化学元素塩素の説明。 塩素を生成するための塩素法
塩素（lat。chlorum）、cl、メンデレーエフの周期系のグループviiの化学元素、原子番号17、原子量35.453; 家族に属しています ハロゲン。通常の状態（0°C、0.1 MN / m 2または1 kgf / cm 2）鋭い刺激臭のある黄緑色のガス。 天然H.は、35 cl（75.77％）と37 cl（24.23％）の2つの安定同位体で構成されています。 質量数32、33、34、36、38、39、40および半減期（ t1/ 2）それぞれ0.31; 2.5; 1.56 秒; 3 , 1 ？ 105年; 37.3、55.5および1.4 分 36clと38clはとして使用されます 同位体指標。
履歴リファレンス。 H.1774Kで初めて取得。 Scheele塩酸と軟マンガン鉱mno2との相互作用。 しかし、1810年にのみ デイビー塩素が元素であることを確立し、それを塩素と名付けました（ギリシャの塩素から-黄緑色）。 1813年にJ.L. ゲイ・ルサックこの要素の名前Xを提案しました。
自然界での分布。 H.は自然界では化合物の形でのみ発生します。 地殻（クラーク）中のCh。の平均含有量1.7？ 10 -2重量％、酸性火成岩-花崗岩など2.4？ 10-2 , 基本および超基本5で？ 10-3。 水の移動は、地球の地殻におけるキリスト教の歴史において主要な役割を果たしています。 塩化物の形で、それは世界の海（1.93％）、地下の塩水と塩湖で発見されます。 自身のミネラルの数（主に 天然塩化物）97、主なものは岩塩naciです . 塩化カリウムと塩化マグネシウム、および混合塩化物の大量の堆積物も知られています。 シルビン kcl、 シルビナイト（na、k）ci、 カーナライト kci？ mgcl2？ 6時間2分、 カイン派 kci？ mgso 4？ 3時間2分、ビショフ石mgci 2？ 6時間2分。 地球の歴史において、火山ガスに含まれる塩酸を地球の上部に供給することは非常に重要でした。 地球の地殻.
物理的及び化学的性質。 H.は t kip-34.05°С、 tnl- 101°C。 通常の条件下でのガス状Ch。の密度3.214 g / l; 0°С12.21の飽和蒸気 g / l; 1.557の沸点の液体H. g / cm 3 ; -102°Cで固体低温1.9 g / cm 3 . 0°Cでの飽和蒸気圧Ch。0.369; 25°Cで0.772; 100°Cで3.814 MN / m 2またはそれぞれ3.69; 7.72; 38.14 kgf / cm 2 . 融解熱90.3 kJ / kg (21,5 cal / g）; 蒸発熱288 kJ / kg (68,8 cal / g）; 一定圧力でのガスの熱容量0.48 kJ /(kg? に) . 臨界定数H.:温度144°C、圧力7.72 Mn / m 2 (77,2 kgf / cm 2) , 密度573 g / l、比容積1.745？ 10-3 l / g。 溶解度（ g / l）X。分圧0.1 Mn / m 2 , または1 kgf / cm 2 , 水中14.8（0°C）、5.8（30°c）、2.8（70°c）; ソリューション300で g / l naci 1.42（30°C）、0.64（70°C）。 9.6°C未満では、水溶液中に塩素水和物が形成されます。 n h 2 o（n = 6×8）; これらは立方晶系の黄色い結晶で、温度が上がると塩素と水に分解します。 塩素は、ticl 4、sic1 4、sncl 4、および一部の有機溶媒（特にヘキサンc 6 h14および四塩化炭素ccl4）によく溶解します。 X.分子は二原子です（cl2）。 熱解離の程度cl2+ 243 kj 1000Kでのu2clは2.07ですか？ 10 -40％、2500 Kで0.909％。 原子cl3の外部電子配置 s 2 3 p 5 . これに従って、化合物中のH.は、-1、+ 1、+ 3、+ 4、+ 5、+ 6、および+7の酸化状態を示します。 原子の共有結合半径は0.99Å、イオン半径clは1.82Å、X原子の電子への親和性は3.65です。 ev、イオン化エネルギー12.97 ev.
化学的には、塩素は非常に活性が高く、ほとんどすべての金属（水分の存在下または加熱された場合のみ）および非金属（炭素、窒素、酸素、および不活性ガスを除く）と直接結合し、対応するものを形成します 塩化物、多くの化合物と反応し、飽和炭化水素の水素を置換し、不飽和化合物を結合します。 H.臭素とヨウ素を、それらの化合物から水素と金属で置き換えます。 これらの元素を含む塩素化合物からフッ素で置換されます。 微量の水分が存在するアルカリ金属は、発火して塩素と相互作用します。ほとんどの金属は、加熱された場合にのみ乾燥塩素と反応します。 鋼や一部の金属は、低温の乾燥塩素雰囲気で安定しているため、乾燥塩素の設備や貯蔵施設の製造に使用されます。リンは塩素雰囲気で発火し、pcl 3を形成し、さらに塩素化すると、pcl 5; 加熱すると硫黄がHになり、s 2 cl 2、scl2などが得られます。 n cl m。 ヒ素、アンチモン、ビスマス、ストロンチウム、テルルは塩素と激しく反応します。塩素と水素の混合物は無色または黄緑色の炎で燃焼して形成されます。 塩化水素（連鎖反応です）
水素-塩素炎の最高温度は2200°Cです。 5.8〜88.5％のh2を含む水素との塩素混合物は爆発性です。
酸素とともに、X。は酸化物を形成します：cl 2 o、clo 2、cl 2 o 6、cl 2 o 7、cl 2 o 8 , 次亜塩素酸塩（塩 次亜塩素酸) 、亜塩素酸塩、塩素酸塩と過塩素酸塩。 塩素のすべての酸素化合物は、酸化しやすい物質と爆発性混合物を形成します。 酸化塩素は安定しておらず、自然に爆発する可能性があります。次亜塩素酸塩は保管中にゆっくりと分解します。塩素酸塩と過塩素酸塩は開始剤の影響下で爆発する可能性があります。
H.は水中で加水分解し、次亜塩素酸と塩酸を形成します：cl 2 + h 2 o u hclo+hcl。 アルカリの水溶液を低温で塩素化すると、次亜塩素酸塩と塩化物が形成されます：2naoh + cl 2 \ u003d nacio + naci + h 2 o、加熱すると-塩素酸塩。 乾燥水酸化カルシウムの塩素化 漂白。
アンモニアが塩素と反応すると、三塩化窒素が形成されます。 . 有機化合物の塩素化中に、塩素は水素を置き換えるか、r-h + ci 2 = rcl + hciであるか、複数の結合を介して追加され、さまざまな塩素含有有機化合物を形成します。 .
