KLOR: TARIHÇESI, ÖZELLIKLERI, YAPISI, RISKLERI, KULLANIMLARI - KIMYA - 2025

Klor simgesi Cl ile temsil edilen bir elementtir. Halojen, ikinci, flor altında yer almaktadır ve tüm üçüncü en elektronegatif unsurdur. Adı, florürden daha yoğun olan sarımsı yeşil renginden gelmektedir.

Popüler olarak, birisi isminizi duyduğunda aklına gelen ilk şey giysiler için ağartıcı ürünler ve yüzme havuzlarındaki sudur. Klor, bu tür örneklerde etkili bir şekilde çalışmasına rağmen, ağartma ve dezenfekte etme etkisini uygulayan gaz değil, bileşikleridir (özellikle hipoklorit).

İçinde gaz klor bulunan yuvarlak şişe. Kaynak: Larenmclane

Üstteki resim klor gazı içeren yuvarlak bir şişeyi göstermektedir. Yoğunluğu havadan daha fazladır, bu da neden şişede kaldığını ve atmosfere kaçmadığını açıklar; diğer hafif gazlarda olduğu gibi, helyum veya nitrojen. Bu durumda, akciğerlerde hidroklorik asit ürettiği için son derece toksik bir maddedir.

Bu nedenle elementel veya gaz halindeki klorun, bazı sentezler dışında pek çok kullanımı yoktur. Bununla birlikte, bileşikleri, ister tuzlar ister klorlu organik moleküller olsun, yüzme havuzlarının ve aşırı beyaz giysilerin ötesine geçen iyi bir kullanım repertuarını kapsar.

Aynı şekilde, klorür anyonları formundaki atomları vücudumuzda bulunur ve sodyum, kalsiyum ve potasyum seviyelerini ve mide suyunu düzenler. Aksi takdirde, sodyum klorürün yutulması daha da ölümcül olacaktır.

Klor, sodyum hidroksit ve hidrojenin de elde edildiği endüstriyel bir işlem olan sodyum klorür açısından zengin tuzlu suyun elektroliziyle üretilir. Ve denizler bu tuzun neredeyse tükenmez bir kaynağı olduğundan, hidrosferdeki bu elementin potansiyel rezervleri çok büyüktür.

Tarih

İlk yaklaşımlar

Klor gazının yüksek reaktivitesi nedeniyle, eski medeniyetler varlığından asla şüphelenmediler. Ancak, bileşikleri eski çağlardan beri insanlık kültürünün bir parçası olmuştur; tarihi, sıradan tuzla bağlantılı başladı.

Öte yandan, klor volkanik püskürmelerden ve biri aqua regia'da altını çözdüğünde ortaya çıktı; Ancak bu ilk yaklaşımların hiçbiri, söz konusu sarımsı yeşil gazın bir element veya bileşik olduğu fikrini formüle etmek için bile yeterli değildi.

keşif

Klorun keşfi, 1774'te mineral pirolüzit ve hidroklorik asit (daha sonra muriatik asit olarak adlandırılır) arasındaki reaksiyonu gerçekleştiren İsveçli kimyager Carl Wilhelm Scheele'ye atfedilir.

Scheele, klorun özelliklerini inceleyen ilk bilim adamı olduğu için krediyi aldı; daha önce Jan Baptist van Helmont tarafından tanınmasına rağmen (1630).

Scheele'nin gözlemlerini elde ettiği deneyler ilginç: Klorun çiçeklerin kırmızımsı ve mavimsi yaprakları üzerindeki ağartma etkisini, ayrıca anında ölen bitki ve böceklerin yaprakları üzerindeki etkisini değerlendirdi.

Aynı şekilde metaller için yüksek reaktif oranını, boğucu kokusunu ve akciğerler üzerindeki istenmeyen etkisini, suda çözündüğünde asitliğinin arttığını bildirdi.

Oksimuratik asit

O zamana kadar kimyagerler, oksijen içeren herhangi bir bileşiğe asit olarak bakıyorlardı; bu yüzden yanlışlıkla klorun gaz halinde bir oksit olması gerektiğini düşündüler. Ünlü Fransız kimyager Antoine Lavoisier tarafından icat edilen bir isim olan 'oksimüriatik asit' (muriatik asit oksit) adını verdiler.

