne de la langue russe par Efremova
Livres
- Théâtre russe ou Collection complète de toutes les œuvres théâtrales russes. Ch. 24. Opéras : Professeur gardien. - J. Knyajnine. Le malheur de la voiture. - La joie de Douchinka. - Blagues de marin. -. Prince du chlore,,. Le livre est une édition réimprimée de 1786. Malgré le fait qu'un travail sérieux a été fait pour restaurer la qualité originale de la publication, sur certaines pages ...
Le chlore se présente naturellement à l'état gazeux et uniquement sous forme de composés avec d'autres gaz. Dans des conditions normales, c'est un gaz corrosif toxique verdâtre. Il est plus lourd que l'air. A un doux parfum. La molécule de chlore contient deux atomes. Dans un état calme, il ne brûle pas, mais à haute température, il interagit avec l'hydrogène, après quoi une explosion est possible. Le résultat est du gaz phosgène. Très toxique. Ainsi, même à faible concentration dans l'air (0,001 mg pour 1 dm 3) peut entraîner la mort. le chlore dit qu'il est plus lourd que l'air, par conséquent, il sera toujours près du sol sous la forme d'une brume vert jaunâtre.
Faits historiques
Pour la première fois en pratique, cette substance a été obtenue par K. Schele en 1774 en combinant de l'acide chlorhydrique et de la pyrolusite. Cependant, ce n'est qu'en 1810 que P. Davy a pu caractériser le chlore et établir qu'il s'agissait d'un élément chimique distinct.
Il convient de noter qu'en 1772, il a pu obtenir du chlorure d'hydrogène - un composé de chlore avec de l'hydrogène, mais le chimiste n'a pas pu séparer ces deux éléments.
Caractéristiques chimiques du chlore
Le chlore est un élément chimique du sous-groupe principal du groupe VII du tableau périodique. Il est dans la troisième période et a le numéro atomique 17 (17 protons dans le noyau atomique). Non-métal réactif. Il est désigné par les lettres Cl.
Les gaz qui sont incolores, mais ont une odeur piquante piquante sont typiques. Généralement toxique. Tous les halogènes sont facilement dilués dans l'eau. Au contact de l'air humide, ils commencent à fumer.
La configuration électronique externe de l'atome Cl est 3s23p5. Par conséquent, dans les composés, un élément chimique présente des niveaux d'oxydation de -1, + 1, +3, +4, +5, +6 et +7. Le rayon covalent de l'atome est de 0,96 , le rayon ionique de Cl est de 1,83 Å, l'affinité de l'atome pour l'électron est de 3,65 eV, le niveau d'ionisation est de 12,87 eV.
Comme indiqué ci-dessus, le chlore est un non-métal assez actif, qui vous permet de créer des composés avec presque tous les métaux (dans certains cas en chauffant ou à l'aide d'humidité, tout en déplaçant le brome) et les non-métaux. Sous forme de poudre, il ne réagit avec les métaux que lorsqu'il est exposé à des températures élevées.
La température maximale de combustion est de 2250 °C. Il peut former des oxydes, des hypochlorites, des chlorites et des chlorates avec l'oxygène. Tous les composés contenant de l'oxygène deviennent explosifs lorsqu'ils interagissent avec des substances oxydantes. Il convient de noter qu'ils peuvent exploser arbitrairement, tandis que les chlorates n'explosent que lorsqu'ils sont exposés à des initiateurs.
Caractéristique du chlore par position dans la classification périodique :
Substance simple;
... un élément du dix-septième groupe du tableau périodique ;
... troisième période de la troisième rangée;
... le septième groupe du sous-groupe principal;
... numéro atomique 17;
... désigné par le symbole Cl ;
... non-métal réactif;
... est dans le groupe des halogènes;
... dans des conditions proches de la normale, c'est un gaz toxique de couleur vert jaunâtre avec une odeur piquante ;
... la molécule de chlore a 2 atomes (formule Cl 2).
Propriétés physiques du chlore :
Point d'ébullition : -34,04°C ;
... point de fusion : -101,5°C ;
... densité à l'état gazeux - 3,214 g / l;
... densité du chlore liquide (pendant la période d'ébullition) - 1,537 g / cm 3;
... densité de chlore solide - 1,9 g / cm 3;
... volume spécifique - 1,745 x 10 -3 l / g.
Chlore : caractéristique des changements de température
A l'état gazeux, il a tendance à se liquéfier facilement. A une pression de 8 atmosphères et une température de 20°C, il ressemble à un liquide jaune verdâtre. Possède des propriétés corrosives très élevées. Comme le montre la pratique, cet élément chimique peut maintenir un état liquide jusqu'à une température critique (143°C), soumise à une augmentation de pression.
S'il est refroidi à une température de -32°C, il se transformera en liquide, quelle que soit la pression atmosphérique. Avec une nouvelle baisse de température, une cristallisation se produit (à un indicateur de -101 ° C).
Le chlore dans la nature
La croûte terrestre ne contient que 0,017% de chlore. La majeure partie se trouve dans les gaz volcaniques. Comme indiqué ci-dessus, la substance a une activité chimique élevée, ce qui la rend présente dans la nature dans des composés avec d'autres éléments. Cependant, de nombreux minéraux contiennent du chlore. La caractéristique de l'élément permet la formation d'une centaine de minéraux différents. En règle générale, ce sont des chlorures métalliques.
En outre, une grande quantité se trouve dans l'océan mondial - près de 2%. Cela est dû au fait que les chlorures sont très activement dissous et transportés par les rivières et les mers. Le processus inverse est également possible. Le chlore est ramené au rivage, puis le vent le transporte dans le quartier. C'est pourquoi sa plus grande concentration est observée dans les zones côtières. Dans les régions arides de la planète, le gaz que nous considérons est formé par l'évaporation de l'eau, à la suite de laquelle apparaissent des marais salants. Environ 100 millions de tonnes de cette substance sont extraites dans le monde chaque année. Ce qui n'est pourtant pas surprenant, car il existe de nombreux gisements contenant du chlore. Ses caractéristiques dépendent cependant en grande partie de sa situation géographique.
Méthodes de production de chlore
Il existe aujourd'hui un certain nombre de méthodes de production de chlore, dont les plus courantes sont les suivantes :
1. Diaphragme. C'est le plus simple et le moins cher. La solution saline dans l'électrolyse à diaphragme pénètre dans l'espace anodique. Plus loin, la grille cathodique en acier s'écoule dans le diaphragme. Il contient une petite quantité de fibres polymères. Une caractéristique importante de cet appareil est le contre-courant. Il est dirigé de l'espace anodique vers celui cathodique, ce qui permet d'obtenir séparément le chlore et les liqueurs.
2. Membrane. Le plus économe en énergie, mais difficile à mettre en œuvre dans une organisation. Similaire au diaphragme. La différence est que les espaces anodique et cathodique sont complètement séparés par une membrane. Par conséquent, la sortie est constituée de deux flux distincts.
Il convient de noter que les caractéristiques du produit chimique. l'élément (chlore) obtenu par ces méthodes sera différent. La méthode membranaire est considérée comme « plus propre ».
3. Méthode au mercure avec cathode liquide. Par rapport à d'autres technologies, cette option vous permet d'obtenir le chlore le plus pur.
Le schéma de base de l'installation se compose d'un électrolyseur et d'une pompe et d'un décomposeur d'amalgame interconnectés. Le mercure pompé par la pompe avec une solution de chlorure de sodium sert de cathode et des électrodes de carbone ou de graphite servent d'anode. Le principe de fonctionnement de l'installation est le suivant : du chlore est libéré de l'électrolyte, qui est éliminé de l'électrolyseur avec l'anolyte. Les impuretés et les résidus de chlore sont éliminés de ces derniers, saturés d'halite et renvoyés à l'électrolyse.
Les exigences de sécurité industrielle et la production non rentable ont conduit au remplacement d'une cathode liquide par une cathode solide.
Applications industrielles de chlore
Les propriétés du chlore lui permettent d'être activement utilisé dans l'industrie. À l'aide de cet élément chimique, divers (chlorure de vinyle, caoutchouc chloré, etc.), médicaments, désinfectants sont obtenus. Mais la plus grande niche de l'industrie est la production d'acide chlorhydrique et de chaux.
Les méthodes de purification de l'eau potable sont largement utilisées. Aujourd'hui, ils essaient de s'éloigner de cette méthode en la remplaçant par l'ozonation, car la substance que nous considérons affecte négativement le corps humain. De plus, l'eau chlorée détruit les canalisations. Ceci est dû au fait qu'à l'état libre, Cl a un effet néfaste sur les tuyaux en polyoléfines. Cependant, la plupart des pays préfèrent la méthode de chloration.
Le chlore est également utilisé en métallurgie. Avec son aide, un certain nombre de métaux rares (niobium, tantale, titane) sont obtenus. Dans l'industrie chimique, divers composés organochlorés sont activement utilisés pour le contrôle des mauvaises herbes et à d'autres fins agricoles, l'élément est également utilisé comme agent de blanchiment.
En raison de sa structure chimique, le chlore détruit la plupart des colorants organiques et inorganiques. Ceci est réalisé en les décolorant complètement. Un tel résultat n'est possible que si de l'eau est présente, car le processus de décoloration se produit à cause duquel se forme après la désintégration du chlore: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O. Cette méthode a été utilisée quelques siècles il y a et est populaire à ce jour.
L'utilisation de cette substance pour la production d'insecticides organochlorés est très populaire. Ces produits agricoles tuent les organismes nuisibles tout en laissant les plantes intactes. Une part importante de tout le chlore produit sur la planète va aux besoins agricoles.
Il est également utilisé dans la production de composés plastiques et de caoutchouc. Avec leur aide, on fabrique des isolants de fils, des fournitures de bureau, des équipements, des boîtiers d'appareils ménagers, etc.. Il existe une opinion selon laquelle les caoutchoucs obtenus de cette manière nuisent à une personne, mais cela n'est pas confirmé par la science.
Il convient de noter que le chlore (les caractéristiques de la substance ont été divulguées en détail précédemment par nous) et ses dérivés, tels que le gaz moutarde et le phosgène, sont également utilisés à des fins militaires pour obtenir des agents d'empoisonnement militaires.
Le chlore en tant que brillant représentant des non-métaux
Les non-métaux sont des substances simples qui incluent des gaz et des liquides. Dans la plupart des cas, ils conduisent le courant électrique moins bien que les métaux et présentent des différences significatives de caractéristiques physiques et mécaniques. Avec l'aide d'un niveau élevé d'ionisation, ils sont capables de former des composés chimiques covalents. Ci-dessous seront données les caractéristiques d'un non-métal en utilisant l'exemple du chlore.
Comme mentionné ci-dessus, cet élément chimique est un gaz. Dans des conditions normales, il manque complètement de propriétés similaires à celles des métaux. Sans aide extérieure, il ne peut pas interagir avec l'oxygène, l'azote, le carbone, etc. Il montre ses propriétés oxydantes en liaisons avec des substances simples et certaines complexes. Fait référence aux halogènes, ce qui se reflète clairement dans ses caractéristiques chimiques. Dans les composés avec d'autres représentants des halogènes (brome, astate, iode), il les déplace. A l'état gazeux, le chlore (sa caractéristique en est une confirmation directe) se dissout bien. C'est un excellent désinfectant. Il ne tue que les organismes vivants, ce qui le rend indispensable en agriculture et en médecine.
Utilisation comme substance toxique
La caractéristique de l'atome de chlore permet de l'utiliser comme agent toxique. Pour la première fois, le gaz a été utilisé par l'Allemagne le 22 avril 1915, pendant la Première Guerre mondiale, à la suite de quoi environ 15 000 personnes sont mortes. Pour le moment, cela ne s'applique pas.