H.他のハロゲンと形成する ハロゲン間化合物。フッ化物clf、clf 3、clf5は非常に反応性が高いです。 たとえば、clp 3の雰囲気では、グラスウールは自然に発火します。 塩素と酸素およびフッ素との化合物が知られています-オキシフッ化物X.:clo 3 f、clo 2 f 3、clof、clof3およびフッ素過塩素酸塩fclo4。
レシート。 塩素は、塩酸と二酸化マンガンまたは軟マンガン鉱との相互作用によって1785年に商業的に生産され始めました。 1867年、英国の化学者H. Deaconは、触媒の存在下でhclを大気中の酸素で酸化することによって塩素を生成する方法を開発しました。 19世紀の終わりから-20世紀の初めまで。 塩素は、アルカリ金属塩化物の水溶液の電気分解によって得られます。 70年代のこれらの方法によって。 20世紀 Hの90-95％は世界で生産されています。 溶融塩化物の電気分解によるマグネシウム、カルシウム、ナトリウム、リチウムの製造では、偶然にも少量の塩素が得られます。 1975年の世界の塩素生産量は約2500万トンでした。 t。 naciの水溶液の電気分解の2つの主な方法が使用されます：1）固体カソードと多孔質フィルターダイアフラムを備えた電解槽で。 2）水銀陰極を備えた電解槽内。 どちらの方法でも、ガス状のXがグラファイトまたは酸化物のチタン-ルテニウムアノードに放出されます。最初の方法では、水素がカソードで放出され、naohとnaclの溶液が形成され、その後、市販の苛性ソーダが分離されます。処理。 2番目の方法では、ナトリウムアマルガムがカソードで形成され、別の装置で純水と分解すると、NaOH溶液、水素、純水銀が得られ、再び製造されます。 どちらの方法でも1が得られます t X. 1.125 t naoh。
ダイヤフラム電解は、化学製品の製造に必要な設備投資が少なくて済み、より安価なNaOHを製造します。 水銀陰極法は非常に純粋なNaOHを生成しますが、水銀の損失は環境を汚染します。 1970年には、世界の化学物質生産量の62.2％が水銀陰極法で、33.6％が固体陰極法で、4.2％がその他の方法で生産されました。 1970年以降、イオン交換膜を用いた固体陰極電解が使用され始め、水銀を使用せずに純粋なNaOHを得ることができました。
応用。 の一つ 重要な産業化学産業は塩素産業です。 塩素の主な量は、その製造場所で塩素含有化合物に処理されます。 H.を液体の形でシリンダー、バレル、鉄道に保管および輸送します。 タンクまたは特別に装備された船。 工業国の場合、次の塩素の概算消費量が一般的です。塩素含有有機化合物の生産の場合-60〜75％。 Chを含む無機化合物-10-20％; パルプおよび布地の漂白用-5〜15％; 衛生上の必要性と水の塩素消毒のために-総生産量の2-6％。
塩素は、チタン、ニオブ、ジルコニウムなどを抽出するために、特定の鉱石の塩素化にも使用されます。
L.M.ヤキメンコ。
H.体の中。 H.は 生体要素、植物および動物組織の恒久的な成分。 植物中のCh。の含有量（多くのCh。 塩生植物) - 動物では、1000分の1パーセントから全体のパーセントまで（10分の1パーセントと100分の1パーセント）。 Hのための大人の毎日の必要条件。（2-4 G）食べ物で覆われています。 食品の場合、Hは通常、塩化ナトリウムと塩化カリウムの形で過剰になります。 X.パン、肉、乳製品は特に豊富です。 動物の体内の塩素は浸透圧的に主です 有効成分血漿、リンパ液、脳脊髄液およびいくつかの組織。 で役割を果たす 水塩交換、組織が水分を保持するのを助けます。 組織内の酸塩基バランスの調節は、血液と他の組織との間のコレステロールの分布を変化させることにより、他のプロセスとともに実行されます。 X.は植物のエネルギー代謝に関与し、両方を活性化します 酸化的リン酸化、および光リン酸化。 Ch。は根による酸素の吸収にプラスの効果があります。 Ch。は、分離された光合成の過程で酸素を形成するために必要です 葉緑体。 Ch。は、植物の人工栽培用のほとんどの栄養培地には含まれていません。 植物の成長には、非常に低濃度のChで十分である可能性があります。
M.Ya.Shkolnik。
中毒X 。 化学、紙パルプ、繊維、製薬業界などで可能です。H。は目や気道の粘膜を刺激します。 二次感染は通常、一次炎症性変化に加わります。 急性中毒はほとんどすぐに発症します。 中濃度および低濃度の塩素を吸入すると、胸の張りと痛み、乾いた咳、急速な呼吸、目の痛み、流涙、血中の白血球含有量の増加、体温の上昇などが見られます。 気管支肺炎の可能性、有毒な肺水腫、 うつ状態、けいれん。 軽度の場合、回復は3〜7で発生します 日長期的な結果として、上気道のカタル、再発性気管支炎、肺炎硬化症などが観察されます; 肺結核の活性化の可能性。 少量のCh。を長期間吸入すると、同様の、しかしゆっくりと進行する形態の疾患が観察されます。 中毒の防止：生産設備の密閉、効果的な換気、必要に応じて、ガスマスクの使用。 工業施設の空気中のH.の最大許容濃度1 mg / m 3 . 漂白剤、漂白剤、およびその他の塩素含有化合物の生産は、Sovによると、有害な労働条件のある産業として分類されています。 法律は女性と未成年者の雇用を制限しています。
A.A.カスパロフ。
点灯： Yakimenko L. M.、塩素、苛性ソーダおよび無機塩素製品の製造、M.、1974; Nekrasov B.V.、Fundamentals of General Chemistry、第3版、[vol。] 1、M.、1973; 産業における有害物質、ed。 N. V. Lazareva、第6版、第2巻、L.、1971; 包括的な無機化学、ed。 j。 c。 Bailar、v。 1-5、oxf。 -、1973。
要約をダウンロード
塩素は1772年にScheeleによって最初に入手されました。彼は、軟マンガン鉱に関する彼の論文で、軟マンガン鉱と塩酸との相互作用中にその放出を説明しました：4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Scheeleは、王水に似た塩素の匂い、金や辰砂と相互作用する能力、および漂白特性に注目しました。 しかし、シェールは、当時の化学を支配していたフロギストン説によれば、塩素は脱塩素化された塩酸、つまり塩酸酸化物であると示唆しました。
ベルトレーとラヴォワジエは、塩素は元素ムリウムの酸化物であると示唆しましたが、電気分解によって食卓塩をナトリウムと塩素に分解することに成功したデイビーの仕事まで、それを分離する試みは成功しませんでした。
要素の名前はギリシャ語に由来します clwroz- "緑"。
自然界にいること、得ること：
天然塩素は、35Clと37Clの2つの同位体の混合物です。 塩素は、地球の地殻で最も豊富なハロゲンです。 塩素は非常に活性が高いため、本質的には鉱物の組成に含まれる化合物の形でのみ発生します：ハライトNaCl、シルビンKCl、シルビナイトKCl NaCl、ビスコファイトMgCl 2 6H 2 O、カーナライトKCl MgCl 2 6H 2 O、カイナイトKCl MgSO 4 3H 2 O.塩素の最大の埋蔵量は、海と海の水の塩に含まれています。
工業規模では、塩素は溶液の電気分解によって水酸化ナトリウムと水素と一緒に生成されます 食卓塩:
2NaCl + 2H 2 O => H 2 + Cl 2 + 2NaOH
有機化合物の工業的塩素化の副産物である塩化水素から塩素を回収するために、ディーコン法（大気中の酸素による塩化水素の触媒酸化）が使用されます。
4HCl + O 2 \ u003d 2H 2 O + 2Cl 2
研究所は通常、強力な酸化剤（たとえば、酸化マンガン（IV）、過マンガン酸カリウム、重クロム酸カリウム）による塩化水素の酸化に基づくプロセスを使用します。
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
物理的特性：
通常の状態では、塩素は窒息臭のある黄緑色のガスです。 塩素は目に見えて水に溶けます（「塩素水」）。 20°Cでは、2.3倍量の塩素が1倍量の水に溶解します。 沸点=-34°C; 融点=-101°C、密度（ガス、N.O。）= 3.214g/l。
化学的特性：
塩素は非常に活性が高く、周期表のほぼすべての元素、金属および非金属（炭素、窒素、酸素、および不活性ガスを除く）と直接結合します。 塩素は非常に強力な酸化剤であり、活性の低い非金属（臭素、ヨウ素）を水素や金属で化合物から置き換えます。
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl; Cl 2 + 2NaI \ u003d I 2 + 2NaCl
水またはアルカリに溶解すると、塩素は変質し、次亜塩素酸（および加熱すると過塩素酸）と塩酸、またはそれらの塩を形成します。
Cl 2 + H 2 O HClO + HCl;
塩素は多くの有機化合物と相互作用し、置換または付加反応を開始します。
