塩素の物理的および化学的性質。塩素原子の構造

塩素（ギリシャ語のχλωρ？ς-「緑」から）-7番目のグループのメインサブグループの要素、原子番号17のD.I.Mendeleevの化学元素の周期系の3番目の周期。記号で示されます。 Cl（緯度。 クロラム）。反応性非金属。それはハロゲンのグループに属しています（元々、「ハロゲン」という名前はドイツの化学者シュヴァイガーによって塩素に使用されていました[文字通り、「ハロゲン」は塩として翻訳されます）が、根付かず、その後一般的になりました VIIグループ塩素を含む元素）。

通常の状態での単体塩素（CAS番号：7782-50-5）は、刺激臭のある黄緑色の有毒ガスです。塩素分子は二原子です（式Cl 2）。

塩素発見の歴史

ガス状の無水塩化水素は、1772年にJ.Prisleyによって初めて収集されました。（液体水銀上）。塩素は、1774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 \ u003d 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、塩素が元素の酸化物であることを示唆しました ムリアしかし、それを分離する試みは、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成功しませんでした。

自然界での分布

自然界には、塩素35Clと37Clの2つの同位体があります。塩素は、地球の地殻で最も豊富なハロゲンです。塩素は非常に活発です-それは周期表のほとんどすべての要素と直接結合します。したがって、自然界では、それは鉱物の組成におけ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 6H2O、カーナライトKCl MgCl 2 6H 2 O、カイナイトKCl MgSO 43H2O。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（海水の含有量は19g / lです）。塩素は原子総数の0.025％を占めています地球の地殻、塩素のクラーク数は0.017％であり、人体 0.25質量％の塩化物イオンを含みます。人間と動物では、塩素は主に細胞間液（血液を含む）に見られ、浸透圧プロセスの調節、および神経細胞の機能に関連するプロセスで重要な役割を果たします。

物理的および物理化学的特性

通常の状態では、塩素は窒息臭のある黄緑色のガスです。その物理的特性のいくつかを表に示します。

塩素のいくつかの物理的性質

財産	意味
色（ガス）	黄緑
沸騰温度	-34°C
融点	-100°C
分解温度（原子への解離）	〜1400°C
密度（ガス、n.o.s。）	3.214 g / l
原子の電子に対する親和性	3.65 eV
最初のイオン化エネルギー	12.97 eV
熱容量（298 K、ガス）	34.94（J / mol K）
臨界温度	144°C
臨界圧力	76気圧
標準生成エンタルピー（298 K、ガス）	0（kJ / mol）
形成の標準エントロピー（298 K、ガス）	222.9（J / mol K）
融解エンタルピー	6.406（kJ / mol）
沸騰エンタルピー	20.41（kJ / mol）
ホモリティック結合開裂のエネルギーX-X	243（kJ / mol）
ヘテロリシス結合開裂のエネルギーX-X	1150（kJ / mol）
イオン化エネルギー	1255（kJ / mol）
電子親和力エネルギー	349（kJ / mol）
原子半径	0.073（nm）
ポーリングによる電気陰性度	3,20
Allred-Rochowの電気陰性度	2,83
安定した酸化状態	-1, 0, +1, +3, (+4), +5, (+6), +7

ガス状塩素は比較的液化しやすいです。 0.8 MPa（8気圧）の圧力から始めて、塩素はすでに室温で液体になります。 -34°Cの温度に冷却されると、塩素も通常の大気圧で液体になります。液体塩素は、非常に高い腐食効果を持つ黄緑色の液体です（分子の濃度が高いため）。圧力を上げることにより、7.6MPaの臨界圧力で+ 144°C（臨界温度）の温度まで液体塩素の存在を達成することが可能です。

-101°C未満の温度では、液体塩素は空間群を持つ斜方晶系の格子に結晶化します cmcaおよびパラメータa=6.29Åb=4.50Å、c=8.21Å。 100 K未満では、結晶性塩素の斜方晶系修飾は、空間群を持つ正方晶系修飾に変換されます P4 2 / ncm格子定数a=8.56Åおよびc=6.12Å。

溶解性

塩素分子Cl2→2Clの解離度。 1000 Kでは2.07×10-4％、2500 Kでは0.909％です。

空気中の匂い知覚閾値は0.003（mg / l）です。

電気伝導率の点では、液体塩素は最も強力な絶縁体の1つにランクされています。それは、蒸留水よりもほぼ10億倍、銀よりも10〜22倍悪い電流を伝導します。塩素中の音速は空気中の約1.5分の1です。

化学的特性

電子殻の構造

塩素原子の原子価レベルには1つの不対電子が含まれています：1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 5、したがって塩素原子の1の原子価は非常に安定しています。塩素原子にはdサブレベルの空軌道が存在するため、塩素原子は他の原子価を示すこともあります。原子の励起状態の形成のスキーム：

塩素原子が形式的に原子価4および6を示す塩素化合物（ClO2およびCl2 O 6など）も知られています。ただし、これらの化合物はラジカルであり、不対電子が1つあることを意味します。

金属との相互作用

塩素はほとんどすべての金属と直接反応します（水分の存在下または加熱された場合にのみ反応するものもあります）。

Cl 2+2Na→2NaCl3Cl2+2Sb→2SbCl33Cl 2+2Fe→2FeCl3

非金属との相互作用

非金属（炭素、窒素、酸素、不活性ガスを除く）では、対応する塩化物を形成します。

光の中で、または加熱されると、ラジカルメカニズムによって水素と活発に反応します（時には爆発を伴います）。 5.8〜88.3％の水素を含む塩素と水素の混合物は、照射すると爆発し、塩化水素が生成されます。塩素と水素を低濃度で混合すると、無色または黄緑色の炎で燃焼します。水素-塩素炎の最高温度は2200°Cです。