Donnons une brève description de l'élément chimique comme asphyxiant. Affecte le corps humain par strangulation. Premièrement, il irrite les voies respiratoires supérieures et la membrane muqueuse des yeux. Une toux sévère commence par des crises d'étouffement. De plus, en pénétrant dans les poumons, le gaz ronge le tissu pulmonaire, ce qui entraîne un œdème. Important! Le chlore est une substance à action rapide.
Les symptômes varient en fonction de la concentration dans l'air. Avec un petit contenu, une personne a une rougeur de la membrane muqueuse des yeux, un léger essoufflement. La teneur dans l'atmosphère de 1,5 à 2 g / m 3 provoque une lourdeur et des sensations aiguës dans la poitrine, une douleur aiguë dans les voies respiratoires supérieures. En outre, la condition peut être accompagnée d'un larmoiement sévère. Après 10-15 minutes d'être dans une pièce avec une telle concentration de chlore, une grave brûlure des poumons et la mort se produisent. À des concentrations plus élevées, la mort est possible en une minute par paralysie des voies respiratoires supérieures.
Le chlore dans la vie des organismes et des plantes
Le chlore est présent dans presque tous les organismes vivants. La particularité est qu'il est présent non pas sous forme pure, mais sous forme de composés.
Dans les organismes des animaux et des humains, les ions chlore maintiennent l'égalité osmotique. Cela est dû au fait qu'ils ont le rayon le plus approprié pour pénétrer dans les cellules membranaires. Avec les ions potassium, le Cl régule l'équilibre eau-sel. Dans l'intestin, les ions chlore créent un environnement favorable à l'action des enzymes protéolytiques dans le suc gastrique. Les canaux de chlore sont fournis dans de nombreuses cellules de notre corps. Grâce à eux, l'échange de fluide intercellulaire a lieu et le pH de la cellule est maintenu. Environ 85% du volume total de cet élément dans le corps réside dans l'espace intercellulaire. Il est excrété du corps par l'urètre. Produit par le corps féminin pendant l'allaitement.
A ce stade de développement, il est difficile de dire sans équivoque quelles maladies sont provoquées par le chlore et ses composés. Cela est dû au manque de recherche dans ce domaine.
Les ions chlore sont également présents dans les cellules végétales. Il participe activement aux échanges énergétiques. Sans cet élément, le processus de photosynthèse est impossible. Avec son aide, les racines absorbent activement les substances nécessaires. Mais une concentration élevée de chlore dans les plantes peut avoir un effet néfaste (ralentissement du processus de photosynthèse, arrêt du développement et de la croissance).
Cependant, il existe des représentants de la flore qui ont pu "se faire des amis" ou du moins s'entendre avec cet élément. La caractéristique d'un non-métal (chlore) contient un élément tel que la capacité d'une substance à oxyder les sols. Au cours de l'évolution, les plantes susmentionnées, appelées halophytes, occupaient des marais salants vides, vides en raison d'une surabondance de cet élément. Ils absorbent les ions chlore, puis s'en débarrassent à l'aide de la chute des feuilles.
Transport et stockage du chlore
Il existe plusieurs façons de déplacer et de stocker le chlore. La caractéristique de l'élément suggère le besoin de cylindres spéciaux à haute pression. Ces conteneurs sont identifiés par une ligne verte verticale. Les cylindres doivent être soigneusement rincés tous les mois. Avec le stockage à long terme du chlore, un précipité très explosif s'y forme - le trichlorure d'azote. Le non-respect de toutes les règles de sécurité peut entraîner une inflammation spontanée et une explosion.
Etude chlore
Les caractéristiques du chlore doivent être connues des futurs chimistes. Selon le plan, les élèves de 9e peuvent même mener des expériences en laboratoire avec cette substance sur la base des connaissances de base de la discipline. Naturellement, l'enseignant est obligé de faire un briefing de sécurité.
L'ordre des travaux est le suivant: vous devez prendre un flacon de chlore et y verser de petits copeaux de métal. En vol, les copeaux s'enflammeront avec des étincelles lumineuses et en même temps une légère fumée blanche de SbCl 3 se forme. Lorsque le papier d'aluminium est immergé dans un récipient contenant du chlore, il s'enflammera également automatiquement et des flocons de neige enflammés descendront lentement au fond du flacon. Au cours de cette réaction, un liquide enfumé se forme - SnCl 4. Lorsque les copeaux de fer sont placés dans le récipient, des "gouttes" rouges se forment et la fumée rouge de FeCl 3 apparaît.
La théorie est répétée avec le travail pratique. En particulier, une question telle que la caractéristique du chlore par position dans le système périodique (décrit au début de l'article).
À la suite d'expériences, il s'avère que l'élément réagit activement aux composés organiques. Si vous mettez du coton imbibé de térébenthine dans un pot de chlore, il s'enflammera instantanément et de la suie tombera soudainement du flacon. Le sodium couve efficacement avec une flamme jaunâtre et des cristaux de sel apparaissent sur les parois du récipient chimique. Les étudiants seront intéressés d'apprendre que, alors qu'il était encore un jeune chimiste, N.N.Semenov (plus tard lauréat du prix Nobel), ayant réalisé une telle expérience, a collecté du sel sur les parois du flacon et, en le saupoudrant sur le pain, l'a mangé. La chimie s'est avérée juste et n'a pas déçu le scientifique. À la suite de l'expérience réalisée par le chimiste, le sel de table ordinaire s'est vraiment avéré!
Chlore(lat. Chlorum), Cl, élément chimique VII du groupe du système périodique de Mendeleev, numéro atomique 17, masse atomique 35,453 ; appartient à la famille des halogènes. Dans des conditions normales (0°C, 0,1 MN/m 2 , soit 1 kgf/cm 2 ) Gaz jaune-vert avec une forte odeur irritante. Le chlore naturel est constitué de deux isotopes stables : 35 Cl (75,77 %) et 37 Cl (24,23 %). Isotopes radioactifs obtenus artificiellement avec des nombres de masse 31-47, en particulier : 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 avec des demi-vies (T ½), respectivement, 0,31 ; 2,5 ; 1,56 seconde ; 3.1 · 10 5 ans ; 37,3, 55,5 et 1,4 minutes. Le 36 Cl et le 38 Cl sont utilisés comme indicateurs isotopiques.
Référence historique. Le chlore a été obtenu pour la première fois en 1774 par K. Scheele par l'interaction de l'acide chlorhydrique avec la pyrolusite MnO 2 . Cependant, ce n'est qu'en 1810 que G. Davy a établi que le chlore est un élément et l'a nommé chlore (du grec chloros - jaune-vert). En 1813, J.L. Gay-Lussac proposa le nom Chlore pour cet élément.
Distribution du chlore dans la nature. Le chlore ne se trouve dans la nature que sous forme de composés. La teneur moyenne en chlore dans la croûte terrestre (clarke) est de 1,7 · 10 -2% en poids, dans les roches ignées acides - granites et autres 2,4 · 10 -2, dans les basiques et ultrabasiques 5 · 10 -3. La migration de l'eau joue un rôle majeur dans l'histoire du chlore dans la croûte terrestre. Sous forme d'ion Cl - il est contenu dans l'océan mondial (1,93%), les saumures souterraines et les lacs salés. Le nombre de ses propres minéraux (principalement des chlorures naturels) est de 97, dont le principal est l'halite NaCl (sel gemme). D'importants gisements de chlorures de potassium et de magnésium et de chlorures mixtes sont également connus : sylvinite KCl, sylvinite (Na, K) Cl, carnalite KCl MgCl 2 6H 2 O, kaïnite KCl MgSO 4 3H 2 O, bischofite MgCl 2 6H 2 O Dans l'histoire de la Terre, l'afflux de HCl contenu dans les gaz volcaniques dans les parties supérieures de la croûte terrestre était d'une grande importance.
Propriétés physiques du chlore. Le chlore a un point d'ébullition de -34,05 °C, un point de fusion de -101 °C. La densité du chlore gazeux dans des conditions normales est de 3,214 g/l ; vapeur saturée à 0°C 12,21 g/l ; Chlore liquide à un point d'ébullition de 1,557 g/cm 3 ; Chlore solide à - 102°C 1,9 g/cm3. La pression de vapeur saturante du Chlore à 0°C est de 0,369 ; à 25°C 0,772 ; à 100°C 3,814 MN/m 2 ou 3,69, respectivement ; 7,72 ; 38,14 kgf/cm2. Chaleur de fusion 90,3 kJ/kg (21,5 cal/g) ; chaleur de vaporisation 288 kJ/kg (68,8 cal/g) ; la capacité calorifique du gaz à une pression constante de 0,48 kJ / (kg · K). Constantes critiques du chlore : température 144°C, pression 7,72 MN/m 2 (77,2 kgf/cm 2), densité 573 g/l, volume spécifique 1,745 · 10 -3 l/g. Solubilité (en g/l) du Chlore à une pression partielle de 0,1 MN/m 2, soit 1 kgf/cm 2, dans l'eau 14,8 (0°C), 5,8 (30°C), 2,8 (70°C) ; dans une solution à 300 g/l de NaCl 1,42 (30°C), 0,64 (70°C). En dessous de 9,6°C, des hydrates de chlore de composition variable Cl 2 · nH 2 O (où n = 6-8) se forment dans les solutions aqueuses ; ce sont des cristaux jaunes d'un système cubique, se décomposant avec l'augmentation de la température en chlore et eau. Le chlore est facilement soluble dans TiCl 4 , SiCl 4 , SnCl 4 et certains solvants organiques (notamment dans l'hexane C 6 H 14 et le tétrachlorure de carbone CCl 4 ). La molécule de chlore est diatomique (Cl 2). Le degré de dissociation thermique Cl 2 + 243 kJ = 2Cl à 1000 K est de 2,07 · 10 -4%, à 2500 K de 0,909 %.
Propriétés chimiques du chlore. La configuration électronique externe de l'atome est Cl 3s 2 р 5. Conformément à cela, le chlore dans les composés présente des états d'oxydation -1, + 1, +3, +4, +5, +6 et +7. Le rayon covalent de l'atome est de 0,99 , le rayon ionique de Cl est de 1,82 , l'affinité de l'atome de chlore pour l'électron est de 3,65 eV et l'énergie d'ionisation est de 12,97 eV.
Chimiquement, le chlore est très actif, il se combine directement avec presque tous les métaux (avec certains seulement en présence d'humidité ou lorsqu'ils sont chauffés) et avec les non-métaux (sauf le carbone, l'azote, l'oxygène, les gaz inertes), formant les chlorures correspondants, réagit avec de nombreux composés, remplace l'hydrogène dans les hydrocarbures saturés et rejoint les composés insaturés. Le chlore déplace le brome et l'iode de leurs composés avec l'hydrogène et les métaux ; il est déplacé par le fluor des composés chlorés avec ces éléments. Les métaux alcalins, en présence de traces d'humidité, interagissent avec le chlore avec inflammation, la plupart des métaux réagissent avec le chlore sec uniquement lorsqu'ils sont chauffés. L'acier, ainsi que certains métaux, sont résistants dans une atmosphère de chlore sec à basse température, ils sont donc utilisés pour la fabrication d'équipements et d'installations de stockage de chlore sec. Le phosphore s'enflamme dans une atmosphère de chlore, formant РCl 3, et lors d'une nouvelle chloration - l 5; le soufre avec le chlore lorsqu'il est chauffé donne du S 2 Cl 2 , du SCl 2 et d'autres S n Cl m. L'arsenic, l'antimoine, le bismuth, le strontium, le tellure interagissent vigoureusement avec le chlore. Un mélange de chlore et d'hydrogène brûle avec une flamme incolore ou jaune-vert avec formation de chlorure d'hydrogène (il s'agit d'une réaction en chaîne).
La température maximale de la flamme hydrogène-chlore est de 2200°C. Les mélanges chlore-hydrogène contenant de 5,8 à 88,5 % de H 2 sont explosifs.
