وصف عنصر الكلور الكيميائي. طرق الكلور لإنتاج الكلور
الكلور(لات. كلوروم) ، cl ، العنصر الكيميائي للمجموعة السابعة من النظام الدوري لمندليف ، العدد الذري 17 ، الكتلة الذرية 35.453 ؛ ينتمي إلى العائلة الهالوجينات.في ظل الظروف العادية (0 درجة مئوية ، 0.1 MN / م 2أو 1 كجم ق / سم 2) غاز أصفر مخضر ذو رائحة مزعجة حادة. يتكون H الطبيعي من نظيرين مستقرين: 35 سنتيلتر (75.77٪) و 37 سنتيلتر (24.23٪). النظائر المشعة ذات الأعداد الكتلية 32 ، 33 ، 34 ، 36 ، 38 ، 39 ، 40 ونصف عمر ( t1/ 2) على التوالي 0.31 ؛ 2.5 ؛ 1.56 ثانية; 3 , واحد ؟ 10 5 سنوات 37.3 و 55.5 و 1.4 دقيقة. 36 سل و 38 سنتيلتر تستخدم مؤشرات النظائر.
مرجع التاريخ. تم الحصول عليها لأول مرة عام 1774 ك. شيلتفاعل حمض الهيدروكلوريك مع بيرولوزيت mno 2. ومع ذلك ، فقط في عام 1810 ديفيثبت أن الكلور عنصر وأطلق عليه اسم كلور (من الكلمة اليونانية chlor o s - أصفر-أخضر). في عام 1813 ، تم تعيين J. L. مثلي الجنس لوساكاقترح الاسم X لهذا العنصر.
التوزيع في الطبيعة. يحدث H. في الطبيعة فقط في شكل مركبات. متوسط محتوى الفصل في قشرة الأرض (كلارك) 1.7؟ 10 -2٪ من الوزن ، في الصخور النارية الحمضية - الجرانيت ، إلخ. 2.4؟ 10-2 , في الأساسية و ultrabasic 5؟ 10 -3. تلعب الهجرة المائية دورًا رئيسيًا في تاريخ المسيحية في قشرة الأرض. على شكل cl أيون ، يوجد في المحيط العالمي (1.93٪) ، المياه المالحة الجوفية وبحيرات الملح. عدد المعادن الخاصة بها (بشكل رئيسي كلوريدات طبيعية) 97 ، أهمها الهاليت ناسي . ومن المعروف أيضًا ترسبات كبيرة من كلوريد البوتاسيوم والمغنيسيوم والكلوريدات المختلطة: سيلفين kcl ، سيلفينيت(نا ، ك) ج ، كارناليت KCI؟ mgcl2؟ 6 س 2 س ، قايينيت KCI؟ ملغسو 4؟ 3 س 2 س ، bischofite mgci 2؟ 6 س 2 س. في تاريخ الأرض ، كان لتزويد الأجزاء العليا من الأرض بهيدروكلوريد الهيدروجين الموجود في الغازات البركانية أهمية كبيرة. قشرة الأرض.
الخصائص الفيزيائية والكيميائية. H. لديه ركيب -34.05 درجة مئوية ، ر nl - 101 درجة مئوية. كثافة الفصل الغازي في الظروف العادية 3.214 ز / لتر؛ بخار مشبع عند 0 درجة مئوية 12.21 ز / لتر؛ سائل H. عند نقطة غليان 1.557 ز / سم 3 ; بارد صلب عند - 102 درجة مئوية 1.9 ز / سم 3 . ضغط البخار المشبع الفصل عند 0 درجة مئوية 0.369 ؛ عند 25 درجة مئوية 0.772 ؛ عند 100 درجة مئوية 3.814 MN / م 2أو على التوالي 3.69 ؛ 7.72 ؛ 38.14 كجم ق / سم 2 . حرارة الانصهار 90.3 كيلو جول / كجم (21,5 كال / ز) ؛ 288 كيلو جول / كجم (68,8 كال / ز) ؛ السعة الحرارية للغاز عند ضغط ثابت 0.48 كيلو جول /(كلغ? إلى) . الثوابت الحرجة H: درجة الحرارة 144 درجة مئوية ، الضغط 7.72 مينيسوتا / م 2 (77,2 كجم ق / سم 2) , الكثافة 573 ز / لتر، حجم محدد 1.745؟ 10-3 لتر / ز. الذوبان (في ز / لتر) X. عند ضغط جزئي 0.1 مينيسوتا / م 2 , أو 1 كجم ق / سم 2 , في الماء 14.8 (0 درجة مئوية) ، 5.8 (30 درجة مئوية) ، 2.8 (70 درجة مئوية) ؛ في الحل 300 ز / لترناسي 1.42 (30 درجة مئوية) ، 0.64 (70 درجة مئوية). أقل من 9.6 درجة مئوية ، تتكون هيدرات الكلور في المحاليل المائية ، وتتغير تركيبة الكلور؟ نح 2 س (حيث ن = 6 × 8) ؛ هذه بلورات صفراء من النظام المكعب ، والتي تتحلل إلى الكلور والماء عندما ترتفع درجة الحرارة. يذوب الكلور جيدًا في ticl 4 و sic1 4 و sncl 4 وبعض المذيبات العضوية (خاصة في الهكسان c 6 h 14 ورابع كلوريد الكربون ccl 4). جزيء X هو ثنائي الذرة (cl 2). درجة التفكك الحراري cl 2 + 243 كيلو جول u 2cl عند 1000 ك هو 2.07؟ 10-40٪ 2500 ك 0.909٪. التكوين الإلكتروني الخارجي للذرة cl 3 س 2 3 ص 5 . وفقًا لهذا ، يُظهر H في المركبات حالات الأكسدة -1 ، +1 ، +3 ، +4 ، +5 ، +6 ، +7. نصف القطر التساهمي للذرة هو 0.99 å ، نصف القطر الأيوني cl هو 1.82 å ، تقارب ذرة X للإلكترون هو 3.65 evطاقة التأين 12.97 إيف.
كيميائيًا ، الكلور نشط جدًا ؛ فهو يتحد بشكل مباشر مع جميع المعادن تقريبًا (مع وجود بعضها فقط في وجود الرطوبة أو عند تسخينه) ومع غير المعادن (باستثناء الكربون والنيتروجين والأكسجين والغازات الخاملة) ، مما يؤدي إلى تكوين ما يقابل كلوريداتيتفاعل مع العديد من المركبات ، ويحل محل الهيدروجين في الهيدروكربونات المشبعة وينضم إلى المركبات غير المشبعة. يزيح البروم واليود من مركباتهما بالهيدروجين والمعادن ؛ يتم إزاحته من مركبات الكلور مع هذه العناصر بواسطة الفلور. تتفاعل المعادن القلوية في وجود آثار رطوبة مع الكلور مع الاشتعال ؛ تتفاعل معظم المعادن مع الكلور الجاف فقط عند تسخينها. الصلب ، وكذلك بعض المعادن ، يكون مستقرًا في جو كلور جاف عند درجات حرارة منخفضة ، لذلك يتم استخدامه لصنع معدات ومرافق تخزين للكلور الجاف. يشتعل الفوسفور في جو من الكلور ، ويشكل pcl 3 ، وعند المزيد من الكلورة ، بي سي إل 5 ؛ الكبريت مع H. عند تسخينه يعطي s 2 cl 2 ، scl 2 ، إلخ. s ن cl م. يتفاعل الزرنيخ والأنتيمون والبزموت والسترونشيوم والتيلوريوم بقوة مع الكلور. يحترق مزيج من الكلور والهيدروجين مع لهب عديم اللون أو أصفر مخضر كلوريد الهيدروجين(إنه تفاعل متسلسل)
أقصى درجة حرارة لهب الهيدروجين الكلور هي 2200 درجة مئوية. مخاليط الكلور مع الهيدروجين المحتوية على 5.8 إلى 88.5٪ ساعة 2 قابلة للانفجار.
بالأكسجين ، تشكل أكاسيد X: cl 2 o ، clo 2 ، cl 2 o 6 ، cl 2 o 7 ، cl 2 o 8 , وكذلك هيبوكلوريت (أملاح حمض تحت الكلور) ، كلوريت ، كلوراتوالبيركلورات. تشكل جميع مركبات الأكسجين الموجودة في الكلور خلائط متفجرة مع مواد تتأكسد بسهولة. أكاسيد الكلور غير مستقرة ويمكن أن تنفجر تلقائيًا ؛ تتحلل الهيبوكلوريت ببطء أثناء التخزين ؛ يمكن أن تنفجر الكلورات والبيركلورات تحت تأثير البادئات.
يتحلل H. في الماء ، مكونًا أحماض هيبوكلوروس وهيدروكلوريك: cl 2 + h 2 o u hclo + hcl. عند معالجة المحاليل المائية للقلويات في البرد ، تتشكل الهيبوكلوريت والكلوريدات: 2naoh + cl 2 \ u003d nacio + naci + h 2 o ، وعند تسخينها - الكلورات. كلورة هيدروكسيد الكالسيوم الجاف تبييض.
عندما تتفاعل الأمونيا مع الكلور ، يتكون ثلاثي كلوريد النيتروجين. . عند معالجة المركبات العضوية بالكلور ، يحل الكلور محل الهيدروجين: r-h + ci 2 = rcl + hci ، أو يضيف عبر روابط متعددة لتكوين مركبات عضوية مختلفة تحتوي على الكلور .
أشكال H. مع الهالوجينات الأخرى مركبات الهالوجين.الفلوريدات clf ، clf 3 ، clf 5 شديدة التفاعل ؛ على سبيل المثال ، في جو من clp 3 ، يشتعل الصوف الزجاجي تلقائيًا. مركبات الكلور مع الأكسجين والفلور معروفة - أوكسي فلوريد X .: clo 3 f و clo 2 f 3 و clof و clof 3 وفلور فوق كلورات fclo 4.
إيصال. بدأ إنتاج الكلور تجاريًا في عام 1785 عن طريق تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع ثاني أكسيد المنغنيز أو البيرولوزيت. في عام 1867 ، طور الكيميائي الإنجليزي H. Deacon طريقة لإنتاج الكلور عن طريق أكسدة حمض الهيدروكلوريك مع الأكسجين الجوي في وجود محفز. من نهاية القرن التاسع عشر - بداية القرن العشرين. يتم الحصول على الكلور عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية لكلوريدات الفلزات القلوية. بهذه الطرق في السبعينيات. القرن ال 20 يتم إنتاج 90-95 ٪ من H. في العالم. يتم الحصول على كميات صغيرة من الكلور بشكل عرضي في إنتاج المغنيسيوم والكالسيوم والصوديوم والليثيوم عن طريق التحليل الكهربائي للكلوريدات المنصهرة. في عام 1975 ، بلغ الإنتاج العالمي من الكلور حوالي 25 مليون طن. ر.يتم استخدام طريقتين رئيسيتين للتحليل الكهربائي للمحاليل المائية من naci: 1) في المحلل الكهربائي مع كاثود صلب وغشاء مرشح مسامي ؛ 2) في المحلل الكهربائي مع كاثود الزئبق. وفقًا لكلتا الطريقتين ، يتم إطلاق غاز X على أنود الجرافيت أو أكسيد التيتانيوم والروثينيوم. وفقًا للطريقة الأولى ، يتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود ويتم تكوين محلول naoh و nacl ، والذي يتم عزل الصودا الكاوية التجارية عن طريق يتم المعالجة. وفقًا للطريقة الثانية ، يتشكل ملغم الصوديوم على الكاثود ، عندما يتحلل بالماء النقي في جهاز منفصل ، يتم الحصول على محلول naoh والهيدروجين والزئبق النقي ، والذي يدخل مرة أخرى في الإنتاج. كلتا الطريقتين تعطي 1 ر X. 1.125 رنوح.