Cl 2 +H2→2HCl5Cl2+2P→2PCl52S +Cl2→S2Cl 2

塩素は酸素とともに酸化物を形成し、+ 1から+7の酸化状態を示します：Cl 2 O、ClO 2、Cl 2 O 6、Cl 2O7。それらは刺激臭があり、熱的および光化学的に不安定であり、爆発性分解を起こしやすい。

フッ素と反応すると、塩化物ではなくフッ化物が生成されます。

Cl 2 + 3F 2（例）→2ClF 3

その他のプロパティ

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。

Cl 2+2HBr→Br2+ 2HCl Cl 2+2NaI→I2+ 2NaCl

一酸化炭素と反応すると、ホスゲンが形成されます。

Cl 2+CO→COCl2

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 + H2O→HCl+HClO 3Cl 2+6NaOH→5NaCl+NaClO 3 + 3H 2 O

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。

Cl 2 + Ca（OH）2→CaCl（OCl）+ H 2 O

アンモニアに対する塩素の作用は、三塩化窒素で得ることができます。

4NH 3 +3Cl2→NCl3+ 3NH 4 Cl

塩素の酸化特性

塩素は非常に強力な酸化剤です。

Cl 2 + H2S→2HCl+S

有機物との反応

飽和化合物の場合：

CH 3 -CH 3 +Cl2→C2H 5 Cl + HCl

複数の結合によって不飽和化合物に結合します：

CH 2 \ u003d CH 2 +Cl2→Cl-CH2-CH 2 -Cl

芳香族化合物は、触媒（AlCl3やFeCl3など）の存在下で水素原子を塩素に置き換えます。

C 6 H 6 +Cl2→C6H 5 Cl + HCl

取得する方法

工業的方法

当初、塩素を製造するための工業的方法は、Scheele法、つまり、軟マンガン鉱と塩酸の反応に基づいていました。

MnO 2+4HCl→MnCl2+ Cl 2 + 2H 2 O

1867年、ディーコンは塩化水素を大気中の酸素で接触酸化することにより塩素を生成する方法を開発しました。ディーコン法は現在、工業用塩素処理の副産物である塩化水素から塩素を回収するために使用されています。有機化合物.

4HCl +O2→2H2O + 2Cl 2

今日、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ともに工業規模で生産されています食卓塩:

2NaCl + 2H2O→H2+ Cl 2 + 2NaOHアノード：2Cl---2e-→Cl20カソード：2H 2 O+2e-→H2+2OH-

水の電気分解は塩化ナトリウムの電気分解と並行して行われるため、全体の式は次のように表すことができます。

1.80 NaCl + 0.50 H2O→1.00Cl2 + 1.10 NaOH + 0.03 H 2

塩素を生成するための電気化学的方法の3つの変形が使用されます。そのうちの2つは固体陰極による電気分解です：ダイアフラムと膜法、3つ目は液体水銀陰極による電気分解（水銀製造法）です。多くの電気化学的製造方法では、最も簡単で便利な方法は水銀陰極を使用した電気分解ですが、この方法は重大な害を引き起こします。環境金属水銀の蒸発と漏出の結果として。

固体陰極を用いたダイヤフラム法

セルの空洞は、多孔質アスベストパーティション（ダイアフラム）によってカソードとアノードのスペースに分割され、セルのカソードとアノードがそれぞれ配置されます。そのため、このような電解槽はダイヤフラム電解と呼ばれることが多く、製造方法はダイヤフラム電解です。飽和陽極液（NaCl溶液）の流れがダイヤフラムセルの陽極空間に連続的に入ります。電気化学的プロセスの結果、岩塩の分解によりアノードで塩素が放出され、水の分解によりカソードで水素が放出されます。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。

固体陰極を用いた膜法

膜法は本質的にダイヤフラム法と似ていますが、アノードとカソードの空間は陽イオン交換高分子膜によって分離されています。膜製造法はダイアフラム法よりも効率的ですが、使いにくいです。

液体陰極を用いた水銀法

このプロセスは、通信によって相互接続された電解槽、分解器、および水銀ポンプで構成される電解槽で実行されます。電解槽では、水銀ポンプの作用により、水銀が循環し、電解槽と分解器を通過します。電解槽の陰極は水銀の流れです。アノード-グラファイトまたは低摩耗。水銀と一緒に、塩化ナトリウムの溶液である陽極液の流れが電解槽を通って連続的に流れます。塩化物の電気化学的分解の結果、陽極で塩素分子が形成され、放出されたナトリウムが陰極で水銀に溶解してアマルガムを形成します。

実験方法

実験室では、塩素を得るために、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が通常使用されます。

2KMnO 4+16HCl→2KCl+2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O K 2 Cr 2 O 7+14HCl→3Cl2+ 2KCl + 2CrCl 3 + 7H 2 O

塩素貯蔵

生成された塩素は、特別な「タンク」に貯蔵されるか、高圧鋼シリンダーにポンプで送られます。加圧された液体塩素を含むシリンダーには、特別な色、つまり湿地の色があります。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。