Daha sonra 1809'da Joseph Louis Gay-Lussac ve Louis Jacques Thénard bu asidi odun kömürü ile indirgemeye çalıştı; oksitlerinden metal elde ettikleri reaksiyon. Bu şekilde, sözde oksimuratik asidin kimyasal elementini çıkarmak istediler (buna 'muriatik asit büzüştürülmüş hava' adını verdiler.

Ancak Gay-Lussac ve Thénard deneylerinde başarısız oldu; ancak söz konusu sarımsı yeşil gazın bir bileşik değil kimyasal bir element olması gerektiği ihtimalini göz önünde bulundururken haklıydılar.

Bir unsur olarak tanınma

Klorun bir kimyasal element olarak tanınması, 1810'da karbon elektrotlarla kendi deneylerini gerçekleştiren ve böyle bir muriatik asit oksidinin var olmadığı sonucuna varan Sir Humphry Davy sayesinde oldu.

Ve dahası, bu element için 'klor' adını Yunanca sarımsı yeşil anlamına gelen 'chloros' kelimesinden türeten Davy idi.

Klorun kimyasal özelliklerini incelerken, birçok bileşiğinin doğada tuzlu olduğu bulundu; dolayısıyla tuz oluşturucu anlamına gelen 'halojen' adını verdiler. Daha sonra aynı grubun diğer elementleriyle (F, Br ve I) halojen terimi kullanıldı.

Michael Faraday, kloru sıvılaştırarak, suyla kontamine olduğu için hidrat Cl ₂ · H ₂ O oluşturan bir katı haline getirmeyi bile başardı .

Klor tarihinin geri kalanı, dezenfektan ve ağartma özellikleriyle bağlantılıdır, ta ki, büyük miktarlarda klor üretmek için endüstriyel tuzlu su elektroliz işleminin gelişmesine kadar.

Fiziksel ve kimyasal özellikler

Fiziksel görünüş

Bu yoğun, opak sarımsı yeşil bir gazdır ve tahriş edici buruk bir kokuya sahiptir (ticari klorun süper geliştirilmiş bir versiyonu) ve ayrıca son derece zehirlidir.

Atom numarası (Z)

17

Atom ağırlığı

35.45 u.

Aksi belirtilmediği sürece, özelliklerin geri kalanı moleküler klor, Cl için ölçülen miktarlarda karşılık gelen ₂ .

Kaynama noktası

-34.04ºC

Erime noktası

-101,5ºC

Yoğunluk

-Normal şartlar altında 3,2 g / L

-Sadece kaynama noktasında 1.5624 g / mL

Sıvı klorun, gazından yaklaşık beş kat daha yoğun olduğuna dikkat edin. Ayrıca, buharının yoğunluğu havanınkinden 2.49 kat daha fazladır. Bu nedenle ilk görüntüde klor, havadan daha yoğun olduğu için altta yer aldığından yuvarlak şişeden kaçma eğiliminde değildir. Bu özelliği onu daha da tehlikeli bir gaz haline getirir.

Füzyon ısısı

6.406 kJ / mol

Buharlaşma ısısı

20.41 kJ / mol

Molar ısı kapasitesi

33.95 J / (mol K)

Su çözünürlüğü

0ºC'de 1,46 g / 100 mL

Buhar basıncı

25 ° C'de 7,67 atm Bu basınç diğer gazlara göre nispeten düşüktür.

Elektronegativite

Pauling ölçeğinde 3.16.

İyonlaşma enerjileri

-İlk: 1251,2 kJ / mol

-İkinci: 2298 kJ / mol

Üçüncü: 3822 kJ / mol

Termal iletkenlik

8,9 ^10-3 W / (m · K)

izotopları

Klor, doğada esas olarak iki izotop olarak bulunur: % 76 bollukta ³⁵ Cl ve % 24 bollukta ³⁷ Cl. Dolayısıyla, atom ağırlığı (35.45 u), ilgili bolluk yüzdeleri ile bu iki izotopun atom kütlelerinin ortalamasıdır.

