Opis pierwiastka chemicznego chlor. Metody produkcji chloru z użyciem chloru
Chlor(łac. chlorum), cl, pierwiastek chemiczny z grupy VII układu okresowego Mendelejewa, liczba atomowa 17, masa atomowa 35,453; należy do rodziny halogeny. W normalnych warunkach (0°C, 0,1 MN/m2 lub 1 kgf/cm 2) żółto-zielony gaz o ostrym drażniącym zapachu. Naturalny H. składa się z dwóch stabilnych izotopów: 35 cl (75,77%) i 37 cl (24,23%). Izotopy promieniotwórcze o liczbach masowych 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 i okresach półtrwania ( t1/2) odpowiednio 0,31; 2.5; 1,56 sek; 3 , jeden ? 10 5 lat; 37,3, 55,5 i 1,4 min. 36 cl i 38 cl są używane jako wskaźniki izotopowe.
Odniesienie do historii. H. uzyskany po raz pierwszy w 1774 r. K. Scheele oddziaływanie kwasu solnego z piroluzytem mno 2. Jednak dopiero w 1810 r. Davy ustalił, że chlor jest pierwiastkiem i nazwał go chlorem (z greckiego chloros - żółto-zielony). W 1813 J.L. wesoły Lussac zaproponował nazwę X dla tego elementu.
dystrybucja w przyrodzie. H. występuje w naturze wyłącznie w postaci związków. Średnia zawartość Ch. w skorupie ziemskiej (clarke) 1,7? 10 -2% wagowo, w kwaśnych skałach magmowych - granitach itp. 2.4? 10-2 , w podstawowym i ultrabasic 5 ? 10 -3 . Migracja wody odgrywa ważną rolę w historii chrześcijaństwa w skorupie ziemskiej. W postaci clion występuje w Oceanie Światowym (1,93%), podziemnych solankach i słonych jeziorach. Liczba własnych minerałów (głównie naturalne chlorki) 97, główny to halite naci . Znane są również duże złoża chlorków potasu i magnezu oraz chlorków mieszanych: Sylwina kcl, sylwinit(na, k) ci, karnalit kci? mgcl2? 6h2o, Kainita kci? mgco 4? 3h 2 o, biszofit mgci 2 ? 6h2o. W historii Ziemi ogromne znaczenie miało dostarczanie hcl zawartego w gazach wulkanicznych do górnych partii Ziemi. skorupa Ziemska.
Fizyczne i chemiczne właściwości. H. ma t kip -34,05°С, t nl - 101°C. Gęstość gazu w normalnych warunkach 3,214 g/l; para nasycona o temperaturze 0°С 12,21 g/l; ciecz H. w temperaturze wrzenia 1,557 g/cm 3 ; stałe zimno w - 102 ° C 1,9 g/cm 3 . Prężność pary nasyconej Ch. w 0 ° C 0,369; w 25°C 0,772; przy 100°c 3,814 MN/m2 lub odpowiednio 3,69; 7,72; 38,14 kgf/cm 2 . Ciepło topnienia 90,3 kJ/kg (21,5 cal/g); ciepło parowania 288 kJ/kg (68,8 cal/g); pojemność cieplna gazu przy stałym ciśnieniu 0,48 kJ/(kg? Do) . Stałe krytyczne H.: temperatura 144°C, ciśnienie 7,72 Mn/m 2 (77,2 kgf/cm 2) , gęstość 573 g/l, objętość właściwa 1.745? 10-3 l/g. Rozpuszczalność (w g/l) X. przy ciśnieniu cząstkowym 0,1 Mn/m 2 , lub 1 kgf/cm 2 , w wodzie 14,8 (0°C), 5,8 (30°C), 2,8 (70°C); w roztworze 300 g/l naci 1,42 (30°C), 0,64 (70°C). Poniżej 9,6°C w roztworach wodnych tworzą się hydraty chloru Skład zmienny cl ? n h2o (gdzie n = 6 × 8); są to żółte kryształy układu sześciennego, które przy wzroście temperatury rozkładają się na chlor i wodę. Chlor dobrze rozpuszcza się w tcl 4, sic14, sncl 4 i niektórych rozpuszczalnikach organicznych (zwłaszcza w heksanie c 6 h 14 i czterochlorku węgla ccl 4). Cząsteczka X. jest dwuatomowa (cl 2). Stopień dysocjacji termicznej cl 2 + 243 kJ u 2cl przy 1000 K to 2,07? 10 -40%, przy 2500 K 0,909%. Zewnętrzna konfiguracja elektroniczna atomu cl 3 s 2 3 p 5 . Zgodnie z tym H. w związkach wykazuje stany utlenienia -1, +1, +3, +4, +5, +6 i +7. Promień kowalencyjny atomu wynosi 0,99 å, promień jonowy cl wynosi 1,82 å, powinowactwo atomu X do elektronu wynosi 3,65 ev, energia jonizacji 12,97 Ewa.
Chemicznie chlor jest bardzo aktywny; łączy się bezpośrednio z prawie wszystkimi metalami (niektóre tylko w obecności wilgoci lub po podgrzaniu) oraz z niemetalami (z wyjątkiem węgla, azotu, tlenu i gazów obojętnych), tworząc odpowiednią chlorki, reaguje z wieloma związkami, zastępuje wodór w węglowodorach nasyconych i łączy związki nienasycone. H. wypiera brom i jod z ich związków z wodorem i metalami; jest wypierany ze związków chloru z tymi pierwiastkami przez fluor. Metale alkaliczne w obecności śladowych ilości wilgoci oddziałują z chlorem podczas zapłonu, większość metali reaguje z suchym chlorem dopiero po podgrzaniu. Stal, jak również niektóre metale, są stabilne w atmosferze suchego chloru w niskich temperaturach, dlatego są wykorzystywane do budowy urządzeń i magazynów do suchego chloru Fosfor zapala się w atmosferze chloru tworząc pcl 3 , a po dalszym chlorowaniu , szt. 5 ; siarka z H. po podgrzaniu daje s 2 cl 2, scl 2 itd. s n cl m. Arsen, antymon, bizmut, stront i tellur reagują energicznie z chlorem.Mieszanka chloru i wodoru pali się bezbarwnym lub żółto-zielonym płomieniem, tworząc chlorek wodoru(to reakcja łańcuchowa)
Maksymalna temperatura płomienia chlorowodorowego wynosi 2200°C. Mieszaniny chloru z wodorem zawierające od 5,8 do 88,5% h 2 są wybuchowe.
Z tlenem X. tworzy tlenki: cl 2 o, clo 2, cl 2 o 6, cl 2 o 7, cl 2 o 8 , a także podchloryny (sole kwas podchlorawy) , chloryny, chlorany i nadchlorany. Wszystkie związki tlenowe chloru tworzą mieszaniny wybuchowe z łatwo utleniającymi się substancjami. Tlenki chloru nie są trwałe i mogą wybuchać samoistnie, podchloryny rozkładają się powoli podczas przechowywania, chlorany i nadchlorany mogą eksplodować pod wpływem inicjatorów.
H. hydrolizuje w wodzie tworząc kwasy podchlorawy i solny: cl 2 + h 2 o u hclo + hcl. Podczas chlorowania wodnych roztworów zasad na zimno powstają podchloryny i chlorki: 2naoh + cl 2 \u003d nacio + naci + h 2 o, a po podgrzaniu - chlorany. Chlorowanie suchego wodorotlenku wapnia wybielacz.
Gdy amoniak reaguje z chlorem, powstaje trójchlorek azotu. . Podczas chlorowania związków organicznych chlor albo zastępuje wodór: r-h + ci 2 = rcl + hci, albo dodaje się poprzez wiązania wielokrotne, tworząc różne związki organiczne zawierające chlor .
H. tworzy z innymi halogenami związki międzyhalogenowe. Fluorki clf, clf 3 , clf 5 są bardzo reaktywne; na przykład w atmosferze clp 3 wełna szklana ulega samozapłonowi. Znane są związki chloru z tlenem i fluorem - tlenofluorki X.: clo 3 f, clo 2 f 3, clof, clof 3 i nadchloran fluoru fclo 4.
Paragon fiskalny. Chlor zaczął być produkowany komercyjnie w 1785 roku przez oddziaływanie kwasu chlorowodorowego z dwutlenkiem manganu lub piroluzytem. W 1867 r. angielski chemik H. Deacon opracował metodę wytwarzania chloru poprzez utlenianie hcl tlenem atmosferycznym w obecności katalizatora. Od końca XIX - początku XX wieku. Chlor otrzymuje się przez elektrolizę wodnych roztworów chlorków metali alkalicznych. Tymi metodami w latach 70-tych. XX wiek 90-95% H. jest produkowane na świecie. Niewielkie ilości chloru otrzymuje się przypadkowo przy produkcji magnezu, wapnia, sodu i litu w wyniku elektrolizy stopionych chlorków. W 1975 roku światowa produkcja chloru wyniosła około 25 milionów ton. t. Stosowane są dwie główne metody elektrolizy wodnych roztworów naci: 1) w elektrolizerach ze stałą katodą i porowatą membraną filtracyjną; 2) w elektrolizerach z katodą rtęciową. Według obu metod na anodzie grafitowej lub tlenkowo-tytanowo-rutenowej uwalniany jest gazowy X. Zgodnie z pierwszą metodą na katodzie uwalniany jest wodór i powstaje roztwór naoh i nacl, z którego następnie izolowana jest handlowa soda kaustyczna. przetwarzanie. Zgodnie z drugą metodą na katodzie powstaje amalgamat sodu, gdy rozkłada się go czystą wodą w oddzielnym aparacie, otrzymuje się roztwór naoh, wodór i czystą rtęć, który ponownie trafia do produkcji. Obie metody dają 1 t X. 1,125 t niee.
Elektroliza membranowa wymaga mniejszych nakładów kapitałowych na organizację produkcji chemicznej i produkuje tańszy naoh. Metoda katody rtęciowej wytwarza bardzo czysty naoh, ale utrata rtęci zanieczyszcza środowisko. W 1970 roku 62,2% światowej produkcji chemicznej zostało wyprodukowane metodą katodową rtęciową, 33,6% metodą katodową ze stałą katodą, a 4,2% innymi metodami. Po 1970 r. zaczęto stosować elektrolizę ze stałą katodą z membraną jonowymienną, umożliwiając otrzymanie czystego naoh bez użycia rtęci.