塩素の品質基準

GOST6718-93によると「液体塩素。仕様»以下のグレードの塩素が生成されます

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。

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、中間体の1,2-ジクロロエタンを介して塩素平衡法でエチレンから得られることが最も多いです。
塩素の漂白特性は古くから知られていますが、「漂白」するのは塩素そのものではなく、次亜塩素酸の分解中に形成される原子状酸素です。Cl2 + H2O→HCl+HClO→2HCl+ O ..生地、紙、段ボールを漂白するこの方法は、何世紀にもわたって使用されてきました。
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。生成された塩素のかなりの部分は、植物保護製品の入手に費やされます。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（ヘキサクロランと呼ばれることが多い）です。この物質は1825年にファラデーによって最初に合成されましたが、100年以上後の20世紀の30年代に初めて実用化されました。
それは化学兵器として、また他の化学兵器の生産のために使用されました：マスタードガス、ホスゲン。
水の消毒のために-「塩素消毒」。飲料水を消毒する最も一般的な方法。は、遊離塩素とその化合物が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能力に基づいています。飲料水の消毒には、塩素、二酸化塩素、クロラミン、漂白剤が使用されます。 SanPiN 2.1.4.1074-01は、集中給水0.3〜0.5 mg / lからの飲料水中の遊離残留塩素の許容含有量について、次の制限（回廊）を設定しています。ロシアの多くの科学者や政治家でさえ、水道水の塩素処理の概念そのものを批判していますが、塩素化合物の消毒後遺症に代わるものを提供することはできません。それらが作られている材料水パイプ塩素化された水道水とは異なる相互作用をします。水道水中の遊離塩素は、ポリオレフィンベースのパイプライン（ポリエチレンパイプ）の耐用年数を大幅に短縮します別の種類、架橋ポリエチレンを含み、より大きなものはPEX（PEX、PE-X）として知られています。米国では、塩素化水を使用する給水システムで使用する高分子材料で作られたパイプラインの受け入れを制御するために、3つの基準を採用することを余儀なくされました：架橋ポリエチレン（PEX）と高温塩素化水で作られたパイプ用のASTMF2023。すべてのポリエチレンパイプと塩素化水にはASTMF2263、多層（金属ポリマー）パイプと高温塩素化水にはASTMF2330。塩素水と相互作用するときの耐久性の点で、銅の水道管は肯定的な結果を示しています。
として食品業界に登録食品添加物 E925.
塩酸、漂白剤、バートホレット塩、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。
塩素-アルゴン検出器における太陽ニュートリノの指標として。

たくさんの先進国塩素を含むごみを燃やすと大量のダイオキシンが発生するなど、日常生活での塩素の使用を制限しようとします。

生物学的役割

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。これは、一定の浸透圧の生成と水-塩代謝の調節におけるナトリウムおよびカリウムイオンとの共同関与を説明しています。 GABA（神経伝達物質）の影響下で、塩化物イオンは活動電位を低下させることによってニューロンに抑制効果をもたらします。胃の中では、塩化物イオンが胃液のタンパク質分解酵素の作用に適した環境を作り出します。塩素チャネルは、多くの細胞型、ミトコンドリア膜、および骨格筋に存在します。これらのチャネルは、体液量の調節、経上皮イオン輸送、膜電位の安定化において重要な機能を果たし、細胞のpHの維持に関与しています。塩素は、内臓組織、皮膚、骨格筋に蓄積します。塩素は主に大腸で吸収されます。塩素の吸収と排泄は、ナトリウムイオンと重炭酸塩に密接に関連していますが、鉱質コルチコイドとNa + /K+-ATP-aseの活性にはそれほど関係がありません。細胞は、赤血球に、この量のすべての塩素の10〜15％を1/3から1/2まで蓄積します。塩素の約85％は細胞外空間にあります。塩素は、主に尿（90-95％）、糞便（4-8％）、皮膚（最大2％）とともに体外に排泄されます。塩素の排泄は、ナトリウムイオンとカリウムイオンに関連しており、HCO 3-（酸塩基バランス）と相互に関連しています。

人は1日あたり5-10gのNaClを消費します。人間が必要とする塩素の最小量は、1日あたり約800mgです。乳児は、11ミリモル/リットルの塩素を含む母乳を通して必要な量の塩素を受け取ります。 NaClは胃の中で塩酸を生成するために必要であり、それは病原菌の消化と破壊を促進します。現在、主に研究数が少ないため、人間の特定の病気の発生における塩素の役割はよく理解されていません。毎日の塩素摂取量に関する推奨事項すら作成されていないと言えば十分です。筋人間は0.20-0.52％の塩素、骨-0.09％を含んでいます。血中-2.89g/l。平均的な人（体重70kg）の体内に95gの塩素が含まれています。毎日食物と一緒に、人は3-6gの塩素を受け取ります。そしてそれは過剰にこの要素の必要性をカバーします。

塩素イオンは植物にとって不可欠です。塩素は、酸化的リン酸化を活性化することにより、植物のエネルギー代謝に関与しています。単離された葉緑体による光合成の過程で酸素を形成するために必要であり、主にエネルギーの蓄積に関連する光合成の補助過程を刺激します。塩素は、根による酸素、カリウム、カルシウム、マグネシウム化合物の吸収にプラスの効果があります。植物中の塩化物イオンの過剰な濃度はまた、マイナス面を持っている可能性があります、例えば、クロロフィルの含有量を減らし、光合成の活動を減らし、そして植物の成長と発達を遅らせます。

しかし、進化の過程で、土壌の塩分に適応したり、宇宙の闘いの中で、競争のない空の塩性湿地を占領した植物があります。塩性土壌で育つ植物はハロファイトと呼ばれ、成長期に塩化物を蓄積し、落葉によって余分なものを取り除くか、葉や枝の表面に塩化物を放出し、日光から表面を遮るという二重の利点を享受します。

微生物の中で、高塩分水または土壌に生息する好塩菌（好塩菌）も知られています。

操作の特徴と注意事項

塩素は有毒な窒息ガスであり、肺に入ると、肺組織に火傷を負わせて窒息させます。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、最初にドイツで使用された最初の化学毒の1つでした世界大戦。塩素を扱うときは、保護服、防毒マスク、手袋を使用する必要があります。短時間、亜硫酸ナトリウムNa 2SO3またはチオ硫酸ナトリウムNa2S 2 O 3の溶液で湿らせたぼろきれの包帯を使用して、塩素の侵入から呼吸器を保護することができます。

大気中の塩素のMPCは次のとおりです。1日平均-0.03mg/m³。最大1回-0.1mg/m³; 工業企業の作業場で-1mg/m³。

D.I.メンデレーエフの周期表のサブグループの要素VII。したがって、外部レベル-7電子では、還元剤と相互作用すると、塩素はその酸化特性を示し、金属電子をそれ自体に引き付けます。

塩素の物性。

塩素は黄色いガスです。刺激臭があります。

塩素の化学的性質。

無料塩素非常に活発な。酸素、窒素、希ガスを除くすべての単純な物質と反応します。

Si + 2 Cl 2 = SiCl 4 + Q.