Le chlore forme des oxydes avec l'oxygène : Cl 2 O, ClO 2, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7, Cl 2 O 8, ainsi que des hypochlorites (sels d'acide hypochloreux), des chlorites, des chlorates et des perchlorates. Tous les composés chlorés oxygénés forment des mélanges explosifs avec des substances facilement oxydables. Les oxydes de chlore sont instables et peuvent exploser spontanément, les hypochlorites se décomposent lentement pendant le stockage, les chlorates et perchlorates peuvent exploser sous l'influence d'initiateurs.
Le chlore dans l'eau est hydrolysé, formant des acides hypochloreux et chlorhydrique : Cl 2 + H 2 O = HClO + HCl. Lors de la chloration de solutions aqueuses d'alcalis à froid, des hypochlorites et des chlorures se forment : 2NaOH + Cl 2 = NaClO + NaCl + H 2 O, et lorsqu'ils sont chauffés, des chlorates. La chloration de l'hydroxyde de calcium sec produit de l'eau de Javel.
Lorsque l'ammoniac interagit avec le chlore, du trichlorure d'azote se forme. Dans la chloration des composés organiques, le chlore remplace l'hydrogène ou est ajouté via des liaisons multiples, formant divers composés organiques contenant du chlore.
Le chlore forme des composés interhalogènes avec d'autres halogènes. Les fluorures ClF, ClF 3, ClF 3 sont très réactifs ; par exemple, la laine de verre s'enflamme spontanément dans une atmosphère ClF 3 . Composés connus du chlore avec l'oxygène et le fluor - Oxyfluorures de chlore : ClO 3 F, ClO 2 F 3, ClOF, ClOF 3 et perchlorate de fluor FClO 4.
Production de chlore. Le chlore a commencé à être produit commercialement en 1785 par l'interaction de l'acide chlorhydrique avec de l'oxyde de manganèse (II) ou de la pyrolusite. En 1867, le chimiste anglais G. Deacon a mis au point une méthode de production de chlore par oxydation de HCl avec de l'oxygène atmosphérique en présence d'un catalyseur. Depuis la fin du 19e - début du 20e siècle, le chlore est produit par électrolyse de solutions aqueuses de chlorures de métaux alcalins. Ces méthodes produisent 90 à 95 % du chlore mondial. De petites quantités de chlore sont produites en cours de route dans la production de magnésium, de calcium, de sodium et de lithium par électrolyse des chlorures fondus. Il existe deux méthodes principales d'électrolyse des solutions aqueuses de NaCl : 1) dans des électrolyseurs à cathode solide et à membrane filtrante poreuse ; 2) dans des électrolyseurs à cathode de mercure. Les deux méthodes produisent du chlore gazeux au niveau de l'anode en graphite ou en oxyde de titane-ruthénium. Selon la première méthode, de l'hydrogène est libéré à la cathode et une solution de NaOH et de NaCl est formée, à partir de laquelle la soude caustique commerciale est isolée par un traitement ultérieur. Selon la deuxième méthode, un amalgame de sodium est formé à la cathode, lorsqu'il est décomposé avec de l'eau pure dans un appareil séparé, une solution de NaOH, de l'hydrogène et du mercure pur sont obtenus, qui entrent à nouveau en production. Les deux méthodes donnent 1,125 tonne de NaOH par tonne de chlore.
L'électrolyse à membrane nécessite moins d'investissement en capital pour l'organisation de la production de chlore, donne du NaOH moins cher. La méthode à cathode de mercure produit du NaOH très pur, mais la perte de mercure pollue l'environnement.
Application de chlore. L'une des branches importantes de l'industrie chimique est l'industrie du chlore. Les principales quantités de chlore sont transformées sur le lieu de sa production en composés chlorés. Le chlore est stocké et transporté sous forme liquide dans des bouteilles, des barils, des citernes ferroviaires ou dans des navires spécialement équipés. Pour les pays industrialisés, la consommation approximative suivante de chlore est typique : pour la production de composés organiques contenant du chlore - 60-75% ; composés inorganiques contenant du chlore, -10-20%; pour le blanchiment de la cellulose et des tissus - 5-15%; pour les besoins sanitaires et la chloration de l'eau - 2-6% de la production totale.
Le chlore est également utilisé pour la chloration de certains minerais afin d'en extraire le titane, le niobium, le zirconium et autres.
Chlore dans le corps. Le chlore est l'un des éléments biogéniques, un composant constant des tissus végétaux et animaux. La teneur en chlore dans les plantes (beaucoup de chlore dans les halophytes) est de millièmes de pour cent à pour cent entier, chez les animaux - dixièmes et centièmes de pour cent. Les besoins quotidiens d'un adulte en Chlore (2-4 g) sont couverts par l'alimentation. Le chlore est généralement fourni avec les aliments en excès sous forme de chlorure de sodium et de chlorure de potassium. Le pain, la viande et les produits laitiers sont particulièrement riches en chlore. Chez les animaux, le chlore est la principale substance osmotiquement active dans le plasma sanguin, la lymphe, le liquide céphalo-rachidien et certains tissus. Joue un rôle dans le métabolisme eau-sel en contribuant à la rétention d'eau par les tissus. La régulation de l'équilibre acido-basique dans les tissus s'effectue parallèlement à d'autres processus en modifiant la répartition du chlore entre le sang et les autres tissus. Le chlore est impliqué dans le métabolisme énergétique des plantes, activant à la fois la phosphorylation oxydative et la photophosphorylation. Le chlore a un effet positif sur l'absorption d'oxygène par les racines. Le chlore est nécessaire à la formation d'oxygène lors de la photosynthèse des chloroplastes isolés. Le chlore n'entre pas dans la composition de la plupart des milieux nutritifs pour la culture artificielle des plantes. Il est possible que de très faibles concentrations de chlore suffisent au développement des plantes.
L'empoisonnement au chlore est possible dans les industries chimiques, des pâtes et papiers, du textile, des produits pharmaceutiques et autres. Le chlore irrite les muqueuses des yeux et des voies respiratoires. L'infection secondaire rejoint généralement les modifications inflammatoires primaires. L'intoxication aiguë se développe presque immédiatement. Lors de l'inhalation de concentrations moyennes et faibles de chlore, on note une oppression thoracique et des douleurs, une toux sèche, une respiration rapide, des douleurs oculaires, un larmoiement, une augmentation du nombre de globules blancs, de la température corporelle, etc. Bronchopneumonie, œdème pulmonaire toxique, états dépressifs, des convulsions sont possibles. ... Dans les cas bénins, la récupération survient dans les 3 à 7 jours. Comme conséquences à long terme, on observe un catarrhe des voies respiratoires supérieures, une bronchite récurrente, une pneumosclérose et d'autres; activation possible de la tuberculose pulmonaire. En cas d'inhalation prolongée de petites concentrations de chlore, des formes similaires mais à développement lent de la maladie sont observées. Prévention des intoxications : étanchéité des installations de production, des équipements, ventilation efficace, si nécessaire, utilisation d'un masque à gaz. La production de chlore, d'eau de Javel et d'autres composés contenant du chlore fait référence aux industries où les conditions de travail sont dangereuses.
(d'après Pauling)
/ cm³
Chlore (χλωρός - vert) - un élément du sous-groupe principal du septième groupe, la troisième période du système périodique des éléments chimiques de D. I. Mendeleev, de numéro atomique 17. Il est désigné par le symbole Cl (Latin Chlorum). Non-métal réactif. Il est inclus dans le groupe des halogènes (à l'origine le nom « halogène » était utilisé par le chimiste allemand Schweiger pour le chlore [littéralement « halogène » se traduit par soleod], mais il n'a pas pris racine, et est devenu plus tard commun pour le groupe VII d'éléments, qui comprend le chlore).
La substance simple chlore (numéro CAS : 7782-50-5) dans des conditions normales est un gaz toxique de couleur vert jaunâtre, avec une odeur piquante. La molécule de chlore est diatomique (formule Classe 2).
Diagramme de l'atome de chlore
Le chlore a été obtenu pour la première fois en 1772 par Scheele, qui a décrit sa libération lors de l'interaction de la pyrolusite avec l'acide chlorhydrique dans son traité sur la pyrolusite :
4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Scheele a noté l'odeur du chlore, similaire à l'odeur de l'eau régale, sa capacité à interagir avec l'or et le cinabre, et ses propriétés de blanchiment.
Cependant, Scheele, conformément à la théorie du phlogistique qui prévalait en chimie à cette époque, suggéra que le chlore était de l'acide chlorhydrique déphlogistiqué, c'est-à-dire de l'oxyde d'acide chlorhydrique. Berthollet et Lavoisier ont suggéré que le chlore est un oxyde de l'élément murium, mais les tentatives pour l'isoler sont restées infructueuses jusqu'aux travaux de Davy, qui a réussi à décomposer le sel de table en sodium et en chlore par électrolyse.
Répartition dans la nature
Dans la nature, il existe deux isotopes de chlore 35 Cl et 37 Cl. Le chlore est l'halogène le plus abondant dans la croûte terrestre. Le chlore est très actif - il se combine directement avec presque tous les éléments du tableau périodique. Par conséquent, dans la nature, il ne se présente que sous forme de composés entrant dans la composition des minéraux : halite NaCl, sylvine KCl, sylvinite KCl NaCl, bischofite MgCl 2 6H2O, carnallite KCl MgCl 2 6H 2 O, kaïnite KCl MgSO 4 3H 2 O. Les plus grandes réserves de chlore se trouvent dans la composition des sels des eaux des mers et des océans.
Le chlore représente 0,025 % du nombre total d'atomes de la croûte terrestre, le nombre de chlore de Clarke est de 0,19 % et le corps humain contient 0,25 % d'ions chlore en poids. Chez l'homme et les animaux, le chlore se trouve principalement dans les fluides intercellulaires (y compris le sang) et joue un rôle important dans la régulation des processus osmotiques, ainsi que dans les processus associés au travail des cellules nerveuses.
Composition isotopique
Dans la nature, il existe 2 isotopes stables du chlore : avec un nombre de masse de 35 et 37. Les proportions de leur teneur sont respectivement égales à 75,78 % et 24,22 %.
| Isotope | Masse relative, amu | Demi-vie | Type de pourriture | Spin nucléaire |
|---|---|---|---|---|
| 35cl | 34.968852721 | Stable | — | 3/2 |
| 36cl | 35.9683069 | 301 000 ans | désintégration dec en 36 Ar | 0 |
| 37cl | 36.96590262 | Stable | — | 3/2 |
| 38cl | 37.9680106 | 37,2 minutes | désintégration dec en 38 Ar | 2 |
| 39cl | 38.968009 | 55,6 minutes | désintégration dec en 39 Ar | 3/2 |
| 40cl | 39.97042 | 1,38 minute | désintégration dec en 40 Ar | 2 |
| 41cl | 40.9707 | 34 s | désintégration β dans 41 Ar | |
| 42cl | 41.9732 | 46,8 s | désintégration en 42 Ar | |
| 43cl | 42.9742 | 3,3 s | désintégration en 43 Ar |
Propriétés physiques et physico-chimiques
Dans des conditions normales, le chlore est un gaz jaune-vert avec une odeur suffocante. Certaines de ses propriétés physiques sont présentées dans le tableau.
Quelques propriétés physiques du chlore
| Propriété | Valeur |
|---|---|
| Température d'ébullition | −34°C |
| Température de fusion | −101°C |
| température de décomposition (dissociation en atomes) |
~ 1400°C |
| Densité (gaz, n.o.) | 3.214 g/l |
| affinité électronique d'un atome | 3,65 eV |
| Première énergie d'ionisation | 12.97 eV |
| Chaleur spécifique (298 K, gaz) | 34,94 (J/mol K) |
| Température critique | 144°C |
| Pression critique | 76 guichets automatiques |
| Enthalpie standard de formation (298 K, gaz) | 0 (kJ/mol) |
| Entropie standard de formation (298 K, gaz) | 222,9 (J / mol K) |
| Enthalpie de fusion | 6,406 (kJ/mol) |
| Enthalpie d'ébullition | 20,41 (kJ/mol) |
Lors du refroidissement, le chlore se transforme en liquide à une température d'environ 239 K, puis en dessous de 113 K cristallise en un réseau orthorhombique avec un groupe d'espace cmca et paramètres a = 6,29 b = 4,50, c = 8,21. En dessous de 100 K, la modification orthorhombique du chlore cristallin se transforme en une modification tétragonale, qui a un groupe d'espace P4 2 / ncm et les paramètres de maille a = 8,56 et c = 6,12.