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
塩素には7つの酸化状態があります：-1、0、+ 1、+ 3、+ 4、+ 5、+7。
最も重要な接続：
塩化水素HCl-水蒸気による霧の液滴の形成により空気中で発煙する無色のガス。 臭いが強く、気道を刺激します。 火山ガスと水、胃液に含まれています。 化学的特性それがどのような状態にあるかによって異なります（気体、液体の状態、または溶液の状態である可能性があります）。 HCl溶液はと呼ばれます 塩酸（塩酸）。 それは強酸であり、弱酸をそれらの塩から置き換えます。 塩- 塩化物-融点の高い固体結晶性物質。
共有結合塩化物-塩素と非金属、気体、液体、または特徴的な酸性特性を持つ可融性固体との化合物は、原則として、水によって容易に加水分解されて塩酸を形成します。
PCl 5 + 4H 2 O = H 3 PO 4 + 5HCl;
塩素（I）酸化物Cl2O。、刺激臭のある茶色がかった黄色のガス。 呼吸器に影響を与えます。 水に溶けやすく、次亜塩素酸を生成します。
次亜塩素酸HClO。 ソリューションにのみ存在します。 弱くて不安定な酸です。 塩酸と酸素に簡単に分解します。 強力な酸化剤。 塩素が水に溶けると形成されます。 塩- 次亜塩素酸塩、不安定（NaClO * H 2 Oは70°Cでの爆発で分解する）、強力な酸化剤。 漂白や消毒に広く使用されています 漂白剤、混合塩Ca（Cl）OCl
塩素酸HClO2、遊離型では不安定であり、希薄水溶液中でも急速に分解します。 中程度の強さの酸、塩- 緑泥石一般的に無色で水に非常に溶けやすい。 次亜塩素酸塩とは異なり、亜塩素酸塩は酸性環境でのみ顕著な酸化特性を示します。 亜塩素酸ナトリウムNaClO2が最大の用途を持っています（布地や紙パルプの漂白に）。
塩素（IV）酸化物ClO 2、-不快な（刺激的な）臭いのある緑がかった黄色のガス、..。
塩素酸、HClO 3-遊離型では不安定です：ClO2とHClO4に不均化されています。 塩- 塩素酸塩; これらの中で、塩素酸ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムが最も重要です。 これらは強力な酸化剤であり、還元剤と混合すると爆発します。 塩素酸カリウム （ ベルトレー塩）-実験室で酸素を生成するためにKClO 3が使用されましたが、危険性が高いため、使用されなくなりました。 塩素酸カリウム溶液は、弱い消毒剤として使用されました。 医薬品うがいに。
過塩素酸HClO4、水溶液中で、過塩素酸はすべての酸素含有塩素酸の中で最も安定しています。 72％HClO 4から濃硫酸で得られる無水過塩素酸は、あまり安定していません。 最強の一塩基酸（水溶液中）です。 塩- 過塩素酸塩、酸化剤（固体ロケットエンジン）として使用されます。
応用：
塩素は、多くの産業、科学、および国内のニーズで使用されています。
-ポリ塩化ビニル、プラスチックコンパウンド、合成ゴムの製造。
-布や紙の漂白用。
-有機塩素系殺虫剤の生産-作物に有害な昆虫を殺すが、植物には安全な物質。
-水の消毒用-「塩素消毒」;
-食品添加物E925として食品業界に登録されています。
-塩酸、漂白剤、ベルトレット塩、金属塩化物、毒物、医薬品、肥料の化学生産。
-純金属の製造のための冶金学：チタン、スズ、タンタル、ニオブ。
生物学的役割と毒性：
塩素は最も重要な生体要素の1つであり、すべての生物の一部です。 動物と人間では、塩化物イオンは浸透圧バランスの維持に関与しており、塩化物イオンは細胞膜を透過するのに最適な半径を持っています。 塩素イオンは植物にとって不可欠であり、植物のエネルギー代謝に関与し、酸化的リン酸化を活性化します。
単体の塩素は有毒であり、肺に入ると肺組織の火傷、窒息を引き起こします。 空気中の濃度が約0.006mg/ L（つまり、塩素臭覚閾値の2倍）で気道に刺激作用を及ぼします。 塩素は、第一次世界大戦でドイツが使用した最初の化学兵器の1つでした。
Korotkova Yu。、Shvetsova I.
KhFチュメン州立大学、571グループ。
出典：ウィキペディア：http：//ru.wikipedia.org/wiki/Clなど、
RCTUのウェブサイト D.I.メンデレーエフ：
1774年、スウェーデンの化学者であるカールシェールが最初に塩素を入手しましたが、これはそうではないと考えられていました。 別の要素、しかし一種の塩酸（熱量計）。 元素塩素はで得られました 初期のXIX電気分解によって食卓塩を塩素とナトリウムに分解した世紀G.デイビー。
塩素（ギリシャ語のχλωρός-緑から）はXの要素です VIIグループ化学元素の周期表D.I. メンデレーエフの原子番号は17、原子量は35.452です。 受け入れられた指定Cl（ラテン語から） クロラム).
自然の中にいる
塩素は地球の地殻で最も一般的なハロゲンであり、ほとんどの場合2つの同位体の形をしています。 その化学的活性のために、それは多くのミネラルの化合物の形でのみ見られます。
塩素は、刺激臭と甘みのある有毒な黄緑色のガスです。 その発見後、呼ばれることが提案されたのは塩素でした ハロゲン、最も化学的に活性な非金属の1つと同じ名前のグループに含まれています。
塩素の毎日の必要量
通常、健康な成人は1日あたり4〜6 gの塩素を摂取する必要があります。その必要性は、活発な運動や暑い天候（発汗の増加）によって増加します。 通常、体はバランスの取れた食事で食べ物から毎日の規範を受け取ります。
体への塩素の主な供給源は食卓塩です-特にそれが熱処理を受けていない場合、それはすでに準備された皿を塩漬けにする方が良いです。 塩素、シーフード、肉、、、、も含まれています。
他者との相互作用
体の酸塩基と水分のバランスは塩素によって調節されています。
塩素不足の兆候
塩素の不足は、体の脱水につながるプロセスによって引き起こされます-暑さの中または身体運動中の激しい発汗、嘔吐、下痢、および泌尿器系のいくつかの病気。 塩素不足の兆候は、無気力と眠気、筋力低下、顕著な口渇、味覚の喪失、食欲不振です。
過剰な塩素の兆候
体内の過剰な塩素の兆候は次のとおりです：血圧の上昇、乾いた咳、頭と胸の痛み、目の痛み、流涙、活動障害 消化管。 原則として、過剰な塩素は、塩素消毒プロセスを経て塩素の使用に直接関係する産業の労働者に発生する通常の水道水を飲むことによって引き起こされる可能性があります。
人体の塩素：
- 水と酸塩基のバランスを調整し、
- 浸透圧調節の過程で体から水分と塩分を取り除き、
- 通常の消化を刺激し、
- 赤血球の状態を正常化し、
- 肝臓の脂肪を浄化します。
塩素の主な用途は化学工業であり、ポリ塩化ビニル、発泡プラスチック、包装材料、および植物用の化学兵器や肥料の製造に使用されています。 塩素による飲料水の消毒は事実上唯一です 手頃な方法水の浄化。
意味
塩素-化学元素の周期表D.I.の第3周期の第VII族の化学元素 メンデレーエフ。 非金属。
要素を参照します-p-ファミリ。 ハロゲン。 シリアル番号は17です。外部電子レベルの構造は3s23p5です。 相対原子質量-35.5a.m.u. 塩素分子は二原子です-Cl2。
塩素の化学的性質
塩素は単純な金属と反応します：
Cl 2 + 2Sb = 2SbCl 3（t）;
Cl 2 + 2Fe \ u003d 2FeCl 3;
Cl 2 + 2Na=2NaCl。
塩素は単純な非金属物質と相互作用します。 したがって、リンおよび硫黄と相互作用すると、対応する塩化物が形成され、フッ素-フッ化物、水素-塩化水素、酸素-酸化物などが形成されます。
5Cl 2 + 2P = 2HCl 5;
Cl 2 + 2S \ u003d SCl 2;
Cl 2 + H 2 \ u003d 2HCl;
Cl 2 + F 2 \u003d2ClF。
塩素は、水素と金属を含む化合物から臭素とヨウ素を置き換えることができます。
Cl 2 + 2HBr = Br 2 + 2HCl;
Cl 2 + 2NaI \ u003d I 2+2NaCl。
塩素は水とアルカリに溶解することができますが、塩素の不均化反応が発生し、反応生成物の組成はその実施条件によって異なります。
Cl 2 +H2O↔HCl+HClO;
Cl 2 + 2NaOH \ u003d NaCl + NaClO + H 2 O;
3Cl 2 + 6NaOH \ u003d 5NaCl + NaClO 3 +3H2O。
塩素は、塩を形成しない酸化物（CO）と相互作用して、慣用名の物質（ホスゲン）を形成し、アンモニアと相互作用して、三塩化アンモニウムを形成します。
Cl 2 + CO \ u003d COCl 2;
3 Cl 2 + 4NH 3 \ u003d NCl 3 + 3NH4Cl。
反応において、塩素は酸化剤の特性を示します。
Cl 2 + H 2 S \ u003d2HCl+S。
塩素は、アルカン、アルケン、アレーンのクラスの有機物質との相互作用の反応に入ります。