Aplikacja. Jeden z ważne branże przemysł chemiczny to przemysł chlorowy. Główne ilości chloru przetwarzane są w miejscu jego produkcji na związki zawierające chlor. Przechowuj i transportuj H. w postaci płynnej w butlach, beczkach, koleją. zbiorników lub w specjalnie wyposażonych statkach. W krajach uprzemysłowionych typowe jest następujące przybliżone zużycie chloru: do produkcji związków organicznych zawierających chlor - 60-75%; związki nieorganiczne zawierające Ch. - 10-20%; do bielenia miazgi i tkanin - 5-15%; na potrzeby sanitarne i chlorowanie wody - 2-6% całkowitej produkcji.
Chlor jest również używany do chlorowania niektórych rud w celu ekstrakcji tytanu, niobu, cyrkonu i innych.
L.M. Jakimenko.
H. w ciele. H. jest jednym z pierwiastki biogenne, stały składnik tkanek roślinnych i zwierzęcych. Zawartość Ch. w roślinach (wiele Ch. in halofity) - od tysięcznych procenta do pełnego procenta, u zwierząt - dziesiąte i setne procenta. Dzienne zapotrzebowanie osoby dorosłej na H. (2-4 G) jest objęty żywnością. Z pokarmem H. zwykle występuje w nadmiarze w postaci chlorku sodu i chlorku potasu. Szczególnie bogaty jest chleb, mięso i produkty mleczne. Chlor w organizmie zwierząt jest głównym czynnikiem osmotycznym substancja aktywna osocze krwi, limfa, płyn mózgowo-rdzeniowy i niektóre tkanki. Odgrywa rolę w wymiana wodno-solna, pomagając tkankom zatrzymać wodę. Regulacja równowagi kwasowo-zasadowej w tkankach odbywa się wraz z innymi procesami poprzez zmianę rozkładu cholesterolu między krwią a innymi tkankami. X. bierze udział w metabolizmie energetycznym roślin, aktywując obie fosforylacja oksydacyjna, i fotofosforylacja. Ch. pozytywnie wpływa na przyswajanie tlenu przez korzenie. Ch. jest niezbędny do tworzenia tlenu w procesie izolowanej fotosyntezy chloroplasty. Ch. nie wchodzi w skład większości pożywek do sztucznej uprawy roślin. Możliwe, że do rozwoju roślin wystarczają bardzo niskie stężenia Ch.
M. Ja Szkolnik.
Zatrucie X . możliwe w przemyśle chemicznym, celulozowo-papierniczym, tekstylnym, farmaceutycznym itp. H. podrażnia błony śluzowe oczu i dróg oddechowych. Infekcja wtórna zwykle łączy się z pierwotnymi zmianami zapalnymi. Ostre zatrucie rozwija się niemal natychmiast. Przy wdychaniu średnich i niskich stężeń chloru obserwuje się ucisk i ból w klatce piersiowej, suchy kaszel, szybki oddech, ból oczu, łzawienie, wzrost zawartości leukocytów we krwi, wzrost temperatury ciała itp. możliwe odoskrzelowe zapalenie płuc, toksyczny obrzęk płuc, stany depresyjne, konwulsje. W łagodnych przypadkach powrót do zdrowia następuje w 3-7 dzień Jako długoterminowe konsekwencje obserwuje się nieżyty górnych dróg oddechowych, nawracające zapalenie oskrzeli, pneumosklerozę itp.; możliwa aktywacja gruźlicy płuc. Przy długotrwałym wdychaniu małych stężeń Ch. obserwuje się podobne, ale powoli rozwijające się formy choroby. Zapobieganie zatruciom: uszczelnienie urządzeń produkcyjnych, skuteczna wentylacja, w razie potrzeby zastosowanie maski gazowej. Maksymalne dopuszczalne stężenie H. w powietrzu pomieszczeń przemysłowych 1 mg/m² 3 . Produkcja wybielaczy, wybielaczy i innych związków zawierających chlor jest klasyfikowana jako przemysł o szkodliwych warunkach pracy, gdzie według Sov. Ustawodawstwo ogranicza zatrudnienie kobiet i nieletnich.
A. A. Kasparow.
Oświetlony.: Yakimenko L.M., Produkcja chloru, sody kaustycznej i nieorganicznych produktów chlorowych, M., 1974; Nekrasov B.V., Fundamentals of General Chemistry, 3. ed., [t.] 1, M., 1973; Substancje szkodliwe w przemyśle, wyd. N. V. Lazareva, wyd. 6, t. 2, L., 1971; kompleksowa chemia nieorganiczna, wyd. j. c. Bailar, w. 1-5, wł. - , 1973.
pobierz streszczenie
Chlor po raz pierwszy otrzymał w 1772 r. Scheele, który w swoim traktacie o piroluzycie opisał jego uwalnianie podczas oddziaływania piroluzytu z kwasem solnym: 4HCl + MnO 2 = Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
Scheele zwrócił uwagę na zapach chloru, podobny do zapachu wody królewskiej, jego zdolność do interakcji ze złotem i cynobrem, a także właściwości wybielające. Scheele, zgodnie z dominującą wówczas w chemii teorią flogistonu, sugerował jednak, że chlor jest kwasem solnym dephlogisticated, czyli tlenkiem kwasu solnego.
Berthollet i Lavoisier zasugerowali, że chlor jest tlenkiem pierwiastka murium, ale próby wyizolowania go nie powiodły się aż do pracy Davy'ego, któremu udało się rozłożyć sól kuchenną na sód i chlor za pomocą elektrolizy.
Nazwa pierwiastka pochodzi z greki clwroz- "Zielony".
Będąc na łonie natury, zdobywając:
Chlor naturalny jest mieszaniną dwóch izotopów 35 Cl i 37 Cl. Chlor jest najbardziej rozpowszechnionym halogenem w skorupie ziemskiej. Ponieważ chlor jest bardzo aktywny, w przyrodzie występuje tylko w postaci związków w składzie minerałów: halit NaCl, sylwin KCl, sylwinit KCl NaCl, bischofit MgCl 2 6H 2 O, karnalit KCl MgCl 2 6H 2 O, kainit KCl MgSO 4 3H 2 O. Największe rezerwy chloru zawarte są w solach wód mórz i oceanów.
Na skalę przemysłową chlor jest wytwarzany wraz z wodorotlenkiem sodu i wodorem na drodze elektrolizy roztworu sól kuchenna:
2NaCl + 2H 2 O => H 2 + Cl 2 + 2NaOH
Do odzyskiwania chloru z chlorowodoru, który jest produktem ubocznym przemysłowego chlorowania związków organicznych, stosuje się proces Deacona (katalityczne utlenianie chlorowodoru tlenem atmosferycznym):
4HCl + O2 \u003d 2H2O + 2Cl2
Laboratoria zwykle stosują procesy oparte na utlenianiu chlorowodoru silnymi środkami utleniającymi (na przykład tlenek manganu (IV), nadmanganian potasu, dichromian potasu):
2KMnO4 + 16HCl \u003d 5Cl2 + 2MnCl2 + 2KCl + 8H2O
K 2 Cr 2 O 7 + 14HCl = 3Cl2 + 2CrCl3 + 2KCl + 7H2O
Właściwości fizyczne:
W normalnych warunkach chlor jest żółto-zielonym gazem o duszącym zapachu. Chlor jest wyraźnie rozpuszczalny w wodzie („woda chlorowa”). W temperaturze 20°C 2,3 objętości chloru rozpuszczają się w jednej objętości wody. Temperatura wrzenia = -34°C; temperatura topnienia = -101°C, gęstość (gaz, NO) = 3,214 g/l.
Właściwości chemiczne:
Chlor jest bardzo aktywny - łączy się bezpośrednio z prawie wszystkimi pierwiastkami układu okresowego, metalami i niemetalami (oprócz węgla, azotu, tlenu i gazów obojętnych). Chlor jest bardzo silnym utleniaczem, wypiera mniej aktywne niemetale (brom, jod) z ich związków z wodorem i metalami:
Cl2 + 2HBr = Br2 + 2HCl; Cl 2 + 2NaI \u003d I 2 + 2NaCl
Po rozpuszczeniu w wodzie lub zasadach, chlor ulega dysmutacji, tworząc kwasy podchlorawy (a po podgrzaniu nadchlorowy) i chlorowodorowy lub ich sole.
Cl2 + H2O HCIO + HC1;
Chlor oddziałuje z wieloma związkami organicznymi, wchodząc w reakcje substytucji lub addycji:
CH3 -CH3 + xCl2 => C2H 6-x Clx + xHCl
CH2 \u003d CH2 + Cl2 \u003d\u003e Cl-CH2-CH2-Cl
C6H6 + Cl2 => C6H6Cl + HCl
Chlor ma siedem stopni utlenienia: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7.
Najważniejsze połączenia:
Chlorowodór HCl- bezbarwny gaz, który dymi w powietrzu w wyniku tworzenia się kropelek mgły z parą wodną. Ma silny zapach i silnie drażni drogi oddechowe. Zawarty w wulkanicznych gazach i wodach, w soku żołądkowym. Właściwości chemiczne zależy od tego, w jakim stanie się znajduje (może być w stanie gazowym, ciekłym lub w roztworze). Nazywa się roztwór HCl kwas solny (chlorowodorowy). Jest silnym kwasem, wypierając słabsze kwasy z ich soli. Sole - chlorki- stałe substancje krystaliczne o wysokiej temperaturze topnienia.
chlorki kowalencyjne- związki chloru z niemetalami, gazami, cieczami lub topliwymi ciałami stałymi o charakterystycznych właściwościach kwasowych, z reguły łatwo hydrolizowane wodą do kwasu solnego:
PCl5 + 4H20 = H3PO4 + 5HCl;
Tlenek chloru(I) Cl 2 O., brązowo-żółty gaz o ostrym zapachu. Wpływa na narządy oddechowe. Łatwo rozpuszczalny w wodzie, tworząc kwas podchlorawy.