يتطلب التحليل الكهربائي الغشائي استثمارات رأسمالية أقل لتنظيم الإنتاج الكيميائي وينتج naoh أرخص. تنتج طريقة الكاثود الزئبقي naoh نقيًا جدًا ، لكن فقدان الزئبق يلوث البيئة. في عام 1970 ، تم إنتاج 62.2٪ من الناتج الكيميائي في العالم بطريقة الكاثود الزئبقي ، و 33.6٪ بطريقة الكاثود الصلب ، و 4.2٪ بطرق أخرى. بعد عام 1970 ، بدأ استخدام التحليل الكهربائي للكاثود الصلب مع غشاء التبادل الأيوني ، مما سمح بالحصول على naoh النقي دون استخدام الزئبق.
طلب. واحد من صناعات مهمةالصناعة الكيميائية هي صناعة الكلور. تتم معالجة الكميات الرئيسية من الكلور في مكان إنتاجه إلى مركبات تحتوي على الكلور. تخزين ونقل H. في شكل سائل في اسطوانات وبراميل وسكك حديدية. خزانات أو في سفن مجهزة بشكل خاص. بالنسبة للبلدان الصناعية ، يعتبر الاستهلاك التقريبي التالي للكلور نموذجيًا: لإنتاج المركبات العضوية المحتوية على الكلور - 60-75٪ ؛ مركبات غير عضوية تحتوي على الفصل - 10-20٪ ؛ لتبييض اللب والأقمشة - 5-15٪ ؛ لاحتياجات الصرف الصحي ومعالجة المياه بالكلور - 2-6٪ من الناتج الإجمالي.
يستخدم الكلور أيضًا في كلورة خامات معينة من أجل استخراج التيتانيوم والنيوبيوم والزركونيوم وغيرها.
إل إم ياكيمنكو.
H. في الجسم. H. هي واحدة من العناصر الحيوية ،مكون دائم من الأنسجة النباتية والحيوانية. محتوى الفصل في النباتات (العديد من الفصل في نباتات ملحية) - من جزء من الألف في المائة إلى النسبة المئوية الكاملة ، في الحيوانات - أعشار وأجزاء من المائة في المائة. المتطلبات اليومية لشخص بالغ لـ H. (2-4 جي) مغطى بالطعام. مع الطعام ، عادة ما تأتي جرثومة المعدة بكميات زائدة على شكل كلوريد الصوديوم وكلوريد البوتاسيوم. X. الخبز واللحوم ومنتجات الألبان غنية بشكل خاص. الكلور في جسم الحيوانات هو الرئيسي تناضحيًا المادة الفعالةبلازما الدم والليمفاوية والسائل النخاعي وبعض الأنسجة. يلعب دورًا في تبادل الماء والملح ،مساعدة الأنسجة على الاحتفاظ بالماء. يتم تنظيم التوازن الحمضي القاعدي في الأنسجة جنبًا إلى جنب مع العمليات الأخرى عن طريق تغيير توزيع الكوليسترول بين الدم والأنسجة الأخرى. X. يشارك في استقلاب الطاقة في النباتات ، وينشط كليهما الفسفرة التأكسدية،والفسفرة الضوئية. الفصل له تأثير إيجابي على امتصاص الجذور للأكسجين. الفصل ضروري لتكوين الأكسجين في عملية التمثيل الضوئي المعزول البلاستيدات الخضراء.لا يتم تضمين الفصل في معظم وسائط المغذيات للزراعة الاصطناعية للنباتات. من الممكن أن تكون التركيزات المنخفضة جدًا من Ch كافية لتطوير النبات.
M. يا شكولنيك.
التسمم X . ممكن في الصناعات الكيميائية ولب الورق والورق والمنسوجات والصناعات الدوائية وما إلى ذلك. H. يهيج الأغشية المخاطية للعينين والجهاز التنفسي. العدوى الثانوية عادة ما تنضم إلى التغيرات الالتهابية الأولية. يتطور التسمم الحاد على الفور تقريبًا. عند استنشاق تركيزات متوسطة ومنخفضة من الكلور ، يلاحظ ضيق وألم في الصدر ، سعال جاف ، تنفس سريع ، ألم في العينين ، تمزق ، زيادة في محتوى الكريات البيض في الدم ، زيادة في درجة حرارة الجسم ، إلخ. الالتهاب الرئوي القصبي ، الوذمة الرئوية السامة ، الدول الاكتئابيةوالتشنجات. في الحالات الخفيفة ، يحدث الشفاء في 3-7 يومكعواقب طويلة الأجل ، لوحظ نزلات في الجهاز التنفسي العلوي ، والتهاب الشعب الهوائية المتكرر ، وتصلب الرئة ، وما إلى ذلك ؛ التنشيط المحتمل لمرض السل الرئوي. مع الاستنشاق لفترات طويلة لتركيزات صغيرة من الفصل ، لوحظت أشكال متشابهة ولكن بطيئة التطور من المرض. الوقاية من التسمم: ختم معدات الإنتاج ، والتهوية الفعالة ، إذا لزم الأمر ، استخدام قناع الغاز. التركيز الأقصى المسموح به من H. في هواء المنشآت الصناعية 1 ملغ / م 3 . يتم تصنيف إنتاج مواد التبييض والتبييض والمركبات الأخرى المحتوية على الكلور على أنها صناعة ذات ظروف عمل ضارة ، حيث وفقًا لـ Sov. التشريع يقيد عمل النساء والقصر.
أ. كاسباروف.
أشعل.: Yakimenko L.M، إنتاج الكلور والصودا الكاوية ومنتجات الكلور غير العضوي ، M. ، 1974 ؛ نيكراسوف بي في ، أساسيات الكيمياء العامة ، الطبعة الثالثة ، [المجلد] 1 ، M. ، 1973 ؛ المواد الضارة في الصناعة ، أد. N.V. Lazareva، 6th ed.، vol. 2، L.، 1971؛ كيمياء غير عضوية شاملة ، أد. ي. ج. بيلار ، ق. 1-5 ، أوكسف. - ، 1973.
تحميل الملخص
تم الحصول على الكلور لأول مرة في عام 1772 بواسطة Scheele ، الذي وصف إطلاقه أثناء تفاعل البيرولوزيت مع حمض الهيدروكلوريك في أطروحته عن البيرولوزيت: 4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
وأشار شيل إلى أن رائحة الكلور تشبه رائحة أكوا ريجيا ، وقدرته على التفاعل مع الذهب والزنجبار ، فضلاً عن خصائصه المبيضة. ومع ذلك ، اقترح Scheele ، وفقًا لنظرية phlogiston التي هيمنت على الكيمياء في ذلك الوقت ، أن الكلور عبارة عن حمض هيدروكلوريك مزيف ، أي أكسيد حمض الهيدروكلوريك.
اقترح بيرثوليت ولافوازييه أن الكلور هو أكسيد لعنصر الموريوم ، لكن محاولات عزله ظلت غير ناجحة حتى عمل ديفي ، الذي تمكن من تحلل ملح الطعام إلى صوديوم وكلور عن طريق التحليل الكهربائي.
يأتي اسم العنصر من اليونانية كلوروز- "لون أخضر".
التواجد في الطبيعة ، الحصول على:
الكلور الطبيعي هو خليط من نظيرين 35 Cl و 37 Cl. الكلور هو الهالوجين الأكثر وفرة في القشرة الأرضية. نظرًا لأن الكلور نشط جدًا ، فإنه يحدث في الطبيعة فقط في شكل مركبات في تكوين المعادن: هالايت كلوريد الصوديوم ، سيلفين KCl ، سيلفينيت كلوريد الصوديوم ، كلوريد الصوديوم ، bischofite MgCl 2 6H 2 O ، carnallite KCl MgCl 2 6H 2 O ، kainite KCl MgSO 4 3H 2 O. توجد أكبر احتياطيات من الكلور في أملاح مياه البحار والمحيطات.
على المستوى الصناعي ، يتم إنتاج الكلور مع هيدروكسيد الصوديوم والهيدروجين عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول ملح الطعام:
2NaCl + 2H 2 O => H 2 + Cl 2 + 2NaOH
لاستعادة الكلور من كلوريد الهيدروجين ، وهو منتج ثانوي للكلورة الصناعية للمركبات العضوية ، يتم استخدام عملية Deacon (الأكسدة التحفيزية لكلوريد الهيدروجين مع الأكسجين الجوي):
4HCl + O 2 \ u003d 2H 2 O + 2Cl 2
تستخدم المختبرات عادةً عمليات تعتمد على أكسدة كلوريد الهيدروجين بعوامل مؤكسدة قوية (على سبيل المثال ، أكسيد المنغنيز (IV) ، برمنجنات البوتاسيوم ، ثنائي كرومات البوتاسيوم):
2KMnO 4 + 16HCl \ u003d 5Cl 2 + 2MnCl 2 + 2KCl + 8H 2 O
K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl = 3Cl 2 + 2CrCl 3 + 2KCl + 7H 2 O
الخصائص الفيزيائية:
في الظروف العادية ، الكلور غاز أصفر مخضر ذو رائحة خانقة. الكلور قابل للذوبان بشكل واضح في الماء ("ماء الكلور"). عند درجة حرارة 20 درجة مئوية ، يذوب 2.3 حجم من الكلور في حجم واحد من الماء. نقطة الغليان = -34 درجة مئوية ؛ نقطة الانصهار = -101 درجة مئوية ، الكثافة (غاز ، NO) = 3.214 جم / لتر.
الخواص الكيميائية:
الكلور نشط للغاية - فهو يتحد بشكل مباشر مع جميع عناصر النظام الدوري تقريبًا ، والمعادن وغير المعدنية (باستثناء الكربون والنيتروجين والأكسجين والغازات الخاملة). الكلور عامل مؤكسد قوي للغاية ، فهو يزيح غير المعادن الأقل نشاطًا (البروم واليود) من مركباتها مع الهيدروجين والمعادن:
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl ؛ Cl 2 + 2NaI \ u003d I 2 + 2NaCl
عندما يذوب في الماء أو القلويات ، يتفكك الكلور ، مكونًا هيبوكلوروس (وعند التسخين ، فوق الكلوريك) وأحماض الهيدروكلوريك ، أو أملاحها.
Cl 2 + H 2 O HClO + حمض الهيدروكلوريك ؛
يتفاعل الكلور مع العديد من المركبات العضوية ، ويدخل في تفاعلات الاستبدال أو الإضافة:
CH 3 -CH 3 + xCl 2 => C 2 H 6-x Cl x + xHCl
CH 2 \ u003d CH 2 + Cl 2 \ u003d \ u003e Cl-CH 2 -CH 2 -Cl
C 6 H 6 + Cl 2 => C 6 H 6 Cl + HCl
يحتوي الكلور على سبع حالات أكسدة: -1 ، 0 ، +1 ، +3 ، +4 ، +5 ، +7.
أهم الروابط:
كلوريد الهيدروجين حمض الهيدروكلوريك- غاز عديم اللون يدخن في الهواء بسبب تكون قطرات الضباب مع بخار الماء. له رائحة قوية ومزعج للغاية للجهاز التنفسي. يحتوي على الغازات البركانية والمياه ، في عصير المعدة. الخواص الكيميائيةيعتمد على الحالة التي يكون فيها (يمكن أن يكون في حالة غازية أو سائلة أو في محلول). يسمى حل حمض الهيدروكلوريك حمض الهيدروكلوريك (الهيدروكلوريك). وهو حمض قوي ، يزيح الأحماض الضعيفة من أملاحها. أملاح - كلوريدات- مواد بلورية صلبة ذات نقاط انصهار عالية.
كلوريدات التساهمية- مركبات الكلور مع غير الفلزات أو الغازات أو السوائل أو المواد الصلبة منخفضة الذوبان ذات الخصائص الحمضية المميزة ، كقاعدة عامة ، تتحلل بسهولة بالماء لتكوين حمض الهيدروكلوريك:
PCl 5 + 4H 2 O = H 3 PO 4 + 5HCl ؛
أكسيد الكلور الأحادي Cl 2 O.، وهو غاز بني مائل للأصفر ذو رائحة نفاذة. يصيب الجهاز التنفسي. قابل للذوبان في الماء بسهولة ، مكونًا حمض هيبوكلوروس.