CH 3 -CH 3 + Cl 2 = CH 3 -CH 2 -Cl + HCl（条件-UV放射）;
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（kat \ u003d FeCl 3、AlCl 3）;
C 6 H 6 + 6Cl 2 \ u003d C 6 H 6 Cl 6 + 6HCl（条件-UV放射）。
塩素の物性
塩素は黄緑色のガスです。 熱的に安定しています。 冷水が塩素で飽和すると、固体のクラレートが形成されます。 それは水によく溶解し、大部分が不均化されます（「塩素水」）。 四塩化炭素、液体SiCl4およびTiCl4に溶解します。 飽和塩化ナトリウム溶液への溶解性が低い。 酸素と反応しません。 強力な酸化剤。 沸点---34.1C、融点--101.03C。
塩素を取得する
以前は、塩素はScheele法（酸化マンガン（VI）と塩酸の反応）またはDeacon法（塩化水素と酸素の相互作用の反応）によって得られていました。
MnO 2 + 4HCl \ u003d MnCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O;
4HCl + O 2 \ u003d 2H 2 O + 2Cl2。
私たちの時代では、次の反応が塩素を得るために使用されています：
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（条件-電気分解）。
塩素の塗布
塩素は、高分子材料（ポリ塩化ビニル）、漂白剤、有機塩素系殺虫剤（ヘキサクロラン）、化学兵器（ホスゲン）の製造、水の消毒、食品産業、冶金学など、さまざまな産業で幅広い用途があります。 、など。
問題解決の例
例1
例2
| エクササイズ | 17.4 gの酸化マンガン（IV）と塩酸との相互作用の間に、どのくらいの量、質量、および量の塩素物質が過剰に放出されますか（n.o.）？ |
| 解決 | 酸化マンガン（IV）と塩酸の相互作用の反応式を書いてみましょう。 4HCl + MnO 2 \ u003d MnCl 2 + Cl 2 +2H2O。 D.I.の化学元素の表を使用して計算された酸化マンガン（IV）と塩素のモル質量 メンデレーエフ-それぞれ87および71g/mol。 酸化マンガン（IV）物質の量を計算します。 n（MnO 2）= m（MnO 2）/ M（MnO 2）; n（MnO 2）\ u003d 17.4 / 87 \ u003d0.2mol。 反応式によると、n（MnO 2）：n（Cl 2）\ u003d 1：1、したがって、n（Cl 2）\ u003d n（MnO 2）\ u003d0.2mol。 そうすると、塩素の質量と体積は等しくなります。 m（Cl 2）\u003d0.2×71\u003d 14.2 g; V（Cl 2）\ u003d n（Cl 2）×V m \u003d0.2×22.4\u003d4.48l。 |
| 答え | 塩素物質の量は0.2mol、質量は14.2 g、体積は4.48lです。 |
ロシア連邦教育科学省
高等専門教育の連邦州教育機関
IVANOVSK州立化学技術大学
TPおよびMET部門
概要
塩素：特性、用途、生産
ヘッド：Efremov A.M.
Ivanovo 2015
序章
一般情報塩素用
塩素の塗布
塩素を生成するための化学的方法
電解。 プロセスの概念と本質
塩素の工業生産
塩素製造と環境保護における安全性
結論
序章
塩素化学元素の電気分解
科学、産業、医学、日常生活のさまざまな分野での塩素の使用の規模のために、塩素の需要は最近劇的に増加しています。 実験室や工業的な方法で塩素を得る方法はたくさんありますが、どれも長所よりも短所があります。 たとえば、多くの化学産業や他の産業の副産物であり廃棄物である塩酸、または塩鉱床で採掘される一般的な塩からの塩素の生成は、かなりエネルギー集約的なプロセスであり、環境に有害であり、生命に非常に危険です。と健康。
現在、上記のデメリットをすべて解消し、塩素の収率も高い塩素製造技術の開発が急務となっています。
.塩素に関する一般情報
塩素は、1774年にK. Scheeleによって、塩酸と軟マンガン鉱MnO2との相互作用によって初めて得られました。 しかし、1810年になって初めて、G。Davyは塩素が元素であることを確立し、それを塩素と名付けました（ギリシャのクロロから-黄緑色）。 1813年、J。L.ゲイルサックはこの元素に「塩素」という名前を提案しました。
塩素は、D。I.メンデレーエフの元素の周期表のグループVIIの元素です。 分子量70.906、原子量35.453、原子番号17は、ハロゲンファミリーに属しています。 通常の条件下では、二原子分子からなる遊離塩素は、特徴的な刺激臭と刺激臭を伴う緑がかった黄色の不燃性ガスです。 有毒で窒息の原因になります。 大気圧の圧縮塩素ガスは、-34.05°Cで琥珀色の液体に変わり、-101.6°C、1気圧で固化します。 通常、塩素は75.53％35Clと24.47％37Clの混合物です。 通常の状態では、塩素ガスの密度は3.214 kg / m3であり、これは空気の約2.5倍の重さです。
化学的には、塩素は非常に活性が高く、ほとんどすべての金属（一部は水分の存在下または加熱時のみ）および非金属（炭素、窒素、酸素、不活性ガスを除く）と直接結合し、対応する塩化物を形成して反応します多くの化合物で、飽和炭化水素の水素を置き換え、不飽和化合物を結合します。 これは、その用途が多種多様であるためです。 塩素は、水素と金属を含む化合物から臭素とヨウ素を置き換えます。 微量の水分が存在するアルカリ金属は、発火して塩素と相互作用します。ほとんどの金属は、加熱された場合にのみ乾燥塩素と反応します。 鋼や一部の金属は低温での乾燥塩素に耐性があるため、機器の製造や乾燥塩素の保管に使用されます。 リンは塩素の雰囲気で発火し、РCl3を形成し、さらに塩素化すると-РCl5になります。 塩素を含む硫黄は、加熱すると、S2Cl2、SCl2、およびその他のSnClmを生成します。 ヒ素、アンチモン、ビスマス、ストロンチウム、テルルは塩素と激しく相互作用します。 塩素と水素の混合物は、無色または黄緑色の炎で燃焼して塩化水素を形成します（これは連鎖反応です）。 水素-塩素炎の最高温度は2200°Cです。 5.8〜88.5％のH2を含む塩素と水素の混合物は爆発性であり、酸化鉄などの特定の物質の存在により、光の作用、電気火花、加熱によって爆発する可能性があります。
塩素は酸素とともに酸化物を形成します：Cl2O、ClO2、Cl2O6、Cl2O7、Cl2O8、および次亜塩素酸塩（次亜塩素酸の塩）、亜塩素酸塩、塩素酸塩、過塩素酸塩。 塩素のすべての酸素化合物は、酸化しやすい物質と爆発性混合物を形成します。 酸化塩素は不安定で自発的に爆発する可能性があり、次亜塩素酸塩は貯蔵中にゆっくりと分解し、塩素酸塩と過塩素酸塩は開始剤の影響下で爆発する可能性があります。 水中の塩素は加水分解され、次亜塩素酸と塩酸を形成します：Cl2 + H2O？ HClO+HCl。 得られた黄色がかった溶液は、しばしば塩素水と呼ばれます。 アルカリの水溶液を低温で塩素化すると、次亜塩素酸塩と塩化物が形成されます：2NaOH + Cl2 \ u003d NaClO + NaCl + H2O、加熱すると-塩素酸塩。 乾燥水酸化カルシウムを塩素化することにより、漂白剤が得られます。 アンモニアが塩素と反応すると、三塩化窒素が形成されます。 有機化合物の塩素化中に、塩素は水素を置き換えるか、複数の結合を介して追加し、さまざまな塩素含有化合物を形成します。 有機化合物。 塩素は他のハロゲンとハロゲン間化合物を形成します。 フッ化塩素ClF、ClF3、ClF3は非常に反応性が高いです。 たとえば、ClF3雰囲気では、グラスウールが自然に発火します。 酸素とフッ素を含む塩素化合物が知られています-フッ化塩素：ClO3F、ClO2F3、ClOF、ClOF3および過塩素酸フッ素FClO4。
塩素は自然界では化合物の形でのみ発生します。 地殻中のその平均含有量は1.710-2重量％です。 水の移動は、地殻内の塩素の歴史において主要な役割を果たしています。 塩化物の形で、それは世界の海（1.93％）、地下の塩水と塩湖で発見されます。 独自の鉱物（主に天然塩化物）の数は97であり、主なものは岩塩NaCl（岩塩）です。 塩化カリウムと塩化マグネシウム、および混合塩化物の大きな堆積物もあります：シルビンKCl、シルビナイト（Na、K）Cl、カルナライトKCl MgCl2 6H2O、カイナイトKCl MgSO4 3H2O、ビスコファイトMgCl26H2O。 地球の歴史において、火山ガスに含まれるHClを地殻の上部に供給することは非常に重要でした。
塩素の品質基準
インデックス名GOST6718-93高品位1年生塩素の体積分率、％99.899.6以上、水の質量分率、％0.010.04三塩化窒素の質量分率、％0.0020.004不揮発性の質量分率残留物、それ以上、％0 .0150.10
塩素の貯蔵と輸送