Kwas podchlorawy HClO. Istnieje tylko w rozwiązaniach. Jest słabym i niestabilnym kwasem. Łatwo rozkłada się na kwas solny i tlen. Silny utleniacz. Powstaje po rozpuszczeniu chloru w wodzie. Sole - podchloryny, niestabilny (NaClO*H 2 O rozkłada się z wybuchem w 70 °C), silne utleniacze. Szeroko stosowany do wybielania i dezynfekcji proszek wybielający, sól mieszana Ca(Cl)OCl
Kwas chlorowy HClO 2, w postaci wolnej jest nietrwały, nawet w rozcieńczonym roztworze wodnym szybko się rozkłada. Kwas średniej mocy, sole - chloryny są na ogół bezbarwne i dobrze rozpuszczalne w wodzie. W przeciwieństwie do podchlorynów chloryny wykazują wyraźne właściwości utleniające tylko w środowisku kwaśnym. Największe zastosowanie (do bielenia tkanin i masy papierniczej) ma chloryn sodu NaClO 2 .
Tlenek chloru(IV) ClO 2, - zielonkawo-żółty gaz o nieprzyjemnym (ostrym) zapachu, ...
Kwas chlorowy, HClO 3 - w postaci wolnej jest nietrwały: nieproporcjonalny do ClO 2 i HClO 4 . Sole - chlorany; z nich najważniejsze są chlorany sodu, potasu, wapnia i magnezu. Są to silne utleniacze, wybuchowe po zmieszaniu ze środkami redukującymi. Chloran potasu ( Sól Berthollet) - KClO 3 , został użyty do produkcji tlenu w laboratorium, ale ze względu na duże niebezpieczeństwo nie był już używany. Roztwory chloranu potasu zostały użyte jako słaby środek antyseptyczny, zewnętrzny produkt leczniczy do płukania gardła.
Kwas nadchlorowy HClO 4, w roztworach wodnych kwas nadchlorowy jest najbardziej stabilnym ze wszystkich kwasów chlorowych zawierających tlen. Bezwodny kwas nadchlorowy, który otrzymuje się ze stężonego kwasu siarkowego z 72% HClO 4 jest mało stabilny. Jest najsilniejszym kwasem jednozasadowym (w roztworze wodnym). Sole - nadchlorany, są stosowane jako utleniacze (silniki rakietowe na paliwo stałe).
Aplikacja:
Chlor znajduje zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu, nauce i potrzebach domowych:
- W produkcji polichlorku winylu, mieszanek tworzyw sztucznych, kauczuku syntetycznego;
- Do wybielania tkanin i papieru;
- Produkcja insektycydów chloroorganicznych - substancji, które zabijają owady szkodliwe dla upraw, ale są bezpieczne dla roślin;
- Do dezynfekcji wody - "chlorowanie";
- Zarejestrowany w przemyśle spożywczym jako dodatek do żywności E925;
- W chemicznej produkcji kwasu solnego, wybielacza, soli bertoletowej, chlorków metali, trucizn, leków, nawozów;
- W metalurgii do produkcji czystych metali: tytanu, cyny, tantalu, niobu.
Rola biologiczna i toksyczność:
Chlor jest jednym z najważniejszych pierwiastków biogennych i wchodzi w skład wszystkich żywych organizmów. U zwierząt i ludzi jony chlorkowe biorą udział w utrzymaniu równowagi osmotycznej, jon chlorkowy ma optymalny promień przenikania przez błonę komórkową. Jony chloru są niezbędne dla roślin, uczestniczą w metabolizmie energetycznym roślin, aktywując fosforylację oksydacyjną.
Chlor w postaci prostej substancji jest trujący, jeśli dostanie się do płuc, powoduje oparzenie tkanki płucnej, uduszenie. Działa drażniąco na drogi oddechowe przy stężeniu w powietrzu około 0,006 mg/l (czyli dwukrotność progu zapachu chloru). Chlor był jednym z pierwszych chemicznych środków bojowych użytych przez Niemcy podczas I wojny światowej.
Korotkova Yu., Shvetsova I.
KhF Tiumeń State University, 571 grup.
Źródła: Wikipedia: http://ru.wikipedia.org/wiki/Cl i inne,
Strona internetowa RCTU D.I. Mendelejew:
W 1774 r. szwedzki chemik Carl Scheele po raz pierwszy uzyskał chlor, ale uważano, że nie oddzielny element, ale rodzaj kwasu solnego (kaloryzatora). Chlor elementarny otrzymano w początek XIX wieku G. Davy, który rozłożył sól kuchenną na chlor i sód przez elektrolizę.
Chlor (z greckiego χλωρός - zielony) jest pierwiastkiem X VII grupa układ okresowy pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew ma liczbę atomową 17 i masę atomową 35,452. Przyjęta nazwa Cl (z łac. chloru).
Będąc na łonie natury
Chlor jest najpowszechniejszym halogenem w skorupie ziemskiej, najczęściej w postaci dwóch izotopów. Ze względu na swoje działanie chemiczne występuje tylko w postaci związków wielu minerałów.
Chlor jest trującym żółto-zielonym gazem o ostrym zapachu i słodkawym smaku. Był to chlor, który po jego odkryciu zaproponowano nazwać fluorowiec, zaliczany jest do grupy o tej samej nazwie jako jeden z najbardziej aktywnych chemicznie niemetali.
Dzienne zapotrzebowanie na chlor
Normalnie zdrowa osoba dorosła powinna otrzymywać 4-6 g chloru dziennie, potrzeba tego wzrasta wraz z aktywnym wysiłkiem fizycznym lub upałami (przy zwiększonej potliwości). Zwykle organizm otrzymuje dzienną normę z pożywienia ze zbilansowaną dietą.
Głównym dostawcą chloru do organizmu jest sól kuchenna – zwłaszcza jeśli nie jest poddawana obróbce cieplnej, dlatego lepiej posolić już przygotowane potrawy. Zawierają również chlor, owoce morza, mięso i, i,.
Interakcja z innymi
Równowagę kwasowo-zasadową i wodną organizmu reguluje chlor.
Oznaki braku chloru
Brak chloru jest spowodowany procesami prowadzącymi do odwodnienia organizmu - silnym poceniem się w upale lub podczas wysiłku fizycznego, wymiotami, biegunką i niektórymi chorobami układu moczowego. Oznaki braku chloru to letarg i senność, osłabienie mięśni, wyraźna suchość w ustach, utrata smaku, brak apetytu.
Oznaki nadmiaru chloru
Oznaki nadmiaru chloru w organizmie to: podwyższone ciśnienie krwi, suchy kaszel, ból głowy i klatki piersiowej, ból oczu, łzawienie, zaburzenia aktywności przewód pokarmowy. Z reguły nadmiar chloru może być spowodowany piciem zwykłej wody z kranu, która przechodzi proces dezynfekcji chlorem i występuje u pracowników w branżach bezpośrednio związanych ze stosowaniem chloru.
Chlor w ludzkim ciele:
- reguluje równowagę wodno-kwasową,
- usuwa płyny i sole z organizmu w procesie osmoregulacji,
- stymuluje prawidłowe trawienie,
- normalizuje stan erytrocytów,
- oczyszcza wątrobę z tłuszczu.
Głównym zastosowaniem chloru jest przemysł chemiczny, gdzie produkuje się z niego polichlorek winylu, tworzywa piankowe, materiały opakowaniowe, a także bojowe środki chemiczne i nawozy dla roślin. Dezynfekcja wody pitnej chlorem jest praktycznie jedyna niedrogi sposób oczyszczanie wody.
DEFINICJA
Chlor- pierwiastek chemiczny grupy VII III okresu układu okresowego pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew. Niemetalowe.
Odnosi się do elementów - p -rodzina. Fluorowiec. Numer seryjny to 17. Struktura zewnętrznego niwelatora elektronicznego to 3s 2 3 p 5. Względna masa atomowa - 35,5 a.m.u. Cząsteczka chloru jest dwuatomowa - Cl 2.
Właściwości chemiczne chloru
Chlor reaguje z prostymi metalami:
Cl2 + 2Sb = 2SbCl3 (t);
Cl 2 + 2Fe \u003d 2FeCl 3;
Cl2 + 2Na = 2NaCl.
Chlor oddziałuje z prostymi substancjami niemetalicznymi. Tak więc podczas interakcji z fosforem i siarką powstają odpowiednie chlorki, z fluorem - fluorkami, wodorem - chlorowodorem, tlenem - tlenkami itp.:
5CI2 + 2P = 2HCl5;
Cl 2 + 2S \u003d SCl 2;
Cl2 + H2 \u003d 2HCl;
Cl2 + F2 \u003d 2ClF.
Chlor jest w stanie wyprzeć brom i jod z ich związków z wodorem i metalami:
Cl2 + 2HBr = Br2 + 2HCl;
Cl 2 + 2NaI \u003d I 2 + 2NaCl.
Chlor jest w stanie rozpuszczać się w wodzie i alkaliach, natomiast zachodzą reakcje dysproporcjonowania chloru, a skład produktów reakcji zależy od warunków jego realizacji:
Cl2 + H2O HCI + HCIO;
Cl2 + 2NaOH \u003d NaCl + NaClO + H2O;
3Cl2 + 6NaOH \u003d 5NaCl + NaClO3 + 3H2O.
Chlor oddziałuje z tlenkiem nie tworzącym soli - CO, tworząc substancję o trywialnej nazwie - fosgen, z amoniakiem tworząc trójchlorek amonu:
Cl 2 + CO \u003d COCl 2;
3 Cl 2 + 4NH 3 \u003d NCl 3 + 3NH 4 Cl.
W reakcjach chlor wykazuje właściwości środka utleniającego:
Cl 2 + H 2 S \u003d 2HCl + S.
Chlor wchodzi w reakcje interakcji z substancjami organicznymi z klasy alkanów, alkenów i arenów:
CH3-CH3 + Cl2 = CH3-CH2-Cl + HCl (warunek - promieniowanie UV);
CH2 \u003d CH2 + Cl2 \u003d CH2 (Cl) -CH2-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 (warunek - promieniowanie UV).
Właściwości fizyczne chloru
Chlor jest żółto-zielonym gazem. Stabilny termicznie. Gdy schłodzona woda zostanie nasycona chlorem, powstaje stały klarat. Dobrze rozpuszcza się w wodzie, w dużym stopniu ulega dysmutacji ("woda chlorowana"). Rozpuszcza się w czterochlorku węgla, ciekłym SiCl4 i TiCl4. Jest słabo rozpuszczalny w nasyconym roztworze chlorku sodu. Nie reaguje z tlenem. Silny utleniacz. Temperatura wrzenia - -34.1C, temperatura topnienia - -101,03C.