Solubilité
| Solvant | Solubilité g/100g |
|---|---|
| Benzène | Dissoudre |
| Eau (0°C) | 1,48 |
| Eau (20°C) | 0,96 |
| Eau (25°C) | 0,65 |
| Eau (40°C) | 0,46 |
| Eau (60°C) | 0,38 |
| Eau (80°C) | 0,22 |
| Tétrachlorométhane (0°C) | 31,4 |
| Tétrachlorométhane (19°C) | 17,61 |
| Tétrachlorométhane (40°C) | 11 |
| Chloroforme | Dissolvons bien |
| TiCl 4, SiCl 4, SnCl 4 | Dissoudre |
A la lumière ou en chauffant, il réagit activement (parfois avec une explosion) avec l'hydrogène par un mécanisme radicalaire. Les mélanges chlore-hydrogène contenant de 5,8 à 88,3 % d'hydrogène explosent lors de l'irradiation avec formation de chlorure d'hydrogène. Un mélange de chlore et d'hydrogène en petites concentrations brûle avec une flamme incolore ou jaune-vert. Température maximale de la flamme hydrogène-chlore 2200°C.:
Cl 2 + H 2 → 2HCl 5Cl 2 + 2P → 2PCl 5 2S + Cl 2 → S 2 Cl 2 Cl 2 + 3F 2 (g) → 2ClF 3
Autres propriétés
Cl 2 + CO → COCl 2Lorsqu'il est dissous dans de l'eau ou des alcalis, le chlore se dismute, formant des acides hypochloreux (et lorsqu'il est chauffé, perchlorique) et chlorhydrique, ou leurs sels :
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
Propriétés oxydantes du chlore
Cl 2 + H 2 S → 2HCl + SRéactions avec des substances organiques
CH 3 -CH 3 + Cl 2 → C 2 H 6-x Cl x + HClJoint des composés insaturés en plusieurs liaisons :
CH 2 = CH 2 + Cl 2 → Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
Les composés aromatiques remplacent l'atome d'hydrogène par du chlore en présence de catalyseurs (par exemple, AlCl 3 ou FeCl 3) :
C 6 H 6 + Cl 2 → C 6 H 5 Cl + HCl
Méthodes de production de chlore au chlore
Méthodes industrielles
Initialement, la méthode industrielle de production de chlore reposait sur la méthode de Scheele, c'est-à-dire la réaction de la pyrolusite avec l'acide chlorhydrique :
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 Cathode : 2H 2 O + 2e - → H 2 + 2OH -
L'électrolyse de l'eau ayant lieu parallèlement à l'électrolyse du chlorure de sodium, l'équation totale peut être exprimée comme suit :
1,80 NaCl + 0,50 H 2 O → 1,00 Cl 2 + 1,10 NaOH + 0,03 H 2
Trois variantes de la méthode électrochimique de production de chlore sont utilisées. Deux d'entre elles sont l'électrolyse à cathode solide : les méthodes à membrane et à membrane, la troisième est l'électrolyse à cathode liquide (méthode de production de mercure). Parmi les méthodes de production électrochimique, la méthode la plus simple et la plus pratique est l'électrolyse avec une cathode au mercure, mais cette méthode cause des dommages importants à l'environnement en raison de l'évaporation et des fuites de mercure métallique.
Méthode du diaphragme à cathode solide
La cavité de l'électrolyseur est divisée par une cloison poreuse en amiante - un diaphragme - en l'espace cathodique et anodique, où se trouvent respectivement la cathode et l'anode de l'électrolyseur. Par conséquent, un tel électrolyseur est souvent appelé électrolyse à diaphragme et la méthode de production est appelée électrolyse à diaphragme. Un courant d'anolyte saturé (solution de NaCl) est alimenté en continu dans l'espace anodique de l'électrolyseur à diaphragme. À la suite du processus électrochimique, du chlore est libéré à l'anode en raison de la décomposition de l'halite et de l'hydrogène est libéré à la cathode en raison de la décomposition de l'eau. Dans ce cas, la zone cathodique est enrichie en soude.
Méthode de la membrane à cathode solide
La méthode à membrane est essentiellement similaire à la méthode à diaphragme, mais les espaces anodique et cathodique sont séparés par une membrane polymère échangeuse de cations. La méthode de fabrication de la membrane est plus efficace que la membrane, mais plus difficile à utiliser.
Méthode de cathode liquide au mercure
Le processus est effectué dans un bain électrolytique, qui se compose d'un électrolyseur, d'un décomposeur et d'une pompe à mercure, interconnectés par des communications. Dans le bain électrolytique, le mercure circule sous l'action d'une pompe à mercure, traversant l'électrolyseur et le décomposeur. La cathode de l'électrolyseur est un courant de mercure. Anodes - graphite ou faible usure. Avec le mercure, un flux de solution d'anolyte - chlorure de sodium circule en continu à travers l'électrolyseur. À la suite de la décomposition électrochimique du chlorure, des molécules de chlore se forment à l'anode et à la cathode, le sodium libéré se dissout dans le mercure, formant un amalgame.
Méthodes de laboratoire
Dans les laboratoires de production de chlore, on utilise généralement des procédés basés sur l'oxydation du chlorure d'hydrogène avec des oxydants forts (par exemple, l'oxyde de manganèse (IV), le permanganate de potassium, le dichromate de potassium):
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
Stockage du chlore
Le chlore produit est stocké dans des "réservoirs" spéciaux ou pompé dans des cylindres en acier à haute pression. Les bouteilles de chlore liquide sous pression ont une couleur spéciale - la couleur des marais. Il convient de noter que pendant le fonctionnement prolongé des bouteilles de chlore, du trichlorure d'azote extrêmement explosif s'y accumule et, par conséquent, de temps en temps, les bouteilles de chlore doivent subir un rinçage et une purification de routine du chlorure d'azote.
Normes de qualité du chlore
Selon GOST 6718-93 « Chlore liquide. Spécifications « les qualités de chlore suivantes sont produites
Application
Le chlore est utilisé dans de nombreuses industries, sciences et besoins domestiques :
- Dans la production de polychlorure de vinyle, de composés plastiques, de caoutchouc synthétique, à partir desquels ils sont fabriqués : isolation pour fils, profilés de fenêtre, matériaux d'emballage, vêtements et chaussures, linoléum et disques de phonographe, vernis, équipement et polystyrène, jouets, matériaux. Le polychlorure de vinyle est produit en polymérisant le chlorure de vinyle, qui est aujourd'hui le plus souvent obtenu à partir d'éthylène par un procédé équilibré en chlore via un intermédiaire 1,2-dichloroéthane.
- Les propriétés blanchissantes du chlore sont connues depuis longtemps, même si ce n'est pas le chlore lui-même qui "blanchit", mais l'oxygène atomique, qui se forme lors de la décomposition de l'acide hypochloreux : Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO → 2HCl + O.. Cette méthode de blanchiment des tissus, du papier, du carton est utilisée depuis plusieurs siècles.
- Production d'insecticides organochlorés - substances qui tuent les insectes nuisibles aux cultures, mais sans danger pour les plantes. Une part importante du chlore produit est consommée pour obtenir des produits phytosanitaires. L'un des insecticides les plus importants est l'hexachlorocyclohexane (souvent appelé hexachlorane). Cette substance a été synthétisée pour la première fois en 1825 par Faraday, mais n'a trouvé d'application pratique qu'après plus de 100 ans - dans les années 30 de notre siècle.
- Il a été utilisé comme agent de guerre chimique, ainsi que pour la production d'autres agents de guerre chimique : gaz moutarde, phosgène.
- Pour la désinfection de l'eau - "chloration". La façon la plus courante de désinfecter l'eau potable; basé sur la capacité du chlore libre et de ses composés à inhiber les systèmes enzymatiques des micro-organismes qui catalysent les processus redox. Pour désinfecter l'eau potable, utilisez : du chlore, du dioxyde de chlore, de la chloramine et de l'eau de Javel. SanPiN 2.1.4.1074-01 établit les limites suivantes (corridor) de la teneur admissible en chlore résiduel libre dans l'eau potable de l'approvisionnement en eau centralisé 0,3 - 0,5 mg / l. Un certain nombre de scientifiques et même d'hommes politiques en Russie critiquent le concept même de chloration de l'eau du robinet, mais ils ne peuvent offrir une alternative aux séquelles désinfectantes des composés chlorés. Les matériaux à partir desquels les conduites d'eau sont fabriquées interagissent de différentes manières avec l'eau du robinet chlorée. Le chlore libre dans l'eau du robinet réduit considérablement la durée de vie des canalisations à base de polyoléfine : divers types de tuyaux en polyéthylène, y compris le polyéthylène réticulé, les grands appelés PEX (PE-X). Aux États-Unis, pour contrôler l'admission des canalisations en matériaux polymères destinés à être utilisés dans les canalisations d'eau avec de l'eau chlorée, ils ont été contraints d'adopter 3 normes : ASTM F2023 pour les canalisations, les membranes et les muscles squelettiques. Ces canaux remplissent des fonctions importantes dans la régulation du volume de fluide, le transport transépithélial des ions et la stabilisation des potentiels membranaires, et sont impliqués dans le maintien du pH des cellules. Le chlore s'accumule dans les tissus viscéraux, la peau et les muscles squelettiques. Le chlore est absorbé principalement dans le gros intestin. L'absorption et l'excrétion du chlore sont étroitement liées aux ions sodium et aux bicarbonates, dans une moindre mesure aux minéralocorticoïdes et à l'activité de la Na + / K + - ATP -ase. Les cellules accumulent 10-15% de tout le chlore, de cette quantité de 1/3 à 1/2 - dans les érythrocytes. Environ 85 % du chlore se trouve dans l'espace extracellulaire. Le chlore est excrété par le corps principalement dans l'urine (90-95%), les fèces (4-8%) et à travers la peau (jusqu'à 2%). L'excrétion du chlore est associée aux ions sodium et potassium, et réciproquement au HCO 3 - (équilibre acido-basique).
Une personne consomme 5 à 10 g de NaCl par jour. L'exigence humaine minimale pour le chlore est d'environ 800 mg par jour. Le nourrisson reçoit la quantité requise de chlore par le lait maternel, qui contient 11 mmol/L de chlore. Le NaCl est nécessaire à la production d'acide chlorhydrique dans l'estomac, ce qui facilite la digestion et la destruction des bactéries pathogènes. Actuellement, la participation du chlore dans la survenue de certaines maladies chez l'homme n'est pas bien comprise, principalement en raison du petit nombre d'études. Qu'il suffise de dire que même les recommandations pour la consommation quotidienne de chlore n'ont pas été élaborées. Le tissu musculaire humain contient 0,20-0,52% de chlore, les os - 0,09%; dans le sang - 2,89 g / l. Dans le corps d'une personne moyenne (poids corporel 70 kg) 95 g de chlore. Chaque jour, avec de la nourriture, une personne reçoit 3 à 6 g de chlore, ce qui couvre en excès les besoins de cet élément.
