Хлор: различия между версиями

В 1826 году атомная масса хлора была с высокой точностью определена шведским химиком [[Берцелиус, Йёнс Якоб|Йёнсом Якобом Берцелиусом]] (отличается от современных данных не более, чем на 0,1 &nbsp;%)<ref>{{ВТ-ЭСБЕ|Берцелиус, Иоган-Яков}}</ref>.

В природе встречаются два [[изотопы|изотопа]] хлора ³⁵Cl и ³⁷Cl. В земной коре хлор — самый распространённый галоген. Хлор очень активен — он непосредственно соединяется почти со всеми элементами периодической системы. Поэтому в природе он встречается только в виде соединений в составе минералов: [[галит]]а NaCl, [[сильвин]]а KCl, [[сильвинит]]а KCl·NaCl, [[бишофит]]а MgCl₂·6Н₂О, [[карналлит]]а KCl·MgCl₂·6Н₂O, [[каинит]]а KCl·MgSO₄·3Н₂О. Самые большие запасы хлора содержатся в составе солей вод [[моря|морей]] и [[океан]]ов (содержание в [[Морская вода|морской воде]] 19 г/л<ref>J.P. Riley and Skirrow G. Chemical Oceanography V. 1, 1965.</ref>). На долю хлора приходится 0,025 &nbsp;[[%]] от общего числа атомов [[земная кора|земной коры]]; [[кларковое число]] хлора — 0,017 &nbsp;%. Человеческий организм содержит 0,25 &nbsp;% ионов хлора по массе. В организме человека и животных хлор содержится в основном в межклеточных жидкостях (в том числе в крови) и играет важную роль в регуляции осмотических процессов, а также в процессах, связанных с работой нервных клеток.

В природе встречаются 2 стабильных изотопа хлора: с массовым числом 35 и 37. Доли их содержания соответственно равны 75,78 &nbsp;% и 24,22 &nbsp;%<ref>[http://www.webelements.com/chlorine/isotopes.html Данные о изотопах хлора]</ref>. Свойства стабильных и некоторых радиоактивных изотопов хлора перечислены в таблице:

[[Степень диссоциации]] молекулы хлора Cl₂ → 2Cl при 1000 К равна 2,07{{e|−4}}%, а при 2500 К — 0,909 &nbsp;%.

Также известны соединения хлора, в которых атом хлора формально проявляет валентности IV и VI, например, [[Оксид хлора(IV)|ClO₂]] и [[Оксид хлора(VI)|Cl₂O₆]]. Однако [[оксид хлора(IV)]] является стабильным [[Свободные радикалы|радикалом]], то есть имеет неспаренный электрон, а [[оксид хлора(VI)]] содержит два атома хлора, имеющих степени окисления +5 и +7.

На свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом) с [[водород]]ом по [[Цепная реакция (химия)|радикально-цепному]] механизму. Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3 &nbsp;% водорода, взрываются при облучении с образованием [[хлороводород]]а. Смесь хлора с водородом в небольших концентрациях горит бесцветным<ref>[http://school-collection.edu.ru/catalog/res/08d3a964-383d-9411-dba5-7fd6dc3bb676/ Взаимодействие хлора с водородом] — видеоопыт в Единой коллекции цифровых образовательных ресурсов</ref> или жёлто-зелёным пламенем. Максимальная [[температура]] водородно-хлорного пламени 2200 °C.

При растворении в воде или щелочах, хлор [[дисмутация|диспропорционирует]], образуя [[хлорноватистая кислота|хлорноватистую]] (а при нагревании — [[хлорноватая кислота|хлорноватую]]) и [[соляная кислота|соляную кислоты]], либо их соли:

: <math>\mathsf{CH_4 + Cl_2\rightarrow CH_3Cl + HCl}</math> (получение хлороформа, реакция идетидёт многоступенчато с образованием тетрахлорметана CCl₄)

Применяется три варианта электрохимического метода получения хлора. Два из них — электролиз с твердымтвёрдым катодом: диафрагменный и мембранный методы, третий — электролиз с жидким [[ртуть|ртутным]] катодом (ртутный метод производства). Качество хлора, получаемого электрохимическими методами, отличается мало:

Раствор соли в диафрагменном электролизере непрерывно подаетсяподаётся в анодное пространство и протекает через, как правило, насаженную на стальную катодную сетку [[асбест]]овую диафрагму, в которую иногда добавляют небольшое количество полимерных волокон.

Противоток — очень важная особенность устройства диафрагменного электролизера. Именно благодаря противоточному потоку, направленному из анодного пространства в катодное через пористую диафрагму, становится возможным раздельное получение щелоков и хлора. Противоточный поток рассчитывается так, чтобы противодействовать диффузии и миграции OH^- ионов в анодное пространство. Если величина противотока недостаточна, тогда в анодном пространстве в больших количествах начинает образовываться гипохлорит-ион (ClO^-), который затем может окисляться на аноде до хлорат-иона ClO₃^-. Образование хлорат-иона серьёзно снижает [[электролиз|выход по току]] хлора и является основным побочным процессом в этом методе. Так же вредит и выделение кислорода, которое, к тому же, ведёт к разрушению анодов и, если они из углеродных материалов, попаданияпопаданию в хлор примесей [[фосген]]а.