Uzyskiwanie chloru
Wcześniej chlor pozyskiwano metodą Scheele (reakcja tlenku manganu (VI) z kwasem solnym) lub metodą Deacona (reakcja oddziaływania chlorowodoru z tlenem):
MnO2 + 4HCl \u003d MnCl2 + Cl2 + 2H2O;
4HCl + O2 \u003d 2H2O + 2Cl2.
W naszych czasach do otrzymywania chloru stosuje się następujące reakcje:
NaOCl + 2HCl = NaCI + Cl2 + H20;
2KMnO4 + 16HCl = 2KCl + 2MnCl2 +5Cl2 + 8H2O;
2NaCl + 2H2O \u003d 2NaOH + Cl2 + H2 (warunek - elektroliza).
Zastosowanie chloru
Chlor znalazł szerokie zastosowanie w różnych gałęziach przemysłu, ponieważ jest używany do produkcji materiałów polimerowych (polichlorek winylu), wybielaczy, insektycydów chloroorganicznych (heksachloran), bojowych środków chemicznych (fosgen), do dezynfekcji wody, w przemyśle spożywczym, w hutnictwie itp.
Przykłady rozwiązywania problemów
PRZYKŁAD 1
PRZYKŁAD 2
| Ćwiczenie | Jaka objętość, masa i ilość substancji chloru zostanie uwolniona (n.o.) podczas oddziaływania 17,4 g tlenku manganu(IV) z kwasem solnym pobranego w nadmiarze? |
| Rozwiązanie | Napiszmy równanie reakcji na oddziaływanie tlenku manganu (IV) z kwasem solnym: 4HCl + MnO2 \u003d MnCl2 + Cl2 + 2H2O. Masy molowe tlenku manganu (IV) i chloru, obliczone na podstawie tabeli pierwiastków chemicznych D.I. Mendelejew - odpowiednio 87 i 71 g/mol. Oblicz ilość substancji tlenku manganu (IV): n(MnO2) = m(MnO2)/M(MnO2); n (MnO 2) \u003d 17,4/87 \u003d 0,2 mol. Zgodnie z równaniem reakcji n (MnO 2): n (Cl 2) \u003d 1:1, a zatem n (Cl 2) \u003d n (MnO 2) \u003d 0,2 mol. Wtedy masa i objętość chloru będą równe: m(Cl 2) \u003d 0,2 × 71 \u003d 14,2 g; V (Cl 2) \u003d n (Cl 2) × V m \u003d 0,2 × 22,4 \u003d 4,48 l. |
| Odpowiadać | Ilość substancji chloru wynosi 0,2 mola, masa 14,2 g, objętość 4,48 l. |
Ministerstwo Edukacji i Nauki FEDERACJI ROSYJSKIEJ
Federalna PAŃSTWOWA INSTYTUCJA EDUKACYJNA WYŻSZEGO KSZTAŁCENIA ZAWODOWEGO
PAŃSTWOWY UNIWERSYTET CHEMICZNO-TECHNOLOGICZNY W IWANOWsku
Zakład TP i MET
abstrakcyjny
Chlor: właściwości, zastosowanie, produkcja
Kierownik: Efremov A.M.
Iwanowo 2015
Wstęp
Informacje ogólne na chlor
Zastosowanie chloru
Chemiczne metody wytwarzania chloru
Elektroliza. Pojęcie i istota procesu
Przemysłowa produkcja chloru
Bezpieczeństwo w produkcji chloru i ochrona środowiska
Wniosek
Wstęp
elektroliza pierwiastka chemicznego chloru
Ze względu na skalę stosowania chloru w różnych dziedzinach nauki, przemyśle, medycynie i życiu codziennym, zapotrzebowanie na niego w ostatnim czasie dramatycznie wzrosło. Istnieje wiele metod otrzymywania chloru metodami laboratoryjnymi i przemysłowymi, ale wszystkie mają więcej wad niż zalet. Produkcja chloru np. z kwasu solnego, który jest produktem ubocznym i odpadem wielu gałęzi przemysłu chemicznego i innych, czy soli kuchennej wydobywanej w złożach soli, jest procesem dość energochłonnym, szkodliwym dla środowiska i bardzo niebezpiecznym dla życia i zdrowie.
Obecnie bardzo pilny jest problem opracowania technologii wytwarzania chloru, która eliminowałaby wszystkie powyższe wady, a także miałaby wysoką wydajność chloru.
.Ogólne informacje o chlorze
Chlor został po raz pierwszy otrzymany w 1774 roku przez K. Scheele przez oddziaływanie kwasu solnego z piroluzytem MnO2. Jednak dopiero w 1810 r. G. Davy ustalił, że chlor jest pierwiastkiem i nazwał go chlorem (od greckiego chloros - żółto-zielony). W 1813 roku J.L. Gay-Lussac zaproponował dla tego pierwiastka nazwę „Chlor”.
Chlor jest elementem VII grupy układu okresowego pierwiastków D. I. Mendelejewa. Masa cząsteczkowa 70,906, masa atomowa 35,453, liczba atomowa 17, należy do rodziny halogenów. W normalnych warunkach wolny chlor, składający się z cząsteczek dwuatomowych, jest zielonkawo-żółtym niepalnym gazem o charakterystycznym ostrym i drażniącym zapachu. Jest trujący i powoduje uduszenie. Sprężony gazowy chlor pod ciśnieniem atmosferycznym zamienia się w bursztynową ciecz w temperaturze -34,05 ° C, krzepnie w temperaturze -101,6 ° C i pod ciśnieniem 1 atm. Zazwyczaj chlor jest mieszaniną 75,53% 35Cl i 24,47% 37Cl. W normalnych warunkach gęstość chloru gazowego wynosi 3,214 kg/m3, czyli jest około 2,5 razy cięższa niż powietrze.
Chemicznie chlor jest bardzo aktywny, łączy się bezpośrednio z prawie wszystkimi metalami (niektóre tylko w obecności wilgoci lub po podgrzaniu) oraz z niemetalami (z wyjątkiem węgla, azotu, tlenu, gazów obojętnych), tworząc odpowiednie chlorki, z wieloma związkami, zastępuje wodór w węglowodorach nasyconych i łączy związki nienasycone. Wynika to z szerokiej gamy jego zastosowań. Chlor wypiera brom i jod z ich związków z wodorem i metalami. Metale alkaliczne w obecności śladów wilgoci oddziałują z chlorem podczas zapłonu, większość metali reaguje z suchym chlorem tylko po podgrzaniu. Stal, podobnie jak niektóre metale, jest odporna na działanie chloru suchego w niskich temperaturach, dlatego wykorzystuje się je do produkcji urządzeń i przechowywania chloru suchego. Fosfor zapala się w atmosferze chloru tworząc РCl3, a przy dalszym chlorowaniu - РCl5. Siarka z chlorem po podgrzaniu daje S2Cl2, SCl2 i inne SnClm. Arsen, antymon, bizmut, stront, tellur silnie oddziałują z chlorem. Mieszanina chloru i wodoru spala się bezbarwnym lub żółto-zielonym płomieniem, tworząc chlorowodór (jest to reakcja łańcuchowa). Maksymalna temperatura płomienia chlorowodorowego wynosi 2200°C. Mieszaniny chloru z wodorem zawierające od 5,8 do 88,5% H2 są wybuchowe i mogą wybuchnąć w wyniku działania światła, iskry elektrycznej, ogrzewania, w obecności pewnych substancji, takich jak tlenki żelaza.
Z tlenem chlor tworzy tlenki: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, a także podchloryny (sole kwasu podchlorawego), chloryny, chlorany i nadchlorany. Wszystkie związki tlenowe chloru tworzą mieszaniny wybuchowe z łatwo utleniającymi się substancjami. Tlenki chloru są niestabilne i mogą wybuchać samoistnie, podchloryny rozkładają się powoli podczas przechowywania, chlorany i nadchlorany mogą eksplodować pod wpływem inicjatorów. Chlor w wodzie ulega hydrolizie, tworząc kwasy podchlorawy i chlorowodorowy: Cl2 + H2O? HClO + HCl. Powstały żółtawy roztwór jest często określany jako woda chlorowana. Podczas chlorowania wodnych roztworów zasad na zimno powstają podchloryny i chlorki: 2NaOH + Cl2 \u003d NaClO + NaCl + H2O, a po podgrzaniu - chlorany. Przez chlorowanie suchego wodorotlenku wapnia otrzymuje się wybielacz. Gdy amoniak reaguje z chlorem, powstaje trójchlorek azotu. Podczas chlorowania związków organicznych chlor albo zastępuje wodór, albo dodaje się poprzez wielokrotne wiązania, tworząc różne związki zawierające chlor. związki organiczne. Chlor tworzy związki międzyhalogenowe z innymi halogenami. Fluorki chloru ClF, ClF3, ClF3 są bardzo reaktywne; na przykład w atmosferze ClF3 wata szklana ulega samozapłonowi. Znane są związki chloru z tlenem i fluorem - tlenofluorki chloru: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 oraz nadchloran fluoru FClO4.
Chlor występuje w naturze tylko w postaci związków. Jego średnia zawartość w skorupie ziemskiej wynosi 1,7-102% wagowych. Migracja wody odgrywa ważną rolę w historii chloru w skorupie ziemskiej. W postaci Clion występuje w Oceanie Światowym (1,93%), podziemnych solankach i słonych jeziorach. Liczba własnych minerałów (głównie chlorków naturalnych) wynosi 97, z których głównym jest halit NaCl (sól kamienna). Występują również duże złoża chlorków potasu i magnezu oraz chlorków mieszanych: sylwinu KCl, sylwinitu (Na,K)Cl, karnalitu KCl MgCl2 6H2O, kainitu KCl MgSO4 3H2O, biszofitu MgCl2 6H2O. W historii Ziemi ogromne znaczenie miało dostarczanie HCl zawartego w gazach wulkanicznych do górnych partii skorupy ziemskiej.
