Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 8. ВОДОРОД. ГАЛОГЕНЫ

§ 8.6. Хлор

Распространение в природе. В природе в свободном состоянии хлор встречается только в вулканических газах. Очень распространены его соединения. Важнейшие из них: хлорид натрия NaCl, хлорид калия КСl, хлорид магния МgСl₂ ∙6Н₂О, сильвинит, состоит из NaCl и КСl , карналлит состав КСl ∙ МgСl₂ ∙ 6Н₂О, каинит состав MgSO₄ ∙ КСl ∙ 3Н₂О и др.

Соединения хлора содержатся в водах океанов, морей и озер. В небольших количествах они содержатся в растительных и животных организмах. Хлор составляет 0,05 % массы земной коры.

Добывания. В лабораторных условиях хлор добывают из соляной кислоты при взаимодействии ее с оксидом марганца(ИV). Реакция происходит при нагревании:

4НСl + МnОr = Сl₂ + МnСlr + 2Н₂О.

Это окислительно-восстановительный процесс. НСl, точнее хлорид-ион Сl^-, - восстановитель; МnОr - окислитель. Метод составления уравнения реакции рассмотрены в § 7.3.

Вместо окисника МnОr можно применять перманганат калия КМnВ₄. Тогда реакция будет происходить при обычной температуре, то есть без нагрева:

16НСl + 2КМnO₄ = 5Сlr + 2МnСl₂ + 2КСl + 8Н₂O;

2Сl^- - 2е^- = Сl₂ 5;

+7 +2

Мn + 5е_- = Мn 2,

В промышленности хлор получают электролизом концентрированного раствора хлорида натрия. Хлор выделяется на аноде. При этом образуются также водород (выделяется на катоде) и гидроксид натрия (остается в растворе).

Сжиженный хлор (сжижается за комнатной температуры при давлении 600 кПа) хранят в стальных баллонах и в таком виде доставляют к месту использования.

Физические свойства. Хлор - ядовитый газ желто-зеленого цвета с резким запахом. Тяжелее воздуха в 2,5 раза. При 20°С в 1 объеме воды растворяется 2,3 объема хлора.

Раствор хлора в воде называется хлорной водой. Хлор хорошо растворяется в органических растворителях.

Хлор вызывает раздражение дыхательных путей, а вдыхание больших количеств его приводит к смерти от удушья.

В природном хлоре содержатся два изотопы: ³⁵₁₇Сl (75,4 %) и ³⁷₁₇Сl (24,6 %).

Химические свойства. Молекула хлора состоит из двух атомов, характер связи в ней ковалентная неполярная:

Сильные окислительные свойства хлор проявляет при взаимодействии с металлами. При этом атомы металла отдают электроны, а молекулы хлора их присоединяют. Например:

Хлор взаимодействует со многими неметаллами. Например:

2Р + ВСl₂ = 2РСl₃;

2Р + 5Сl₂ = 2РСl₅.

Своеобразно реагирует хлор с водородом. В темноте смесь хлора с водородом не взаимодействует. Однако при сильном освещении реакция происходит очень быстро, со взрывом:

Сl₂ + Н₂ = 2НСl.

На самом же деле, как показали исследования, эта реакция происходит значительно сложнее. Молекула Сl₂ поглощает квант света h v и расщепляется на атомы (неорганические радикалы Сl) (см. также § 16.3). Это является началом реакции (начальное возбуждение реакции). Потом она продолжается сама собой. Каждый из атомов-радикалов хлора Сl реагирует с молекулой водорода. При этом образуются Н° и НСl. В свою очередь, атом-радикал водорода Н взаимодействует с молекулой Сl₂, образуя НСl и Сl, и т. д. Наглядно это можно изобразить схемой:

Сl₂ + h v = Сl + Сl;

Сl + Н₂ = НСl + Н°;

Н° + Сl2 = НСl + Сl и т. д.

Начальное возбуждение повлекло цепь последовательных реакций. Такие реакции называются цепными. Вследствие цепной реакции хлора с водородом образуется хлороводень.

Как установил М. М. Семенов, цепные реакции очень распространены и происходят из-за образования и следующую взаимодействие свободных атомов или групп атомов - радикалов. Они играют большую роль во многих важных химических процессах (процессы горения, взрыва, полимеризации т.п.).

Если поджечь струю водорода, что получается, например из прибора Кіппа, и пропустить его в стакан с хлором, то водород будет гореть в нем голубым пламенем с образованием хлороводорода.

От органических соединений хлор отбирает гидроген, а карбон остается в свободном состоянии. Поэтому такие вещества, как скипидар, парафин, сгорают в хлоре с выделением большого количества копоти и хлороводорода.

Хлор замещает водород в насыщенных углеводородах и присоединяется к ненасыщенным соединениям:

СН₄ + Сl₂ = СН₃Сl + НСl;

С₂Н₄ + Сl₂ = С₂Н₄Сl₂.

Он вытесняет бром и йод из их соединений с гідрогеном и металлами:

Сl₂ + 2KBr = 2КСl + r₂.

Хлор взаимодействует с водородом с образованием двух кислот - соляной (сильная кислота) и хлоратної(l) (слабая кислота).

Реакция обратима:

Сl₂ + Н₂O⇆НСl + HClO,

в ионной форме

Сl₂ + Н₂O⇆Н⁺ + Сl^- + НСlО.

Хлоратна(и) кислота очень неустойчива. При нагревании или на свету она разлагается на хлоридную кислоту и кислород: 2НСlO = 2НСl + O₂.

Хлоратна(И) кислота - сильный окислитель. Образованием объясняются ее отбеливающие свойства хлора при наличии влаги (воды). Сухой хлор не отбеливает.

Хлор непосредственно не взаимодействует с кислородом, азотом и углем (их соединения получают косвенным путем). Если нет влаги, то хлор не взаимодействует с железом. Это дает возможность хранить его в стальных баллонах и цистернах.

Применение. Хлор применяется для обеззараживания питьевой воды (хлорирование воды), отбеливания тканей и бумажной массы. Большие количества расходуются для получения соляной кислоты, хлорной извести, а также различных химических соединений, содержащих хлор.