室温で水素と相互作用する場合、実質的に反応はありませんが、照明が次のように作用するとすぐに外部からの影響、連鎖反応が発生し、その用途が有機化学.

加熱すると、塩素はヨウ素または臭素を酸から置き換えることができます。

Cl 2 + 2 HBr = 2 HCl + Br 2 .

塩素は水と反応し、部分的に溶解します。この混合物は塩素水と呼ばれます。

アルカリと反応します：

Cl 2 + 2NaOH \ u003d NaCl + NaClO + H 2 O（寒い),

Cl 2 + 6KOH = 5KCl + KClO 3 + 3 H 2 O（熱).

塩素を取得します。

1.塩化ナトリウム溶融物の電気分解。これは次のスキームに従って進行します。

2.塩素を取得するための実験方法：

MnO 2 + 4HCl \ u003d MnCl 2 + Cl 2 +2H2O。

塩素もおそらく錬金術師によって入手されましたが、その発見と最初の研究は、有名なスウェーデンの化学者カールヴィルヘルムシェールの名前と密接に関連しています。 Scheeleは、バリウムとマンガン（Johan Ganと共に）、モリブデン、タングステン、塩素、そして他の化学者とは無関係に（後で）、さらに3つの化学元素（酸素、水素、窒素）を発見しました。その後、この成果を繰り返すことができる化学者は一人もいませんでした。同時に、Scheele、すでに選出されたメンバースウェーデン王立科学アカデミーは、ヒェーピングの単純な薬剤師でしたが、彼はもっと立派で権威のある立場をとることができたはずです。プロイセン国王であるフリードリヒ2世自身が、ベルリン大学の化学教授としての地位を彼に提供しました。そのような魅力的な申し出を拒否して、Scheeleは「私は必要以上に食べることができません、そして私がここKöpingで稼いだものは私が生きるために十分です」と言いました。

もちろん、Scheeleよりずっと前から多くの塩素化合物が知られていました。この要素は、最も有名なテーブルソルトを含む多くのソルトの一部です。 1774年、Scheeleは、黒色鉱物の軟マンガン鉱を濃塩酸（MnO 2+4HCl®Cl2+MnCl 2 + 2H 2 O）で加熱することにより、遊離塩素を分離しました。

当初、化学者は塩素を元素としてではなく、化合物酸素を含む未知の元素ムリア（ラテン語のムリアから-塩水）。塩酸（ムリックと呼ばれる）には化学的に結合した酸素が含まれていると考えられていました。これは、特に次の事実によって「証明」されました。塩素の溶液が光の中に残っていると、そこから酸素が放出され、塩酸が溶液中に残っていました。しかし、塩素から酸素を「引き剥がす」ための多くの試みは何ももたらしませんでした。したがって、塩素を石炭と一緒に加熱することによって二酸化炭素を得ることができた人は誰もいませんでした（高温では、それを含む多くの化合物から酸素を「奪う」）。ハンフリー・デービー、ジョセフ・ルイ・ゲイ・ルサック、ルイ・ジャック・テナードが行った同様の実験の結果、塩素は酸素を含まず、単体であることが明らかになりました。塩素と水素の反応におけるガスの定量的比率を分析したゲイ・ルサックの実験は、同じ結論に至りました。

1811年、デイビーは新しい要素に「クロリン」という名前をギリシャ語から提案しました。「クロロス」-黄緑色。これが塩素の色です。同じ語根は「クロロフィル」という言葉にあります（ギリシャ語の「クロロフィル」と「フィロン」から-葉）。 1年後、ゲイ・ルサックは名前を「塩素」に「短縮」しました。しかし今まで、イギリス人（そしてアメリカ人）はこの元素を「塩素」（塩素）と呼んでいますが、フランス人は塩素（塩素）と呼んでいます。化学の「立法者」であるドイツ人も、19世紀のほぼ全体で略称を採用しました。（ドイツの塩素-クロル）。 1811年、ドイツの物理学者Johann Schweigerは、塩素の「ハロゲン」という名前を提案しました（ギリシャ語の「hals」（塩、「gennao」）から出産）。その後、この用語は塩素だけでなく、7番目のグループのすべての類似体（フッ素、臭素、ヨウ素、アスタチン）にも割り当てられました。

塩素雰囲気での水素の燃焼の興味深いデモンストレーション：実験中に時々異常副作用：話題があります。ほとんどの場合、水素を運ぶ細い管が塩素で満たされた円錐形の容器に降ろされると、炎が鳴り響きます。同じことが球形のフラスコにも当てはまりますが、シリンダーでは通常、炎は鳴りません。この現象は「歌う炎」と呼ばれていました。

水溶液中で、塩素は部分的かつかなりゆっくりと水と反応します。 25°Cでは、平衡：Cl 2 + H 2 O HClO+HClが2日以内に確立されます。次亜塩素酸は光の中で分解します：HClO®HCl+O。漂白効果は原子状酸素に起因します（絶対に乾燥した塩素にはそのような能力はありません）。