Standardy jakości chloru
Nazwa indeksu GOST 6718-93Wysoka klasaPierwsza klasaUdział objętościowy chloru, nie mniej niż %99,899.6Udział masowy wody,nie więcej,%0.010.04Udział masowy trichlorku azotu,nie więcej,%0.0020.004Udział masowy substancji nielotnych pozostałość, nie więcej,% 0,0150,10
Przechowywanie i transport chloru
Chlor wytwarzany różnymi metodami jest magazynowany w specjalnych „zbiornikach” lub pompowany do stalowych cylindrów cylindrycznych (pojemność 10-250 m3) i kulistych (pojemność 600-2000 m3) pod ciśnieniem własnych par 18 kgf/cm2. Maksymalna pojemność magazynowa to 150 ton. Butle z ciekłym chlorem pod ciśnieniem mają specjalny kolor - kolor ochronny. W przypadku obniżenia ciśnienia w butli z chlorem następuje gwałtowne uwolnienie gazu o stężeniu kilkakrotnie wyższym niż śmiertelne. Należy zauważyć, że podczas długotrwałego użytkowania butli z chlorem gromadzi się w nich niezwykle wybuchowy trójchlorek azotu, dlatego od czasu do czasu butle z chlorem należy regularnie przepłukiwać i czyścić z chlorku azotu. Chlor transportowany jest w pojemnikach, cysternach kolejowych, butlach, które są jego tymczasowym magazynem.
2.Zastosowanie chloru
Chlor jest zużywany przede wszystkim przez przemysł chemiczny do produkcji różnych organicznych pochodnych chloru wykorzystywanych do otrzymywania tworzyw sztucznych, kauczuków syntetycznych, włókien chemicznych, rozpuszczalników, insektycydów itp. Obecnie ponad 60% światowej produkcji chloru wykorzystywane jest do syntezy organicznej. Ponadto chlor jest wykorzystywany do produkcji kwasu solnego, wybielaczy, chloranów i innych produktów. Znaczne ilości chloru wykorzystywane są w hutnictwie do chlorowania w przeróbce rud polimetalicznych, ekstrakcji złota z rud, a także w przemyśle rafinacji ropy naftowej, m.in. rolnictwo, w medycynie i kanalizacji, do unieszkodliwiania wody pitnej i ścieków, w pirotechnice i wielu innych dziedzinach gospodarki narodowej. W wyniku rozwoju zastosowań chloru, głównie dzięki sukcesom syntezy organicznej, światowa produkcja chloru wynosi ponad 20 mln ton/rok.
Główne przykłady zastosowania i wykorzystania chloru w różnych gałęziach nauki, przemyśle i potrzebach domowych:
1.w produkcji polichlorku winylu, mieszanek tworzyw sztucznych, kauczuku syntetycznego, z których wykonuje się: izolacje przewodów, profile okienne, materiały opakowaniowe, odzież i obuwie, płyty z linoleum i gramofonów, lakiery, urządzenia i tworzywa piankowe, zabawki, części instrumentów, materiały budowlane. Polichlorek winylu jest wytwarzany przez polimeryzację chlorku winylu, który obecnie jest najczęściej wytwarzany z etylenu w procesie zrównoważonym chlorem przez pośredni 1,2-dichloroetan.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)jako środek wybielający (choć nie sam chlor „wybiela”, ale tlen atomowy, który powstaje podczas rozkładu kwasu podchlorawego zgodnie z reakcją: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)w produkcji insektycydów chloroorganicznych - substancji, które zabijają owady szkodliwe dla upraw, ale są bezpieczne dla roślin (aldryna, DDT, heksachloran). Jednym z najważniejszych insektycydów jest heksachlorocykloheksan (C6H6Cl6).
)stosowany jako bojowy środek chemiczny, a także do produkcji innych bojowych środków chemicznych: iperytu (C4H8Cl2S), fosgenu (CCl2O).
)do dezynfekcji wody - „chlorowanie”. Najpopularniejsza metoda dezynfekcji wody pitnej opiera się na zdolności wolnego chloru i jego związków do hamowania układów enzymatycznych mikroorganizmów katalizujących procesy redoks. Do dezynfekcji wody pitnej używa się chloru (Cl2), dwutlenku chloru (ClO2), chloraminy (NH2Cl) i wybielacza (Ca(Cl)OCl).
)zarejestrowany w przemyśle spożywczym jako dodatek do żywności E925.
)w chemicznej produkcji sody kaustycznej (NaOH) (stosowanej przy produkcji sztucznego jedwabiu, w przemyśle mydlanym), kwasu solnego (HCl), wybielacza, chlorku potasu (KClO3), chlorków metali, trucizn, leków, nawozów.
)w metalurgii do produkcji czystych metali: tytanu, cyny, tantalu, niobu.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (przy Т=850°С)
)jako wskaźnik neutrin słonecznych w detektorach chlorowo-argonowych (Pomysł „detektora chloru” do wykrywania neutrin słonecznych został zaproponowany przez słynnego radzieckiego fizyka akademika B. Pontecorvo i zrealizowany przez amerykańskiego fizyka R. Davisa i jego współpracowników. Po złapaniu jądra neutrinowego izotopu chloru o masie atomowej 37, zamienia się w jądro izotopu argonu-37, z utworzeniem jednego elektronu, który można zarejestrować.).
Wiele krajów rozwiniętych dąży do ograniczenia stosowania chloru w życiu codziennym, m.in. dlatego, że spalanie śmieci zawierających chlor wytwarza znaczne ilości dioksyn (globalne ekotoksyny o silnym działaniu mutagennym).
3. Chemiczne metody wytwarzania chloru
Wcześniej produkcja chloru metodami chemicznymi według metod Weldona i Deacona była szeroko rozpowszechniona. W tych procesach chlor był wytwarzany przez utlenianie chlorowodoru powstałego jako produkt uboczny przy wytwarzaniu siarczanu sodu z soli kuchennej w wyniku działania kwasu siarkowego.
przebieg reakcji metodą Weldona:
4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2
przebieg reakcji przy użyciu metody Deacona:
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
W procesie Deacona jako katalizator zastosowano chlorek miedzi, którego 50% roztwór (czasami z dodatkiem NaCl) impregnowano w porowaty nośnik ceramiczny. Optymalna temperatura reakcji na takim katalizatorze mieściła się zwykle w zakresie 430490°. Katalizator ten łatwo zatruwa się związkami arsenu, z którymi tworzy nieaktywny arsenian miedzi, a także dwutlenkiem i trójtlenkiem siarki. Obecność nawet niewielkich ilości oparów kwasu siarkowego w gazie powoduje gwałtowny spadek wydajności chloru w wyniku następujących po sobie reakcji:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4
С12 + Н2O => 1/2O2 + 2НCl
Tak więc kwas siarkowy jest katalizatorem, który promuje odwrotną konwersję Cl2 do HCl. Dlatego przed utlenianiem na katalizatorze miedziowym gaz chlorowodorowy musi być dokładnie oczyszczony z zanieczyszczeń, które zmniejszają wydajność chloru.
Instalacja Deacona składała się z podgrzewacza gazu, filtra gazu i aparatu kontaktowego w stalowej cylindrycznej obudowie, wewnątrz której znajdowały się dwa koncentrycznie ułożone ceramiczne cylindry z otworami; pierścieniowa przestrzeń między nimi wypełniona jest katalizatorem. Chlorowodór utleniono powietrzem, więc chlor został rozcieńczony. Do aparatu kontaktowego wprowadzono mieszaninę zawierającą 25% obj. HCl i 75% obj. powietrza (~16% O2), a gaz opuszczający aparat zawierał około 8% C12, 9% HCl, 8% para wodna i 75% powietrze . Taki gaz, po wypłukaniu z niego HCl i wysuszeniu kwasem siarkowym, był zwykle używany do otrzymywania wybielacza.
Przywrócenie procesu Deacona opiera się obecnie na utlenianiu chlorowodoru nie powietrzem, ale tlenem, co umożliwia otrzymanie stężonego chloru przy użyciu wysokoaktywnych katalizatorów. Otrzymaną mieszaninę chloro-tlen przemywa się z pozostałości HC1 kolejno 36% i 20% kwasem solnym i suszy kwasem siarkowym. Chlor jest następnie skraplany, a tlen jest zawracany do procesu. Oddzielenie chloru od tlenu odbywa się również poprzez pochłanianie chloru pod ciśnieniem 8 atm za pomocą chlorku siarki, który jest następnie regenerowany do uzyskania 100% chloru:
Cl2 + S2CI2
Stosowane są katalizatory niskotemperaturowe np. dwuchlorek miedzi aktywowany solami metali ziem rzadkich, co umożliwia prowadzenie procesu nawet w 100°C, a tym samym gwałtowne zwiększenie stopnia konwersji HCl do Cl2. Na katalizatorze z tlenku chromu spalanie HCl w tlenie prowadzi się w 340480°C. Opisano zastosowanie katalizatora z mieszaniny V2O5 z pirosiarczanami i aktywatorami metali alkalicznych na żelu krzemionkowym. Zbadano mechanizm i kinetykę tego procesu i optymalne warunki jego realizacja, w szczególności w złożu fluidalnym.
Utlenianie chlorowodoru tlenem prowadzi się również przy użyciu stopionej mieszaniny FeCl3 + KCl w dwóch etapach, prowadzonych w oddzielnych reaktorach. W pierwszym reaktorze chlorek żelazowy jest utleniany do chloru:
2FeCl3 + 1
W drugim reaktorze chlorek żelazowy jest regenerowany z tlenku żelaza za pomocą chlorowodoru:
O3 + 6HCl = 2FeCl3 + 3H20
Aby zmniejszyć prężność pary chlorku żelazowego, dodaje się chlorek potasu. Proponuje się również przeprowadzenie tego procesu w jednym aparacie, w którym masa kontaktowa składająca się z Fe2O3, KC1 i chlorku miedzi, kobaltu lub niklu osadzona na obojętnym nośniku przemieszcza się od góry do dołu aparatu. W górnej części aparatu przechodzi przez gorącą strefę chlorowania, gdzie Fe2Oz jest przekształcany w FeCl3, oddziałując z HCl, który jest w przepływie gazu od dołu do góry. Następnie masa kontaktowa schodzi do strefy chłodzenia, gdzie pod wpływem tlenu powstaje chlor elementarny, a FeCl3 przechodzi do Fe2O3. Utleniona masa kontaktowa wraca ponownie do strefy chlorowania.