حمض هيبوكلوروز HClO. موجود فقط في الحلول. إنه حمض ضعيف وغير مستقر. يتحلل بسهولة إلى حمض الهيدروكلوريك والأكسجين. مؤكسد قوي. يتكون عندما يذوب الكلور في الماء. أملاح - هيبوكلوريت، غير مستقر (NaClO * H 2 O يتحلل بانفجار عند 70 درجة مئوية) ، مؤكسدات قوية. تستخدم على نطاق واسع للتبييض والتطهير مسحوق التبييض، ملح مخلوط Ca (Cl) OCl
حمض الكلوريك HClO 2، في شكل حر غير مستقر ، حتى في محلول مائي مخفف ، يتحلل بسرعة. حمض متوسط القوة والأملاح - كلوريتعديمة اللون وقابلة للذوبان في الماء بشكل عام. على عكس الهيبوكلوريت ، تظهر الكلوريت خصائص مؤكسدة واضحة فقط في بيئة حمضية. كلوريت الصوديوم NaClO 2 له أكبر استخدام (لتبييض الأقمشة ولب الورق).
أكسيد الكلور (IV) ClO 2، - غاز أصفر مخضر مع رائحة كريهة (نفاذة) ، ...
حمض الكلوريك، HClO 3 - في الشكل الحر غير مستقر: غير متناسب مع ClO 2 و HClO 4. أملاح - كلورات؛ من أهمها كلورات الصوديوم والبوتاسيوم والكالسيوم والمغنيسيوم. هذه عوامل مؤكسدة قوية ومتفجرة عند مزجها مع عوامل الاختزال. كلورات البوتاسيوم ( ملح بيرثوليت) - تم استخدام KClO 3 لإنتاج الأكسجين في المختبر ، ولكن بسبب الخطر الكبير لم يعد يستخدم. تم استخدام محاليل كلورات البوتاسيوم كمطهر ضعيف خارجي المنتجات الطبيةللغرغرة.
حمض البيركلوريك حمض الهيدروكلوريك 4، في المحاليل المائية ، حمض البيركلوريك هو الأكثر ثباتًا من بين جميع أحماض الكلور المحتوية على الأكسجين. حمض البيركلوريك اللامائي ، الذي يتم الحصول عليه من حامض الكبريتيك المركز من 72٪ HClO 4 غير مستقر للغاية. إنه أقوى حمض أحادي القاعدة (في محلول مائي). أملاح - البركلورات، تستخدم كمؤكسدات (محركات الصواريخ الصلبة).
طلب:
يستخدم الكلور في العديد من الصناعات والعلوم والاحتياجات المحلية:
- في إنتاج البولي فينيل كلوريد والمركبات البلاستيكية والمطاط الصناعي ؛
- لتبييض القماش والورق.
- إنتاج المبيدات الحشرية العضوية الكلورية - وهي مواد تقتل الحشرات الضارة بالمحاصيل ولكنها آمنة للنباتات ؛
- لتطهير المياه - "المعالجة بالكلور" ؛
- مسجلة في الصناعات الغذائية كمضافات غذائية E925 ؛
- في الإنتاج الكيميائي لحمض الهيدروكلوريك ، التبييض ، ملح برتوليت ، كلوريدات المعادن ، السموم ، الأدوية ، الأسمدة ؛
- في علم المعادن لإنتاج المعادن النقية: التيتانيوم والقصدير والتنتالوم والنيوبيوم.
الدور البيولوجي والسمية:
الكلور هو أحد أهم العناصر الحيوية وهو جزء من جميع الكائنات الحية. في الحيوانات والبشر ، تشارك أيونات الكلوريد في الحفاظ على التوازن التناضحي ، ولأيون الكلوريد نصف قطر مثالي لاختراق غشاء الخلية. تعتبر أيونات الكلور حيوية للنباتات ، وتشارك في استقلاب الطاقة في النباتات ، وتنشيط الفسفرة المؤكسدة.
الكلور على شكل مادة بسيطة سام ، فإذا دخل الرئتين يتسبب في حرق أنسجة الرئة والاختناق. له تأثير مهيج على الجهاز التنفسي بتركيز في الهواء يبلغ حوالي 0.006 مجم / لتر (أي ضعف عتبة رائحة الكلور). كان الكلور من أوائل عوامل الحرب الكيميائية التي استخدمتها ألمانيا في الحرب العالمية الأولى.
كوروتكوفا يو. ، شفيتسوفا آي.
جامعة ولاية KhF تيومين ، 571 مجموعة.
المصادر: ويكيبيديا: http://ru.wikipedia.org/wiki/Cl وغيرها ،
موقع RCTU دي منديليف:
في عام 1774 ، حصل الكيميائي السويدي كارل شيله لأول مرة على الكلور ، ولكن كان يُعتقد أن هذا لم يكن كذلك. عنصر منفصل، ولكن نوع من حمض الهيدروكلوريك (مسعر). تم الحصول على عنصر الكلور في التاسع عشر في وقت مبكرالقرن G. ديفي ، الذي حلل ملح الطعام إلى كلور وصوديوم عن طريق التحليل الكهربائي.
الكلور (من اليونانية χλωρός - أخضر) هو عنصر من عناصر X المجموعة السابعةالجدول الدوري للعناصر الكيميائية D.I. Mendeleev ، العدد الذري 17 والكتلة الذرية 35.452. التسمية المقبولة Cl (من اللاتينية كلوروم).
التواجد في الطبيعة
الكلور هو الهالوجين الأكثر شيوعًا في قشرة الأرض ، وغالبًا ما يكون على شكل نظيرين. بسبب نشاطه الكيميائي ، يوجد فقط في شكل مركبات من العديد من المعادن.
الكلور غاز سام أخضر أصفر ذو رائحة نفاذة وطعم حلو. كان الكلور هو الذي اقترح ، بعد اكتشافه ، تسميته الهالوجين، وهو مدرج في المجموعة التي تحمل نفس الاسم كواحد من أكثر اللافلزات نشاطًا كيميائيًا.
الاحتياج اليومي من الكلور
عادة ، يجب أن يتلقى الشخص البالغ السليم 4-6 جرام من الكلور يوميًا ، وتزداد الحاجة إليه مع المجهود البدني النشط أو الطقس الحار (مع زيادة التعرق). عادة ، يتلقى الجسم المعيار اليومي من الطعام باتباع نظام غذائي متوازن.
المورد الرئيسي للكلور للجسم هو ملح الطعام - خاصة إذا لم يتعرض للمعالجة الحرارية ، لذلك من الأفضل ملح الأطباق المعدة بالفعل. تحتوي أيضًا على الكلور والمأكولات البحرية واللحوم و.
التفاعل مع الآخرين
ينظم الكلور التوازن الحمضي القاعدي والماء في الجسم.
علامات نقص الكلور
ينتج نقص الكلور عن العمليات التي تؤدي إلى جفاف الجسم - التعرق الشديد في الحرارة أو أثناء المجهود البدني والقيء والإسهال وبعض أمراض الجهاز البولي. علامات نقص الكلور هي الخمول والنعاس وضعف العضلات وجفاف الفم وفقدان التذوق وقلة الشهية.
علامات الكلور الزائد
علامات زيادة الكلور في الجسم هي: ارتفاع ضغط الدم ، سعال جاف ، ألم في الرأس والصدر ، ألم في العينين ، تمزق ، اضطرابات في النشاط. الجهاز الهضمي. كقاعدة عامة ، يمكن أن يحدث الفائض من الكلور عن طريق شرب ماء الصنبور العادي الذي يمر عبر عملية التطهير بالكلور ويحدث في العمال في الصناعات التي ترتبط ارتباطًا مباشرًا باستخدام الكلور.
الكلور في جسم الإنسان:
- ينظم توازن الماء والحمض القاعدي ،
- يزيل السوائل والأملاح من الجسم في عملية التنظيم ،
- يحفز الهضم الطبيعي ،
- تطبيع حالة كرات الدم الحمراء ،
- ينظف الكبد من الدهون.
الاستخدام الرئيسي للكلور هو الصناعة الكيميائية ، حيث يتم استخدامه لإنتاج كلوريد البوليفينيل والبلاستيك الرغوي ومواد التعبئة والتغليف ، فضلاً عن عوامل الحرب الكيماوية والأسمدة للنباتات. عمليا تعقيم مياه الشرب بالكلور هو الوحيد طريقة ميسورة التكلفةتنقية المياه.
تعريف
الكلور- عنصر كيميائي من المجموعة السابعة من الفترة الثالثة من النظام الدوري للعناصر الكيميائية D.I. مندليف. اللافلزية.
يشير إلى العناصر - p -family. الهالوجين. الرقم التسلسلي هو 17. هيكل المستوى الإلكتروني الخارجي هو 3s 2 3 p 5. الكتلة الذرية النسبية - 35.5 صباحًا. جزيء الكلور ثنائي الذرة - Cl 2.
الخواص الكيميائية للكلور
يتفاعل الكلور مع معادن بسيطة:
Cl 2 + 2Sb = 2SbCl 3 (t) ؛
Cl 2 + 2Fe \ u003d 2FeCl 3 ؛
Cl 2 + 2Na = 2NaCl.
يتفاعل الكلور مع المواد غير المعدنية البسيطة. لذلك ، عند التفاعل مع الفوسفور والكبريت ، تتشكل الكلوريدات المقابلة ، مع الفلور - الفلوريدات ، مع الهيدروجين - كلوريد الهيدروجين ، مع أكاسيد الأكسجين ، إلخ:
5Cl 2 + 2P = 2HCl 5 ؛
Cl 2 + 2S \ u003d SCl 2 ؛
Cl 2 + H 2 \ u003d 2HCl ؛
Cl 2 + F 2 \ u003d 2ClF.
الكلور قادر على إزاحة البروم واليود من مركباتهما بالهيدروجين والمعادن:
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl ؛
Cl 2 + 2NaI \ u003d I 2 + 2NaCl.
الكلور قادر على الذوبان في الماء والقلويات ، بينما تحدث تفاعلات عدم تناسق الكلور ، ويعتمد تكوين نواتج التفاعل على شروط تنفيذه:
Cl 2 + H 2 O ↔ HCl + HClO ؛
Cl 2 + 2NaOH \ u003d NaCl + NaClO + H 2 O ؛
3Cl 2 + 6NaOH \ u003d 5NaCl + NaClO 3 + 3H 2 O.
يتفاعل الكلور مع أكسيد غير مكون للملح - CO لتشكيل مادة ذات اسم تافه - الفوسجين ، مع الأمونيا لتكوين ثلاثي كلوريد الأمونيوم:
Cl 2 + CO \ u003d COCl 2 ؛
3 Cl 2 + 4NH 3 \ u003d NCl 3 + 3NH 4 Cl.
في التفاعلات ، يظهر الكلور خصائص عامل مؤكسد:
Cl 2 + H 2 S \ u003d 2HCl + S.
يدخل الكلور في تفاعلات التفاعل مع المواد العضوية من فئة الألكانات والألكينات والأرينات:
CH 3 -CH 3 + Cl 2 = CH 3 -CH 2 -Cl + HCl (الحالة - الأشعة فوق البنفسجية) ؛
CH 2 \ u003d CH 2 + Cl 2 \ u003d CH 2 (Cl) -CH 2 -Cl ؛
C 6 H 6 + Cl 2 \ u003d C 6 H 5 -Cl + HCl (كات \ u003d FeCl 3 ، AlCl 3) ؛
C 6 H 6 + 6Cl 2 \ u003d C 6 H 6 Cl 6 + 6HCl (حالة - الأشعة فوق البنفسجية).
الخصائص الفيزيائية للكلور
الكلور غاز أصفر مخضر. مستقر حراريا. عندما يتشبع الماء المبرد بالكلور ، يتشكل ترشيح صلب. يذوب جيدًا في الماء ، ويخضع للتفكيك إلى حد كبير ("ماء الكلور"). يذوب في رابع كلوريد الكربون والسائل SiCl 4 و TiCl4. إنه ضعيف الذوبان في محلول كلوريد الصوديوم المشبع. لا تتفاعل مع الأكسجين. مؤكسد قوي. نقطة الغليان - -34.1 درجة مئوية ، نقطة الانصهار - -101.03 درجة مئوية.