Tüm klor radyoizotopları yapaydır, bunların arasında ³⁶ Cl en kararlı, 300.000 yıllık yarı ömürle öne çıkar .

Oksidasyon numaraları

Klor, bir bileşiğin parçası olduğunda çeşitli oksidasyon sayılarına veya durumlarına sahip olabilir. Periyodik tablodaki en elektronegatif atomlardan biri olan, genellikle negatif oksidasyon sayılarına sahiptir; Sırasıyla oksitleri ve floridleri olan oksijen veya flor ile karşılaşması dışında elektron "kaybetmek" zorunda kalır.

Oksidasyon sayılarında, aynı büyüklükte yüke sahip iyonların varlığı veya varlığı varsayılır. Bu nedenle, elimizde: -1 (Cl ^- , ünlü klorür anyonu), +1 (Cl ⁺ ), +2 (Cl ²⁺ ), +3 (Cl ³⁺ ), +4 (Cl ⁴⁺ ), +5 ( Cl ⁵⁺ ), +6 (Cl ⁶⁺ ) ve +7 (Cl ⁷⁺ ). Hepsinden -1, +1, +3, +5 ve +7 klorlu bileşiklerde en yaygın bulunanlardır.

Örneğin, ClF ve ClF _3'te klor için oksidasyon sayıları +1 (Cl ⁺ F ^- ) ve +3 (Cl ³⁺ F ₃ ^- ) şeklindedir. Cl olarak ₂ , O, Bu +1 (Cl ₂ ⁺ O ^2- ); ClO _2'de Cl ₂ O ₃ ve Cl ₂ O ₇ +4 (Cl ⁴⁺ O ₂ ^2- ), +3 (Cl ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ) ve +7 (Cl ₂ ⁷⁺ Veya ₇ ^2- ).

Tüm klorürlerde ise klorun oksidasyon sayısı -1'dir; NaCl (Na ⁺ Cl ^- ) durumunda olduğu gibi, bu tuzun iyonik yapısı göz önüne alındığında Cl ^{- 'nin} var olduğunu söylemenin geçerli olduğu durumlarda .

Yapı ve elektronik konfigürasyon

Klor molekülü

Bir uzaysal doldurma modeli ile temsil edilen iki atomlu klor molekülü. Kaynak: Benjah-bmm27, Wikipedia.

Temel durumundaki klor atomları aşağıdaki elektronik konfigürasyona sahiptir:

3s ² 3p ⁵

Bu nedenle, her birinin yedi değerlik elektronu vardır. Enerji ile aşırı yüklenmedikçe, uzayda sanki yeşil mermerlermiş gibi tek tek Cl atomları olacaktır. Bununla birlikte, doğal eğilimleri, aralarında kovalent bağlar oluşturmak ve böylece değerlik sekizlilerini tamamlamaktır.

Sekiz valans elektronuna sahip olmak için sadece bir elektrona ihtiyaçları olduğuna dikkat edin, bu yüzden tek bir basit bağ oluştururlar; bu, Cl ₂ molekülü (üstteki resim) Cl-Cl oluşturmak için iki Cl atomunu birleştiren olandır. Bu nedenle normal ve / veya karasal koşullarda klor moleküler bir gazdır; asal gazlarda olduğu gibi tek atomlu değildir.

Moleküller arası etkileşimler

Cl ₂ molekülü homonükleer ve apolardır, bu nedenle moleküller arası etkileşimleri Londra saçılma kuvvetleri ve moleküler kütleleri tarafından yönetilir. Gaz fazındaki, mesafe Cı ₂ -Cl ₂ , nispeten kısa, kütlesi ilave Havadan bir gaz üç kez daha yoğun hale diğer gazların karşılaştırılır.

Işık heyecan ve Cl'den moleküler orbitaller içindeki elektronik geçişleri teşvik ₂ ; sonuç olarak karakteristik sarımsı yeşil rengi ortaya çıkar. Bu renk sıvı halde yoğunlaşır ve katılaştığında kısmen kaybolur.