その化合物中の塩素は、-1から+7までのすべての酸化状態を示す可能性があります。塩素は酸素とともに多くの酸化物を形成し、純粋な形ではすべて不安定で爆発性があります。Cl2 Oは黄橙色のガス、ClO 2は黄色のガスです（9.7°C未満は真っ赤な液体です）。過塩素酸塩素Cl2O 4（ClO –ClO 3、薄黄色の液体）、Cl 2 O 6（O 2 Cl–O–ClO 3、真っ赤な液体）、Cl 2O7は無色の爆発性の高い液体です。不安定な酸化物Cl2O3とClO3が低温で得られました。酸化物ClO2は工業規模で生産され、塩素の代わりにパルプの漂白と飲料水の消毒に使用されます。廃水。他のハロゲンと一緒に、塩素は多くのいわゆるハロゲン間化合物、例えば、ClF、ClF 3、ClF 5、BrCl、ICl、ICl3を形成します。

塩素とその酸化状態が正の化合物は、強力な酸化剤です。 1822年、ドイツの化学者レオポルトグメリンは、塩素で酸化することにより、黄色の血の塩から赤を取得しました：2K 4+Cl2®K3+2KCl。塩素は臭化物と塩化物を容易に酸化し、遊離の臭素とヨウ素を放出します。

異なる酸化状態の塩素は一連の酸を形成します：HCl-塩酸（塩酸、塩-塩化物）、HClO-次亜塩素酸塩（塩-次亜塩素酸塩）、HClO 2-塩化物（塩-塩化物）、HClO 3-塩素（塩-塩素酸塩）、HClO 4-塩素（塩-過塩素酸塩）。純粋な形の酸素酸のうち、過塩素酸だけが安定しています。酸素酸、次亜塩素酸ナトリウム、亜塩素酸ナトリウムNaClO 2の塩のうち、布地の漂白、コンパクトな火工品酸素源（「酸素キャンドル」）の製造、塩素酸カリウム（ベルトレット塩）、カルシウム、マグネシウム（害虫駆除用）が実用的ですアプリケーション。農業、火工品組成物および火工品の成分として、マッチの製造において）、過塩素酸塩-火工品および火工品組成物の成分; 過塩素酸アンモニウムは、固体ロケット推進剤の成分です。

塩素は多くの有機化合物と反応します。それは、二重および三重の炭素-炭素結合を持つ不飽和化合物にすばやく追加され（アセチレンとの反応は爆発を伴います）、光の中でベンゼンに追加されます。特定の条件下では、塩素が有機化合物の水素原子に置き換わる可能性があります：R–H+Cl2®RCl+HCl。この反応は、有機化学の歴史において重要な役割を果たしてきました。 1840年代、フランスの化学者ジャンバティストデュマは、塩素が酢酸と反応すると、その反応が

CH 3 COOH+Cl2®CH2ClCOOH+HCl。塩素が過剰になると、トリクロロ酢酸CCl3COOHが生成されます。しかし、多くの化学者はデュマの仕事に信じられないほど反応しました。実際、当時一般的に受け入れられていたベルセリウスの理論によれば、正に帯電した水素原子を負に帯電した塩素原子に置き換えることはできませんでした。この意見は当時、フリードリヒ・ヴェーラー、ユストゥス・リービッヒ、そしてもちろんベルセリウス自身を含む多くの著名な化学者によって保持されていました。

デュマを嘲笑するために、ヴェーラーは友人のリービッヒに、デュマによって発見されたとされる反応の新しい成功した適用について、あるS.ウィンドラー（シュウィンドラーはドイツ語で詐欺師）に代わって記事を渡しました。記事の中で、Wöhlerは明らかに嘲笑して、酢酸マンガンMn（CH 3 COO）2で、すべての元素をその原子価に応じて塩素に置き換え、塩素のみからなる黄色の結晶性物質を生成する方法について書いています。。さらにイギリスでは、有機化合物のすべての原子を塩素原子に連続的に置き換えることで、普通の布が塩素原子に変換され、物事はその外観を保持していると言われています。脚注は、この材料がナイトキャップや暖かいパンツに非常に適しているため、ロンドンのショップは塩素のみからなる材料を活発に取引していると指摘しました。

塩素と有機化合物との反応により、多くの有機塩素生成物が形成されます。その中には、広く使用されている溶媒である塩化メチレンCH 2 Cl 2、クロロホルムCHCl 3、四塩化炭素CCl 4、トリクロロエチレンCHCl \ u003d CCl 2、テトラクロロエチレンC 2 Cl 4 。湿気の存在下で、塩素は植物の緑の葉、多くの染料を変色させます。これは18世紀から使用されています。布地の漂白用。

有毒ガスとしての塩素。

塩素を受け取ったScheeleは、その非常に不快な刺激臭、呼吸困難、咳に気づきました。後で判明したように、1リットルの空気にこのガスが0.005 mgしか含まれていない場合でも、人は塩素の臭いがすると同時に、すでに気道を刺激し、粘膜の細胞を破壊します。気道と肺。 0.012 mg/lの濃度は許容が困難です。塩素の濃度が0.1mg/ lを超えると、生命を脅かすようになります。呼吸が速くなり、けいれんを起こし、その後ますますまれになり、5〜25分後に呼吸が停止します。空中での最大許容値産業企業濃度は0.001mg/ lと見なされ、住宅地の空気中では-0.00003 mg/lです。