الحصول على الكلور
في السابق ، تم الحصول على الكلور بطريقة Scheele (تفاعل أكسيد المنغنيز (VI) مع حمض الهيدروكلوريك) أو بطريقة Deacon (تفاعل تفاعل كلوريد الهيدروجين مع الأكسجين):
MnO 2 + 4HCl \ u003d MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O ؛
4HCl + O 2 \ u003d 2H 2 O + 2 Cl 2.
في عصرنا ، تُستخدم التفاعلات التالية للحصول على الكلور:
NaOCl + 2HCl = NaCl + Cl 2 + H 2 O ؛
2KMnO 4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl 2 +5 Cl 2 + 8H 2 O ؛
2NaCl + 2H 2 O \ u003d 2NaOH + Cl 2 + H 2 (الحالة - التحليل الكهربائي).
تطبيق الكلور
لقد وجد الكلور تطبيقًا واسعًا في العديد من الصناعات ، حيث يتم استخدامه في إنتاج المواد البوليمرية (البولي فينيل كلوريد) ، والمبيضات ، والمبيدات الحشرية العضوية الكلورية (سداسي كلوران) ، وعوامل الحرب الكيميائية (الفوسجين) ، وتطهير المياه ، وفي الصناعات الغذائية ، وفي علم المعادن. ، إلخ.
أمثلة على حل المشكلات
مثال 1
مثال 2
| ممارسه الرياضه | ما هو حجم وكتلة وكمية مادة الكلور التي سيتم إطلاقها (n.o.) أثناء تفاعل 17.4 جم من أكسيد المنغنيز (IV) مع حمض الهيدروكلوريك ، إذا تم تناوله بكمية زائدة؟ |
| المحلول | دعونا نكتب معادلة التفاعل لتفاعل أكسيد المنغنيز (IV) مع حمض الهيدروكلوريك: 4HCl + MnO 2 \ u003d MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O. الكتل المولية لأكسيد المنغنيز (IV) والكلور ، محسوبة باستخدام جدول العناصر الكيميائية لـ D.I. مندليف - 87 و 71 جم / مول ، على التوالي. احسب كمية مادة أكسيد المنغنيز (IV): ن (MnO 2) = م (MnO 2) / م (MnO 2) ؛ ن (MnO 2) = 17.4 / 87 = 0.2 مول. وفقًا لمعادلة التفاعل n (MnO 2): n (Cl 2) \ u003d 1: 1 ، لذلك ، n (Cl 2) \ u003d n (MnO 2) \ u003d 0.2 مول. ثم تكون كتلة وحجم الكلور متساويين: م (Cl 2) = 0.2 × 71 = 14.2 جم ؛ V (Cl 2) \ u003d n (Cl 2) × V م \ u003d 0.2 × 22.4 \ u003d 4.48 لتر. |
| إجابه | كمية مادة الكلور 0.2 مول ، الكتلة 14.2 جم ، الحجم 4.48 لتر. |
وزارة التربية والتعليم والعلوم في الاتحاد الروسي
المؤسسة التعليمية الفيدرالية الحكومية للتعليم المهني العالي
جامعة إيفانوفسك للكيماويات والتكنولوجيا
قسم TP و MET
نبذة مختصرة
الكلور: الخصائص والتطبيق والإنتاج
الرئيس: إفريموف أ.م.
إيفانوفو 2015
مقدمة
معلومات عامةللكلور
تطبيق الكلور
الطرق الكيميائية لانتاج الكلور
التحليل الكهربائي. مفهوم وجوهر العملية
الإنتاج الصناعي للكلور
السلامة في إنتاج الكلور وحماية البيئة
استنتاج
مقدمة
التحليل الكهربائي لعنصر الكلور الكيميائي
نظرًا لحجم استخدام الكلور في مختلف مجالات العلوم والصناعة والطب والحياة اليومية ، فقد زاد الطلب عليه مؤخرًا بشكل كارثي. هناك العديد من الطرق للحصول على الكلور بالطرق المخبرية والصناعية ، لكن جميعها لها عيوب أكثر من مزاياها. إن إنتاج الكلور ، على سبيل المثال ، من حمض الهيدروكلوريك ، وهو منتج ثانوي ونفايات للعديد من الصناعات الكيميائية والصناعات الأخرى ، أو الملح الشائع المستخرج في رواسب الملح ، هو عملية كثيفة الاستخدام للطاقة ، وضارة بالبيئة وخطيرة جدًا على الحياة والصحة.
في الوقت الحالي ، تعد مشكلة تطوير تقنية لإنتاج الكلور ، والتي من شأنها القضاء على جميع العيوب المذكورة أعلاه ، ولها أيضًا إنتاجية عالية من الكلور ، مشكلة ملحة للغاية.
.معلومات عامة عن الكلور
تم الحصول على الكلور لأول مرة في عام 1774 بواسطة K. Scheele عن طريق تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع البيرولوزيت MnO2. ومع ذلك ، فقط في عام 1810 ، أثبت ج. ديفي أن الكلور عنصر وأطلق عليه اسم كلور (من الكلمة اليونانية كلوروس - أصفر-أخضر). في عام 1813 ، اقترح J.L Gay-Lussac اسم "الكلور" لهذا العنصر.
الكلور هو عنصر من عناصر المجموعة السابعة في الجدول الدوري للعناصر لـ D. I. Mendeleev. الوزن الجزيئي 70.906 ، الوزن الذري 35.453 ، العدد الذري 17 ، ينتمي إلى عائلة الهالوجين. في الظروف العادية ، الكلور الحر ، الذي يتكون من جزيئات ثنائية الذرة ، هو غاز غير قابل للاشتعال ذو لون أصفر مخضر وله رائحة نفاذة ومزعجة. وهو سام ويسبب الاختناق. يتحول غاز الكلور المضغوط عند الضغط الجوي إلى سائل كهرماني عند -34.05 درجة مئوية ، ويتصلب عند -101.6 درجة مئوية وضغط 1 ضغط جوي. عادةً ما يكون الكلور خليطًا من 75.53٪ 35Cl و 24.47٪ 37Cl. في الظروف العادية ، تبلغ كثافة غاز الكلور 3.214 كجم / م 3 ، وهو أثقل بمقدار 2.5 مرة من الهواء.
كيميائيًا ، الكلور نشط جدًا ، فهو يتحد بشكل مباشر مع جميع المعادن تقريبًا (مع وجود بعضها فقط في وجود الرطوبة أو عند تسخينه) ومع غير المعادن (باستثناء الكربون والنيتروجين والأكسجين والغازات الخاملة) ، وتشكيل الكلوريدات المقابلة ، يتفاعل مع العديد من المركبات ، يحل محل الهيدروجين في الهيدروكربونات المشبعة وينضم إلى المركبات غير المشبعة. هذا يرجع إلى التنوع الكبير في تطبيقاته. يزيح الكلور البروم واليود من مركباتهما بالهيدروجين والمعادن. تتفاعل المعادن القلوية في وجود آثار رطوبة مع الكلور مع الاشتعال ، وتتفاعل معظم المعادن مع الكلور الجاف فقط عند تسخينها. الصلب وكذلك بعض المعادن مقاومة للكلور الجاف في درجات الحرارة المنخفضة ، لذلك يتم استخدامها لتصنيع المعدات وتخزين الكلور الجاف. يشتعل الفوسفور في جو من الكلور مكونًا РCl3 وعند المزيد من الكلورة - РCl5. يعطي الكبريت مع الكلور ، عند تسخينه ، S2Cl2 و SCl2 و SnClm الأخرى. يتفاعل الزرنيخ والأنتيمون والبزموت والسترونشيوم والتيلوريوم بقوة مع الكلور. خليط من الكلور والهيدروجين يحترق بلهب عديم اللون أو أصفر مخضر ليشكل كلوريد الهيدروجين (هذا تفاعل متسلسل). أقصى درجة حرارة لهب الهيدروجين الكلور هي 2200 درجة مئوية. تعتبر مخاليط الكلور مع الهيدروجين ، التي تحتوي على 5.8 إلى 88.5٪ H2 ، مواد متفجرة ويمكن أن تنفجر بفعل الضوء ، الشرارة الكهربائية ، التسخين ، من وجود مواد معينة ، مثل أكاسيد الحديد.
مع الأكسجين ، يتكون الكلور من أكاسيد: Cl2O ، ClO2 ، Cl2O6 ، Cl2O7 ، Cl2O8 ، وكذلك هيبوكلوريت (أملاح حمض هيبوكلوروس) ، كلوريت ، كلورات وبيركلورات. تشكل جميع مركبات الأكسجين الموجودة في الكلور خلائط متفجرة مع مواد تتأكسد بسهولة. أكاسيد الكلور غير مستقرة ويمكن أن تنفجر تلقائيًا ، وتتحلل الهيبوكلوريت ببطء أثناء التخزين ، ويمكن أن تنفجر الكلورات والبيركلورات تحت تأثير البادئات. يتحلل الكلور في الماء ، مكونًا أحماض هيبوكلوروس وهيدروكلوريك: Cl2 + H2O؟ حمض الهيدروكلوريك + حمض الهيدروكلوريك. غالبًا ما يشار إلى المحلول المصفر الناتج باسم ماء الكلور. عند معالجة المحاليل المائية للقلويات في البرد ، تتشكل هيبوكلوريت وكلوريدات: 2NaOH + Cl2 \ u003d NaClO + NaCl + H2O ، وعند تسخينها - كلورات. عن طريق الكلورة من هيدروكسيد الكالسيوم الجاف ، يتم الحصول على التبييض. عندما تتفاعل الأمونيا مع الكلور ، يتكون ثلاثي كلوريد النيتروجين. أثناء معالجة المركبات العضوية بالكلور ، يحل الكلور محل الهيدروجين أو يضيف عبر روابط متعددة ، مكونًا مركبات مختلفة تحتوي على الكلور. مركبات العضوية. يشكل الكلور مركبات الهالوجين مع الهالوجينات الأخرى. فلوريد الكلور ClF ، ClF3 ، ClF3 شديدة التفاعل ؛ على سبيل المثال ، في جو ClF3 ، يشتعل الصوف الزجاجي تلقائيًا. مركبات الكلور مع الأكسجين والفلور معروفة - أوكسي فلوريد الكلور: ClO3F ، ClO2F3 ، ClOF ، ClOF3 وفلور فوق كلورات FClO4.
يحدث الكلور في الطبيعة فقط في شكل مركبات. يبلغ متوسط محتواها في القشرة الأرضية 1.7٪ 10-2 بالوزن. تلعب الهجرة المائية دورًا رئيسيًا في تاريخ الكلور في قشرة الأرض. في شكل Cl- أيون ، يوجد في المحيط العالمي (1.93٪) ، المياه المالحة الجوفية وبحيرات الملح. عدد المعادن الخاصة بها (بشكل رئيسي الكلوريدات الطبيعية) هو 97 ، أهمها الهاليت كلوريد الصوديوم (ملح الصخور). هناك أيضًا رواسب كبيرة من كلوريدات البوتاسيوم والمغنيسيوم والكلوريدات المختلطة: سيلفين بوكل ، سيلفينيت (نا ، ك) كلور ، كارناليت كلوريد البوتاسيوم MgCl2 6H2O ، كينيت KCl MgSO4 3H2O ، bischofite MgCl2 6H2O. في تاريخ الأرض ، كان لتوريد حمض الهيدروكلوريك الموجود في الغازات البركانية إلى الأجزاء العليا من قشرة الأرض أهمية كبيرة.