Les ions chlore sont vitaux pour les plantes. Le chlore est impliqué dans le métabolisme énergétique des plantes, activant la phosphorylation oxydative. Il est nécessaire pour la formation d'oxygène dans le processus de photosynthèse par des chloroplastes isolés, stimule les processus auxiliaires de la photosynthèse, principalement ceux associés à l'accumulation d'énergie. Le chlore a un effet positif sur l'absorption de l'oxygène par les racines, des composés de potassium, de calcium, de magnésium. Une concentration excessive d'ions chlore dans les plantes peut également avoir un côté négatif, par exemple, réduire la teneur en chlorophylle, réduire l'activité de la photosynthèse et retarder la croissance et le développement des plantes chlorées Baskunchak). Le chlore a été l'un des premiers toxiques chimiques utilisés
- Utilisation de matériel d'analyse de laboratoire, électrodes de laboratoire et industrielles, notamment : électrodes de référence ESr-10101 analysant la teneur en Cl– et K+.
Demandes de chlore, nous sommes trouvés par demandes de chlore
Interaction, empoisonnement, eau, réactions et production de chlore
- oxyde
- solution
- acide
- Connexions
- Propriétés
- définition
- dioxyde
- formule
- poids
- actif
- liquide
- substance
- application
- acte
- état d'oxydation
- hydroxyde
Ministère de l'Éducation et des Sciences de la FÉDÉRATION DE RUSSIE
ÉTAT budgétaire fédéral ÉTABLISSEMENT D'ENSEIGNEMENT D'ENSEIGNEMENT PROFESSIONNEL SUPÉRIEUR
UNIVERSITÉ CHIMIQUE ET TECHNOLOGIQUE D'ÉTAT D'IVANOVSK
Département de TP et MET
abstrait
Chlore : propriétés, application, production
Responsable : A.M. Efremov
Ivanovo 2015
introduction
Informations générales sur le chlore
Application de chlore
Méthodes chimiques de production de chlore
Électrolyse. Le concept et l'essence du processus
Production industrielle de chlore
Sécurité dans la production de chlore et protection de l'environnement
Conclusion
introduction
électrolyse d'éléments chimiques au chlore
En raison de l'ampleur de l'utilisation du chlore dans divers domaines de la science, de l'industrie, de la médecine et dans la vie quotidienne, la demande a récemment augmenté de façon spectaculaire. Il existe de nombreuses méthodes de production de chlore par des méthodes de laboratoire et industrielles, mais elles présentent toutes plus d'inconvénients que d'avantages. La production de chlore, par exemple, à partir d'acide chlorhydrique, qui est un sous-produit et un déchet de nombreuses industries chimiques et autres, ou de sel de table produit dans des gisements de sel, est un processus plutôt énergivore, nocif du point de vue de l'environnement et très dangereux pour la vie et la santé.
A l'heure actuelle, le problème du développement d'une technologie de production de chlore qui éliminerait tous les inconvénients ci-dessus et aurait également un rendement en chlore élevé est très urgent.
.Informations générales sur le chlore
Le chlore a été obtenu pour la première fois en 1774 par K. Scheele par l'interaction de l'acide chlorhydrique avec la pyrolusite MnO2. Cependant, ce n'est qu'en 1810 que G. Davy a établi que le chlore est un élément et l'a nommé chlore (du grec chloros - jaune-vert). En 1813, J.L. Gay-Lussac proposa le nom « Chlore » pour cet élément.
Le chlore est un élément du groupe VII du tableau périodique des éléments de D. I. Mendeleev. Le poids moléculaire 70,906, le poids atomique 35,453, le numéro atomique 17, appartient à la famille des halogènes. Dans des conditions normales, le chlore libre, composé de molécules diatomiques, est un gaz jaune verdâtre, incombustible avec une odeur caractéristique piquante et irritante. C'est toxique et étouffant. Le chlore gazeux comprimé à pression atmosphérique se transforme en liquide ambré à -34,05 °C, se solidifie à -101,6 °C et à une pression de 1 atm. Le chlore est généralement un mélange de 75,53 % 35Cl et 24,47 % 37Cl. Dans des conditions normales, la densité du chlore gazeux est de 3,214 kg / m3, c'est-à-dire qu'il est environ 2,5 fois plus lourd que l'air.
Chimiquement, le chlore est très actif, il se combine directement avec presque tous les métaux (avec certains seulement en présence d'humidité ou lorsqu'ils sont chauffés) et avec les non-métaux (sauf le carbone, l'azote, l'oxygène, les gaz inertes), formant les chlorures correspondants, réagit avec de nombreux composés, remplace l'hydrogène dans les hydrocarbures saturés et rejoint les composés insaturés. C'est la raison de la grande variété de son application. Le chlore déplace le brome et l'iode de leurs composés avec l'hydrogène et les métaux. Les métaux alcalins en présence de traces d'humidité interagissent avec le chlore avec inflammation, la plupart des métaux réagissent avec le chlore sec uniquement lorsqu'ils sont chauffés. L'acier, ainsi que certains métaux, résistent au chlore sec à basse température, ils sont donc utilisés pour la fabrication d'équipements et le stockage de chlore sec. Le phosphore s'enflamme dans une atmosphère de chlore, formant РCl3, et lors d'une nouvelle chloration - l5. Le soufre avec le chlore lorsqu'il est chauffé donne du S2Cl2, du SCl2 et d'autres SnClm. L'arsenic, l'antimoine, le bismuth, le strontium, le tellure interagissent vigoureusement avec le chlore. Un mélange de chlore et d'hydrogène brûle avec une flamme incolore ou jaune-vert pour former du chlorure d'hydrogène (il s'agit d'une réaction en chaîne). La température maximale de la flamme hydrogène-chlore est de 2200°C. Les mélanges chlore-hydrogène contenant de 5,8 à 88,5% de H2 sont explosifs et peuvent exploser sous l'action de la lumière, des étincelles électriques, de l'échauffement, de la présence de certaines substances, par exemple les oxydes de fer.
Avec l'oxygène, le chlore forme des oxydes : Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, ainsi que des hypochlorites (sels d'acide hypochloreux), des chlorites, des chlorates et des perchlorates. Tous les composés chlorés oxygénés forment des mélanges explosifs avec des substances facilement oxydables. Les oxydes de chlore sont instables et peuvent exploser spontanément, les hypochlorites se décomposent lentement pendant le stockage, les chlorates et perchlorates peuvent exploser sous l'influence d'initiateurs. Le chlore dans l'eau est hydrolysé, formant des acides hypochloreux et chlorhydrique : Cl2 + H2O ? HClO + HCl. La solution jaunâtre résultante est souvent appelée eau chlorée. Lors de la chloration des solutions aqueuses d'alcalis à froid, des hypochlorites et des chlorures se forment : 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, et lorsqu'ils sont chauffés, des chlorates. La chloration de l'hydroxyde de calcium sec produit de l'eau de Javel. Lorsque l'ammoniac réagit avec le chlore, il se forme du trichlorure d'azote. Dans la chloration des composés organiques, le chlore remplace l'hydrogène ou se lie à de multiples liaisons, formant divers composés organiques contenant du chlore. Le chlore forme des composés interhalogènes avec d'autres halogènes. Les fluorures de chlore ClF, ClF3, ClF3 sont très réactifs ; par exemple, la laine de verre s'enflamme spontanément dans une atmosphère ClF3. Composés connus du chlore avec l'oxygène et le fluor - oxyfluorures de chlore : ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 et le perchlorate de fluor FClO4.
Le chlore ne se trouve dans la nature que sous forme de composés. Sa teneur moyenne dans la croûte terrestre est de 1,7 · 10-2% en poids. La migration de l'eau joue un rôle majeur dans l'histoire du chlore dans la croûte terrestre. Sous forme d'ion Cl-, il est contenu dans l'océan mondial (1,93 %), les saumures souterraines et les lacs salés. Le nombre de ses propres minéraux (principalement des chlorures naturels) est de 97, dont le principal est l'halite NaCl (sel gemme). D'importants gisements de chlorures de potassium et de magnésium et de chlorures mixtes sont également connus : sylvinite KCl, sylvinite (Na, K) Cl, carnalite KCl MgCl2 6H2O, kaïnite KCl MgSO4 3H2O, bischofite MgCl2 6H2O. Dans l'histoire de la Terre, l'afflux de HCl contenu dans les gaz volcaniques dans les parties supérieures de la croûte terrestre a été d'une grande importance.
Normes de qualité du chlore
Nom de l'indicateur GOST 6718-93 Grade le plus élevé Premier grade Fraction volumique de chlore, pas moins,% 99.899.6 Fraction massique d'eau, pas plus,% 0.010.04 Fraction massique de trichlorure d'azote, pas plus,% 0,0020.004 Fraction massique de résidu non volatil, pas plus,% 0 , 0150.10
Stockage et transport du chlore
Le chlore produit par diverses méthodes est stocké dans des "réservoirs" spéciaux ou pompé dans des cylindres en acier cylindriques (10-250 m3) et sphériques (600-2000 m3) sous une pression de vapeur de 18 kgf/cm2. La capacité de stockage maximale est de 150 tonnes. Les bouteilles de chlore liquide sous pression ont une couleur spéciale - une couleur protectrice. En cas de dépressurisation de la bouteille de chlore, une forte libération de gaz se produit avec une concentration dépassant plusieurs fois la concentration létale. Il convient de noter que pendant le fonctionnement prolongé des bouteilles de chlore, du trichlorure d'azote extrêmement explosif s'y accumule et, par conséquent, de temps en temps, les bouteilles de chlore doivent subir un rinçage et une purification de routine du chlorure d'azote. Le chlore est transporté dans des conteneurs, des citernes ferroviaires, des cylindres, qui sont son stockage temporaire.
2.Application de chlore
Le chlore est principalement consommé par l'industrie chimique pour la production de divers dérivés chlorés organiques utilisés pour la production de plastiques, de caoutchoucs synthétiques, de fibres chimiques, de solvants, d'insecticides, etc. Actuellement, plus de 60% de la production mondiale de chlore est utilisée pour la synthèse organique. De plus, le chlore est utilisé pour la production d'acide chlorhydrique, d'eau de Javel, de chlorates et d'autres produits. Des quantités importantes de chlore vont à la métallurgie pour la chloration dans le traitement des minerais polymétalliques, l'extraction de l'or des minerais, et il est également utilisé dans l'industrie du raffinage du pétrole, dans l'agriculture, la médecine et l'assainissement, pour la neutralisation des eaux potables et usées , dans la pyrotechnie et dans un certain nombre d'autres domaines de l'économie nationale. ... Du fait du développement de l'utilisation du chlore, principalement dû au succès de la synthèse organique, la production mondiale de chlore est de plus de 20 millions de tonnes/an.
Les principaux exemples d'application et d'utilisation du chlore dans toutes sortes de branches de la science, de l'industrie et des besoins domestiques :
1.dans la production de polychlorure de vinyle, de composés plastiques, de caoutchouc synthétique, à partir desquels ils sont fabriqués : isolation pour fils, profilés de fenêtre, matériaux d'emballage, vêtements et chaussures, linoléum et disques de phonographe, vernis, équipement et polystyrène, jouets, pièces d'instruments, construction matériaux. Le polychlorure de vinyle est produit en polymérisant le chlorure de vinyle, qui est aujourd'hui le plus souvent obtenu à partir d'éthylène par un procédé équilibré en chlore via un intermédiaire 1,2-dichloroéthane.
CH2 = CH2 + Cl2 => CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl => CH2 = CHCl + HCl
1)comme agent de blanchiment (bien que non pas le chlore lui-même "blanchit", mais l'oxygène atomique, qui se forme lors de la décomposition de l'acide hypochloreux par la réaction : Cl2 + H2O? HCl + HClO? 2HCl + O *).
2)dans la production d'insecticides organochlorés - substances qui tuent les insectes nuisibles aux cultures, mais sans danger pour les plantes (aldrine, DDT, hexachlorane). L'un des insecticides les plus importants est l'hexachlorocyclohexane (C6H6Cl6).
)il est utilisé comme agent de guerre chimique, ainsi que pour la production d'autres agents de guerre chimique : gaz moutarde (C4H8Cl2S), phosgène (CCl2O).