Petersburgの学者であるToviyYegorovichLovitzは、1790年にScheeleの実験を繰り返し、誤って大量の塩素を大気中に放出しました。吸い込んだ後、意識を失って転倒し、8日間胸が痛くなりました。幸いなことに、彼は回復しました。塩素に毒されてほとんど死にました、そして有名な英国の化学者デービー。少量の塩素での実験でも、深刻な肺損傷を引き起こす可能性があるため、危険です。ドイツの化学者エゴン・ヴィーベリは、塩素に関する講義の1つを次の言葉で始めたと言われています。「塩素は有毒ガスです。別のデモンストレーションで中毒になった場合は、新鮮な空気に連れて行ってください。しかし、残念ながら、講義は中断する必要があります。塩素を大量に大気中に放出すると、大惨事になります。これは、第一次世界大戦中に英仏軍によって経験されました。 1915年4月22日の朝、ドイツ軍は戦争史上初のガス攻撃を行うことを決定しました。風が敵に向かって吹いたとき、5730気筒のバルブが近くの小さな6キロの正面で同時に開かれました。ベルギーのイープルの町には、それぞれ30kgの液体塩素が含まれていました。 5分以内に、巨大な黄緑色の雲が形成され、それはゆっくりとドイツの塹壕から同盟国に向かって移動しました。イギリスとフランスの兵士は完全に無防備でした。ガスは亀裂を通ってすべての避難所に浸透し、そこから逃れることはできませんでした。結局のところ、ガスマスクはまだ発明されていませんでした。その結果、15,000人が毒殺され、そのうち5,000人が死亡した。 1か月後の5月31日、ドイツ軍は次の攻撃を繰り返しました。東部戦線-ロシア軍に対して。これは、ボリモフ市の近くのポーランドで起こりました。 12 kmの前部、12,000気筒のうち、264トンの塩素とはるかに有毒なホスゲン（酸塩化物）の混合物炭酸 COCl 2）。王室の指揮官はイープルで何が起こったのかを知っていましたが、それでもロシアの兵士には保護の手段がありませんでした！ガス攻撃の結果、損失は9146人に達し、そのうち108人だけが、ライフルと砲撃の結果、残りは毒殺されました。同時に、1183人がほぼ即座に亡くなりました。

すぐに、化学者は塩素から逃れる方法を指摘しました：あなたはチオ硫酸ナトリウムの溶液に浸されたガーゼ包帯を通して呼吸する必要があります（この物質は写真で使用されます、それはしばしば次亜硫酸塩と呼ばれます）。塩素はチオ硫酸ナトリウムの溶液と非常に迅速に反応し、それを酸化します。

Na 2 S 2 O 3 + 4Cl 2 +5H2O®2H2SO4 + 2NaCl+6HCl。もちろん、硫酸また、無害な物質ではありませんが、その希薄な水溶液は有毒な塩素よりもはるかに危険性が低くなります。したがって、当時のチオ硫酸ナトリウムには「アンチクロル」という別名がありましたが、最初のチオ硫酸ガスマスクはあまり効果的ではありませんでした。

1916年、ロシアの化学者で将来の学者であるニコライ・ドミトリエビッチ・ゼリンスキーは、有毒物質が層に保持される非常に効果的なガスマスクを発明しました。活性炭。表面が非常に発達したこのような石炭は、次亜硫酸塩を含浸させたガーゼよりもはるかに多くの塩素を保持する可能性があります。幸いなことに、「塩素攻撃」は歴史上悲劇的なエピソードに過ぎませんでした。第二次世界大戦後、塩素は平和な職業しかありませんでした。

塩素の使用。

大量の塩素（数千万トン）が世界中で毎年生産されています。 20世紀の終わりまでにアメリカでのみ。年間約1200万トンの塩素が電気分解で得られました（化学工業で10位）。その大部分（最大50％）は、有機化合物の塩素化に費やされます-溶剤、合成ゴム、ポリ塩化ビニルおよびその他のプラスチック、クロロプレンゴム、農薬、薬、他の多くの必要な便利な商品。残りは、無機塩化物の合成、木材パルプの漂白、水質浄化のための紙パルプ産業で消費されます。比較的少量で、塩素は冶金産業で使用されます。その助けを借りて、非常に純粋な金属が得られます-チタン、スズ、タンタル、ニオブ。水素を塩素中で燃焼させることにより、塩化水素が得られ、そこから塩酸が得られます。塩素は、漂白剤（次亜塩素酸塩、漂白剤）の製造や塩素消毒による水の消毒にも使用されます。

イリヤ・リーンソン

クズバス州立工科大学

コースワーク

BJD件名

緊急の化学的に危険な物質としての塩素の特性化

ケメロヴォ-2009

序章

1. AHOVの特性（発行されたタスクによる）

2.事故を防ぐ方法、危険な化学物質からの保護

3.タスク

4.化学的状況の計算（発行されたタスクによる）

結論

文学

序章

合計で3,300の経済施設がロシアで運営されており、危険な化学物質が大量に在庫されています。それらの35％以上が合唱団の在庫を持っています。

塩素（緯度塩素）、Cl- 化学元素メンデレーエフの周期系のグループVII、原子番号17、原子量35.453; ハロゲンファミリーに属しています。

塩素は塩素消毒にも使用されますいくつか oto ryhチタン、ニオブ、ジルコニウムなどの目的と魅力を備えた鉱石。

中毒塩素は、化学、紙パルプ、繊維、製薬業界で発生する可能性があります。塩素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、胸部の緊張と痛み、乾いた咳、急速な呼吸、目の痛み、流涙、血中の白血球レベルの上昇、体温などが認められます。気管支肺炎、中毒性肺浮腫、うつ状態、けいれん。軽度の場合、回復は3〜7日で発生します。長期的な結果として、上気道のカタル、再発性気管支炎、肺炎硬化症が観察されます; 肺結核の活性化の可能性。少量の塩素を長時間吸入すると、同様の、しかしゆっくりと進行する形態の病気が観察されます。中毒の防止、生産施設、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。生産空気中の塩素の最大許容濃度は、敷地内で1 mg /m3です。塩素、漂白剤、その他の塩素含有化合物の生産は、有害な労働条件のある産業を指します。