Podobne pośrednie utlenianie HCl do Cl2 prowadzi się według schematu:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Proponuje się jednoczesne otrzymywanie chloru i Kwas Siarkowy, przepuszczając przez katalizator wanadowy w temperaturze 400-600°C gaz zawierający HCl, O2 i duży nadmiar SO2. Następnie z gazu kondensuje się H2SO4 i HSO3Cl, a SO3 jest absorbowany przez kwas siarkowy, chlor pozostaje w fazie gazowej. HSO3Cl ulega hydrolizie, a uwolniony HC1 jest zawracany do procesu.
Jeszcze wydajniejsze utlenianie prowadzą takie czynniki utleniające jak PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
Chlor można również otrzymać przez utlenianie chlorków. Na przykład, gdy NaCl i SO3 wchodzą w interakcję, zachodzą reakcje:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
Rozkład NaSO3Cl następuje w 275°C. Mieszaninę gazów SO2 i C12 można rozdzielić absorbując chlor SO2Cl2 lub CCl4 lub poddając ją rektyfikacji, w wyniku której powstaje mieszanina azeotropowa zawierająca 88 mol. % Cl2 i 12 mol. %SO2. Mieszanina azeotropowa może być dalej rozdzielona poprzez przekształcenie SO2 w SO2C12 i oddzielenie nadmiaru chloru oraz rozkład SO2Cl2 w temperaturze 200° na SO2 i Cl2, które są dodawane do mieszaniny wysyłanej do rektyfikacji.
Chlor można otrzymać poprzez utlenienie chlorku lub chlorowodoru kwasem azotowym, a także dwutlenkiem azotu:
ZHCl + HNO3 => Cl2 + NOCl + 2Н2O
Innym sposobem uzyskania chloru jest rozkład chlorku nitrozylu, który można osiągnąć poprzez jego utlenianie:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Również w celu uzyskania chloru proponuje się np. utlenienie NOCl 75% kwasem azotowym:
2NOCl + 4HNO3 = Cl2 + 6NO2 + 2Н2O
Mieszanina chloru i dwutlenku azotu jest rozdzielana poprzez przekształcenie NO2 w słaby kwas azotowy, który jest następnie używany do utleniania HCl w pierwszym etapie procesu do Cl2 i NOCl. Główną trudnością w realizacji tego procesu na skalę przemysłową jest eliminacja korozji. Jako materiały na sprzęt wykorzystuje się ceramikę, szkło, ołów, nikiel i tworzywa sztuczne. Według tej metody w USA w latach 1952-1953. zakład pracował z wydajnością 75 ton chloru na dobę.
Opracowano cykliczną metodę wytwarzania chloru przez utlenianie chlorowodoru kwasem azotowym bez tworzenia chlorku nitrozylu zgodnie z reakcją:
2НCl + 2HNO3 = Cl2 + 2NO2 + 2Н2O
Proces przebiega w fazie ciekłej w temperaturze 80°C, wydajność chloru sięga 100%, NO2 pozyskiwany jest w postaci ciekłej.
Następnie metody te zostały całkowicie zastąpione przez elektrochemiczne, ale obecnie metody chemiczne produkcja chloru zostaje wznowiona na nowej bazie technicznej. Wszystkie opierają się na bezpośrednim lub pośrednim utlenianiu HCl (lub chlorków), przy czym najczęściej stosowanym środkiem utleniającym jest tlen atmosferyczny.
Elektroliza. Pojęcie i istota procesu
Elektroliza to zestaw elektrochemicznych procesów redoks, które zachodzą na elektrodach podczas przepływu stałego prądu elektrycznego przez stop lub roztwór z zanurzonymi w nim elektrodami.
Ryż. 4.1. Procesy zachodzące podczas elektrolizy. Schemat kąpieli elektrolitycznej: 1 – kąpiel, 2 – elektrolit, 3 – anoda, 4 – katoda, 5 – zasilanie
Elektrody mogą być dowolnymi materiałami przewodzącymi prąd. Stosowane są głównie metale i stopy, z niemetali, na przykład pręty grafitowe (lub węglowe) mogą służyć jako elektrody. Rzadziej jako elektrodę stosuje się ciecze. Dodatnio naładowana elektroda jest anodą. Ujemnie naładowana elektroda jest katodą. Podczas elektrolizy anoda jest utleniana (rozpuszcza się), a katoda ulega redukcji. Dlatego anodę należy przyjąć w taki sposób, aby jej rozpuszczenie nie miało wpływu na proces chemiczny zachodzący w roztworze lub stopie. Taka anoda nazywana jest elektrodą obojętną. Jako anodę obojętną można wziąć grafit (węgiel) lub platynę. Jako katodę możesz wziąć metalową płytkę (nie rozpuści się). Odpowiednia miedź, mosiądz, węgiel (lub grafit), cynk, żelazo, aluminium, stal nierdzewna.
Przykłady elektrolizy stopów:
Przykłady elektrolizy roztworów soli:
(Aniony Cl2 są utleniane na anodzie, a nie tlen O2 w cząsteczkach wody, ponieważ elektroujemność chloru jest mniejsza niż tlenu, a zatem chlor wydziela elektrony łatwiej niż tlen)
Elektrolizę wody zawsze przeprowadza się w obecności obojętnego elektrolitu (w celu zwiększenia przewodności elektrycznej bardzo słabego elektrolitu - wody):
W zależności od elektrolitu obojętnego elektrolizę przeprowadza się w środowisku obojętnym, kwaśnym lub zasadowym. Przy wyborze elektrolitu obojętnego należy wziąć pod uwagę, że kationy metali, które są typowymi reduktorami (na przykład Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +) nigdy nie ulegają redukcji przy katoda w roztworze wodnym i tlen Og II anionów oksokwasów nigdy nie jest utleniana na anodzie pierwiastkiem na najwyższym stopniu utlenienia (np. ClO4', SO42', NO3', PO43', CO32', SiO44' , MnO4?), zamiast tego woda jest utleniana.
Elektroliza obejmuje dwa procesy: migrację reagujących cząstek pod działaniem pola elektrycznego na powierzchnię elektrody oraz przeniesienie ładunku z cząstki na elektrodę lub z elektrody na cząstkę. Migracja jonów jest zdeterminowana ich ruchliwością i liczbą transferu. Proces przenoszenia kilku ładunków elektrycznych odbywa się z reguły w postaci sekwencji reakcji jednoelektronowych, czyli etapami, z tworzeniem cząstek pośrednich (jonów lub rodników), które czasami istnieją dla jakiś czas na elektrodzie w stanie zaadsorbowanym.
Szybkość reakcji elektrod zależy od:
skład elektrolitów
stężenie elektrolitu
materiał elektrody
potencjał elektrody
temperatura
warunki hydrodynamiczne.
Miarą szybkości reakcji jest gęstość prądu. Jest to wektor fizyczny, którego moduł jest określony przez stosunek natężenia prądu (liczba przenoszonych ładunków elektrycznych w jednostce czasu) w przewodniku do obszaru Przekrój.
Prawa elektrolizy Faradaya są zależnościami ilościowymi opartymi na badaniach elektrochemicznych i pomagają określić masę produktów powstających podczas elektrolizy. W najogólniejszej formie prawa są sformułowane w następujący sposób:
)Pierwsze prawo elektrolizy Faradaya: masa substancji osadzonej na elektrodzie podczas elektrolizy jest wprost proporcjonalna do ilości energii elektrycznej przekazanej do tej elektrody. Ilość energii elektrycznej odnosi się do ładunku elektrycznego, zwykle mierzonego w kulombach.
2)Drugie prawo elektrolizy Faradaya: dla danej ilości energii elektrycznej (ładunku elektrycznego), masa pierwiastek chemiczny osadzony na elektrodzie jest wprost proporcjonalny do równoważnej masy elementu. Masa równoważna substancji to jej masa molowa podzielona przez liczbę całkowitą, w zależności od reakcji chemicznej, w której uczestniczy substancja.
W formie matematycznej prawa Faradaya można przedstawić w następujący sposób:
gdzie m jest masą substancji osadzonej na elektrodzie w gramach, jest całkowitym ładunkiem elektrycznym, który przeszedł przez substancję, = 96 485,33 (83) C mol? 1 jest stałą Faradaya, jest masą molową substancji ( Na przykład masa molowa wody H2O = 18 g / mol), - liczba walencyjna jonów substancji (liczba elektronów na jon).
Zauważ, że M/z jest równoważną masą osadzonej materii.
Dla pierwszego prawa Faradaya M, F i z są stałymi, więc im większa wartość Q, tym większa wartość m.
Dla drugiego prawa Faradaya Q, F i z są stałymi, więc im większa jest wartość M/z (masy równoważnej), tym większa jest wartość m.
W najprostszym przypadku elektroliza DC powoduje:
W bardziej złożonym przypadku przemiennego prądu elektrycznego całkowity ładunek Q prądu I( ?) sumuje się w czasie ? :
gdzie t jest całkowitym czasem elektrolizy.
W przemyśle proces elektrolizy prowadzony jest w specjalnych urządzeniach - elektrolizerach.
Przemysłowa produkcja chloru
Obecnie chlor wytwarzany jest głównie przez elektrolizę roztworów wodnych, a mianowicie jeden z
Surowcami do elektrolitycznej produkcji chloru są głównie roztwory NaCl otrzymywane przez rozpuszczenie soli stałej lub naturalne solanki. Istnieją trzy rodzaje złóż soli: sól kopalna (około 99% zasobów); słone jeziora z osadami dennymi soli ziemnej (0,77%); reszta to podziemne podziały. Roztwory soli, niezależnie od sposobu ich uzyskania, zawierają zanieczyszczenia, które pogarszają proces elektrolizy. Szczególnie niekorzystnie działają kationy wapnia aniony Ca2+, Mg2+ i SO42- w elektrolizie z katodą stałą, a zanieczyszczenia w związkach zawierających metale ciężkie, takie jak chrom, wanad, german i molibden, w elektrolizie z katodą ciekłą.
Sól krystaliczna do elektrolizy chloru powinna mieć następujący skład (%): chlorek sodu nie mniej niż 97,5; Mg2+ nie więcej niż 0,05; nierozpuszczalny osad nie więcej niż 0,5; Ca2+ nie więcej niż 0,4; K+ nie więcej niż 0,02; SO42 - nie więcej niż 0,84; wilgotność nie większa niż 5; domieszka metale ciężkie(określona testem amalgamatu cm3 H2) nie więcej niż 0,3. Oczyszczanie solanek odbywa się za pomocą roztworu sody (Na2CO3) i mleka wapiennego (zawiesina zawiesiny Ca (OH) 2 w wodzie). Oprócz oczyszczania chemicznego roztwory są uwalniane od zanieczyszczeń mechanicznych poprzez sedymentację i filtrację.