)pour la désinfection de l'eau - "chloration". La méthode la plus courante pour désinfecter l'eau potable est basée sur la capacité du chlore libre et de ses composés à inhiber les systèmes enzymatiques des micro-organismes qui catalysent les processus redox. Pour désinfecter l'eau potable, utilisez : du chlore (Cl2), du dioxyde de chlore (ClO2), de la chloramine (NH2Cl) et de l'eau de Javel (Ca (Cl) OCl).
)dans l'industrie alimentaire est enregistré comme additif alimentaire E925.
)dans la production chimique de soude caustique (NaOH) (utilisée dans la production de rayonne, dans l'industrie du savon), d'acide chlorhydrique (HCl), d'eau de javel, de sel de berthollet (KClO3), de chlorures métalliques, de poisons, de médicaments, d'engrais.
)en métallurgie pour la production de métaux purs : titane, étain, tantale, niobium.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO ;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (à T = 850°C)
)comme indicateur des neutrinos solaires dans les détecteurs chlore-argon (L'idée d'un "détecteur de chlore" pour enregistrer les neutrinos solaires a été proposée par le célèbre physicien soviétique Académicien B. Pontecorvo et mise en œuvre par le physicien américain R. Davis et ses collaborateurs. Ayant attrapé le noyau de neutrino de l'isotope du chlore avec un poids atomique de 37, se transforme en noyau de l'isotope argon-37, avec la formation d'un électron qui peut être enregistré.).
De nombreux pays développés tentent de limiter l'utilisation du chlore dans la vie quotidienne, notamment parce que lors de la combustion des déchets contenant du chlore, une quantité importante de dioxines (écotoxiques mondiaux avec un puissant pouvoir mutagène
3.Méthodes chimiques de production de chlore
Auparavant, la production de chlore par des moyens chimiques était répandue par les méthodes de Weldon et Deacon. Dans ces procédés, le chlore est obtenu en oxydant le chlorure d'hydrogène, qui est formé comme sous-produit dans la production de sulfate de sodium à partir de chlorure de sodium par l'action de l'acide sulfurique.
la réaction se déroulant lors de l'utilisation de la méthode de Weldon :
4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2
la réaction en cours lors de l'utilisation de la méthode Deacon :
l + O2 => 2Н2O + 2Сl2
Dans le procédé Dikon, le chlore-cuivre a été utilisé comme catalyseur, dont une solution à 50 % (parfois additionnée de NaCl) a été imprégnée dans un support céramique poreux. La température de réaction optimale pour un tel catalyseur était habituellement de l'ordre de 430490°. Ce catalyseur est facilement empoisonné par les composés d'arsenic, avec lesquels il forme de l'arséniate de cuivre inactif, ainsi que du dioxyde de soufre et du trioxyde. La présence même de faibles quantités de vapeurs d'acide sulfurique dans le gaz provoque une forte diminution du rendement en chlore à la suite de réactions successives :
H2SO4 => SO2 + 1 / 2O2 + H2O + С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4
C12 + H2O => 1 / 2O2 + 2HCl
Ainsi, l'acide sulfurique est un catalyseur qui favorise la conversion inverse de Cl2 en HCl. Par conséquent, avant l'oxydation sur un catalyseur au cuivre, le gaz chlorhydrique doit être soigneusement nettoyé des impuretés qui réduisent le rendement en chlore.
L'installation de Deacon se composait d'un réchauffeur de gaz, d'un filtre à gaz et d'un appareil de contact à boîtier cylindrique en acier, à l'intérieur duquel se trouvaient deux cylindres en céramique disposés de manière concentrique avec des trous; l'espace annulaire entre eux est rempli de catalyseur. Le chlorure d'hydrogène a été oxydé avec de l'air, donc le chlore a été dilué. Un mélange contenant 25 % en volume de HCl et 75 % en volume d'air (~ 16 % d'O2) a été introduit dans l'appareil de contact, et le gaz quittant l'appareil contenait environ 8 % de C12, 9 % de HCl, 8 % de vapeur d'eau et 75 % d'air. ... Ce gaz, après lavage avec HCl et séchage avec de l'acide sulfurique, était généralement utilisé pour obtenir de l'eau de Javel.
La restauration du procédé Deacon repose actuellement sur l'oxydation du chlorure d'hydrogène non pas à l'air, mais à l'oxygène, ce qui permet d'obtenir du chlore concentré à l'aide de catalyseurs très actifs. Le mélange chlore-oxygène résultant est lavé des résidus de HCl successivement avec de l'acide chlorhydrique à 36 et 20 % et séché avec de l'acide sulfurique. Le chlore est ensuite liquéfié et l'oxygène réinjecté dans le processus. La séparation du chlore de l'oxygène est également réalisée en absorbant le chlore sous une pression de 8 atm avec du chlorure de soufre, qui est ensuite régénéré pour obtenir 100 % de chlore :
l2 + S2CI2
Des catalyseurs à basse température sont utilisés, par exemple, du dichlorure de cuivre activé avec des sels de métaux des terres rares, ce qui permet de réaliser le procédé même à 100 ° C et, par conséquent, d'augmenter considérablement le degré de conversion de HCl en Cl2. Sur un catalyseur d'oxyde de chrome, la combustion de HCl dans l'oxygène est réalisée à 340480°C. L'utilisation d'un catalyseur fait d'un mélange de V2O5 avec des pyrosulfates alcalins et des activateurs sur gel de silice est décrite. Le mécanisme et la cinétique de ce procédé ont été étudiés et les conditions optimales de sa mise en œuvre ont été établies, notamment en lit fluidisé.
L'oxydation du chlorure d'hydrogène par l'oxygène est également réalisée à l'aide d'un mélange fondu de FeCl3 + KCl en deux étapes, réalisée dans des réacteurs séparés. Dans le premier réacteur, le chlorure ferrique est oxydé pour former du chlore :
2FeCl3 + 1
Dans le deuxième réacteur, le chlorure ferrique est régénéré à partir d'oxyde ferrique avec du chlorure d'hydrogène :
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Pour réduire la pression de vapeur du chlorure ferrique, du chlorure de potassium est ajouté. Ce procédé est également proposé d'être effectué dans un appareil, dans lequel la masse de contact constituée de Fe2O3, KC1 et de chlorure de cuivre, de cobalt ou de nickel, déposée sur un support inerte, se déplace de haut en bas de l'appareil. En haut de l'appareil, il traverse la zone de chloration chaude, où Fe2O3 est converti en FeCl3, interagissant avec HCl, qui se trouve dans le flux gazeux de bas en haut. Ensuite, la masse de contact est descendue dans la zone de refroidissement, où, sous l'action de l'oxygène, du chlore élémentaire se forme et FeCl3 se transforme en Fe2O3. La masse de contact oxydée est renvoyée dans la zone de chloration.
Une oxydation indirecte similaire de HCl en Cl2 est réalisée selon le schéma suivant :
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Il est proposé d'obtenir simultanément du chlore et de l'acide sulfurique en faisant passer un gaz contenant HCl, O2 et un large excès de SO2 à travers un catalyseur au vanadium à 400-600°C. Ensuite, H2SO4 et HSO3Cl sont condensés à partir du gaz et le SO3 est absorbé avec de l'acide sulfurique ; le chlore reste dans la phase gazeuse. HSO3Cl est hydrolysé et le HC1 libéré est renvoyé au processus.
Une oxydation encore plus efficace est réalisée avec des oxydants tels que PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7 :
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O
Le chlore peut également être obtenu par oxydation des chlorures. Par exemple, lorsque NaCl et SO3 interagissent, les réactions suivantes ont lieu :
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
La décomposition du NaSO3Cl se produit à 275°C. Le mélange de gaz SO2 et C12 peut être séparé en absorbant du chlore SO2Cl2 ou CCl4 ou en le soumettant à une rectification, ce qui conduit à un mélange azéotropique contenant 88 mol. % Cl2 et 12 mol. % SO2. Le mélange azéotrope peut encore être séparé en convertissant le SO2 en SO2C12 et en séparant l'excès de chlore, et en décomposant le SO2Cl2 à 200° en SO2 et Cl2, qui sont ajoutés au mélange envoyé pour rectification.
Le chlore peut être obtenu en oxydant du chlorure ou du chlorure d'hydrogène avec de l'acide nitrique, ainsi que du dioxyde d'azote :
ZNSl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Une autre façon d'obtenir du chlore est la décomposition du chlorure de nitrosyle, qui peut être obtenue en l'oxydant :
NOCl + O2 = 2NO2 + l2
Il est également proposé d'obtenir du chlore, par exemple, pour oxyder le NOCl avec de l'acide nitrique à 75 % :
2NOCl + 4HNO3 = Сl2 + 6NO2 + 2Н2O
Le mélange de chlore et de dioxyde d'azote est séparé en convertissant le NO2 en acide nitrique faible, qui est ensuite utilisé pour oxyder HCl dans la première étape du processus pour former Cl2 et NOCl. La principale difficulté de la mise en oeuvre de ce procédé à l'échelle industrielle est l'élimination de la corrosion. La céramique, le verre, le plomb, le nickel et les plastiques sont utilisés comme matériaux pour l'équipement. Selon cette méthode aux USA en 1952-1953. une unité d'une capacité de 75 tonnes de chlore par jour était en fonctionnement.
Procédé cyclique de production de chlore par oxydation de chlorure d'hydrogène avec de l'acide nitrique sans formation de chlorure de nitrosyle par la réaction :
2HCl + 2HNO3 = l2 + 2NO2 + 2Н2O
Le procédé se déroule en phase liquide à 80°C, le rendement en chlore atteint 100%, le NO2 est obtenu sous forme liquide.
Par la suite, ces méthodes ont été complètement remplacées par des méthodes électrochimiques, mais à l'heure actuelle, les méthodes chimiques de production de chlore renaissent sur une nouvelle base technique. Tous sont basés sur l'oxydation directe ou indirecte de HCl (ou chlorures), l'agent oxydant le plus courant étant l'oxygène de l'air.
Électrolyse. Le concept et l'essence du processus
L'électrolyse est un ensemble de processus redox électrochimiques qui se produisent sur les électrodes lors du passage d'un courant électrique continu à travers une masse fondue ou une solution dans laquelle des électrodes sont immergées.
Figure. 4.1. Procédés d'électrolyse. Circuit de bain d'électrolyse: 1 - bain, 2 - électrolyte, 3 - anode, 4 - cathode, 5 - alimentation
Tout matériau conducteur de courant électrique peut être utilisé comme électrodes. Fondamentalement, on utilise des métaux et des alliages, des non-métaux, par exemple, des tiges de graphite (ou de carbone) peuvent servir d'électrodes. Moins couramment, les liquides sont utilisés comme électrode. L'électrode chargée positivement est l'anode. L'électrode chargée négativement est la cathode. Lors de l'électrolyse, l'anode est oxydée (elle se dissout) et la cathode est réduite. C'est pourquoi l'anode doit être prise de manière à ce que sa dissolution n'affecte pas le processus chimique se déroulant dans la solution ou la masse fondue. Une telle anode est appelée électrode inerte. Le graphite (carbone) ou le platine peuvent être pris comme anode inerte. Vous pouvez prendre une plaque métallique comme cathode (elle ne se dissoudra pas). Le cuivre, le laiton, le carbone (ou le graphite), le zinc, le fer, l'aluminium, l'acier inoxydable feront l'affaire.