Sıcaklık damlası (-34 ° C), CI olarak ₂ moleküller kinetik enerjiyi ve Cı kaybeder ₂ -Cl ₂ mesafeyi azaltır; bu nedenle, bunlar birleşir ve sıvı kloru tanımlar. Aynısı, sistem daha da soğutulduğunda (-101 ºC), şimdi Cl ₂ molekülleri ortorombik bir kristal oluşturacak kadar birbirine yakın olduğunda olur.

Klor kristallerinin var olması gerçeği, dağıtıcı kuvvetlerinin yapısal bir model oluşturmaya yetecek kadar yönlü olduğunun göstergesidir; bu, Cl moleküler tabakalar ₂ . Bu katmanların ayrılması, yapıları 64 GPa basınç altında bile değiştirilmeyecek ve elektriksel iletkenlik göstermeyecek şekildedir.

Nerede bulunur ve elde edilir

Klorür tuzları

Daha çok sofra tuzu veya sofra tuzu olarak bilinen sağlam halit kristalleri. Kaynak: Parent Géry

Gaz halindeki klor, çok reaktif olduğundan ve klorür oluşturma eğiliminde olduğundan, Dünya yüzeyinde hiçbir yerde bulunamaz. Bu klorürler yer kabuğunda iyi bir şekilde dağılmıştır ve ayrıca milyonlarca yıl yağmurlar tarafından yıkandıktan sonra denizleri ve okyanusları zenginleştirmektedirler.

Tüm klorürlerden mineral halitin NaCl'si (üstteki resim) en yaygın ve bol olanıdır; ardından mineral silvin göre, KCI ve carnalite, MgCI ₂ · KCI · 6H ₂ O güneşin etkisi sebebi ile su buharlaşır kütleleri, bu NaCI doğrudan ham madde olarak elde edilebilir olan çöl tuz gölü, geride bırakmak klor üretimi için.

Tuzlu suyun elektrolizi

NaCl, klor-alkali hücre içinde elektrolize tabi tutulan tuzlu su (% 26) üretmek için suda çözünür. Anot ve katot bölmelerinde iki yarı reaksiyon gerçekleşir:

2Cl ^- (aq) => Cl ₂ (g) + 2e ^- (Anot)

2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2OH ^- (aq) + H ₂ (g) (Katot)

Ve her iki reaksiyon için de global denklem:

2NaCl (aq) + 2H ₂ O (I) => 2NaOH (sulu) + H ₂ (g) + Cl ₂ (g)

Reaksiyon ilerledikçe, anotta oluşan Na ⁺ iyonları geçirgen bir asbest membranı içinden katot bölmesine göç eder. Bu nedenle NaOH, küresel denklemin sağ tarafındadır. Bu gazlar, Cı ₂ ve H ₂ , sırasıyla anot ve katoda, toplanır.

Aşağıdaki resim az önce yazılanları göstermektedir:

Tuzlu suyun elektroliziyle klor üretimi için diyagram. Kaynak: Jkwchui

Tuzlu su konsantrasyonunun sonuna kadar% 2 azaldığını (% 24 ila 26'yı geçtiğini) not edin, bu da Cl anyonlarının bir kısmının ^- orijinal moleküllerin Cl ₂ olduğu anlamına gelir . Sonunda, bu sürecin sanayileşmesi, klor, hidrojen ve sodyum hidroksit üretmek için bir yöntem sağlamıştır.

Pirolüzitin asit çözünmesi

Tarih bölümünde bahsedildiği üzere pirolüzit mineral numunelerinin hidroklorik asit ile çözülmesi ile klor gazı üretilebilir. Aşağıdaki kimyasal denklem, reaksiyondan elde edilen ürünleri gösterir:

MnO ₂ (s) + 4HCI (sulu) => MnCl ₂ (aq) + 2H ₂ O (□) + Cl ₂ (g)

alaşımlar

Klor alaşımları iki basit nedenden ötürü mevcut değildir: gaz halindeki molekülleri metalik kristaller arasında tutulamazlar ve aynı zamanda çok reaktiftirler, bu nedenle ilgili klorürlerini üretmek için hemen metallerle reaksiyona girerler.