Elektrolizę roztworów soli kuchennej prowadzi się w kąpielach ze stałą katodą żelazną (lub stalową) oraz z przeponami i membranami, w kąpielach z katodą ciekłą rtęciową. Elektrolizery przemysłowe stosowane do wyposażenia nowoczesnych dużych instalacji chloru muszą charakteryzować się wysoką wydajnością, prostą konstrukcją, być kompaktowymi, pracować niezawodnie i stabilnie.
Elektroliza przebiega zgodnie ze schematem:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
gdzie ja metal alkaliczny.
Podczas elektrochemicznego rozkładu soli kuchennej w elektrolizerach z elektrodami stałymi następują główne, odwracalne i nieodwracalne reakcje jonowe:
dysocjacja cząsteczek soli i wody (przechodzi w elektrolicie)
NaCl-Na++Cl-
Utlenianie jonów chloru (na anodzie)
C1- - 2e- => C12
redukcja jonów wodorowych i cząsteczek wody (na katodzie)
H+ - 2e- => H2
H2O - 2e - \u003d\u003e H2 + 2OH-
Asocjacja jonów w cząsteczkę wodorotlenku sodu (w elektrolicie)
Na+ + OH- - NaOH
Przydatnymi produktami są wodorotlenek sodu, chlor i wodór. Wszystkie są usuwane z elektrolizera osobno.
Ryż. 5.1. Schemat elektrolizera membranowego
Wnęka ogniwa ze stałą katodą (ryc. 3) jest podzielona przez porowaty
Pierwsze elektrolizery przemysłowe działały w trybie wsadowym. Znajdujące się w nich produkty elektrolizy zostały oddzielone przesłoną cementową. Następnie powstały elektrolizery, w których przegrody w kształcie dzwonu służyły do oddzielania produktów elektrolizy. W kolejnym etapie pojawiły się elektrolizery z membraną przepływową. W nich połączono zasadę przeciwprądu z zastosowaniem membrany rozdzielającej, która została wykonana z tektury azbestowej. Ponadto odkryto metodę otrzymywania przepony z pulpy azbestowej zapożyczonej z technologii przemysłu papierniczego. Metoda ta umożliwiła opracowanie projektów elektrolizerów dla dużego obciążenia prądowego z nierozłączną kompaktową katodą palcową. Aby zwiększyć żywotność membrany azbestowej, proponuje się wprowadzenie do jej składu niektórych materiałów syntetycznych jako powłoki lub spoiwa. Proponuje się również wytwarzanie membran całkowicie z nowych materiałów syntetycznych. Istnieją dowody na to, że takie połączone membrany azbestowo-syntetyczne lub specjalnie wyprodukowane membrany syntetyczne mają żywotność do 500 dni. Opracowywane są również specjalne membrany jonowymienne, które umożliwiają otrzymanie czystej sody kaustycznej o bardzo niskiej zawartości chlorku sodu. Działanie takich membran opiera się na wykorzystaniu ich selektywnych właściwości do przechodzenia różnych jonów.
Miejsca styków wyprowadzeń prądu z anodami grafitowymi we wczesnych konstrukcjach zostały wyjęte z wnęki ogniwa. Później opracowano metody ochrony części stykowych anod zanurzonych w elektrolicie. Wykorzystując te techniki powstały elektrolizery przemysłowe o niższym zasilaniu prądowym, w których styki anodowe znajdują się we wnęce elektrolizera. Obecnie są one używane wszędzie do produkcji chloru i substancji kaustycznych na katodzie stałej.
Strumień nasyconego roztworu chlorku sodu (oczyszczonej solanki) w sposób ciągły wpływa do przestrzeni anodowej celi przeponowej. W wyniku procesu elektrochemicznego na anodzie uwalniany jest chlor w wyniku rozkładu soli kuchennej, a wodór na katodzie w wyniku rozkładu wody. Chlor i wodór są usuwane z elektrolizera, bez mieszania, oddzielnie. W tym przypadku strefa przykatodowa jest wzbogacana wodorotlenkiem sodu. Roztwór ze strefy katodowej, zwany ługiem elektrolitycznym, zawierający nierozłożoną sól kuchenną (około połowę ilości dostarczanej z solanką) i wodorotlenek sodu, jest w sposób ciągły usuwany z elektrolizera. W kolejnym etapie ług elektrolityczny jest odparowywany, a zawartość NaOH w nim dostosowywana do 42-50% zgodnie z normą. Sól kuchenna i siarczan sodu wytrącają się wraz ze wzrostem stężenia wodorotlenku sodu.
Roztwór NaOH dekantuje się znad kryształów i przenosi jako gotowy produkt do magazynu lub do kaustycznego etapu wytapiania w celu uzyskania stałego produktu. Krystaliczna sól kuchenna (sól odwrócona) jest zawracana do elektrolizy, przygotowując z niej tzw. solankę odwróconą. Z niego, aby uniknąć gromadzenia się siarczanu w roztworach, siarczan jest ekstrahowany przed przygotowaniem solanki powrotnej. Ubytek soli kuchennej jest kompensowany dodatkiem świeżej solanki uzyskanej w wyniku podziemnego ługowania warstw soli lub rozpuszczania soli kuchennej w postaci stałej. Świeża solanka przed zmieszaniem z solanką zwrotną jest oczyszczana z zawiesin mechanicznych oraz znacznej części jonów wapnia i magnezu. Powstały chlor jest oddzielany od pary wodnej, sprężany i przesyłany albo bezpośrednio do odbiorców, albo w celu upłynnienia chloru. Wodór jest oddzielany od wody, sprężany i przekazywany konsumentom.
W elektrolizerze membranowym zachodzą te same reakcje chemiczne, co w elektrolizerze przeponowym. Zamiast porowatej przepony stosuje się membranę kationową (ryc. 5).
Ryż. 5.2. Schemat elektrolizera membranowego
Membrana zapobiega wnikaniu jonów chloru do katolitu (elektrolitu w przestrzeni katodowej), dzięki czemu sodę kaustyczną można otrzymać bezpośrednio w elektrolizerze prawie bez soli, o stężeniu od 30 do 35%. Ponieważ nie ma potrzeby oddzielania soli, odparowanie znacznie ułatwia produkcję 50% sody kaustycznej przy niższych kosztach inwestycji i energii. Ponieważ stężenie sody kaustycznej w procesie membranowym jest znacznie wyższe, jako katodę stosuje się drogi nikiel.
Ryż. 5.3. Schemat elektrolizera rtęciowego
Całkowita reakcja rozkładu soli kuchennej w elektrolizerach rtęciowych jest taka sama jak w ogniwach przeponowych:
NaCl + H2O => NaOH + 1/2Cl2 + 1/2H2
Tutaj jednak odbywa się to w dwóch etapach, każdy w osobnym aparacie: elektrolizerze i rozkładniku. Są one strukturalnie połączone i nazywane kąpielą elektrolityczną, a czasem elektrolizerem rtęciowym.
W pierwszym etapie procesu - w elektrolizerze - następuje rozkład elektrolityczny soli kuchennej (do elektrolizera wprowadzany jest jej nasycony roztwór) z wytworzeniem chloru na anodzie, a amalgamatu sodu na katodzie rtęciowej, zgodnie z następująca reakcja:
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
W rozkładniku zachodzi drugi etap procesu, w którym pod wpływem wody amalgamat sodu przechodzi do wodorotlenku sodu i rtęci:
NaHgn + H2O => NaOH + 1/2H2 + nHg
Z całej soli dostarczanej do elektrolizera z solanką tylko 15-20% dostarczonej ilości wchodzi w reakcję (2), a reszta soli wraz z wodą opuszcza elektrolizer w postaci chloranolitu - roztworu soli kuchennej w wodzie zawierającej 250-270 kg/m3 NaCl nasyconej chlorem. „Silny amalgamat” opuszczający elektrolizer i woda są dostarczane do urządzenia do rozkładu.
Elektrolizer we wszystkich dostępnych konstrukcjach wykonany jest w postaci długiej i stosunkowo wąskiej, lekko nachylonej stalowej rynny, wzdłuż której cienka warstwa amalgamatu, będącego katodą, przepływa grawitacyjnie, a na wierzchu anolit. Solanka i słaby amalgamat są podawane z górnej podniesionej krawędzi celi przez „kieszonkę wlotową”.
Silny amalgamat wypływa z dolnego końca ogniwa przez „kieszonkę wylotową”. Chlor i chloranolit wspólnie wychodzą przez rurę rozgałęzioną, również umieszczoną na dolnym końcu elektrolizera. Anody zawieszone są nad całym zwierciadłem lub katodą przepływu amalgamatu w odległości 3–5 mm od katody. Górna część celi pokryta jest pokrywką.
Powszechne są dwa typy urządzeń do rozkładu: poziomy i pionowy. Te pierwsze wykonane są w postaci stalowego pochylni o tej samej długości co ogniwo elektrolityczne. Strumień amalgamatu płynie wzdłuż dna rozkładającego, który jest zainstalowany pod niewielkim nachyleniem. W tym strumieniu zanurzony jest rozkładnik wykonany z grafitu. Woda porusza się w przeciwnym kierunku. W wyniku rozkładu amalgamatu woda jest nasycana substancją kaustyczną. Roztwór kaustyczny wraz z wodorem opuszcza rozkładnik przez odgałęzioną rurę na dnie, a ubogi amalgamat lub rtęć jest pompowana do kieszeni ogniwa.
W zestawie wanny elektrolizy oprócz elektrolizera, rozkładacza, kieszeni i rurociągów przelewowych znajduje się pompa rtęciowa. Stosowane są dwa rodzaje pomp. W przypadku, gdy kąpiele są wyposażone w rozkładnik pionowy lub gdy rozkładnik jest zainstalowany poniżej ogniwa elektrolitycznego, stosuje się zatapialne pompy odśrodkowe typu konwencjonalnego, opuszczane do rozkładarki. W wannach, w których rozkładnik jest zainstalowany obok elektrolizera, amalgamat jest przepompowywany przez pompę stożkową oryginalnego typu.