معايير جودة الكلور
اسم الفهرس GOST 6718-93 الدرجة العالية الدرجة الأولىالجزء الحجمي للكلور ، لا يقل عن 99.899.6٪ جزء الكتلة من الماء ، لا يزيد عن 0.010.04٪ الجزء الكتلي من ثلاثي كلوريد النيتروجين ، لا يزيد عن 0.0020.004٪ جزء الكتلة غير المتطاير بقايا ، ليس أكثر ، 0 .0150.10٪
تخزين ونقل الكلور
يتم تخزين الكلور المنتج بطرق مختلفة في "خزانات" خاصة أو يتم ضخه في أسطوانات فولاذية أسطوانية (حجم 10-250 م 3) وكروية (حجم 600-2000 م 3) تحت ضغط أبخرة خاصة تبلغ 18 كجم / سم 2. الحجم الأقصى للتخزين 150 طن. الأسطوانات التي تحتوي على الكلور السائل تحت الضغط لها لون خاص - لون واقي. في حالة إزالة الضغط من أسطوانة الكلور ، يحدث إطلاق حاد للغاز بتركيز أعلى بعدة مرات من التركيز المميت. وتجدر الإشارة إلى أنه أثناء الاستخدام طويل الأمد لأسطوانات الكلور ، يتراكم ثلاثي كلوريد النيتروجين شديد الانفجار فيها ، وبالتالي ، من وقت لآخر ، يجب تنظيف أسطوانات الكلور وتنظيفها بشكل روتيني من كلوريد النيتروجين. يتم نقل الكلور في حاويات ، وخزانات السكك الحديدية ، واسطوانات التخزين المؤقت لها.
2.تطبيق الكلور
يتم استهلاك الكلور بشكل أساسي من قبل الصناعة الكيميائية لإنتاج مشتقات الكلور العضوية المختلفة المستخدمة للحصول على البلاستيك والمطاط الصناعي والألياف الكيماوية والمذيبات والمبيدات الحشرية وما إلى ذلك. حاليًا ، يستخدم أكثر من 60٪ من إنتاج الكلور في العالم للتخليق العضوي. بالإضافة إلى ذلك ، يستخدم الكلور في إنتاج حمض الهيدروكلوريك والتبييض والكلورات وغيرها من المنتجات. تستخدم كميات كبيرة من الكلور في علم المعادن من أجل الكلورة في معالجة الخامات المتعددة الفلزات ، واستخراج الذهب من الخامات ، كما أنه يستخدم في صناعة تكرير النفط ، في الزراعة، في الطب والصرف الصحي ، لتحييد مياه الشرب والصرف الصحي ، في الألعاب النارية وعدد من المجالات الأخرى للاقتصاد الوطني. نتيجة لتطور استخدامات الكلور ، ويرجع ذلك أساسًا إلى نجاح التخليق العضوي ، فإن الإنتاج العالمي للكلور يزيد عن 20 مليون طن / سنة.
الأمثلة الرئيسية لتطبيق واستخدام الكلور في مختلف فروع العلم والصناعة والاحتياجات المحلية:
1.في إنتاج البولي فينيل كلوريد ، والمركبات البلاستيكية ، والمطاط الصناعي ، والتي تستخدم في صنع: عزل الأسلاك ، وملامح النوافذ ، ومواد التعبئة والتغليف ، والملابس والأحذية ، ومشمع الأسطوانات ، والورنيش ، والمعدات والبلاستيك الرغوي ، ولعب الأطفال ، وأجزاء الأجهزة ، مواد بناء. يتم إنتاج كلوريد البوليفينيل عن طريق بلمرة كلوريد الفينيل ، والذي يتم تحضيره اليوم بشكل أكثر شيوعًا من الإيثيلين في عملية متوازنة مع الكلور من خلال وسيط 1،2 ثنائي كلورو الإيثان.
CH2 = CH2 + Cl2 => CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl => CH2 = CHCl + HCl
1)كعامل تبيض (على الرغم من أنه ليس الكلور نفسه "مبيضات" ، ولكن الأكسجين الذري ، والذي يتكون أثناء تحلل حمض هيبوكلوروس وفقًا للتفاعل: Cl2 + H2O؟ HCl + HClO؟ 2HCl + O *).
2)في إنتاج المبيدات الحشرية العضوية الكلورية - المواد التي تقتل الحشرات الضارة بالمحاصيل ، ولكنها آمنة للنباتات (الألدرين ، دي دي تي ، سداسي كلوران). أحد أهم المبيدات الحشرية هو سداسي كلورو حلقي الهكسان (C6H6Cl6).
)تستخدم كعامل حرب كيميائية ، وكذلك لإنتاج عوامل الحرب الكيميائية الأخرى: غاز الخردل (C4H8Cl2S) ، الفوسجين (CCl2O).
)لتطهير المياه - "المعالجة بالكلور". تعتمد الطريقة الأكثر شيوعًا لتطهير مياه الشرب على قدرة الكلور الحر ومركباته على تثبيط أنظمة إنزيمات الكائنات الحية الدقيقة التي تحفز عمليات الأكسدة والاختزال. لتطهير مياه الشرب ، يتم استخدام الكلور (Cl2) وثاني أكسيد الكلور (ClO2) والكلورامين (NH2Cl) والتبييض (Ca (Cl) OCl).
)مسجلة في صناعة المواد الغذائية كمضافات غذائية E925.
)في الإنتاج الكيميائي للصودا الكاوية (NaOH) (المستخدمة في إنتاج الحرير الصناعي ، في صناعة الصابون) ، حمض الهيدروكلوريك (HCl) ، التبييض ، كلوريد البوتاسيوم (KClO3) ، كلوريدات المعادن ، السموم ، الأدوية ، الأسمدة.
)في علم المعادن لإنتاج المعادن النقية: التيتانيوم والقصدير والتنتالوم والنيوبيوم.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO ؛
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (عند Т = 850 درجة مئوية)
)كمؤشر على النيوترينوات الشمسية في كاشفات الكلور والأرجون (فكرة "كاشف الكلور" للكشف عن النيوترينوات الشمسية اقترحها الفيزيائي السوفيتي الشهير الأكاديمي ب. بعد التقاط نواة نيوترينو لنظير الكلور بوزن ذري 37 ، تتحول إلى نواة لنظير الأرجون 37 ، مع تكوين إلكترون واحد يمكن تسجيله.).
تسعى العديد من البلدان المتقدمة جاهدة للحد من استخدام الكلور في الحياة اليومية ، بما في ذلك لأن حرق النفايات المحتوية على الكلور ينتج كمية كبيرة من الديوكسينات (مواد سامة بيئية عالمية ذات مطفرات جينية قوية).
3. الطرق الكيميائية لإنتاج الكلور
في السابق ، كان إنتاج الكلور بالوسائل الكيميائية وفقًا لطرق Weldon و Deacon منتشرًا على نطاق واسع. في هذه العمليات ، تم إنتاج الكلور عن طريق أكسدة كلوريد الهيدروجين المتكون كمنتج ثانوي في إنتاج كبريتات الصوديوم من الملح الشائع بفعل حمض الكبريتيك.
يستمر رد الفعل عند استخدام طريقة Weldon:
4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2
يستمر رد الفعل عند استخدام طريقة Deacon:
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
في عملية Deacon ، تم استخدام كلوريد النحاس كمحفز ، حيث تم تشريب محلول بنسبة 50٪ (أحيانًا مع إضافة NaCl) في مادة حاملة خزفية مسامية. عادة ما تكون درجة حرارة التفاعل المثلى على مثل هذا المحفز في المدى 430490 درجة. يتم تسمم هذا المحفز بسهولة بمركبات الزرنيخ ، التي تشكل بها زرنيخات النحاس غير النشطة ، وكذلك عن طريق ثاني أكسيد الكبريت وثالث أكسيد. يؤدي وجود حتى كميات صغيرة من بخار حامض الكبريتيك في الغاز إلى انخفاض حاد في إنتاج الكلور نتيجة التفاعلات المتتالية:
H2SO4 => SO2 + 1 / 2O2 + H2O + С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4
С12 + Н2O => 1 / 2O2 + 2НCl
وبالتالي ، فإن حامض الكبريتيك هو محفز يعزز التحويل العكسي لـ Cl2 إلى HCl. لذلك ، قبل أكسدة محفز النحاس ، يجب تنقية غاز الهيدروكلوريك تمامًا من الشوائب التي تقلل من إنتاج الكلور.
يتكون تركيب Deacon من سخان غاز ، ومرشح غاز ، وجهاز تلامس لغلاف أسطواني فولاذي ، يوجد بداخله أسطوانتان خزفيتان مرتبتان بشكل مركز مع ثقوب ؛ يتم ملء الفراغ الحلقي بينهما بمحفز. تم أكسدة كلوريد الهيدروجين مع الهواء ، لذلك تم تخفيف الكلور. تمت تغذية خليط يحتوي على 25٪ من حمض الهيدروكلوريك بالحجم و 75٪ بالحجم من الهواء (~ 16٪ O2) في جهاز التلامس ، واحتوى الغاز الخارج من الجهاز على حوالي 8٪ كربون 12 ، 9٪ حمض الهيدروكلوريك ، 8٪ بخار ماء و 75٪ الهواء. عادة ما يتم استخدام هذا الغاز ، بعد غسله باستخدام HCl والتجفيف بحمض الكبريتيك ، للحصول على مادة التبييض.
تعتمد عملية استعادة Deacon حاليًا على أكسدة كلوريد الهيدروجين ليس بالهواء ، ولكن بالأكسجين ، مما يجعل من الممكن الحصول على الكلور المركز باستخدام محفزات عالية النشاط. يتم غسل خليط الكلورو الأكسجين الناتج من بقايا HC1 على التوالي باستخدام 36٪ و 20٪ حمض الهيدروكلوريك وتجفيفه بحمض الكبريتيك. ثم يتم تسييل الكلور وإعادة الأكسجين إلى العملية. يتم أيضًا فصل الكلور عن الأكسجين عن طريق امتصاص الكلور تحت ضغط 8 ضغط جوي مع كلوريد الكبريت ، والذي يتم إعادة توليده بعد ذلك للحصول على كلور بنسبة 100٪:
Сl2 + S2CI2
يتم استخدام المحفزات منخفضة الحرارة ، على سبيل المثال ، ثنائي كلوريد النحاس المنشط بأملاح المعادن الأرضية النادرة ، مما يجعل من الممكن تنفيذ العملية حتى عند 100 درجة مئوية ، وبالتالي ، زيادة درجة تحويل حمض الهيدروكلوريك إلى Cl2 بشكل حاد. على محفز أكسيد الكروم ، يتم احتراق حمض الهيدروكلوريك في الأكسجين عند 340480 درجة مئوية. يتم وصف استخدام محفز من خليط من V2O5 مع بيروسلفات فلز قلوي ومنشطات على هلام السيليكا. تمت دراسة آلية وحركية هذه العملية الظروف المثلىتنفيذه ، ولا سيما في طبقة مميعة.
يتم أيضًا أكسدة كلوريد الهيدروجين بالأكسجين باستخدام خليط منصهر من FeCl3 + KCl على مرحلتين ، يتم إجراؤها في مفاعلات منفصلة. في المفاعل الأول ، يتأكسد كلوريد الحديديك لتكوين الكلور:
2FeCl3 + 1
في المفاعل الثاني ، يتم تجديد كلوريد الحديديك من أكسيد الحديد مع كلوريد الهيدروجين:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
لتقليل ضغط بخار كلوريد الحديديك ، يضاف كلوريد البوتاسيوم. يُقترح أيضًا تنفيذ هذه العملية في جهاز واحد ، حيث تتحرك كتلة التلامس ، التي تتكون من Fe2O3 و KC1 والنحاس أو الكوبالت أو كلوريد النيكل المترسبة على ناقل خامل ، من أعلى إلى أسفل الجهاز. في الجزء العلوي من الجهاز ، يمر بمنطقة ساخنة من الكلورة ، حيث يتحول Fe2Oz إلى FeCl3 ، ويتفاعل مع HCl ، والذي يتدفق في تدفق الغاز من الأسفل إلى الأعلى. ثم تنخفض كتلة التلامس إلى منطقة التبريد ، حيث يتشكل عنصر الكلور تحت تأثير الأكسجين ، ويمر FeCl3 إلى Fe2O3. تعود كتلة التلامس المؤكسد إلى منطقة الكلورة مرة أخرى.
يتم إجراء أكسدة غير مباشرة مماثلة لـ HCl إلى Cl2 وفقًا للمخطط:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
يقترح أن تتلقى الكلور و حامض الكبريتيك، يمر عبر محفز الفاناديوم عند درجة حرارة 400-600 درجة مئوية وهو غاز يحتوي على HCl و O2 وفائض كبير من SO2. ثم يتم تكثيف H2SO4 و H2SO3Cl من الغاز ويتم امتصاص SO3 بواسطة حامض الكبريتيك ؛ ويبقى الكلور في الطور الغازي. يتحلل HSO3Cl بالماء ويعاد HC1 المنطلق إلى العملية.