Öte yandan, klorürler de arzu edilmez, çünkü bir kez suda çözündüklerinde alaşımlarda korozyonu teşvik eden bir salin etkisi yaparlar; ve bu nedenle metaller çözünerek metal klorürler oluşturur. Her alaşım için korozyon süreci farklıdır; bazıları diğerlerinden daha hassastır.

Bu nedenle klor, alaşımlar için hiç de iyi bir katkı maddesi değildir; ne Cl ₂ ne de Cl ^{- olarak} (ve Cl atomları var olamayacak kadar reaktif olur).

Riskler

Klorun sudaki çözünürlüğü düşük olmasına rağmen, cildimizin ve gözlerimizin neminde hidroklorik asit üretmek yeterlidir, bu da dokuları aşındırarak ciddi tahrişe ve hatta görme kaybına neden olur.

Daha da kötüsü sarımsı yeşilimsi buharlarını solumaktır, çünkü akciğerlerde bir kez daha asit üretir ve akciğer dokusuna zarar verir. Bununla birlikte kişi, akciğerlerde oluşan sıvılar nedeniyle boğaz ağrısı, öksürük ve nefes almada güçlükler yaşar.

Bir klor sızıntısı varsa, özellikle tehlikeli bir durumdasınızdır: hava, buharlarını basitçe "süpürüp atamaz"; yavaş tepki verene veya dağılıncaya kadar orada kalırlar.

Buna ek olarak, oldukça oksitleyici bir bileşiktir, bu nedenle çeşitli maddeler, onunla en ufak bir temasla patlayarak reaksiyona girebilir; tıpkı çelik yünü ve alüminyum gibi. Bu nedenle, klorun depolandığı yerlerde, yangın risklerinden kaçınmak için gerekli tüm önlemler alınmalıdır.

İronik olarak, klor gazı ölümcül olsa da, klorür anyonu zehirli değildir; Tüketilebilir (ölçülü olarak), yanmaz ve flor ve diğer reaktifler dışında reaksiyona girmez.

Uygulamalar

sentez

Her yıl üretilen klor gazının yaklaşık% 81'i organik ve inorganik klorürlerin sentezinde kullanılmaktadır. Bu bileşiklerin Covalence derecesine bağlı olarak, klor (Cı-Cı bağları ile) klorlu organik moleküllerde sadece Cl atomları olarak bulunabilir, veya Cl gibi ^- iyonları birkaç klorür tuzları (NaCI, CaC ₂ , MgCb ₂ , vb.).

Bu bileşiklerin her birinin kendi uygulamaları vardır. Örneğin, kloroform (CHCİs için ₃ ) ve etil klorür (CH ₃ CH ₂ Cl) inhalasyon anestezikler olarak kullanılmaya başladığı sahip çözücülerdir; diklorometan (CH ₂ Cl ₂ ) ve karbon tetraklorür (CCI ₄ ), kendi bölümü için, yaygın organik kimya laboratuarlarında kullanılan çözücülerdir.

Bu klorlu bileşikler sıvı olduğunda, çoğu zaman organik reaksiyon ortamı için çözücü olarak kullanılırlar.

Diğer bileşiklerde, klor atomlarının mevcudiyeti, kutupsal bir matris ile daha büyük ölçüde etkileşime girebilmeleri için dipol momentinde bir artışı temsil eder; biri proteinler, amino asitler, nükleik asitler vb. biyomoleküllerden oluşur. Bu nedenle klor, ilaçların, böcek ilaçlarının, böcek ilaçlarının, mantar ilaçlarının vb. Sentezinde de rol oynar.

İnorganik klorürlerle ilgili olarak, genellikle katalizör, elektroliz yoluyla metal elde etmek için hammadde veya Cl ^- iyonları kaynağı olarak kullanılırlar .

Biyolojik

Gaz halindeki veya elementel klorun canlılarda dokularını yok etmekten başka bir rolü yoktur. Ancak bu, atomlarının vücutta bulunamayacağı anlamına gelmez. Örneğin, Cl ^- iyonları hücresel ve hücre dışı ortamda çok miktarda bulunur ve çoğunlukla Na ⁺ ve Ca2 ⁺ iyonlarının seviyelerini kontrol etmeye yardımcı olur .