Wszystkie stalowe części elektrolizera, które mają kontakt z chlorem lub chloranolitem, są zabezpieczone powłoką ze specjalnego gatunku wulkanizowanej gumy (gumowanie). Gumowa warstwa ochronna nie jest całkowicie odporna. Z biegiem czasu chloruje się, staje się kruchy i pęka pod wpływem temperatury. Okresowo warstwa ochronna jest odnawiana. Wszystkie pozostałe części kąpieli elektrolitycznej: rozkładnik, pompa, przelewy - wykonane są ze stali niezabezpieczonej, ponieważ ani wodór, ani roztwór żrący nie powodują jego korozji.
Obecnie w ogniwie rtęciowym najczęściej występują anody grafitowe. Jednak są one zastępowane przez ORTA.
6.Bezpieczeństwo w produkcji chloru
i ochrony środowiska
Zagrożenie dla personelu przy produkcji chloru zależy od wysokiej toksyczności chloru i rtęci, możliwości powstawania wybuchowych mieszanin gazowych chloru i wodoru, wodoru i powietrza w urządzeniu, a także roztworów trójchlorku azotu w cieczy chlor, zastosowanie w produkcji elektrolizerów - urządzeń znajdujących się pod zwiększonym potencjałem elektrycznym w stosunku do ziemi, właściwości żrących zasad wytwarzanych w tej produkcji.
Wdychanie powietrza zawierającego 0,1 mg/l chloru przez 30-60 minut zagraża życiu. Wdychanie powietrza zawierającego ponad 0,001 mg/l chloru podrażnia drogi oddechowe. Maksymalne dopuszczalne stężenie (MAC) chloru w powietrzu rozliczenia: średnia dzienna 0,03 mg/m3, maksymalna jednorazowo 0,1 mg/m3, w powietrzu przestrzeni roboczej pomieszczeń przemysłowych 1 mg/m3, próg odczuwania zapachu 2 mg/m3. Przy stężeniu 3-6 mg/m3 wyczuwalny jest wyraźny zapach, występuje podrażnienie (zaczerwienienie) oczu i błon śluzowych nosa, przy 15 mg/m3 - podrażnienie nosogardzieli, przy 90 mg/m3 - intensywne ataki kaszlu. Narażenie na 120 - 180 mg/m3 przez 30-60 minut zagraża życiu, przy 300 mg/m3 możliwy jest zgon, stężenie 2500 mg/m3 prowadzi do śmierci w ciągu 5 minut, przy stężeniu 3000 mg/m3 śmierć pojawia się po kilku oddechach. Maksymalne dopuszczalne stężenie chloru do filtrowania przemysłowych i cywilnych masek gazowych wynosi 2500 mg/m3.
Obecność chloru w powietrzu określają urządzenia rozpoznania chemicznego: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV za pomocą rurek wskaźnikowych IT-44 (kolor różowy, próg czułości 5 mg/m3), IT-45 (kolor pomarańczowy), aspiratory AM- 5, AM-0055, AM-0059, NP-3M z rurkami wskaźnikowymi do chloru, uniwersalny analizator gazów UG-2 o zakresie pomiarowym 0-80 mg/m3, detektor gazu „Kolion-701” w zakresie 0- 20 mg/m3. W otwartej przestrzeni - z urządzeniami SIP "KORSAR-X". Wewnątrz - z urządzeniami SIP "VEGA-M". Aby chronić się przed chlorem w przypadku awarii lub sytuacji awaryjnych, wszystkie osoby w warsztatach muszą mieć i korzystać w odpowiednim czasie z masek przeciwgazowych klasy „B” lub „BKF” (z wyjątkiem warsztatów elektrolizy rtęciowej) oraz odzieży ochronnej: tkaniny lub gumowane garnitury, gumowe buty i rękawiczki. Pudełka maski przeciwgazowej przeciw chlorowi muszą być pomalowane na żółto.
Rtęć jest bardziej trująca niż chlor. Maksymalne dopuszczalne stężenie jego par w powietrzu wynosi 0,00001 mg/l. Wpływa na organizm ludzki poprzez wdychanie i kontakt ze skórą, a także w kontakcie z połączonymi przedmiotami. Jego opary i rozpryski są pochłaniane (wchłaniane) przez ubranie, skórę, zęby. Jednocześnie rtęć łatwo odparowuje w temperaturze; dostępny w sklepie elektrolizy, a stężenie jego oparów w powietrzu jest znacznie wyższe niż maksymalne dopuszczalne. Dlatego zakłady elektrolizy z katodą ciekłą są wyposażone w wydajną wentylację, która podczas normalnej pracy zapewnia akceptowalny poziom stężenia par rtęci w atmosferze sklepu. To jednak nie wystarczy do bezpiecznej eksploatacji. Konieczne jest również przestrzeganie tzw. dyscypliny rtęciowej: przestrzegaj zasad postępowania z rtęcią. Idąc za nimi personel, przed rozpoczęciem pracy, przechodzi przez pomieszczenie kontroli sanitarnej, w części czystej, w której pozostawia odzież domową i zakłada świeżo wypraną bieliznę, czyli odzież roboczą. Na koniec zmiany w części brudnej punktu sanitarnego pozostawia się kombinezony i brudną bieliznę, natomiast w części czystej punktu sanitarnego pracownicy biorą prysznic, myją zęby i zakładają artykuły gospodarstwa domowego.
W warsztatach pracujących z chlorem i rtęcią należy używać maski gazowej marki G (pudełko maski gazowej jest pomalowane na czarno i żółto) oraz gumowych rękawic. Zasady „dyscypliny rtęciowej” stanowią, że przy pracy z powierzchniami rtęciowymi i mieszanymi pod warstwą wody; rozlaną rtęć należy natychmiast spuścić do kanalizacji, gdzie znajdują się pułapki rtęciowe.
Emisje chloru i rtęci do atmosfery, zrzuty soli rtęci i kropelek rtęci, związków zawierających aktywny chlor do ścieków oraz zatrucie gleby szlamem rtęciowym stanowią zagrożenie dla środowiska. Chlor przedostaje się do atmosfery podczas wypadków, wraz z emisją z wentylacji i spalinami z różnych urządzeń. Pary rtęci są dostarczane z powietrzem z systemów wentylacyjnych. Norma zawartości chloru w powietrzu po uwolnieniu do atmosfery wynosi 0,03 mg/m3. Stężenie to można osiągnąć, stosując alkaliczne, wieloetapowe płukanie gazów odlotowych. Norma zawartości rtęci w powietrzu emitowanym do atmosfery wynosi 0,0003 mg/m3, a w ściekach odprowadzanych do zbiorników wodnych 4 mg/m3.
Zneutralizuj chlor następującymi roztworami:
mleko wapienne, na które 1 część wagową wapna gaszonego wlewa się do 3 części wody, dokładnie miesza, następnie zaprawę wapienną spuszcza się z góry (na przykład 10 kg wapna gaszonego + 30 litrów wody);
5% wodny roztwór sody kalcynowanej, w którym 2 części wagowe sody kalcynowanej rozpuszcza się mieszając z 18 częściami wody (np. 5 kg sody kalcynowanej + 95 litrów wody);
5% wodny roztwór sody kaustycznej, w którym 2 części wagowe sody kaustycznej rozpuszcza się mieszając z 18 częściami wody (np. 5 kg sody kaustycznej + 95 litrów wody).
W przypadku wycieku chloru gazowego rozpylana jest woda w celu ugaszenia oparów. Wskaźnik zużycia wody nie jest znormalizowany.
W przypadku rozlania ciekłego chloru miejsce rozlania jest ogrodzone ziemnym wałem wypełnionym mlekiem wapiennym, roztworem sody kalcynowanej, sody kaustycznej lub wody. Aby zneutralizować 1 tonę ciekłego chloru, potrzeba 0,6-0,9 tony wody lub 0,5-0,8 tony roztworów. Aby zneutralizować 1 tonę ciekłego chloru, potrzeba 22-25 ton roztworów lub 333-500 ton wody.
Do zraszania wody lub roztworów wykorzystywane są wozy pojenia i strażackie, stacje autobutelkowania (AC, PM-130, ARS-14, ARS-15), a także hydranty i systemy specjalne dostępne na obiektach niebezpiecznych chemicznie.
Wniosek
Ponieważ ilości chloru wytwarzanego metodami laboratoryjnymi są znikome w porównaniu ze stale rosnącym zapotrzebowaniem na ten produkt, konieczne jest przeprowadzenie analiza porównawcza nie ma sensu.
Spośród elektrochemicznych metod produkcji najłatwiejszą i najwygodniejszą jest elektroliza z katodą ciekłą (rtęciową), ale ta metoda nie jest pozbawiona wad. Powoduje znaczne szkody dla środowiska poprzez parowanie i wycieki metalicznej rtęci i gazowego chloru.
Elektrolizery z katodą stałą eliminują ryzyko zanieczyszczenia środowiska rtęcią. Przy wyborze pomiędzy elektrolizerami membranowymi i membranowymi w nowych zakładach produkcyjnych preferowane są te drugie, ponieważ są bardziej ekonomiczne i zapewniają wyższą jakość produktu końcowego.
Bibliografia
1.Zaretsky S. A., Suchkov V. N., Zhivotinsky P. B. Technologia elektrochemiczna substancji nieorganicznych i źródła chemiczne obecnie: Podręcznik dla uczniów szkół technicznych. M..: Wyższe. Szkoła, 1980. 423 s.
2.Mazanko A. F., Kamaryan G. M., Romashin OP Przemysłowa elektroliza membranowa. M.: Wydawnictwo „Chemia”, 1989. 240 s.
.Pozin M.E. Technologia soli mineralnych (nawozy, pestycydy, sole przemysłowe, tlenki i kwasy), cz. 1, wyd. 4, ks. L., Wydawnictwo „Chemia”, 1974. 792 s.
.Fioshin M. Ya., Pavlov VN Elektroliza w chemii nieorganicznej. M.: Wydawnictwo „Nauka”, 1976. 106 s.
.Yakimenko L. M. Produkcja chloru, sody kaustycznej i nieorganicznych produktów chlorowych. M.: Wydawnictwo „Chemia”, 1974. 600 s.
Źródła internetowe
6.Zasady bezpieczeństwa produkcji, przechowywania, transportu i stosowania chloru // URL: #"justify">7. Substancje niebezpieczne // URL: #"justify">. Chlor: application // URL: #"justify">.