يتم إجراء أكسدة أكثر كفاءة بواسطة عوامل مؤكسدة مثل PbO2 و KMnO4 و KClO3 و K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O
يمكن أيضًا الحصول على الكلور عن طريق أكسدة الكلوريدات. على سبيل المثال ، عندما يتفاعل كلوريد الصوديوم وثاني أكسيد الكبريت ، تحدث تفاعلات:
كلوريد الصوديوم + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
يحدث تحلل NaSO3Cl عند 275 درجة مئوية. يمكن فصل خليط من غازات ثاني أكسيد الكبريت وثاني أكسيد الكبريت عن طريق امتصاص الكلور SO2Cl2 أو CCl4 أو تعريضه للتصحيح ، مما ينتج عنه خليط زيوتروبي يحتوي على 88 مول. ٪ Cl2 و 12 مول. ٪ SO2. يمكن فصل الخليط الأزيوتروبي أيضًا عن طريق تحويل SO2 إلى SO2C12 وفصل الكلور الزائد ، وتحلل SO2Cl2 عند 200 درجة إلى SO2 و Cl2 ، والتي تضاف إلى الخليط المرسل للتصحيح.
يمكن الحصول على الكلور عن طريق أكسدة الكلوريد أو كلوريد الهيدروجين بحمض النيتريك ، وكذلك ثاني أكسيد النيتروجين:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
هناك طريقة أخرى للحصول على الكلور وهي تحلل كلوريد النيتروزيل ، والذي يمكن تحقيقه بأكسدته:
NOCl + O2 = 2NO2 + Сl2
أيضًا ، للحصول على الكلور ، يُقترح ، على سبيل المثال ، أكسدة NOCl مع 75٪ حمض النيتريك:
2NOCl + 4HNO3 = Сl2 + 6NO2 + 2Н2O
يتم فصل خليط من الكلور وثاني أكسيد النيتروجين عن طريق تحويل NO2 إلى حمض نيتريك ضعيف ، والذي يستخدم بعد ذلك لأكسدة حمض الهيدروكلوريك في المرحلة الأولى من العملية لتشكيل Cl2 و NOCl. تتمثل الصعوبة الرئيسية في تنفيذ هذه العملية على نطاق صناعي في القضاء على التآكل. يتم استخدام السيراميك والزجاج والرصاص والنيكل والبلاستيك كمواد للمعدات. وفقًا لهذه الطريقة في الولايات المتحدة الأمريكية في 1952-1953. كان المصنع يعمل بطاقة 75 طنًا من الكلور يوميًا.
تم تطوير طريقة دورية لإنتاج الكلور عن طريق أكسدة كلوريد الهيدروجين بحمض النيتريك دون تكوين كلوريد النيتروسيل وفقًا للتفاعل:
2НCl + 2HNO3 = Сl2 + 2NO2 + 2Н2O
تتم العملية في المرحلة السائلة عند 80 درجة مئوية ، يصل إنتاج الكلور إلى 100٪ ، ويتم الحصول على أكسيد النيتروجين في صورة سائلة.
في وقت لاحق ، تم استبدال هذه الطرق بالكامل بالطرق الكهروكيميائية ، ولكن في الوقت الحاضر الطرق الكيميائيةيتم إحياء إنتاج الكلور على أساس تقني جديد. تعتمد جميعها على الأكسدة المباشرة أو غير المباشرة لـ HCl (أو الكلوريدات) ، مع عامل الأكسدة الأكثر شيوعًا هو الأكسجين الجوي.
التحليل الكهربائي. مفهوم وجوهر العملية
التحليل الكهربائي عبارة عن مجموعة من عمليات الأكسدة والاختزال الكهروكيميائية التي تحدث على الأقطاب الكهربائية أثناء مرور تيار كهربائي ثابت عبر مصهور أو محلول مع أقطاب كهربائية مغمورة فيه.
أرز. 4.1 العمليات التي تحدث أثناء التحليل الكهربائي. مخطط حمام التحليل الكهربائي: 1 - حمام ، 2 - إلكتروليت ، 3 - أنود ، 4 - كاثود ، 5 - مزود طاقة
يمكن أن تكون الأقطاب الكهربائية أي مواد موصلة للكهرباء. تستخدم المعادن والسبائك بشكل أساسي ، من غير المعادن ، على سبيل المثال ، يمكن أن تعمل قضبان الجرافيت (أو الكربون) كأقطاب كهربائية. أقل شيوعًا ، يتم استخدام السوائل كقطب كهربائي. القطب الموجب الشحنة هو الأنود. القطب السالب الشحنة هو الكاثود. أثناء التحليل الكهربائي ، يتأكسد الأنود (يذوب) ويتم تقليل الكاثود. هذا هو السبب في أن الأنود يجب أن يؤخذ بطريقة بحيث لا يؤثر انحلاله على العملية الكيميائية التي تحدث في المحلول أو الذوبان. يسمى هذا الأنود القطب الخامل. كأنود خامل ، يمكنك أن تأخذ الجرافيت (الكربون) أو البلاتين. ككاثود ، يمكنك أن تأخذ صفيحة معدنية (لن تذوب). مناسب من النحاس والنحاس والكربون (أو الجرافيت) والزنك والحديد والألمنيوم والفولاذ المقاوم للصدأ.
أمثلة على التحليل الكهربائي للذوبان:
أمثلة على التحليل الكهربائي لمحاليل الملح:
(تتأكسد Cl؟ الأنيونات عند الأنود ، وليس الأكسجين O؟ II لجزيئات الماء ، نظرًا لأن الكهربية للكلور أقل من تلك الموجودة في الأكسجين ، وبالتالي ، ينتج الكلور الإلكترونات بسهولة أكبر من الأكسجين)
يتم إجراء التحليل الكهربائي للماء دائمًا في وجود إلكتروليت خامل (لزيادة التوصيل الكهربائي لإلكتروليت ضعيف جدًا - ماء):
اعتمادًا على المنحل بالكهرباء الخامل ، يتم إجراء التحليل الكهربائي في بيئة محايدة أو حمضية أو قلوية. عند اختيار إلكتروليت خامل ، من الضروري مراعاة أن الكاتيونات المعدنية التي تعتبر عوامل اختزال نموذجية (على سبيل المثال ، Li +، Cs +، K +، Ca2 +، Na +، Mg2 +، Al3 +) لا يتم اختزالها أبدًا عند لا يتأكسد الكاثود في محلول مائي والأكسجين O؟ II لأنيونات حمض oxo أبدًا عند الأنود مع عنصر في أعلى حالة أكسدة (على سبيل المثال ، ClO4 ؟، SO42 ؟، NO3 ؟، PO43 ؟، CO32 ؟، SiO44؟ ، MnO4؟) ، يتأكسد الماء بدلاً من ذلك.
يتضمن التحليل الكهربائي عمليتين: هجرة الجسيمات المتفاعلة تحت تأثير مجال كهربائي إلى سطح القطب ، ونقل الشحنة من الجسيم إلى القطب أو من القطب إلى الجسيم. يتم تحديد هجرة الأيونات من خلال حركتها وتحويلها أرقام. تتم عملية نقل العديد من الشحنات الكهربائية ، كقاعدة عامة ، في شكل سلسلة من تفاعلات الإلكترون الواحد ، أي على مراحل ، مع تكوين جسيمات وسيطة (أيونات أو جذور) ، والتي توجد أحيانًا لـ بعض الوقت على القطب في حالة كثف.
تعتمد معدلات تفاعلات الإلكترود على:
تكوين المنحل بالكهرباء
تركيز المنحل بالكهرباء
مادة القطب
إمكانات الكهربائي
درجة الحرارة
الظروف الهيدروديناميكية.
مقياس معدل التفاعل هو الكثافة الحالية. هذا متجه فيزيائي ، يتم تحديد معامله بنسبة شدة التيار (عدد الشحنات الكهربائية المنقولة لكل وحدة زمنية) في الموصل إلى المنطقة المقطع العرضي.
قوانين فاراداي للتحليل الكهربائي هي علاقات كمية مبنية على دراسات كهروكيميائية وتساعد في تحديد كتلة المنتجات المتكونة أثناء التحليل الكهربائي. في الشكل الأكثر عمومية ، تتم صياغة القوانين على النحو التالي:
)قانون فاراداي الأول للتحليل الكهربائي: تتناسب كتلة المادة المودعة على قطب كهربائي أثناء التحليل الكهربائي طرديًا مع كمية الكهرباء المنقولة إلى هذا القطب. تشير كمية الكهرباء إلى الشحنة الكهربية التي تُقاس عادةً بوحدة الكولوم.
2)قانون فاراداي الثاني للتحليل الكهربائي: لكمية معينة من الكهرباء (شحنة كهربائية) ، كتلة عنصر كيميائيالمودعة على القطب الكهربي تتناسب طرديا مع الكتلة المكافئة للعنصر. الكتلة المكافئة للمادة هي كتلتها المولية مقسومة على عدد صحيح ، اعتمادًا على التفاعل الكيميائي الذي تشارك فيه المادة.
في الشكل الرياضي ، يمكن تمثيل قوانين فاراداي على النحو التالي:
أين م كتلة المادة المودعة على القطب بالجرام ، هل الشحنة الكهربائية الكلية التي مرت عبر المادة ، \ u003d 96485.33 (83) ج مول؟ 1 هو ثابت فاراداي ، الكتلة المولية للمادة (على سبيل المثال ، الكتلة المولية للماء H2O = 18 جم / مول) ، - عدد تكافؤ أيونات مادة ما (عدد الإلكترونات لكل أيون).
لاحظ أن M / z هي الكتلة المكافئة للمادة المترسبة.
بالنسبة لقانون فاراداي الأول ، تعتبر M و F و z ثوابت ، لذلك كلما كانت قيمة Q أكبر ، زادت قيمة m.
بالنسبة لقانون فاراداي الثاني ، تعتبر Q و F و z ثوابت ، لذلك كلما زادت قيمة M / z (الكتلة المكافئة) ، زادت قيمة m.
في أبسط الحالات ، ينتج عن التحليل الكهربائي للتيار المستمر:
في حالة أكثر تعقيدًا من التيار الكهربائي المتردد ، فإن إجمالي الشحنة Q للتيار I ( ?) يتم تلخيصها بمرور الوقت؟ :
حيث t هو إجمالي وقت التحليل الكهربائي.
في الصناعة ، تتم عملية التحليل الكهربائي في أجهزة خاصة - المحلل الكهربائي.
الإنتاج الصناعي للكلور
حاليًا ، يتم إنتاج الكلور بشكل أساسي عن طريق التحليل الكهربائي للمحاليل المائية ، وهي واحدة من
المواد الخام للإنتاج الكهربائي للكلور هي في الأساس محاليل كلوريد الصوديوم التي يتم الحصول عليها عن طريق إذابة الملح الصلب ، أو المحاليل الملحية الطبيعية. هناك ثلاثة أنواع من رواسب الملح: الملح الأحفوري (حوالي 99٪ من الاحتياطيات) ؛ بحيرات الملح ذات الرواسب السفلية لملح السرج الذاتي (0.77٪) ؛ الباقي انشقاقات تحت الأرض. تحتوي المحاليل الملحية ، بغض النظر عن طريقة الحصول عليها ، على شوائب تؤدي إلى تفاقم عملية التحليل الكهربائي. كاتيونات الكالسيوم Ca2 + و Mg2 + و SO42- لها تأثير غير موات بشكل خاص في التحليل الكهربائي باستخدام الكاثود الصلب والشوائب في المركبات التي تحتوي على معادن ثقيلة ، مثل الكروم والفاناديوم والجرمانيوم والموليبدينوم ، في التحليل الكهربائي باستخدام كاثود سائل.