塩素の物理的特性が考慮されます：塩素の密度、その熱伝導率、比熱容量、およびでの動的粘度さまざまな温度。 Cl 2の物理的特性は、このハロゲンの液体、固体、気体の状態の表の形で示されています。

塩素の基本的な物性

塩素は、元素の周期系の第3周期の第VII族に含まれ、番号17にあります。塩素はハロゲンサブグループに属し、相対的な原子量と分子量はそれぞれ35.453と70.906です。 -30°Cを超える温度では、塩素は緑がかった黄色のガスであり、特徴的な刺激性の刺激臭があります。 -34°Cに冷却すると、常圧（1.013 10 5 Pa）で容易に液化し、形成されます。透明な液体琥珀色、-101°Cの温度で硬化。

遊離塩素は反応性が高いため、自然界には存在せず、化合物の形でのみ存在します。これは主に鉱物岩塩（）に含まれ、シルビナイト（KCl）、カーナライト（KCl MgCl 2 6H 2 O）、シルビナイト（KCl NaCl）などの鉱物の一部でもあります。地球の地殻中の塩素の含有量は、地球の地殻内の原子の総数の0.02％に近づき、75.77％35 Clと24.23％37Clの割合で2つの同位体35Clと37Clの形をしています。

塩素の物性-主な指標の表

財産	意味
融点、°С	-100,5
沸点、°C	-30,04
臨界温度、°С	144
臨界圧力、Pa	77.1 10 5
臨界密度、kg / m 3	573
ガス密度（0°Сおよび1.013 10 5 Pa）、kg / m 3	3,214
飽和蒸気の密度（0°Сおよび3.664 10 5 Pa）、kg / m 3	12,08
液体塩素の密度（0°Cおよび3.664 10 5 Pa）、kg / m 3	1468
液体塩素の密度（15.6°Cおよび6.08 10 5 Pa）、kg / m 3	1422
固体塩素の密度（-102°С）、kg / m 3	1900
ガスの空気中の相対密度（0°Cおよび1.013 10 5 Pa）	2,482
飽和蒸気の相対空気密度（0°Cおよび3.664 10 5 Pa）	9,337
0°Сでの液体塩素の相対密度（4°Сでの水の場合）	1,468
ガスの比容積（0°Сおよび1.013 10 5 Pa）、m 3 / kg	0,3116
飽和蒸気の比容積（0°Cおよび3.664 10 5 Pa）、m 3 / kg	0,0828
液体塩素の比容積（0°Cおよび3.664 10 5 Pa）、m 3 / kg	0,00068
0°С、Paでの塩素蒸気圧	3.664 10 5
20°C、10 -3Pasでのガスの動的粘度	0,013
20°C、10 -3Pasでの液体塩素の動的粘度	0,345
固体塩素の融解熱（融点で）、kJ / kg	90,3
気化熱（沸点）、kJ / kg	288
昇華熱（融点）、kJ / mol	29,16
ガスのモル熱容量Cp（-73…5727°C）、J /（mol K）	31,7…40,6
液体塩素のモル熱容量Cp（-101…-34°C）、J /（mol K）	67,1…65,7
0°Cでのガス熱伝導率係数、W /（m K）	0,008
30°Cでの液体塩素の熱伝導係数、W /（m K）	0,62
ガスエンタルピー、kJ / kg	1,377
飽和蒸気のエンタルピー、kJ / kg	1,306
液体塩素のエンタルピー、kJ / kg	0,879
14°Cでの屈折率	1,367
-70°Cでの比導電率、Sm / m	10 -18
電子親和力、kJ / mol	357
イオン化エネルギー、kJ / mol	1260

塩素の密度

通常の状態では、塩素は密度が。の約2.5倍の重いガスです。気体および液体の塩素の密度 通常の状態（0°C）では、それぞれ3.214および1468 kg /m3に相当します。。液体または気体の塩素を加熱すると、熱膨張による体積の増加により密度が低下します。

塩素ガスの密度

この表は、さまざまな温度（-30〜140°Cの範囲）および通常の大気圧（1.013・10 5 Pa）での気体状態の塩素の密度を示しています。塩素の密度は温度によって変化します-加熱すると減少します。例えば、 20°Cでは、塩素の密度は2.985 kg /m3です。、およびこのガスの温度が100°Cに上昇すると、密度値は2.328 kg /m3の値に減少します。

さまざまな温度でのガス状塩素の密度

t、°С	ρ、kg / m 3	t、°С	ρ、kg / m 3
-30	3,722	60	2,616
-20	3,502	70	2,538
-10	3,347	80	2,464
0	3,214	90	2,394
10	3,095	100	2,328
20	2,985	110	2,266
30	2,884	120	2,207
40	2,789	130	2,15
50	2,7	140	2,097

圧力を上げると、塩素の密度が上がります。以下の表は、-40〜140°Cの温度範囲と26.6・10 5〜213・105Paの圧力でのガス状塩素の密度を示しています。圧力の増加に伴い、気体状態の塩素の密度は比例して増加します。たとえば、10°Cの温度で塩素の圧力が53.2・105から106.4・10 5 Paに増加すると、このガスの密度が2倍に増加します。