Exemples d'électrolyse de masses fondues :
Exemples d'électrolyse de solutions salines :
(Les anions Cl? sont oxydés à l'anode, et non l'oxygène O? II des molécules d'eau, car l'électronégativité du chlore est inférieure à celle de l'oxygène, et donc, le chlore cède des électrons plus facilement que l'oxygène)
L'électrolyse de l'eau est toujours réalisée en présence d'un électrolyte inerte (pour augmenter la conductivité électrique d'un électrolyte très faible - l'eau) :
Selon l'électrolyte inerte, l'électrolyse est réalisée en milieu neutre, acide ou alcalin. Lors du choix d'un électrolyte inerte, il est nécessaire de prendre en compte que les cations métalliques, qui sont des agents réducteurs typiques (par exemple, Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +) ne sont jamais réduits à la cathode dans une solution aqueuse, et l'oxygène O? II des anions oxoacides n'est jamais oxydé à l'anode. avec un élément au degré d'oxydation le plus élevé (par exemple, ClO4 ?, SO42 ?, NO3 ?, PO43 ?, CO32 ?, SiO44 ?, MnO4 ?), l'eau est oxydée à la place.
L'électrolyse comprend deux processus : la migration des particules en réaction sous l'action d'un champ électrique vers la surface de l'électrode et le transfert de charge de particule à électrode ou d'électrode à particule. La migration des ions est déterminée par leur mobilité et leur nombre de transfert. Le processus de transfert de plusieurs charges électriques s'effectue, en règle générale, sous la forme d'une séquence de réactions à un électron, c'est-à-dire par étapes, avec formation de particules intermédiaires (ions ou radicaux), qui existent parfois pour un certain temps sur l'électrode à l'état adsorbé.
Les vitesses de réaction des électrodes dépendent de :
composition électrolytique
concentration d'électrolyte
matériau d'électrode
le potentiel de l'électrode
Température
conditions hydrodynamiques.
La vitesse des réactions est mesurée par la densité de courant. Il s'agit d'un vecteur physique dont le module est déterminé par le rapport de l'intensité du courant (la quantité de charges électriques transférées par unité de temps) dans le conducteur à la section transversale.
Les lois de l'électrolyse de Faraday sont des relations quantitatives basées sur des études électrochimiques et aident à déterminer la masse de produits formés lors de l'électrolyse. Sous leur forme la plus générale, les lois sont formulées comme suit :
)Première loi de Faraday de l'électrolyse : la masse d'une substance déposée sur une électrode lors de l'électrolyse est directement proportionnelle à la quantité d'électricité transférée à cette électrode. La quantité d'électricité fait référence à la charge électrique, généralement mesurée en pendentifs.
2)Deuxième loi de Faraday de l'électrolyse : pour une quantité d'électricité donnée (charge électrique), la masse d'un élément chimique déposé sur une électrode est directement proportionnelle à la masse équivalente de l'élément. La masse équivalente d'une substance est sa masse molaire divisée par un nombre entier, en fonction de la réaction chimique dans laquelle la substance est impliquée.
Sous forme mathématique, les lois de Faraday peuvent être représentées comme suit :
où m est la masse de la substance déposée sur l'électrode en grammes, est la charge électrique totale passée à travers la substance, = 96 485,33 (83) C mol? 1 est la constante de Faraday, est la masse molaire de la substance (par exemple , la masse molaire de l'eau H2O = 18 g/mol), est le nombre de valence des ions de la substance (le nombre d'électrons par ion).
A noter que M/z est la masse équivalente de la substance déposée.
Pour la première loi de Faraday, M, F et z sont des constantes, donc plus la valeur Q est grande, plus la valeur m est grande.
Pour la deuxième loi de Faraday, Q, F et z sont des constantes, donc plus la valeur de M / z (masse équivalente) est grande, plus la valeur de m est grande.
Dans le cas le plus simple, l'électrolyse en courant continu conduit à :
Dans le cas plus compliqué d'un courant électrique alternatif, la charge totale Q du courant I ( ?) se résume dans le temps ? :
où t est le temps total d'électrolyse.
Dans l'industrie, le processus d'électrolyse est effectué dans des appareils spéciaux - électrolyseurs.
Production industrielle de chlore
Actuellement, le chlore est principalement produit par électrolyse de solutions aqueuses, à savoir l'un des
Les matières premières pour la production électrolytique de chlore sont principalement des solutions de chlorure de sodium obtenues par dissolution de sel solide ou de saumures naturelles. Il existe trois types de gisements de sel : le sel fossile (environ 99 % des réserves) ; lacs salés avec des sédiments de fond de sel auto-précipité (0,77 %); le reste est des fissures souterraines. Les solutions salines, quelle que soit la manière dont elles sont obtenues, contiennent des impuretés qui perturbent le processus d'électrolyse. L'effet particulièrement défavorable de l'électrolyse à cathode solide est exercé par les cations calcium Ca2 +, Mg2 + et les anions SO42-, et dans l'électrolyse à cathode liquide - les impuretés de composés contenant des métaux lourds, tels que le chrome, le vanadium, le germanium et le molybdène.
Le sel cristallin pour l'électrolyse au chlore doit avoir la composition suivante (%) : chlorure de sodium au moins 97,5 ; Mg2 + pas plus de 0,05 ; siège insoluble pas plus de 0,5; Ca2 + pas plus de 0,4 ; K + pas plus de 0,02 ; SO42 - pas plus de 0,84 ; humidité pas plus de 5; impureté de métaux lourds (déterminée par l'échantillon d'amalgame cm3 H2) pas plus de 0,3. Les saumures sont nettoyées avec une solution de soude (Na2CO3) et de lait de chaux (suspension de Ca(OH)2 en suspension dans l'eau). En plus du nettoyage chimique, les solutions sont libérées des impuretés mécaniques par décantation et filtration.
L'électrolyse des solutions de chlorure de sodium est réalisée dans des bains à cathode solide de fer (ou d'acier) et à diaphragmes et membranes, dans des bains à cathode de mercure liquide. Les électrolyseurs industriels utilisés pour l'équipement des grands magasins de chlore modernes doivent avoir une productivité élevée, une conception simple, être compacts, fonctionner de manière fiable et stable.
L'électrolyse se déroule selon le schéma suivant :
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
où Me est un métal alcalin.
Lors de la décomposition électrochimique du sel commun dans les électrolyseurs à électrodes solides, les réactions ioniques basiques, réversibles et irréversibles suivantes se produisent :
dissociation des molécules de sel et d'eau (passe dans l'électrolyte)
NaCl-Na ++ Cl-
Oxydation des ions chlore (à l'anode)
C1- - 2- => C12
réduction des molécules d'ions hydrogène et d'eau (à la cathode)
H + - 2- => H2
H2O - 2e - => H2 + 2OH-
Association d'ions dans la molécule d'hydroxyde de sodium (dans l'électrolyte)
Na + + OH- - NaOH
Les aliments utiles comprennent l'hydroxyde de sodium, le chlore et l'hydrogène. Tous sont retirés de l'électrolyseur séparément.
Figure. 5.1. Schéma électrolyseur à membrane
La cavité d'une cellule électrolytique à cathode solide (Fig. 3) est divisée par une
Les premiers électrolyseurs industriels fonctionnaient en mode batch. Les produits d'électrolyse qu'ils contenaient étaient séparés par un diaphragme en ciment. Par la suite, des électrolyseurs ont été créés, dans lesquels des cloisons en forme de cloche servaient à séparer les produits d'électrolyse. À l'étape suivante, des électrolyseurs à diaphragme à circulation sont apparus. Ils ont combiné le principe du contre-courant avec l'utilisation d'un diaphragme de séparation, qui était en carton d'amiante. De plus, une méthode pour obtenir un diaphragme à partir de pâte d'amiante, empruntée à la technologie de l'industrie du papier, a été découverte. Cette méthode a permis de développer des conceptions d'électrolyseurs à forte charge de courant avec une cathode à doigt compacte non séparable. Pour augmenter la durée de vie du diaphragme en amiante, il est proposé d'introduire des matériaux synthétiques en tant que revêtement ou liant dans sa composition. Il a également été proposé que les diaphragmes soient entièrement constitués de nouveaux matériaux synthétiques. Il est prouvé que de tels diaphragmes combinés en asbosynthétique ou synthétiques spécialement fabriqués ont une durée de vie allant jusqu'à 500 jours. Des diaphragmes échangeurs d'ions spéciaux sont également en cours de développement, qui permettent d'obtenir de la soude caustique pure à très faible teneur en chlorure de sodium. L'action de tels diaphragmes repose sur l'utilisation de leurs propriétés sélectives pour le passage de divers ions.
Les emplacements des contacts des conducteurs de courant aux anodes en graphite dans les premières conceptions ont été retirés de la cavité de l'électrolyseur. Plus tard, des méthodes ont été développées pour protéger les parties de contact des anodes immergées dans l'électrolyte. En utilisant ces techniques, des électrolyseurs industriels avec un conducteur de courant inférieur ont été créés, dans lesquels les contacts d'anode sont situés dans la cavité de l'électrolyseur. Ils sont aujourd'hui largement utilisés pour la production de chlore et de soude caustique sur cathode solide.
Un courant de solution saturée de chlorure de sodium (saumure purifiée) est alimenté en continu dans l'espace anodique de l'électrolyseur à diaphragme. À la suite du processus électrochimique, du chlore est libéré à l'anode en raison de la décomposition du chlorure de sodium et de l'hydrogène est libéré à la cathode en raison de la décomposition de l'eau. Le chlore et l'hydrogène sont éliminés de l'électrolyseur sans se mélanger séparément. Dans ce cas, la zone cathodique est enrichie en soude. Une solution de la zone cathodique, appelée liqueur électrolytique, contenant du sel de table non décomposé (environ la moitié de la quantité fournie avec la saumure) et de l'hydroxyde de sodium, est extraite en continu de l'électrolyseur. A l'étape suivante, la liqueur électrolytique est évaporée et sa teneur en NaOH est portée à 42-50% conformément à la norme. Le sel de table et le sulfate de sodium précipitent avec une concentration croissante d'hydroxyde de sodium.
La solution de NaOH est décantée des cristaux et transférée en tant que produit fini dans un entrepôt ou à l'étape de fusion caustique pour obtenir un produit solide. Le sel de table cristallin (sel inverse) est renvoyé à l'électrolyse, en préparant une saumure dite inverse. Le sulfate en est extrait afin d'éviter l'accumulation de sulfate dans les solutions avant de préparer la saumure inverse. La perte de chlorure de sodium est compensée par l'ajout de saumure fraîche obtenue par lessivage souterrain des couches de sel ou par dissolution de chlorure de sodium solide. La saumure fraîche, avant de la mélanger à la saumure inversée, est débarrassée des suspensions mécaniques et d'une partie importante des ions calcium et magnésium. Le chlore obtenu est séparé de la vapeur d'eau, comprimé et transféré soit directement aux consommateurs, soit pour la liquéfaction du chlore. L'hydrogène est séparé de l'eau, comprimé et transféré aux consommateurs.
Dans un électrolyseur à membrane, les mêmes réactions chimiques se produisent que dans un électrolyseur à membrane. Au lieu d'un diaphragme poreux, une membrane cationique est utilisée (Fig. 5).
Figure. 5.2. Schéma électrolyseur à membrane
La membrane empêche la pénétration des ions chlore dans le catholyte (électrolyte dans l'espace cathodique), grâce à quoi la soude caustique peut être obtenue directement dans l'électrolyseur avec presque pas de sel, avec une concentration de 30 à 35%. En éliminant le besoin de séparer le sel, l'évaporation rend la production de 50 % de soude caustique commerciale beaucoup plus facile et à moindre coût d'investissement et d'énergie. Étant donné que la concentration de soude caustique dans le procédé membranaire est beaucoup plus élevée, le nickel coûteux est utilisé comme cathode.
Figure. 5.3. Circuit de pile au mercure
La réaction de décomposition totale du chlorure de sodium dans les électrolyseurs au mercure est la même que dans ceux à diaphragme :
NaCl + Н2O => NaOH + 1 / 2Сl2 + 1 / 2Н2
Cependant, elle se déroule ici en deux étapes, et chacune dans un appareil distinct : un électrolyseur et un décomposeur. Ils sont structurellement combinés les uns aux autres et sont appelés bain électrolytique et parfois cellule à mercure.