さまざまな方法で生成された塩素は、特別な「タンク」に保管されるか、18 kgf / cm2の蒸気の圧力下で鋼製の円筒形（体積10〜250 m3）および球形（体積600〜2000 m3）のシリンダーにポンプで送られます。 最大保管量は150トンです。 加圧された液体塩素を含むシリンダーには、特別な色（保護色）があります。 塩素ボンベが減圧された場合、致死濃度の数倍の濃度でガスが急激に放出されます。 塩素ボンベを長期間使用すると、爆発性の高い三塩化窒素が蓄積するため、塩素ボンベを定期的に洗い流し、塩化窒素を除去する必要があることに注意してください。 塩素は、一時的な貯蔵庫であるコンテナ、鉄道タンク、シリンダーで輸送されます。
2.塩素の塗布
塩素は主に、プラスチック、合成ゴム、化学繊維、溶剤、殺虫剤などを取得するために使用されるさまざまな有機塩素誘導体の製造のために化学産業によって消費されます。 現在、世界の塩素生産量の60％以上が有機合成に使用されています。 さらに、塩素は塩酸、漂白剤、塩素酸塩および他の製品を生産するために使用されます。 かなりの量の塩素が、多金属鉱石の処理、鉱石からの金の抽出における塩素化のための冶金学で使用されており、石油精製産業でも使用されています。 農業、医療および衛生、飲料水および廃水の中和、花火およびその他の国民経済の多くの分野。 主に有機合成の成功による塩素使用の開発の結果、世界の塩素生産量は年間2,000万トンを超えています。
科学、産業、家庭のさまざまな分野での塩素の適用と使用の主な例：
1.製造に使用されるポリ塩化ビニル、プラスチック化合物、合成ゴムの製造において：ワイヤーの断熱材、窓の輪郭、包装材料、衣類および履物、リノリウムおよびグラモフォンの記録、ワニス、機器および発泡プラスチック、おもちゃ、計器部品、建材。 ポリ塩化ビニルは、塩化ビニルの重合によって生成されます。塩化ビニルは、今日、最も一般的には、中間体の1,2-ジクロロエタンを介して塩素平衡プロセスでエチレンから調製されます。
CH2 = CH2 + Cl2 => CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl => CH2 = CHCl + HCl
1)漂白剤として（塩素自体は「漂白」しませんが、反応による次亜塩素酸の分解中に形成される原子状酸素：Cl2 + H2O？HCl + HClO？2HCl + O *）。
2)有機塩素系殺虫剤の生産において-作物に有害な昆虫を殺すが、植物には安全な物質（アルドリン、DDT、ヘキサクロラン）。 最も重要な殺虫剤の1つは、ヘキサクロロシクロヘキサン（C6H6Cl6）です。
)化学兵器として、また他の化学兵器の製造に使用されます：マスタードガス（C4H8Cl2S）、ホスゲン（CCl2O）。
)水消毒用-「塩素消毒」。 飲料水の消毒の最も一般的な方法は、酸化還元プロセスを触媒する微生物の酵素系を阻害する遊離塩素とその化合物の能力に基づいています。 飲料水の消毒には、塩素（Cl2）、二酸化塩素（ClO2）、クロラミン（NH2Cl）、漂白剤（Ca（Cl）OCl）が使用されます。
)食品添加物E925として食品業界に登録されています。
)苛性ソーダ（NaOH）（レヨンの製造、石鹸産業で使用）、塩酸（HCl）、漂白剤、塩化カリウム（KClO3）、金属塩化物、毒物、薬物、肥料の化学製造。
)純金属の製造のための冶金学：チタン、スズ、タンタル、ニオブ。
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti（Т=850°Сで）
)塩素-アルゴン検出器の太陽ニュートリノの指標として（太陽ニュートリノを検出するための「塩素検出器」のアイデアは、有名なソビエトの物理学者B.ポンテコルボによって提案され、アメリカの物理学者R.デイビスと彼の同僚によって実装されました。原子量37の塩素同位体のニュートリノ核を捕らえた後、アルゴン-37同位体の核になり、登録できる電子が1つ形成されます。）
多くの先進国は、塩素を含むごみを燃やすと大量のダイオキシン（強力な変異原性を持つ地球規模の生態毒性物質）が生成されるなど、日常生活での塩素の使用を制限しようと努めています。
3.塩素を生成するための化学的方法
以前は、ウェルドンとディーコンの方法による化学的手段による塩素の生産が広まっていた。 これらの工程において、塩素は、硫酸の作用により一般的な塩から硫酸ナトリウムを製造する際の副産物として形成された塩化水素の酸化によって生成された。
ウェルドン法を使用すると反応が進行します。
4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2
ディーコン法を使用すると反応が進行します。
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
ディーコン法では、塩化銅を触媒として使用し、その50％溶液（場合によってはNaClを添加）を多孔質セラミック担体に含浸させました。 このような触媒での最適な反応温度は通常430490°の範囲でした。 この触媒は、不活性なヒ素銅を形成するヒ素化合物、および二酸化硫黄と三酸化物によって容易に被毒されます。 ガス中に少量の硫酸蒸気が存在すると、連続反応の結果として塩素の収量が急激に減少します。
H2SO4 => SO2 + 1 / 2O2 +H2O+С12+2Н2O=>2НCl+H2SO4
С12+Н2O=>1/2O2+2НCl
したがって、硫酸は、Cl2からHClへの逆変換を促進する触媒です。 したがって、銅触媒で酸化する前に、塩素の収率を低下させる不純物から塩酸ガスを完全に精製する必要があります。
ディーコンの設備は、ガスヒーター、ガスフィルター、および鋼製の円筒形ケーシングの接触装置で構成され、その内部には、穴のある2つの同心円状に配置されたセラミックシリンダーがありました。 それらの間の環状空間は触媒で満たされています。 塩化水素は空気で酸化されたので、塩素は希釈されました。 ２５体積％のＨＣｌおよび７５体積％の空気（約１６％のＯ ２）を含む混合物が接触装置に供給され、装置を出るガスは、約８％のＣ１２、９％のＨＣｌ、８％の水蒸気および７５％を含んでいた。空気。 このようなガスは、HClで洗い流し、硫酸で乾燥させた後、通常、漂白剤を得るために使用されました。
ディーコン法の修復は現在、空気ではなく酸素による塩化水素の酸化に基づいており、高活性触媒を使用して濃塩素を得ることができます。 得られたクロロ酸素混合物を、ＨＣｌの残留物から３６％および２０％塩酸で連続して洗浄し、硫酸で乾燥させる。 その後、塩素が液化され、酸素がプロセスに戻されます。 酸素からの塩素の分離は、塩化硫黄で8 atmの圧力下で塩素を吸収することによっても実行され、次に再生されて100％の塩素が得られます。
Сl2+S2CI2
希土類金属の塩で活性化した二塩化銅などの低温触媒を使用しているため、100℃でも処理が可能であり、HClからCl2への転化率を大幅に高めることができます。 酸化クロム触媒では、酸素中のHClの燃焼は340480°Cで行われます。 シリカゲル上のV2O5とアルカリ金属ピロ硫酸塩および活性剤との混合物からの触媒の使用が記載されている。 このプロセスのメカニズムと動力学が研究されており、 最適条件特に流動床でのその実装。
塩化水素の酸素による酸化も、FeCl3 + KClの溶融混合物を2段階で使用し、別々の反応器で実行します。 最初の反応器では、塩化第二鉄が酸化されて塩素を形成します。
2FeCl3 + 1
2番目の反応器では、塩化第二鉄が酸化鉄から塩化水素で再生されます。
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
塩化第二鉄の蒸気圧を下げるために、塩化カリウムが加えられます。 このプロセスは、Fe2O3、KC1と、不活性担体上に堆積した銅、コバルト、または塩化ニッケルからなる接触塊が装置の上から下に移動する1つの装置で実行することも提案されています。 装置の上部で、塩素化のホットゾーンを通過します。そこでFe2OzはFeCl3に変換され、下から上に流れるガスの流れの中にあるHClと相互作用します。 次に、接触塊は冷却ゾーンに下降し、そこで酸素の作用下で塩素元素が形成され、FeCl3がFe2O3に移動します。 酸化された接触塊は再び塩素化ゾーンに戻ります。
HClのCl2への同様の間接酸化は、スキームに従って実行されます。
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
塩素と塩素を同時に受け取ることが提案されています 硫酸、400〜600°Cでバナジウム触媒を通過し、HCl、O2、および大過剰のSO2を含むガス。 次に、H2SO4とHSO3Clがガスから凝縮され、SO3が硫酸に吸収されます。塩素は気相に残ります。 HSO3Clは加水分解され、放出されたHClはプロセスに戻されます。
さらに効率的な酸化は、PbO2、KMnO4、KClO3、K2Cr2O7などの酸化剤によって実行されます。