يجب أن يحتوي الملح المتبلور للتحليل الكهربائي بالكلور على التركيبة التالية (٪): كلوريد الصوديوم لا يقل عن 97.5 ؛ Mg2 + لا يزيد عن 0.05 ؛ رواسب غير قابلة للذوبان لا تزيد عن 0.5 ؛ Ca2 + لا يزيد عن 0.4 ؛ K + لا يزيد عن 0.02 ؛ SO42 - لا يزيد عن 0.84 ؛ الرطوبة لا تزيد عن 5 ؛ خليط معادن ثقيلة(يحدده اختبار الملغم cm3 H2) لا يزيد عن 0.3. يتم تنظيف المحاليل الملحية بمحلول من الصودا (Na2CO3) وحليب الجير (تعليق معلق Ca (OH) 2 في الماء). بالإضافة إلى التنقية الكيميائية ، يتم تحرير المحاليل من الشوائب الميكانيكية عن طريق الترسيب والترشيح.
يتم إجراء التحليل الكهربائي لمحلول الملح الشائع في الحمامات باستخدام كاثود من الحديد الصلب (أو الصلب) ومع أغشية وأغشية ، في الحمامات التي بها كاثود سائل من الزئبق. يجب أن يكون للمحلل الكهربائي الصناعي المستخدم في معدات مصانع الكلور الكبيرة الحديثة إنتاجية عالية وتصميم بسيط ومضغوط ويعمل بموثوقية وثبات.
يستمر التحليل الكهربائي وفقًا للمخطط:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2 ،
اين انا الفلزات القلوية.
أثناء التحلل الكهروكيميائي لملح المائدة في المحلل الكهربائي ذي الأقطاب الكهربائية الصلبة ، فإن العناصر الرئيسية التالية والقابلة للانعكاس والتي لا رجعة فيها التفاعلات الأيونية:
تفكك الملح وجزيئات الماء (يذهب في المنحل بالكهرباء)
كلوريد الصوديوم - Na ++ Cl-
أكسدة أيون الكلور (عند الأنود)
C1- - 2e- => C12
اختزال أيون الهيدروجين وجزيئات الماء (عند الكاثود)
H + - 2e- => H2
H2O - 2e - \ u003d \ u003e H2 + 2OH-
رابطة الأيونات في جزيء هيدروكسيد الصوديوم (في المنحل بالكهرباء)
Na + + OH- - هيدروكسيد الصوديوم
المنتجات المفيدة هي هيدروكسيد الصوديوم والكلور والهيدروجين. تتم إزالة كل منهم من المحلل الكهربائي بشكل منفصل.
أرز. 5.1 مخطط المحلل الكهربائي الغشائي
يتم تقسيم تجويف الخلية ذات الكاثود الصلب (الشكل 3) بواسطة مسامي
تم تشغيل أول محلل كهربائي صناعي في وضع الدُفعات. تم فصل منتجات التحليل الكهربائي فيها بواسطة غشاء إسمنتي. بعد ذلك ، تم إنشاء المحلل الكهربي ، حيث تعمل الأقسام على شكل جرس على فصل منتجات التحليل الكهربائي. في المرحلة التالية ، ظهرت أجهزة التحليل الكهربائي ذات الحجاب الحاجز. في نفوسهم ، تم دمج مبدأ التدفق المعاكس مع استخدام الحجاب الحاجز الفاصل ، المصنوع من الورق المقوى الأسبستوس. علاوة على ذلك ، تم اكتشاف طريقة للحصول على غشاء من لب الأسبستوس ، مستعار من تكنولوجيا صناعة الورق. أتاحت هذه الطريقة تطوير تصميمات المحلل الكهربائي لحمل تيار كبير باستخدام كاثود إصبع مضغوط غير قابل للفصل. لزيادة العمر التشغيلي لغشاء الأسبستوس ، يُقترح إدخال بعض المواد الاصطناعية في تركيبته كطلاء أو رابطة. يُقترح أيضًا تصنيع أغشية بالكامل من مواد تركيبية جديدة. هناك أدلة على أن مثل هذه الأغشية الاصطناعية الأسبستوس أو الأغشية الاصطناعية المصنّعة خصيصًا لها عمر خدمة يصل إلى 500 يوم. كما يتم تطوير أغشية التبادل الأيوني الخاصة ، مما يجعل من الممكن الحصول على صودا كاوية نقية ذات محتوى منخفض جدًا من كلوريد الصوديوم. يعتمد عمل هذه الأغشية على استخدام خصائصها الانتقائية لمرور الأيونات المختلفة.
تم إخراج أماكن ملامسات التيار المؤدي إلى أنودات الجرافيت في التصميمات المبكرة من تجويف الخلية. في وقت لاحق ، تم تطوير طرق لحماية الأجزاء الملامسة للأنودات المغمورة في المنحل بالكهرباء. باستخدام هذه التقنيات ، تم إنشاء المحلل الكهربائي الصناعي بإمداد تيار أقل ، حيث توجد ملامسات الأنود في تجويف المحلل الكهربائي. يتم استخدامها في كل مكان في الوقت الحاضر لإنتاج الكلور والمواد الكاوية على الكاثود الصلب.
يتدفق تيار من محلول كلوريد الصوديوم المشبع (محلول ملحي نقي) باستمرار إلى مساحة الأنود لخلية الحجاب الحاجز. نتيجة للعملية الكهروكيميائية ، يتم إطلاق الكلور في الأنود بسبب تحلل الملح الشائع ، ويتم إطلاق الهيدروجين عند الكاثود بسبب تحلل الماء. تتم إزالة الكلور والهيدروجين من المحلل الكهربائي ، دون الخلط ، بشكل منفصل. في هذه الحالة ، يتم إثراء المنطقة القريبة من الكاثود بهيدروكسيد الصوديوم. المحلول من منطقة الكاثود ، المسمى السائل الإلكتروليتي ، الذي يحتوي على ملح مائدة غير متحلل (حوالي نصف الكمية الموردة مع محلول ملحي) وهيدروكسيد الصوديوم ، تتم إزالته باستمرار من الخلية الإلكتروليتية. في المرحلة التالية ، يتم تبخير السائل الإلكتروليتي وتعديل محتوى هيدروكسيد الصوديوم فيه إلى 42-50٪ وفقًا للمعيار. ملح الطعام وكبريتات الصوديوم تترسب مع زيادة تركيز هيدروكسيد الصوديوم.
يتم صب محلول NaOH من البلورات ونقله كمنتج نهائي إلى مستودع أو مرحلة صهر كاوية للحصول على منتج صلب. يتم إرجاع ملح الطعام البلوري (الملح العكسي) إلى التحليل الكهربائي ، لتحضير ما يسمى بالمحلول الملحي العكسي منه. منه ، من أجل تجنب تراكم الكبريتات في المحاليل ، يتم استخلاص الكبريتات قبل تحضير المحلول الملحي العائد. يتم تعويض فقدان ملح الطعام بإضافة محلول ملحي طازج يتم الحصول عليه عن طريق ترشيح طبقات الملح تحت الأرض أو بإذابة ملح الطعام الصلب. قبل خلطه بالمحلول الملحي العكسي ، يتم تنظيف المحلول الملحي الطازج من المعلقات الميكانيكية وجزء كبير من أيونات الكالسيوم والمغنيسيوم. يتم فصل الكلور الناتج عن بخار الماء ، وضغطه ونقله إما مباشرة إلى المستهلكين أو إلى الكلور السائل. يتم فصل الهيدروجين عن الماء وضغطه ونقله إلى المستهلكين.
تحدث التفاعلات الكيميائية نفسها في المحلل الكهربائي الغشائي كما هو الحال في المحلل الكهربائي الغشائي. بدلاً من الحجاب الحاجز المسامي ، يتم استخدام غشاء كاتيوني (الشكل 5).
أرز. 5.2 مخطط المحلل الكهربائي الغشائي
يمنع الغشاء تغلغل أيونات الكلور في الكاثوليت (المنحل بالكهرباء في مساحة الكاثود) ، بسببه يمكن الحصول على الصودا الكاوية مباشرة في المحلل الكهربائي بدون ملح تقريبًا ، بتركيز 30 إلى 35٪. نظرًا لعدم وجود حاجة لفصل الملح ، فإن التبخر يجعل من الأسهل بكثير إنتاج 50٪ من الصودا الكاوية التجارية بتكلفة استثمارية وطاقة أقل. نظرًا لأن تركيز الصودا الكاوية في عملية الغشاء أعلى بكثير ، يتم استخدام النيكل باهظ الثمن ككاثود.
أرز. 5.3 مخطط المحلل الكهربائي الزئبقي
تفاعل التحلل الكلي لملح الطعام في المحلل الكهربائي الزئبقي هو نفسه الموجود في خلايا الحجاب الحاجز:
كلوريد الصوديوم + H2O => هيدروكسيد الصوديوم + 1 / 2Cl2 + 1 / 2H2
ومع ذلك ، يحدث هنا على مرحلتين ، كل منهما في جهاز منفصل: محلل كهربي ومحلل. وهي مترابطة من الناحية الهيكلية وتسمى الحمام الإلكتروليتي ، وأحيانًا المحلل الكهربائي الزئبقي.
في المرحلة الأولى من العملية - في المحلل الكهربائي - يحدث التحلل الإلكتروليتي لملح المائدة (يتم إدخال محلولها المشبع في المحلل الكهربائي) مع إنتاج الكلور في الأنود ، وملغم الصوديوم عند كاثود الزئبق ، وفقًا لـ رد الفعل التالي:
كلوريد الصوديوم + nHg => l / 2Cl2 + NaHgn
في المُحلل ، تتم المرحلة الثانية من العملية ، والتي ، تحت تأثير الماء ، ينتقل ملغم الصوديوم إلى هيدروكسيد الصوديوم والزئبق:
NaHgn + H2O => NaOH + 1 / 2H2 + nHg
من بين كل الملح الموفر للمحلل الكهربائي مع محلول ملحي ، يدخل 15-20٪ فقط من الكمية الموردة في التفاعل (2) ، ويترك باقي الملح ، جنبًا إلى جنب مع الماء ، المحلل الكهربائي على شكل كلورانوليت - محلول ملح الطعام في ماء يحتوي على 250-270 كجم / م 3 كلوريد الصوديوم مشبع بالكلور. يتم توفير "الملغم القوي" الذي يخرج من المحلل الكهربائي والماء إلى جهاز التحليل.
يتم تصنيع المحلل الكهربائي في جميع التصميمات المتاحة على شكل حوض فولاذي طويل وضيق نسبيًا مائل قليلاً ، على طول الجزء السفلي منه تتدفق طبقة رقيقة من الملغم ، وهو الكاثود ، عن طريق الجاذبية ، ويتدفق الأنوليت في الأعلى. يتم تغذية المحلول الملحي والملغم الضعيف من الحافة العلوية المرتفعة للخلية من خلال "جيب المدخل".
يتدفق الملغم القوي من الطرف السفلي للخلية عبر "جيب المخرج". يخرج الكلور والكلورانوليت معًا من خلال أنبوب فرعي ، يقع أيضًا في الطرف السفلي من الخلية. يتم تعليق الأنودات فوق مرآة تدفق الملغم بالكامل أو الكاثود على مسافة 3-5 مم من الكاثود. الجزء العلوي من الخلية مغطى بغطاء.
هناك نوعان شائعان من المُحلِّلات: أفقي ورأسي. الأول مصنوع على شكل مجرى مائل من الصلب بنفس طول الخلية الإلكتروليتية. يتدفق تيار الملغم على طول الجزء السفلي من المُحلل ، والذي يتم تثبيته عند ميل طفيف. يتم غمر محلل مصنوع من الجرافيت في هذا التدفق. يتحرك الماء في الاتجاه المعاكس. نتيجة لتحلل الملغم ، فإن الماء مشبع بمادة كاوية. يخرج المحلول الكاوية ، مع الهيدروجين ، من المُحلل من خلال أنبوب فرعي في القاع ، ويتم ضخ الملغم أو الزئبق الفقير في جيب الخلية بواسطة مضخة.