Au premier stade du processus - dans l'électrolyseur - la décomposition électrolytique du sel commun a lieu (sa solution saturée est introduite dans l'électrolyseur) avec la production de chlore à l'anode et d'amalgame de sodium à la cathode de mercure, selon le réaction suivante :
NaCl + nHg => l / 2Cl2 + NaHgn
Dans le décomposeur, la deuxième étape du processus a lieu, dans laquelle, sous l'action de l'eau, l'amalgame de sodium est converti en hydroxyde de sodium et en mercure :
NaHgn + H2O => NaOH + 1 / 2H2 + nHg
De tout le sel fourni à l'électrolyseur avec de la saumure, seulement 15 à 20 % de la quantité fournie entre en réaction (2), et le reste du sel, avec l'eau, quitte l'électrolyseur sous forme de chloranolite - une solution de sel de table dans une eau contenant 250-270 kg/m3 de NaCl saturée de chlore. Le décomposeur est alimenté en « amalgame fort » sortant de l'électrolyseur et en eau.
L'électrolyseur dans toutes les conceptions disponibles se présente sous la forme d'une auge en acier longue et relativement étroite, légèrement inclinée, au fond de laquelle une fine couche d'amalgame, qui est la cathode, s'écoule par gravité et un anolyte sur le dessus. La saumure et l'amalgame faible sont alimentés depuis le bord supérieur surélevé de la cellule à travers la "poche d'entrée".
Un amalgame puissant s'écoule de l'extrémité inférieure de la cellule à travers la "poche de sortie". Le chlore et la chloranolite sortent ensemble par un tuyau de dérivation également situé à l'extrémité inférieure de la cellule. Les anodes sont suspendues au-dessus de tout le miroir du flux d'amalgame ou de la cathode à une distance de 3 à 5 mm de la cathode. Le dessus de l'électrolyseur est recouvert d'un couvercle.
Deux types de décomposeurs sont courants : horizontal et vertical. Les premiers sont réalisés sous la forme d'une auge inclinée en acier de même longueur que la cellule. Un flux d'amalgame coule le long du fond du décomposeur, qui est installé en légère pente. Une buse de décomposition en graphite est plongée dans ce flux. L'eau se déplace à contre-courant. À la suite de la décomposition de l'amalgame, l'eau est saturée en caustique. La solution caustique avec l'hydrogène quitte le décomposeur par le tuyau de dérivation au fond, et le pauvre amalgame ou mercure est pompé dans la poche de l'électrolyseur par une pompe.
L'ensemble du bain d'électrolyse, en plus de l'électrolyseur, du décomposeur, des poches et des canalisations de trop-plein, comprend une pompe à mercure. Deux types de pompes sont utilisés. Dans les cas où les cuves sont équipées d'un décomposeur vertical ou lorsque le décomposeur est installé sous l'électrolyseur, on utilise des pompes centrifuges submersibles de type classique qui sont descendues dans le décomposeur. Dans les bains, dans lesquels le décomposeur est installé à côté de l'électrolyseur, l'amalgame est pompé avec une pompe rotative à cône de type original.
Toutes les pièces en acier de l'électrolyseur qui entrent en contact avec le chlore ou la chloranolite sont protégées par un revêtement en caoutchouc vulcanisé de qualité spéciale (gommage). La couche de protection en caoutchouc n'est pas complètement résistante. Avec le temps, il se chlore, se fragilise et se fissure sous l'action de la température. Périodiquement, la couche protectrice est renouvelée. Toutes les autres parties du bain d'électrolyse : décomposeur, pompe, trop-plein - sont en acier non protégé, car ni l'hydrogène ni la solution caustique ne le corrodent.
À l'heure actuelle, les anodes en graphite sont les plus courantes dans une cellule à mercure. Cependant, ils sont remplacés par ORTA.
6.Sécurité dans la production de chlore
et protection de l'environnement
Le danger pour le personnel dans la production de chlore est déterminé par la toxicité élevée du chlore et du mercure, la possibilité de formation de mélanges gazeux explosifs de chlore et d'hydrogène, d'hydrogène et d'air, ainsi que des solutions de trichlorure d'azote dans le chlore liquide dans le équipement, l'utilisation dans la production d'électrolyseurs - des appareils qui sont soumis à un potentiel électrique accru relativement à la terre, les propriétés de l'alcali caustique produit dans cette production.
L'inhalation d'air contenant 0,1 mg/l de chlore pendant 30 à 60 minutes met la vie en danger. L'inhalation d'air contenant plus de 0,001 mg/l de chlore irrite les voies respiratoires. La concentration maximale admissible (MPC) de chlore dans l'air des agglomérations : la moyenne quotidienne de 0,03 mg/m3, la maximale ponctuelle de 0,1 mg/m3, dans l'air de la zone de travail des locaux industriels est de 1 mg/m3 , le seuil de perception des odeurs est de 2 mg/m3. A une concentration de 3-6 mg/m3, une odeur distincte est ressentie, une irritation (rougeur) des yeux et des muqueuses du nez se produit, à 15 mg/m3 - irritation du nasopharynx, à 90 mg/m3 - intense attaques de toux. L'exposition à 120 - 180 mg/m3 pendant 30-60 minutes met la vie en danger, à 300 mg/m3, une issue létale est possible, une concentration de 2500 mg/m3 entraîne la mort en 5 minutes, à une concentration 3000 mg/m3, létale le résultat se produit après plusieurs respirations ... La concentration maximale admissible de chlore pour la filtration des masques à gaz industriels et civils est de 2500 mg/m3.
La présence de chlore dans l'air est déterminée par des appareils de reconnaissance chimique : VPKhR, PPKhR, PCR-MV à l'aide de tubes indicateurs IT-44 (couleur rose, seuil de sensibilité 5 mg/m3), IT-45 (couleur orange), aspirateurs AM- 5, AM-0055, AM-0059, NP-3M avec tubes indicateurs pour le chlore, un analyseur de gaz universel UG-2 avec une plage de mesure de 0-80 mg/m3, un détecteur de gaz Colion-701 dans la plage de 0- 20mg/m3. Dans l'espace ouvert - au moyen d'un fil isolé autoportant "KORSAR-X". À l'intérieur - avec des dispositifs à fils isolés autoportants VEGA-M. Pour se protéger du chlore en cas de dysfonctionnement ou d'urgence, toutes les personnes présentes dans les ateliers doivent disposer et utiliser en temps voulu des masques à gaz des marques B ou BKF (sauf pour les ateliers d'électrolyse au mercure), ainsi que des vêtements de protection : combinaisons en tissu ou caoutchouté, caoutchouc bottes, etc. mitaines. Les boîtes de masques à gaz au chlore doivent être peintes en jaune.
Le mercure est plus toxique que le chlore. La concentration maximale admissible de ses vapeurs dans l'air est de 0,00001 mg / l. Il endommage le corps humain par inhalation et par contact avec la peau, ainsi que par contact avec des objets amalgamés. Les vapeurs et les éclaboussures sont adsorbées (absorbées) par les vêtements, la peau, les dents. En même temps, le mercure s'évapore facilement à température ; disponible dans l'atelier d'électrolyse, et la concentration de ses vapeurs dans l'air est bien supérieure au maximum autorisé. Ainsi, les ateliers d'électrolyse à cathode liquide sont équipés d'une ventilation puissante qui, en fonctionnement normal, assure un niveau acceptable de concentration de vapeur de mercure dans l'atmosphère de l'atelier. Cependant, cela ne suffit pas pour un fonctionnement sûr. Il est également nécessaire d'observer la discipline dite du mercure : suivre les règles de manipulation du mercure. À leur suite, le personnel, avant de commencer le travail, passe par l'inspection sanitaire, dans la section propre de laquelle il laisse ses vêtements de maison et met du linge fraîchement lavé, qui est un vêtement de travail. À la fin du quart de travail, les vêtements de dessus et le linge sale sont laissés dans la section sale du poste d'inspection sanitaire, tandis que les travailleurs prennent une douche, se brossent les dents et enfilent des articles ménagers dans la section propre du poste d'inspection sanitaire.
Dans les ateliers où ils travaillent avec du chlore et du mercure, vous devez utiliser un masque à gaz de la marque "G" (la boîte du masque à gaz est peinte en noir et jaune) et des gants en caoutchouc. Les règles de la "discipline au mercure" stipulent que travailler avec du mercure et les surfaces amalgamées ne devraient être que sous une couche d'eau; Le mercure renversé doit être immédiatement évacué dans les égouts où se trouvent des pièges à mercure.
Les émissions de chlore et de vapeurs de mercure dans l'atmosphère, les rejets de sels de mercure et de gouttelettes de mercure, les composés contenant du chlore actif et l'empoisonnement des sols par les boues de mercure sont dangereux pour l'environnement. Le chlore pénètre dans l'atmosphère lors d'accidents, avec des émissions de ventilation et des dégagements gazeux de divers appareils. Les vapeurs de mercure sont transportées avec l'air des systèmes de ventilation. La norme de teneur en chlore dans l'air lorsqu'il est émis dans l'atmosphère est de 0,03 mg / m3. Cette concentration peut être atteinte si un lavage alcalin à plusieurs étages des gaz résiduaires est utilisé. La norme pour la teneur en mercure dans l'air lorsqu'elle est émise dans l'atmosphère est de 0,0003 mg / m3 et dans les effluents lorsqu'elle est rejetée dans les plans d'eau est de 4 mg / m3.
Le chlore est neutralisé avec les solutions suivantes :
lait de chaux, pour lequel 1 partie en poids de chaux éteinte est versée avec 3 parties d'eau, bien mélangée, puis une solution de chaux est versée par le haut (par exemple, 10 kg de chaux éteinte + 30 litres d'eau);
Solution aqueuse de carbonate de sodium à 5%, pour laquelle 2 parties en poids de carbonate de sodium sont dissoutes sous agitation avec 18 parties d'eau (par exemple, 5 kg de carbonate de sodium + 95 litres d'eau) ;
Solution aqueuse à 5% de soude caustique, pour laquelle 2 parties en poids de soude caustique sont dissoutes sous agitation avec 18 parties d'eau (par exemple, 5 kg. Soude caustique + 95 litres d'eau).
Lorsque du chlore gazeux s'échappe, de l'eau est pulvérisée pour éteindre les vapeurs. Le taux de consommation d'eau n'est pas standardisé.
Lorsque du chlore liquide est déversé, le lieu du déversement est clôturé avec un rempart en terre, versé avec du lait de chaux, une solution de carbonate de sodium, de soude caustique ou d'eau. Pour neutraliser 1 tonne de chlore liquide, 0,6-0,9 tonne d'eau ou 0,5-0,8 tonne de solutions sont nécessaires. Pour neutraliser 1 tonne de chlore liquide, il faut 22-25 tonnes de solutions ou 333-500 tonnes d'eau.
Pour pulvériser de l'eau ou des solutions, des pompes à eau et à incendie, des stations de remplissage automatique (AC, PM-130, ARS-14, ARS-15), ainsi que des bouches d'incendie et des systèmes spéciaux disponibles dans les installations chimiquement dangereuses, sont utilisés.
Conclusion
Les volumes de chlore obtenus par les méthodes de laboratoire étant négligeables par rapport à la demande sans cesse croissante de ce produit, il n'est pas logique de procéder à une analyse comparative sur ceux-ci.
Parmi les méthodes de production électrochimique, la plus simple et la plus pratique est l'électrolyse avec une cathode liquide (mercure), mais cette méthode n'est pas sans inconvénients. Il cause des dommages environnementaux importants par évaporation et fuite de mercure métallique et de chlore gazeux.
Les électrolyseurs à cathode solide éliminent le risque de contamination de l'environnement par le mercure. Lors du choix entre les cellules à membrane et à membrane pour les nouvelles installations de production, il est préférable d'utiliser ces dernières, car elles sont plus économiques et permettent d'obtenir un produit final de meilleure qualité.
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