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2 ^ + 8H2O
塩素は、塩化物の酸化によっても得られます。 たとえば、NaClとSO3が相互作用すると、次のような反応が起こります。
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
NaSO3Clの分解は275°Cで起こります。 SO2ガスとC12ガスの混合物は、塩素SO2Cl2またはCCl4を吸収するか、整流することで分離できます。これにより、88molを含む共沸混合物が得られます。 ％Cl2および12mol。 ％SO2。 共沸混合物は、SO2をSO2C12に変換し、過剰な塩素を分離し、200°でSO2Cl2をSO2とCl2に分解することによってさらに分離できます。これらは、精留のために送られる混合物に追加されます。
塩素は、塩化物または塩化水素を硝酸、および二酸化窒素で酸化することによって得ることができます。
ZHCl +HNO3=>Сl2+NOCl+2Н2O
塩素を取得する別の方法は、塩化ニトロシルの分解です。これは、その酸化によって達成できます。
NOCl + O2 =2NO2+Сl2
また、塩素を得るために、例えば、75％硝酸でNOClを酸化することが提案されています。
2NOCl +4HNO3=Сl2+6NO2+2Н2O
塩素と二酸化窒素の混合物は、NO2を弱硝酸に変換することによって分離されます。これは、プロセスの最初の段階でHClを酸化して、Cl2とNOClを形成するために使用されます。 工業規模でこのプロセスを実施する際の主な困難は、腐食の排除です。 機器の材質には、セラミック、ガラス、鉛、ニッケル、プラスチックが使用されています。 1952-1953年の米国でのこの方法によると。 プラントは1日あたり75トンの塩素の容量で稼働していました。
反応に応じて塩化ニトロシルを生成することなく、塩化水素を硝酸で酸化することにより塩素を生成するための循環法が開発されました。
2НCl+2HNO3=Сl2+2NO2+2Н2O
このプロセスは80°Cの液相で行われ、塩素の収率は100％に達し、NO2は液体の形で得られます。
その後、これらの方法は完全に電気化学的方法に置き換えられましたが、現在は 化学的方法塩素の生産は、新しい技術ベースで復活しています。 それらはすべて、HCl（または塩化物）の直接または間接酸化に基づいており、最も一般的な酸化剤は大気中の酸素です。
電解。 プロセスの概念と本質
電気分解は、電極が浸漬された溶融物または溶液に定電流が流れる間に電極上で発生する一連の電気化学的酸化還元プロセスです。
米。 4.1。 電気分解中に発生するプロセス。 電解浴のスキーム：1-浴、2-電解質、3-陽極、4-陰極、5-電源
電極は、電気を通す任意の材料にすることができます。 金属と合金が主に使用され、非金属から、例えば、グラファイトロッド（またはカーボン）が電極として機能することができます。 あまり一般的ではありませんが、液体が電極として使用されます。 正に帯電した電極はアノードです。 負に帯電した電極が陰極です。 電気分解中、アノードは酸化され（溶解し）、カソードは還元されます。 そのため、アノードは、その溶解が溶液または溶融物で発生する化学プロセスに影響を与えないように使用する必要があります。 このような陽極は不活性電極と呼ばれます。 不活性アノードとして、グラファイト（カーボン）またはプラチナを使用できます。 陰極として、金属板を取ることができます（溶解しません）。 適切な銅、真ちゅう、炭素（またはグラファイト）、亜鉛、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼。
溶融物の電気分解の例：
塩溶液の電気分解の例：
（塩素の電気陰性度は酸素の電気陰性度よりも小さいため、塩素の電気陰性度は酸素よりも容易に電子を放出するため、Cl-アニオンはアノードで酸化され、水分子の酸素O？IIでは酸化されません）
水の電気分解は、常に不活性電解質の存在下で実行されます（非常に弱い電解質-水の電気伝導率を高めるため）：
不活性電解質に応じて、電気分解は中性、酸性、またはアルカリ性の環境で実行されます。 不活性電解質を選択するときは、典型的な還元剤である金属カチオン（たとえば、Li +、Cs +、K +、Ca2 +、Na +、Mg2 +、Al3 +）がで還元されないことを考慮する必要があります。水溶液中のカソードとオキソ酸アニオンの酸素O？IIは、最も高い酸化状態の元素（たとえば、ClO4？、SO42？、NO3？、PO43？、CO32？、SiO44？）でアノードで酸化されることはありません。 、MnO4？）、代わりに水が酸化されます。
電気分解には、電場の作用下での反応粒子の電極表面への移動と、粒子から電極へ、または電極から粒子への電荷の移動という2つのプロセスが含まれます。 イオンの移動は、それらの移動度と移動数によって決まります。 いくつかの電荷の移動のプロセスは、原則として、一連の一電子反応の形で、つまり段階的に、中間粒子（イオンまたはラジカル）の形成を伴って実行されます。吸着状態の電極上でしばらくの間。
電極反応の速度は以下に依存します：
電解質組成
電解質濃度
電極材料
電極電位
温度
流体力学的条件。
反応速度の尺度は電流密度です。 これは物理的なベクトルであり、その係数は、導体内の電流強度（単位時間あたりに転送された電荷の数）と面積の比率によって決定されます。 断面.
ファラデーの電気分解の法則は、電気化学的研究に基づく定量的な関係であり、電気分解中に形成される生成物の質量を決定するのに役立ちます。 最も一般的な形式では、法律は次のように定式化されます。
)ファラデーの電気分解の最初の法則：電気分解中に電極に付着した物質の質量は、その電極に伝達される電気の量に正比例します。 電気の量は電荷を指し、通常はクーロンで測定されます。
2)ファラデーの電気分解の第2法則：与えられた量の電気（電荷）に対して、質量 化学元素電極上に堆積するのは、元素の当量に正比例します。 物質の当量は、物質が関与する化学反応に応じて、そのモル質量を整数で割ったものです。
数学的な形式では、ファラデーの法則は次のように表すことができます。
ここで、mは電極に付着した物質の質量（グラム）、物質を通過した総電荷、\ u003d 96 485.33（83）C mol？1はファラデー定数、は物質のモル質量です。 （たとえば、水のモル質量H2O = 18 g / mol）、-物質のイオンの原子価数（イオンあたりの電子数）。
M/zは堆積物の当量であることに注意してください。
ファラデーの最初の法則では、M、F、およびzは定数であるため、Q値が大きいほど、m値も大きくなります。
ファラデーの第2法則では、Q、F、およびzは定数であるため、M / z（等価質量）の値が大きいほど、mの値は大きくなります。
最も単純なケースでは、DC電気分解は次の結果になります。
交流のより複雑なケースでは、電流I（ ?）は時間の経過とともに合計されますか？ :
ここで、tは総電解時間です。
業界では、電解プロセスは特殊なデバイスである電解槽で実行されます。
塩素の工業生産
現在、塩素は主に水溶液の電気分解によって生成されます。
塩素を電解生成するための原料は、主に固体塩を溶解して得られるNaCl溶液または天然の塩水です。 塩鉱床には3つのタイプがあります。化石塩（埋蔵量の約99％）。 自己鞍塩の底質を伴う塩湖（0.77％）; 残りは地下の分割です。 塩溶液は、それらが得られる方法に関係なく、電気分解プロセスを悪化させる不純物を含んでいます。 カルシウムカチオンCa2+、Mg2 +およびSO42-アニオンは、固体カソードでの電気分解では特に不利な影響を及ぼし、液体カソードでの電気分解では、クロム、バナジウム、ゲルマニウム、モリブデンなどの重金属を含む化合物に不純物が含まれます。
塩素電解用の結晶性塩は、次の組成（％）である必要があります。97.5以上の塩化ナトリウム。 0.05以下のMg2+; 0.5以下の不溶性堆積物; Ca2+は0.4以下; K+は0.02以下。 SO42-0.84以下; 5以下の湿度; 混合物 ヘビーメタル（アマルガムテストcm3 H2で測定）0.3以下。 ブラインの洗浄は、ソーダ（Na2CO3）と石灰乳（Ca（OH）2の水への懸濁液の懸濁液）の溶液で行われます。 化学的精製に加えて、溶液は沈降とろ過によって機械的不純物を取り除きます。
一般的な塩溶液の電気分解は、固体の鉄（または鋼）の陰極とダイアフラムと膜を備えた浴、液体の水銀陰極を備えた浴で行われます。 現代の大規模塩素プラントの設備に使用される工業用電解槽は、高い生産性、シンプルな設計、コンパクト、確実かつ安定した動作を備えている必要があります。
電気分解はスキームに従って進行します：
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2、
ここで私 アルカリ金属.