بالإضافة إلى المحلل الكهربائي والمحلل والجيوب وخطوط الأنابيب الفائضة ، تشتمل مجموعة حمام التحليل الكهربائي على مضخة زئبق. يتم استخدام نوعين من المضخات. في الحالات التي تكون فيها الحمامات مجهزة بمحلل عمودي أو حيث يتم تركيب جهاز التحليل أسفل الخلية الإلكتروليتية ، يتم استخدام مضخات الطرد المركزي الغاطسة من النوع التقليدي ، ويتم إنزالها في جهاز التحلل. في الحمامات حيث يتم تركيب المُحلل بجانب المُحلل الكهربائي ، يتم ضخ الملغم بواسطة مضخة دوارة مخروطية من النوع الأصلي.
جميع الأجزاء الفولاذية للمحلل الكهربائي التي تلامس الكلور أو الكلورانوليت محمية بطبقة خاصة من المطاط المبركن (الصمغ). الطبقة الواقية من المطاط ليست مقاومة تمامًا. بمرور الوقت ، يتحول إلى الكلور ، ويصبح هشًا ويتشقق من تأثير درجة الحرارة. يتم تجديد الطبقة الواقية بشكل دوري. جميع الأجزاء الأخرى من حمام التحليل الكهربائي: المُحلل ، والمضخة ، والفيضانات - مصنوعة من الفولاذ غير المحمي ، حيث لا يتسبب الهيدروجين ولا المحلول الكاوية في تآكلها.
حاليًا ، تعتبر أنودات الجرافيت هي الأكثر شيوعًا في خلية الزئبق. ومع ذلك ، يتم استبدالهم بـ ORTA.
6.السلامة في إنتاج الكلور
وحماية البيئة
يتم تحديد الخطر على العاملين في إنتاج الكلور من خلال السمية العالية للكلور والزئبق ، وإمكانية تكوين خلائط غازية قابلة للانفجار من الكلور والهيدروجين والهيدروجين والهواء في المعدات ، وكذلك محاليل النيتروجين ثلاثي كلوريد في السائل الكلور ، الاستخدام في إنتاج المحلل الكهربائي - الأجهزة التي تخضع لإمكانية كهربائية متزايدة بالنسبة للأرض ، خصائص القلويات الكاوية المنتجة في هذا الإنتاج.
إن استنشاق هواء يحتوي على 0.1 مجم / لتر من الكلور لمدة 30-60 دقيقة يهدد الحياة. استنشاق هواء يحتوي على أكثر من 0.001 ملغم / لتر من الكلور يهيج الجهاز التنفسي. أقصى تركيز مسموح به (MAC) للكلور في الهواء المستوطنات: المتوسط اليومي 0.03 مجم / م 3 ، الحد الأقصى لمرة واحدة 0.1 مجم / م 3 ، في هواء منطقة العمل بالمنشآت الصناعية هو 1 مجم / م 3 ، عتبة إدراك الرائحة هي 2 مجم / م 3. عند تركيز 3-6 مجم / م 3 ، تشعر برائحة مميزة ، يحدث تهيج (احمرار) في العينين والأغشية المخاطية للأنف ، عند 15 مجم / م 3 - تهيج البلعوم الأنفي ، عند 90 مجم / م 3 - شديد نوبات السعال. التعرض لـ 120-180 مجم / م 3 لمدة 30-60 دقيقة يهدد الحياة ، عند 300 مجم / م 3 الموت ممكن ، تركيز 2500 مجم / م 3 يؤدي إلى الوفاة في غضون 5 دقائق ، بتركيز 3000 مجم / م 3 الموت يحدث بعد عدة أنفاس. الحد الأقصى المسموح به من تركيز الكلور لترشيح الأقنعة الغازية الصناعية والمدنية هو 2500 مجم / م 3.
يتم تحديد وجود الكلور في الهواء بواسطة أجهزة الاستطلاع الكيميائي: VPKhR ، PPKhR ، PKhR-MV باستخدام أنابيب المؤشر IT-44 (اللون الوردي ، عتبة الحساسية 5 مجم / م 3) ، IT-45 (اللون البرتقالي) ، الشفاطات AM- 5 ، AM- 0055 ، AM-0059 ، NP-3M مع أنابيب مؤشر للكلور ، محلل غاز عالمي UG-2 بنطاق قياس من 0-80 مجم / م 3 ، كاشف الغاز "Kolion-701" في النطاق 0- 20 مجم / م 3. في الفضاء المفتوح - مع أجهزة SIP "KORSAR-X". في الداخل - مع أجهزة SIP "VEGA-M". للحماية من الكلور في حالة حدوث أعطال أو حالات طوارئ ، يجب أن يكون لدى جميع الأشخاص في ورش العمل أقنعة غاز من الدرجات "B" أو "BKF" ويستخدمونها في الوقت المناسب (باستثناء ورش التحليل الكهربائي للزئبق) ، بالإضافة إلى الملابس الواقية: القماش أو الدعاوى المطاطية والأحذية المطاطية والقفازات. يجب طلاء علب أقنعة الغاز ضد الكلور باللون الأصفر.
الزئبق أكثر سمية من الكلور. الحد الأقصى لتركيز أبخرته في الهواء هو 0.00001 مجم / لتر. يؤثر على جسم الإنسان عند استنشاقه وعند ملامسته للجلد ، وكذلك عند ملامسته للأشياء الممزوجة. تمتص (تمتص) أبخرةها وبقعها عن طريق الملابس والجلد والأسنان. في الوقت نفسه ، يتبخر الزئبق بسهولة عند درجة حرارة ؛ متوفر في ورشة التحليل الكهربائي ، ويكون تركيز أبخرته في الهواء أعلى بكثير من الحد الأقصى المسموح به. لذلك ، فإن محلات التحليل الكهربائي ذات الكاثود السائل مجهزة بتهوية قوية ، والتي توفر ، أثناء التشغيل العادي ، مستوى مقبولًا من تركيز بخار الزئبق في جو المحل. ومع ذلك ، هذا لا يكفي للتشغيل الآمن. من الضروري أيضًا مراعاة ما يسمى نظام الزئبق: اتبع قواعد التعامل مع الزئبق. بعدهم ، يمر الموظفون ، قبل بدء العمل ، عبر غرفة التفتيش الصحي ، في القسم النظيف ، حيث يتركون ملابسهم المنزلية ويرتدون بياضات مغسولة حديثًا ، وهي ملابس عمل. في نهاية نوبة العمل ، تُترك ملابس العمل والبياضات المتسخة في القسم المتسخ من الحاجز الصحي ، بينما يستحم العمال وينظفون أسنانهم ويضعون الأدوات المنزلية في القسم النظيف من الحاجز الصحي.
في ورش العمل التي تعمل بالكلور والزئبق ، يجب عليك استخدام قناع غاز من العلامة التجارية G (صندوق قناع الغاز مطلي باللونين الأسود والأصفر) وقفازات مطاطية. ، تنص قواعد "انضباط الزئبق" على أن العمل مع الزئبق والأسطح الممزوجة يجب أن يقتصر فقط تحت طبقة من الماء يجب التخلص من الزئبق المنسكب على الفور في البالوعة ، حيث توجد مصائد للزئبق.
تشكل انبعاثات الكلور وبخار الزئبق في الغلاف الجوي ، وتصريف أملاح الزئبق وقطرات الزئبق ، والمركبات المحتوية على الكلور النشط في مياه الصرف ، وتسمم التربة بحمأة الزئبق خطراً على البيئة. يدخل الكلور إلى الغلاف الجوي أثناء الحوادث ، مع انبعاثات تهوية وغازات عادم من أجهزة مختلفة. ينفذ بخار الزئبق بالهواء من أنظمة التهوية. معدل محتوى الكلور في الهواء عند إطلاقه في الغلاف الجوي هو 0.03 مجم / م 3. يمكن تحقيق هذا التركيز إذا تم استخدام غسيل قلوي متعدد المراحل بالغاز المنبعث. معيار محتوى الزئبق في الهواء عند انبعاثه في الغلاف الجوي هو 0.0003 مجم / م 3 ، وفي مياه الصرف عند تصريفه في المسطحات المائية هو 4 مجم / م 3.
تحييد الكلور بالحلول التالية:
حليب الجير ، الذي يُسكب فيه جزء واحد من وزن الجير المطفأ في 3 أجزاء من الماء ، ويخلط جيدًا ، ثم يتم تصريف ملاط الجير من الأعلى (على سبيل المثال ، 10 كجم من الجير المطفأ + 30 لترًا من الماء) ؛
5٪ محلول مائي من رماد الصودا ، حيث يتم إذابة جزأين من رماد الصودا مع التحريك مع 18 جزءًا من الماء (على سبيل المثال ، 5 كجم من رماد الصودا + 95 لترًا من الماء) ؛
محلول مائي بنسبة 5٪ من الصودا الكاوية ، حيث يتم إذابة جزأين من الصودا الكاوية بالوزن مع التحريك مع 18 جزءًا من الماء (على سبيل المثال ، 5 كجم من الصودا الكاوية + 95 لترًا من الماء).
عندما يتسرب غاز الكلور ، يتم رش الماء لإطفاء الأبخرة. معدل استهلاك المياه غير موحد.
عند انسكاب الكلور السائل ، يتم تسييج موقع الانسكاب بسياج ترابي مملوء بحليب الجير أو محلول من رماد الصودا أو الصودا الكاوية أو الماء. لتحييد 1 طن من الكلور السائل ، يلزم 0.6-0.9 طن من الماء أو 0.5-0.8 طن من المحاليل. لتحييد 1 طن من الكلور السائل ، هناك حاجة إلى 22-25 طنًا من المحاليل أو 333-500 طن من الماء.
لرش المياه أو المحاليل ، يتم استخدام شاحنات الري والإطفاء ومحطات التعبئة التلقائية (AC ، PM-130 ، ARS-14 ، ARS-15) ، وكذلك الصنابير والأنظمة الخاصة المتاحة في المرافق الخطرة كيميائياً.
استنتاج
نظرًا لأن أحجام الكلور التي تنتجها الطرق المختبرية لا تذكر مقارنة بالطلب المتزايد باستمرار على هذا المنتج ، فمن الضروري تنفيذ تحليل مقارنلا معنى له.
من بين طرق الإنتاج الكهروكيميائية ، يعد التحليل الكهربائي باستخدام الكاثود السائل (الزئبق) هو الأسهل والأكثر ملاءمة ، لكن هذه الطريقة لا تخلو من العيوب. يتسبب في أضرار بيئية كبيرة من خلال تبخر وتسرب الزئبق المعدني وغاز الكلور.
تعمل أجهزة التحليل الكهربائي ذات الكاثود الصلب على التخلص من مخاطر التلوث البيئي بالزئبق. عند الاختيار بين المحلل الكهربائي الغشائي والغشائي لمنشآت الإنتاج الجديدة ، يُفضل استخدام المحلل الكهربائي لأنهما أكثر اقتصادا ويوفران منتجًا نهائيًا عالي الجودة.
فهرس
1.Zaretsky S.A، Suchkov V.N، Zhivotinsky P. B. التكنولوجيا الكهروكيميائية للمواد غير العضوية و مصادر كيميائيةحالياً: كتاب مدرسي لطلاب المدارس الفنية. م ..: العالي. المدرسة ، 1980. 423 ص.
2.Mazanko A. F.، Kamaryan G. M.، Romashin O. P. التحليل الكهربائي للغشاء الصناعي. م: دار النشر "الكيمياء" 1989. 240 ص.
.Pozin M.E. تكنولوجيا الأملاح المعدنية (الأسمدة ، مبيدات الآفات ، الأملاح الصناعية ، الأكاسيد والأحماض) ، الجزء 1 ، ed. الرابعة ، مراجعة. L. ، دار النشر "الكيمياء" ، 1974. 792 ص.
.Fioshin M. Ya. ، التحليل الكهربائي Pavlov VN في الكيمياء غير العضوية. م: دار النشر "نوكا" 1976 106 ص.
.Yakimenko L. M. إنتاج الكلور والصودا الكاوية ومنتجات الكلور غير العضوية. م: دار النشر "الكيمياء" ، 1974. 600 ص.
مصادر الإنترنت
6.قواعد السلامة الخاصة بإنتاج وتخزين ونقل واستخدام الكلور // URL: # "justify"> 7. المواد الخطرة // URL: # "justify">. الكلور: application // URL: # "justify">.