ПОСІБНИК З ХІМІЇ ДЛЯ ВСТУПНИКІВ ДО ВИЩИХ НАВЧАЛЬНИХ ЗАКЛАДІВ
Частина II. НЕОРГАНІЧНА ХІМІЯ
Розділ 8. ВОДЕНЬ. ГАЛОГЕНИ
§ 8.6. Хлор
Поширення у природі. У природі у вільному стані хлор трапляється тільки у вулканічних газах. Дуже поширені його сполуки. Найважливіші з них: хлорид натрію NaCl, хлорид калію КСl, хлорид магнію МgСl2 ∙6Н2О, сильвініт, що складається з NaCl і КСl, карналіт складу КСl ∙ МgСl2 ∙ 6Н2О, каїніт складу MgSO4 ∙ КСl ∙ 3Н2О тощо.
Сполуки хлору містяться у водах океанів, морів і озер. У невеликих кількостях вони містяться
Добування. В лабораторних умовах хлор добувають із хлоридної кислоти при взаємодії її з оксидом мангану(ІV). Реакція відбувається при нагріванні:
4НСl + МnОr = Сl2 + МnСlr + 2Н2О.
Це окисно-відновний процес. НСl, точніше хлорид-іон Сl-, – відновник; МnОr – окисник. Метод складання рівняння реакції розглянуто в § 7.3.
Замість окисника МnОr можна застосовувати перманганат калію КМnО4. Тоді реакція відбуватиметься за звичайної температури, тобто без нагрівання:
16НСl + 2КМnO4 = 5Сlr + 2МnСl2 + 2КСl + 8Н2O;
2Сl – – 2е – = Сl2 5;
+7
Мn + 5е – = Мn 2,
У промисловості хлор добувають електролізом концентрованого розчину хлориду натрію. Хлор виділяється на аноді. При цьому утворюються також гідроген (виділяється на катоді) і гідроксид натрію (залишається в розчині).
Зріджений хлор (зріджується за кімнатної температури при тиску 600 кПа) зберігають у стальних балонах і в такому вигляді доставляють до місця використання.
Фізичні властивості. Хлор – отруйний газ жовто-зеленого кольору з різким запахом. Важчий за повітря в 2,5 раза. При 20°С в 1 об’ємі води розчиняється 2,3 об’єму хлору.
Розчин хлору у воді називається хлорною водою. Хлор добре розчиняється в органічних розчинниках.
Хлор спричиняє подразнення дихальних шляхів, а вдихання великих кількостей його призводить до смерті від задухи.
У природному хлорі містяться два ізотопи: 3517Сl (75,4 %) і 3717Сl (24,6 %).
Хімічні властивості. Молекула хлору складається з двох атомів, характер зв’язку в ній ковалентний неполярний:
Сильні окисні властивості хлор виявляє під час взаємодії з металами. При цьому атоми металу віддають електрони, а молекули хлору їх приєднують. Наприклад:
Хлор взаємодіє також з багатьма неметалами. Наприклад:
2Р + ЗСl2 = 2РСl3;
2Р + 5Сl2 = 2РСl5.
Своєрідно реагує хлор з воднем. У темряві суміш хлору з воднем не взаємодіє. Однак при сильному освітленні реакція відбувається дуже швидко, з вибухом:
Сl2 + Н2 = 2НСl.
Насправді ж, як показали дослідження, ця реакція відбувається значно складніше. Молекула Сl2 поглинає квант світла h v і розщеплюється на атоми (неорганічні радикали Сl) (див. також § 16.3). Це є початком реакції (початкове збудження реакції). Потім вона продовжується сама собою. Кожен з атомів-радикалів хлору Сl реагує з молекулою гідрогену. При цьому утворюються Н° і НСl˚. У свою чергу, атом-радикал гідрогену Н взаємодіє з молекулою Сl2, утворюючи НСl˚ і Сl˚, і т. д. Наочно це можна зобразити схемою:
Сl2 + h v = Сl˚ + Сl˚;
Сl˚ + Н2 = НСl + Н°;
Н° + Сl2 = НСl + Сl˚ і т. д.
Початкове збудження спричинило ланцюг послідовних реакцій. Такі реакції називаються ланцюговими. Внаслідок ланцюгової реакції хлору з воднем утворюється хлороводень.
Як встановив М. М. Семенов, ланцюгові реакції дуже поширені і відбуваються через утворення і наступну взаємодію вільних атомів або груп атомів – радикалів. Вони відіграють велику роль у багатьох важливих хімічних процесах (процеси горіння, вибуху, полімеризації тощо).
Якщо підпалити струмінь водню, що виходить, наприклад з приладу Кіппа, і пропустити його у склянку з хлором, то водень горітиме в ньому блакитним полум’ям з утворенням хлороводню.
Від органічних сполук хлор відбирає гідроген, а карбон залишається у вільному стані. Тому такі речовини, як скипидар, парафін, згоряють у хлорі з виділенням великої кількості кіптяви і хлороводню.
Хлор заміщує гідроген у насичених вуглеводнях і приєднується до ненасичених сполук:
СН4 + Сl2 = СН3Сl + НСl;
С2Н4 + Сl2 = С2Н4Сl2.
Він витісняє бром і йод з їх сполук з гідрогеном і металами:
Сl2 + 2KBr = 2КСl + Вr2.
Хлор взаємодіє з воднем з утворенням двох кислот – хлоридної (сильна кислота) і хлоратної(l) (слабка кислота).
Реакція оборотна:
Сl2 + Н2О⇆НСl + HClO,
В іонній формі
Сl2 + Н2O⇆Н+ + Сl – + НСlО.
Хлоратна(і) кислота дуже нестійка. Під час нагрівання або на світлі вона розкладається на хлоридну кислоту й кисень: 2НСlO = 2НСl + O2.
Хлоратна(І) кислота – сильний окисник. Утворенням її пояснюються вибілювальні властивості хлору за наявності вологи (води). Сухий хлор не вибілює.
Хлор безпосередньо не взаємодіє з киснем, азотом і вугіллям (їх сполуки добувають непрямим шляхом). Якщо немає вологи, то хлор не взаємодіє із залізом. Це дає можливість зберігати його у стальних балонах і цистернах.
Застосування. Хлор застосовується для знезараження питної води (хлорування води), вибілювання тканин і паперової маси. Великі кількості його витрачаються для добування хлоридної кислоти, хлорного вапна, а також різних хімічних сполук, що містять хлор.
(2 votes, average: 3,50 out of 5)