さまざまな温度と圧力でのガス状塩素の密度は0.26〜1気圧です。

↓t、°C \| P、kPa→	26,6	53,2	79,8	101,3
-40	0,9819	1,996	—	—
-30	0,9402	1,896	2,885	3,722
-20	0,9024	1,815	2,743	3,502
-10	0,8678	1,743	2,629	3,347
0	0,8358	1,678	2,528	3,214
10	0,8061	1,618	2,435	3,095
20	0,7783	1,563	2,35	2,985
30	0,7524	1,509	2,271	2,884
40	0,7282	1,46	2,197	2,789
50	0,7055	1,415	2,127	2,7
60	0,6842	1,371	2,062	2,616
70	0,6641	1,331	2	2,538
80	0,6451	1,292	1,942	2,464
90	0,6272	1,256	1,888	2,394
100	0,6103	1,222	1,836	2,328
110	0,5943	1,19	1,787	2,266
120	0,579	1,159	1,741	2,207
130	0,5646	1,13	1,697	2,15
140	0,5508	1,102	1,655	2,097

さまざまな温度と圧力でのガス状塩素の密度は1.31〜2.1気圧です。

↓t、°C \| P、kPa→	133	160	186	213
-20	4,695	5,768	—	—
-10	4,446	5,389	6,366	7,389
0	4,255	5,138	6,036	6,954
10	4,092	4,933	5,783	6,645
20	3,945	4,751	5,565	6,385
30	3,809	4,585	5,367	6,154
40	3,682	4,431	5,184	5,942
50	3,563	4,287	5,014	5,745
60	3,452	4,151	4,855	5,561
70	3,347	4,025	4,705	5,388
80	3,248	3,905	4,564	5,225
90	3,156	3,793	4,432	5,073
100	3,068	3,687	4,307	4,929
110	2,985	3,587	4,189	4,793
120	2,907	3,492	4,078	4,665
130	2,832	3,397	3,972	4,543
140	2,761	3,319	3,87	4,426

液体塩素の密度

液体塩素は比較的狭い温度範囲に存在する可能性があり、その境界はマイナス100.5からプラス144°C（つまり、融点から臨界温度まで）にあります。 144°Cの温度を超えると、塩素はどの圧力でも液体状態になりません。この温度範囲での液体塩素の密度は、1717〜573 kg /m3の範囲で変化します。

さまざまな温度での液体塩素の密度

t、°С	ρ、kg / m 3	t、°С	ρ、kg / m 3
-100	1717	30	1377
-90	1694	40	1344
-80	1673	50	1310
-70	1646	60	1275
-60	1622	70	1240
-50	1598	80	1199
-40	1574	90	1156
-30	1550	100	1109
-20	1524	110	1059
-10	1496	120	998
0	1468	130	920
10	1438	140	750
20	1408	144	573

塩素の比熱容量

0〜1200°Cの温度範囲および通常の大気圧におけるガス状塩素C pの比熱容量（kJ /（kg K））は、次の式で計算できます。

ここで、Tはケルビン単位の塩素の絶対温度です。

通常の条件下では、塩素の比熱容量は471 J /（kg K）であり、加熱すると増加することに注意してください。 500°Cを超える温度での熱容量の増加は重要ではなくなり、高温では塩素の比熱容量は実質的に変化しません。

上記の式を使用して塩素の比熱容量を計算した結果を表に示します（計算誤差は約1％です）。

温度の関数としての塩素ガスの比熱容量

t、°С	C p、J /（kg K）	t、°С	C p、J /（kg K）
0	471	250	506
10	474	300	508
20	477	350	510
30	480	400	511
40	482	450	512
50	485	500	513
60	487	550	514
70	488	600	514
80	490	650	515
90	492	700	515
100	493	750	515
110	494	800	516
120	496	850	516
130	497	900	516
140	498	950	516
150	499	1000	517
200	503	1100	517

絶対零度に近い温度では、塩素は固体状態にあり、比熱容量が低くなります（19 J /（kg・K））。固体Cl2の温度が上昇すると、その熱容量は増加し、マイナス143°Cで720 J /（kg K）に達します。

液体塩素の比熱容量は、摂氏0度から-90度の範囲で918 ... 949 J /（kg K）です。表によると、液体塩素の比熱は気体塩素の比熱よりも高く、温度の上昇とともに減少することがわかります。

塩素の熱伝導率

この表は、-70〜400°Cの温度範囲での通常の大気圧でのガス状塩素の熱伝導率係数の値を示しています。

通常の状態での塩素の熱伝導率は0.0079W/（m deg）で、同じ温度と圧力の場合の3分の1です。塩素を加熱すると、その熱伝導率が増加します。したがって、100°Cの温度では、塩素のこの物理的特性の値は0.0114 W /（m deg）に増加します。

塩素ガスの熱伝導率

t、°С	λ、W /（m度）	t、°С	λ、W /（m度）
-70	0,0054	50	0,0096
-60	0,0058	60	0,01
-50	0,0062	70	0,0104
-40	0,0065	80	0,0107
-30	0,0068	90	0,0111
-20	0,0072	100	0,0114
-10	0,0076	150	0,0133
0	0,0079	200	0,0149
10	0,0082	250	0,0165
20	0,0086	300	0,018
30	0,009	350	0,0195
40	0,0093	400	0,0207

塩素の粘度

20〜500°Cの温度範囲でのガス状塩素の動的粘度係数は、次の式で概算できます。

ここで、ηTは、特定の温度T、Kでの塩素の動的粘度係数です。
ηT0は、温度T 0 = 273 K（n.a.）での塩素の動的粘度係数です。
Cはサザーランドの定数です（塩素C = 351の場合）。

通常の状態では、塩素の動的粘度は0.0123・10-3Pa・sです。加熱すると、これ物理的特性粘度としての塩素は、より高い値を取ります。

液体塩素は気体塩素よりも1桁高い粘度を持っています。たとえば、20°Cの温度では、液体塩素の動的粘度は0.345・10-3 Pa・sの値を持ち、温度の上昇とともに減少します。

出典：

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塩素の物理的および化学的性質。 塩素原子の構造