Хлор

Положение в периодической системе Д.И. Менделеева

Хлор- это элемент VII группы главной подгруппы, относится к галогенам. Порядковый номер элемента 17 (то есть содержит 17 протонов, и 17 электронов). Относительная атомная масса 35,5. Элемент образуют два изотопа хлора 35 и 37.

Строение атома

У хлора 3 энергетических уровня, где на внешнем энергетическом уровне располагаются 7 электронов (два электрона на s-подуровне и пять на p-подуровне).
Хлор относится к p-элементам неметаллам, так как последним заполняется p- подуровень внешнего энергетического уровня.

В основном состоянии хлор содержит 1 неспаренный электрон на внешнем энергетическом уровне ,p- подуровне, за счет которого хлор образует одну связь, проявляет валентность I. Но так как у хлора на внешнем энергетическом уровне есть d-подуровень со свободными орбиталями хлор может переходить в три возбуждённых состояния. В первом возбужденном состоянии один электрон из спаренных с одной p-орбитали переходит на d-подуровень становится 3 неспаренных электрона (валентность III), во втором возбужденном состоянии еще один из спаренных переходит из p-орбитали переходит на d-подуровень становится 5 неспаренных электрона (валентность V), третье возбужденное состояние из спаренных электронов s- подуровня один электрон переходит на d-подуровень становится 7 неспаренных электронов (валентность VII). По этой причине хлор может проявлять валентность I, III, V, VII. Хлор в соединениях проявляет степени окисления -1,0, +1, +3,+5,+7.

Физические свойства

При обычных условиях хлор Cl₂ –газ желто-зеленого цвета с резким удушливым запахом, ядовит, в 2,5 раза тяжелее воздуха. При комнатной температуре растворяется в 1 объеме воды 2,5 объема хлора. При давлении 0.6 Мпа переходит в жидкое состояние при комнатной температуре.

Нахождение в природе

В свободном виде хлор практический не встречается. Входит состав соединений так ка очень активный: галит (каменная соль) NaCl, сильвина KCl, сильвинита KCl·NaCl, бишофита MgCl₂·6Н₂О, карналлита KCl·MgCl₂·6Н₂O, каинита KCl·MgSO₄·3Н₂О. очень много хлора в морской воде. Хлор входит в состав хлорофилла, который участвуют в фотосинтезе.

Получение

В промышленности получаю электролизом расплавов и растворов хлорида натрия:
2NaCl = 2Na+ Cl₂ ↑

2NaCl + 2H2O = 2NaOH + H₂↑ + Cl₂ ↑
В лаборатории получают из концентрированной соляной кислоты действием различных окислителей при нагревании, такие как оксид марганца(IV), перманганат калия, бертолетова соль (хлорат калия).

MnO₂+4HCl = MnCl₂+Cl₂↑+2H₂O

2KMnO₄+16HCl = 2MnCl₂+2KCl+5Cl₂↑+8H₂O

KClO₃+6HCl = KCl+3Cl₂↑+3H₂O

Химические свойства

Хлор очень активное вещество, вступает в реакцию как с простыми, так и сложными веществами.
Взаимодействие с простыми веществами.
Неметаллами (кроме углерода, азота, фтора, кислорода и инертных газов) образует соответствующие хлориды:
с водородом (на свету или при нагревании активно реагирует (иногда со взрывом). Смеси хлора с водородом, содержащие от 5,8 до 88,3 % водорода, взрываются при облучении с образованием хлороводорода:
Н₂ + Сl₂ = 2НСl.
Cl₂ + 2S (расплав) = S₂Cl₂
Cl₂ + S (расплав) = SCl₂
ЗCl₂ + 2Р = 2РCl₃, в избытке хлора 5Cl₂ + 2Р = 2РCl₅
2Cl₂ + Si = SiCl₄
3Cl₂ + I₂ = 2ICl₃
Металлами:
Активные металлы воспламеняются в атмосфере газообразного хлора и сгорают; при этом образуются хлориды металлов.
Cl₂+ 2Na = 2NaCl
3Cl₂ + 2Fe = 2FeCl₃
Малоактивные металлы легче окисляются влажным хлором или его водными растворами:
Cl₂ + Сu = CuCl₂
3Cl₂ + 2Аu = 2AuCl₃
Со сложными веществами:
С водой гидролизуется, образуется хлорноватистая т соляная кислота. Смесь данных кислот называют хлорной водой.
Cl₂ + H₂O → HCl + HClO
Хлорноватистая кислота неустойчивая и распадается на хлороводород и кислород:
НСlО = НСl + О
Выделяющийся при этом атомарный кислород очень активен, за счет чего хлорная вода является сильным окислителем.
Хлорноватистая кислота может разлагаться с выделением оксида хлора (I) Сl₂О:
2НСlО = Сl₂О + Н₂О.
Именно запах этого газа Сl₂О — характерный запах «хлорки».
2Cl₂ +2H₂O = 4HCl + O₂ (на свету)
Хлор взаимодействует со щелочами и в зависимости от условия продукты реакции отличаются.
При комнатной температуре:
Cl₂ + 2NaOH = NaCl + NaClO + H₂O
При нагревании:
3Cl₂ + 6NaOH = 5NaCl + NaClO₃ +3H₂O
Хлорированием сухого гидроксида кальция получают хлорную известь:
Cl₂ + Ca(OH)₂ → CaOCl₂ + H₂O (CaOCl₂– хлорная известь)
Как более сильный окислитель вытесняет менее сильные из их бескислородных кислот и их солей:
Cl₂ + H₂S → 2HCl + S
Cl₂ + 2NaBr = Br₂ + 2NaCl

Применение

В производстве поливинилхлорида, пластикатов, синтетического каучука. Производство отбеливающих средств для отбеливания тканей, бумаги, картона. Производство хлорорганических инсектицидов — веществ, убивающих вредных для посевов насекомых, но безопасных для растений. Использовали как боевое отравляющее вещество, а также для производства других боевых отравляющих веществ: иприт, фосген. Для обеззараживания воды — «хлорирования». В химическом производстве соляной кислоты, хлорной извести, бертолетовой соли, хлоридов металлов, ядов, лекарств, удобрений.