Из анодного пространства вытекает поток обеднённого анолита, содержащего также примеси гипохлорит- и хлорат-ионов, и выходит хлор, а из катодного — щелока и водород, практически не содержащие примесей и близкие к товарной концентрации, что уменьшает затраты энергии на их упаривание и очистку.

Кроме того, ограниченная геометрическая форма, а также низкая механическая прочность и термическая стойкость [[Ионообменная мембрана|ионообменных мембран]], во многом определяют сравнительно сложные конструкции установок мембранного электролиза. По той же причине мембранные установки требуют наиболее сложных систем автоматического контроля и управления.

Растущие требования к экологической безопасности производств и дороговизна металлической ртути ведут к постепенному вытеснению ртутного метода методами получения хлора с твердымтвёрдым катодом.

У животных и человека ионы хлора участвуют в поддержании [[осмос|осмотического]] равновесия, хлорид-ион имеет оптимальный радиус для проникновения через [[Клеточная мембрана|мембрану]] клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании постоянного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена. Под воздействием [[Гамма-аминомасляная кислота|ГАМК]] ([[нейромедиатор]]) ионы хлора оказывают тормозящий эффект на [[нейрон]]ы путём снижения [[Потенциал действия|потенциала действия]]. В [[желудок|желудке]] ионы хлора создают благоприятную среду для действия протеолитических [[фермент]]ов [[желудочный сок|желудочного сока]]. Хлорные каналы представлены во многих типах клеток, [[митохондрия|митохондриальных]] [[Клеточная мембрана|мембранах]] и скелетных мышцах. Эти каналы выполняют важные функции в регуляции объёма жидкости, трансэпителиальном транспорте ионов и стабилизации мембранных потенциалов, участвуют в поддержании рН клеток. Хлор накапливается в висцеральной ткани, коже и скелетных мышцах. Всасывается хлор, в основном, в толстом [[кишечник]]е. Всасывание и экскреция хлора тесно связаны с ионами натрия и бикарбонатами, в меньшей степени с минералокортикоидами и активностью Na⁺/K⁺ — [[АТФ]]-азы. В клетках аккумулируется 10-15 &nbsp;% всего хлора, из этого количества от 1/3 до 1/2 — в [[эритроцит]]ах. Около 85 &nbsp;% хлора находятся во внеклеточном пространстве. Хлор выводится из организма в основном с мочой (90—95 &nbsp;%), калом (4-8 &nbsp;%) и через кожу (до 2 &nbsp;%). Экскреция хлора связана с ионами натрия и калия, и реципрокно (взаимно) с гидрокарбонат-ионами HCO₃⁻ (кислотно-щелочной баланс).

Человек потребляет 5—10 г NaCl в сутки. Минимальная потребность человека в хлоре составляет около 800 мг в сутки. Младенец получает необходимое количество хлора через молоко матери, в котором содержится 11 ммоль/л хлора. NaCl необходим для выработки в [[желудок|желудке]] соляной кислоты, которая способствует пищеварению и уничтожению болезнетворных бактерий. В настоящее время участие хлора в возникновении отдельных заболеваний у человека изучено недостаточно хорошо, главным образом из-за малого количества исследований. Достаточно сказать, что не разработаны даже рекомендации по норме суточного потребления хлора. [[мышцы|Мышечная ткань]] человека содержит 0,20—0,52 &nbsp;% хлора, [[скелет|костная]] — 0,09 &nbsp;%; в [[кровь|крови]] — 2,89 г/л. В организме среднего человека (масса тела 70 кг) 95 г хлора. Ежедневно с пищей человек получает 3—6 г хлора, что с избытком покрывает потребность в этом элементе.

Ионы хлора жизненно необходимы растениям. Хлор участвует в энергетическом обмене у растений, активируя окислительное [[фосфорилирование]]. Он необходим для образования кислорода в процессе [[фотосинтез]]а изолированными [[хлоропласт]]ами, стимулирует вспомогательные процессы фотосинтеза, прежде всего те из них, которые связаны с аккумулированием энергии. Хлор положительно влияет на поглощение корнями кислорода, соединений калия, кальция, магния. Чрезмерная концентрация ионов хлора в растениях может иметь и отрицательную сторону, например, снижать содержание [[хлорофилл]]а, уменьшать активность фотосинтеза, задерживать [[онтогенез|рост и развитие растений]].

Среди микроорганизмов также известны галофилы — [[галобактерии]], — которые обитают в сильносоленыхсильносолёных водах или почвах.

Хлор был одним из первых [[Боевые отравляющие вещества|химических отравляющих веществ]], использованных [[Германия|Германией]] в [[Первая мировая война|Первую мировую войну]], впервые примененприменён в 1915 году во время [[Вторая битва при Ипре|битвы при Ипре]].