固体電極を備えた電解槽での食卓塩の電気化学的分解中、以下の主な、可逆的および不可逆的 イオン反応:
塩と水分子の解離（電解質に入る）
NaCl-Na ++ Cl-
塩素イオンの酸化（アノードで）
C1--2e- => C12
水素イオンと水分子の還元（カソードで）
H +-2e- => H2
H2O-2e-\ u003d \ u003e H2 + 2OH-
水酸化ナトリウム分子へのイオンの会合（電解質中）
Na + + OH--NaOH
有用な製品は、水酸化ナトリウム、塩素、水素です。 それらはすべて、電解槽から個別に取り出されます。
米。 5.1。 ダイヤフラム電解槽のスキーム
固体カソードを備えたセルの空洞（図3）は多孔質で分割されています
バッチモードで動作する最初の工業用電解槽。 それらの中の電気分解生成物は、セメントダイアフラムによって分離された。 続いて、ベル型の仕切りが電解生成物を分離するのに役立つ電解槽が作成されました。 次の段階では、フローダイアフラムを備えた電解槽が登場しました。 それらの中で、向流の原理は、アスベスト板紙から作られた分離ダイアフラムの使用と組み合わされました。 さらに、製紙業の技術から借りたアスベストパルプからダイヤフラムを得る方法が発見されました。 この方法により、分離不可能なコンパクトなフィンガーカソードを備えた大電流負荷用の電解槽の設計を開発することが可能になりました。 アスベストダイアフラムの耐用年数を延ばすために、コーティングまたはボンドとしてその組成物にいくつかの合成材料を導入することが提案されています。 完全に新しい合成材料からダイアフラムを製造することも提案されています。 このようなアスベスト合成または特別に製造された合成ダイアフラムの組み合わせの耐用年数は最大500日であるという証拠があります。 特殊なイオン交換ダイアフラムも開発されており、塩化ナトリウムの含有量が非常に少ない純粋な苛性ソーダを得ることができます。 そのようなダイアフラムの作用は、さまざまなイオンの通過のためのそれらの選択的特性の使用に基づいています。
初期の設計では、電流リードがグラファイトアノードに接触する場所は、セルキャビティから取り出されていました。 その後、電解液に浸されたアノードの接触部分を保護する方法が開発されました。 これらの技術を使用して、より低い電流供給を備えた工業用電解槽が作成され、アノード接点は電解槽の空洞に配置されています。 それらは現在、固体陰極上での塩素と苛性アルカリの生成のためにどこでも使用されています。
飽和塩化ナトリウム溶液（精製ブライン）の流れが、ダイヤフラムセルのアノードスペースに連続的に流れ込みます。 電気化学的プロセスの結果として、塩素は食塩の分解によりアノードで放出され、水素は水の分解によりカソードで放出されます。 塩素と水素は、混合せずに別々に電解槽から除去されます。 この場合、カソード付近のゾーンは水酸化ナトリウムで強化されています。 分解されていない食卓塩（ブラインで供給される量の約半分）と水酸化ナトリウムを含む電解液と呼ばれるカソードゾーンからの溶液は、電解セルから継続的に除去されます。 次の段階では、電解液を蒸発させ、その中のNaOHの含有量を標準に従って42〜50％に調整します。 水酸化ナトリウムの濃度を上げると、食卓塩と硫酸ナトリウムが沈殿します。
ＮａＯＨ溶液は結晶からデカントされ、最終製品として倉庫または苛性アルカリ製錬段階に移されて、固体製品が得られる。 結晶性の食卓塩（逆塩）は電気分解に戻され、そこからいわゆる逆塩水が調製されます。 そこから、溶液中の硫酸塩の蓄積を避けるために、戻りブラインを調製する前に硫酸塩が抽出されます。 食卓塩の損失は、塩層の地下浸出によって得られた新鮮な塩水を加えることによって、または固体食卓塩を溶解することによって補われます。 それを逆ブラインと混合する前に、新鮮なブラインから機械的懸濁液とカルシウムおよびマグネシウムイオンのかなりの部分を取り除きます。 得られた塩素は水蒸気から分離され、圧縮されて消費者に直接転送されるか、塩素を液化します。 水素は水から分離され、圧縮されて消費者に送られます。
ダイアフラム電解槽と同じ化学反応がメンブレン電解槽で起こります。 多孔質ダイアフラムの代わりに、カチオン膜が使用されます（図5）。
米。 5.2。 膜電解質のスキーム
膜は、塩素イオンが陰極液（陰極空間の電解液）に浸透するのを防ぎます。これにより、苛性ソーダは、30〜35％の濃度で、ほとんど塩を含まずに電解槽で直接得ることができます。 塩を分離する必要がないため、蒸発により、50％の市販の苛性ソーダをより低い投資とエネルギーコストではるかに簡単に製造できます。 膜プロセスでの苛性ソーダの濃度がはるかに高いため、高価なニッケルがカソードとして使用されます。
米。 5.3。 水銀電解槽のスキーム
水銀電解槽での食塩の全分解反応は、ダイヤフラムセルの場合と同じです。
NaCl + H2O => NaOH + 1 / 2Cl2 + 1 / 2H2
ただし、ここでは2つの段階で行われ、それぞれが電解槽と分解装置の別々の装置で行われます。 それらは構造的に相互接続されており、電解槽と呼ばれ、水銀電解槽と呼ばれることもあります。
プロセスの最初の段階（電解槽内）では、食卓塩の電解分解が行われ（飽和溶液が電解槽に供給され）、アノードで塩素が生成され、水銀カソードでナトリウムアマルガムが生成されます。次の反応：
NaCl + nHg => l / 2Cl2 + NaHgn
分解者では、プロセスの第2段階が行われ、水の作用下で、ナトリウムアマルガムが水酸化ナトリウムと水銀に移行します。
NaHgn + H2O => NaOH + 1 / 2H2 + nHg
ブラインで電解槽に供給されるすべての塩のうち、供給量の15〜20％のみが反応（2）に入り、残りの塩は水と一緒に、クロラノライトの形で電解槽を離れます-溶液塩水で飽和した250-270kg/m3のNaClを含む水中の食卓塩の量。 電解槽と水を離れる「強力なアマルガム」が分解器に供給されます。
利用可能なすべての設計の電解槽は、長くて比較的狭く、わずかに傾斜した鋼製のトラフの形で作られ、その底に沿って、カソードであるアマルガムの薄層が重力によって流れ、上部に陽極液が流れます。 ブラインと弱いアマルガムは、セルの隆起した上部エッジから「インレットポケット」を介して供給されます。
強力なアマルガムは、セルの下端から「出口ポケット」を通って流出します。 塩素とクロラノライトは、セルの下端にある分岐パイプから共同で排出されます。 アノードは、アマルガムフローミラーまたはカソード全体の上に、カソードから3〜5mmの距離で吊り下げられています。 セルの上部は蓋で覆われています。
水平と垂直の2種類の分解者が一般的です。 前者は、電解槽と同じ長さの鋼製傾斜シュートの形で作られています。 アマルガムの流れは、わずかな傾斜で設置された分解器の底に沿って流れます。 この流れにグラファイト製の分解器を浸します。 水は反対方向に移動します。 アマルガムの分解の結果として、水は苛性アルカリで飽和します。 苛性溶液は、水素と一緒に、下部の分岐パイプを通って分解器を出て、貧弱なアマルガムまたは水銀がポンプによってセルポケットに送り込まれます。
電解槽、分解器、ポケット、オーバーフローパイプラインに加えて、電解槽のセットには水銀ポンプが含まれています。 2種類のポンプが使用されます。 槽に縦型分解装置が設置されている場合や、電解槽の下に分解装置が設置されている場合は、従来型の水中遠心ポンプを使用し、分解装置に降ろします。 分解器が電解槽の隣に設置されている浴では、アマルガムは元のタイプのコーンロータリーポンプによってポンプで送られます。