Aynı şekilde, hidroklorik asit midede yiyeceğin sindirildiği mide suyunun bir parçasıdır; H ₃ O ⁺ şirketindeki Cl ^- iyonları , bu salgıların 1'ine yakın pH'ı tanımlar.

Kimyasal silahlar

Klor gazının yoğunluğu, döküldüğünde veya kapalı veya açık alanlara döküldüğünde onu ölümcül bir madde haline getirir. Havadan daha yoğun olan bir akımı kloru kolayca taşımaz, bu nedenle sonunda dağılmadan önce hatırı sayılır bir süre kalır.

Örneğin I.Dünya Savaşı'nda bu klor savaş alanlarında kullanıldı. Serbest bırakıldığında, askerleri boğmak ve yüzeye çıkmaya zorlamak için siperlere gizlice girecekti.

dezenfektan

Havuzlar, mikroorganizmaların üremesini ve yayılmasını önlemek için klorlanır. Kaynak: Pixabay.

Klor gazının suda çözüldüğü ve daha sonra bir tamponla alkali hale getirildiği klorlu çözeltiler, mükemmel dezenfektan özelliklere sahiptir ve dokuların çürümesini engeller. Patojenik bakterileri ortadan kaldırmak için açık yaraları dezenfekte etmek için kullanılmışlardır.

Yüzme havuzu suyu, içinde barınabilecek bakteri, mikrop ve parazitleri yok etmek için hassas bir şekilde klorlanır. Klor gazı bu amaçla kullanılırdı, ancak etkisi oldukça agresiftir. Bunun yerine sodyum hipoklorit çözeltileri (ağartıcı) veya trikloroizosiyanürik asit (TCA) tabletleri kullanılır.

Yukarıda belirtilenler, dezenfektan etkisinin Cl ₂ olmadığını, mikroorganizmaları yok eden O radikalleri üreten HClO, hipoklorit asit olduğunu göstermektedir.

Çamaşır suyu

Klor, dezenfekte edici etkisine çok benzer şekilde malzemeleri ağartır çünkü renklerden sorumlu renklendiriciler HClO ile bozulur. Bu nedenle, klorlu çözeltileri beyaz giysilerden lekeleri çıkarmak veya kağıt hamurunu ağartmak için idealdir.

Polivinil klorür

Kalan klor gazı üretiminin yaklaşık% 19'unu oluşturan en önemli klor bileşiği polivinil klorürdür (PVC). Bu plastiğin birden fazla kullanımı vardır. Bununla beraber su boruları, pencere çerçeveleri, duvar ve zemin kaplamaları, elektrik tesisatı, serum torbası, mont vb. Yapılır.

Referanslar

1. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya . (Dördüncü baskı). Mc Graw Hill.
2. Vikipedi. (2019). Klor. En.wikipedia.org adresinden kurtarıldı
3. Laura H. vd. (2018). 1.45 GPaZeitschrift für Kristallographie'de katı klorun yapısı. Crystalline Materials, Cilt 234, Sayı 4, Sayfa 277–280, ISSN (Çevrimiçi) 2196-7105, ISSN (Baskı) 2194-4946, DOI: doi.org/10.1515/zkri-2018-2145
4. Ulusal Biyoteknoloji Bilgi Merkezi. (2019). Klor. PubChem Veritabanı. CID = 24526. Kaynak: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Marques Miguel. (Sf). Klor. Kurtarıldı: nautilus.fis.uc.pt
6. Amerikan Kimya Konseyi. (2019). Klor Kimyası: Klora Giriş. Kurtarıldı: chlorine.americanchemistry.com
7. Fong-Yuan Ma. (Nd). Klorürlerin Metaller Üzerindeki Korozif Etkileri. Deniz Mühendisliği Bölümü, NTOU Çin Cumhuriyeti (Tayvan).
8. New York Eyaleti. (2019). Klor Hakkında Gerçekler. Kurtarıldı: health.ny.gov
9. Doug Stewart. (2019). Klor Elementi Gerçekleri. Chemicool. Chemicool.com'dan kurtarıldı