塩素またはクロラノライトと接触する電解槽のすべての鋼部品は、特殊グレードの加硫ゴム（ガム）のコーティングで保護されています。 ゴムの保護層は完全に耐性があるわけではありません。 時間が経つにつれて、それは塩素化し、もろくなり、温度の作用によりひび割れます。 定期的に保護層を更新します。 分解槽、ポンプ、オーバーフローなど、電解槽の他のすべての部分は、水素も苛性溶液も腐食しないため、保護されていない鋼でできています。
現在、水銀電池ではグラファイトアノードが最も一般的です。 ただし、ORTAに置き換えられています。
6.塩素製造における安全性
と環境保護
塩素製造における人員への危険性は、塩素と水銀の高い毒性、装置内での塩素と水素、水素と空気の爆発性ガス混合物の形成の可能性、および液体中の三塩化窒素の溶液によって決定されます。塩素、電解槽の製造での使用-地球に比べて電位が高いデバイス、この製造で生成される苛性アルカリの特性。
0.1 mg / lの塩素を含む空気を30〜60分間吸入すると、生命を脅かします。 0.001 mg / lを超える塩素を含む空気を吸入すると、気道を刺激します。 空気中の塩素の最大許容濃度（MAC） 和解：工業施設の作業エリアの空気中の1日平均0.03 mg / m3、最大単一0.1 mg / m3、臭気知覚閾値は2 mg/m3です。 3〜6 mg / m3の濃度で、明確な臭いが感じられ、15 mg / m3で目と鼻の粘膜の刺激（発赤）が発生します-鼻咽頭の刺激、90 mg/m3-強烈です咳発作。 120〜180 mg / m3に30〜60分間暴露すると生命が脅かされ、300 mg / m3で死亡する可能性があり、2500 mg / m3の濃度で5分以内に死亡し、3000 mg/m3の濃度で死亡する数回の呼吸の後に発生します。 工業用および民間のガスマスクをろ過するための塩素の最大許容濃度は2500mg/m3です。
空気中の塩素の存在は、化学偵察装置によって決定されます：VPKhR、PPKhR、PKhR-MVインジケーターチューブIT-44（ピンク色、感度しきい値5 mg / m3）、IT-45（オレンジ色）、吸引器AM- 5、AM-0055、AM-0059、塩素用指示管付きNP-3M、測定範囲0〜80 mg / m3のユニバーサルガス分析装置UG-2、0〜範囲のガス検出器「Kolion-701」 20mg/m3。 オープンスペースで-SIP「KORSAR-X」デバイスを使用。 屋内-SIP「VEGA-M」デバイスを使用。 故障や緊急事態の場合に塩素から保護するために、ワークショップのすべての人は、適時にグレード「B」または「BKF」のガスマスク（水銀電解ワークショップを除く）と保護服：布を持って使用する必要がありますまたはゴム引きのスーツ、ゴム長靴、ミトン。 塩素に対する防毒マスクボックスは黄色に塗装する必要があります。
水銀は塩素よりも有毒です。 空気中の蒸気の最大許容濃度は0.00001mg/lです。 吸入したり、皮膚に接触したり、融合した物体に接触したりすると、人体に影響を及ぼします。 その蒸気と飛沫は、衣服、皮膚、歯に吸着（吸収）されます。 同時に、水銀はある温度で容易に蒸発します。 電気分解工場で入手可能であり、空気中のその蒸気の濃度は最大許容値よりはるかに高いです。 したがって、液体カソードを備えた電気分解ショップには強力な換気装置が装備されており、通常の操作中に、ショップの大気中に許容レベルの水銀蒸気濃度を提供します。 ただし、これだけでは安全な操作には不十分です。 いわゆる水銀規律を遵守することも必要です。水銀の取り扱いに関する規則に従ってください。 その後、スタッフは作業を開始する前に、衛生検査室を通過し、清潔な場所で自宅の服を脱ぎ、作業服である洗いたてのリネンを着用します。 シフトの終わりに、オーバーオールと汚れたリネンは衛生チェックポイントの汚れたセクションに残され、労働者はシャワーを浴び、歯を磨き、衛生チェックポイントのきれいなセクションに家財道具を置きます。
塩素と水銀を扱うワークショップでは、ブランドGのガスマスク（ガスマスクボックスは黒と黄色に塗られています）とゴム手袋を使用する必要があります。「水銀規律」の規則では、水銀と融合した表面でのみ作業する必要があります。水の層の下; こぼれた水銀は、水銀トラップがある排水管にすぐに流し込む必要があります。
大気中への塩素と水銀蒸気の放出、水銀塩と水銀液滴の放出、廃水への活性塩素を含む化合物、および水銀スラッジによる土壌中毒は、環境に危険をもたらします。 塩素は事故の際に大気中に放出され、さまざまな装置からの換気ガスや排気ガスが発生します。 水銀蒸気は、換気システムからの空気で運ばれます。 大気中に放出されたときの空気中の塩素含有量の基準は0.03mg/m3です。 この濃度は、アルカリ性の多段オフガス洗浄を使用する場合に達成できます。 大気中に放出されたときの空気中の水銀含有量の基準は0.0003mg/ m3であり、水域に排出されたときの廃水中の水銀含有量は4 mg/m3です。
次の溶液で塩素を中和します。
1重量部の消石灰を3部の水に注ぎ、完全に混合した後、石灰モルタルを上から排出する石灰乳（たとえば、10kgの消石灰+30リットルの水）。
ソーダ灰の5％水溶液。2重量部のソーダ灰を18部の水（たとえば、5kgのソーダ灰+95リットルの水）と攪拌しながら溶解します。
苛性ソーダの5％水溶液。2重量部の苛性ソーダを18部の水（たとえば、5kgの苛性ソーダ+95リットルの水）と攪拌しながら溶解します。
塩素ガスが漏れると、水を噴霧して蒸気を消します。 水の消費率は標準化されていません。
液体塩素がこぼれると、こぼれた場所は、石灰のミルク、ソーダ灰、苛性ソーダ、または水の溶液で満たされた土製の城壁で囲われます。 1トンの液体塩素を中和するには、0.6〜0.9トンの水または0.5〜0.8トンの溶液が必要です。 1トンの液体塩素を中和するには、22〜25トンの溶液または333〜500トンの水が必要です。
水または溶液を噴霧するために、散水および消防車、自動瓶詰めステーション（AC、PM-130、ARS-14、ARS-15）、および化学的に危険な施設で利用可能な消火栓および特別なシステムが使用されます。
結論
実験室での方法で生成される塩素の量は、この製品の増え続ける需要と比較してごくわずかであるため、実行する必要があります 比較解析意味がありません。
電気化学的製造方法の中で、液体（水銀）カソードを使用した電気分解が最も簡単で便利ですが、この方法には欠点がないわけではありません。 金属水銀と塩素ガスの蒸発と漏出により、重大な環境損傷を引き起こします。
固体陰極を備えた電解槽は、水銀による環境汚染のリスクを排除します。 新しい生産施設用にダイヤフラム電解槽と膜電解槽のどちらかを選択する場合、後者がより経済的で高品質の最終製品を提供するため、後者が好まれます。
参考文献
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インターネットソース
6.塩素の製造、保管、輸送、使用に関する安全規則// URL：＃"justify">7。 有害物質//URL：＃"justify">。 塩素：アプリケーション// URL：＃"justify">。