Storia del cloro, proprietà, struttura, rischi, usi

Lui cloro È un elemento chimico rappresentato dal simbolo CL. È il secondo degli alogeni, situato sotto il fluoro, essendo anche il terzo elemento più elettronegativo di tutti. Il suo nome deriva dal suo colore verde giallastro, che è più intenso di quello del fluoro.

Popolarmente quando qualcuno ascolta il loro nome ciò che pensa per la prima volta è nei prodotti sbiancanti per i vestiti e nell'acqua delle piscine. Sebbene il cloro funzioni efficacemente in tali esempi, non è il suo gas, ma i suoi composti (in particolare l'ipoclorito) che esercitano l'azione decolorante e disinfettante.

Punk rotondo con cloro gassoso all'interno. Fonte: Larenmclane [CC BY-SA 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/4.0)]

Nell'immagine superiore viene mostrato un pallone rotondo con cloro gassoso. La sua densità è maggiore di quella dell'aria, il che spiega perché rimane nel pallone e non sfugge all'atmosfera; Come con altri gas più leggeri, per dire elio o azoto. In questo stato è una sostanza estremamente tossica, in quanto produce acido cloridrico nei polmoni.

Ecco perché il cloro elementare o gassoso non ha troppi usi, più che in qualche sintesi. Tuttavia, i suoi composti, sia sali o molecole organiche clorate, coprono un buon repertorio di usi, piazzati oltre le piscine e i vestiti di bianco estremo.

Inoltre, i suoi atomi sotto forma di anioni di cloruro sono all'interno dei nostri corpi, regolando i livelli di sodio, calcio e potassio, nonché nel succo gastrico. In caso contrario, l'assunzione di cloruro di sodio sarebbe ancora più letale.

Il cloro si verifica attraverso l'elettrolisi della salamoia, ricco di cloruro di sodio, processo industriale in cui si ottengono anche idrossido di sodio e idrogeno. E poiché i mari sono una fonte quasi inesauribile di questo sale, le potenziali riserve di questo elemento nell'idrosfera sono molto grandi.

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Storia

Primo approcci

A causa dell'elevata reattività del cloro gassoso, le antiche civiltà non hanno mai sospettato la loro esistenza. Tuttavia, i loro composti facevano parte della cultura dell'umanità da una volta; La sua storia è iniziata legata al sale comune.

D'altra parte, il cloro si alzò dalle eruzioni vulcaniche e quando qualcuno sciolse oro in acqua reale; Ma nessuno di quei primi approcci era sufficiente per formulare l'idea che questo gas verde giallastro fosse un elemento composto.

Scoperta

La scoperta del cloro è attribuita al chimico svedese Carl Wilhelm Scheele, che nel 1774 fece la reazione tra l'acido minerale e idroclorico pirousite (da allora chiamato acido muriatico).

Scheele rimane con il merito da quando è stato il primo scienziato a studiare le proprietà del cloro; Sebbene sia stato precedentemente riconosciuto (1630) da Jan Baptist Van Helmont.

Gli esperimenti con cui Scheele ha ottenuto le sue osservazioni sono interessanti: ha valutato l'azione decolorante del cloro su fiori di fiori rossastri e bluastri, nonché nelle foglie di piante e insetti che sono morti all'istante.

Ha anche notificato il suo alto reattivo verso i metalli, il suo odore soffocante e l'effetto indesiderato sui polmoni e che quando si è dissolto in acqua è aumentata la sua acidità.

Acido oimuriatico

A quel punto, i prodotti chimici consideravano un acido per tutti quegli composti che possedevano ossigeno; Quindi hanno perso il cloro dovrebbe essere un ossido gassoso. Fu così che lo chiamavano "acido ossiuriano" (ossido di acido muriatico), nome coniato dal famoso chimico francese Antoine Lavoisier.

Quindi, nel 1809 Joseph Louis Gay-Lussac e Louis Jacques Thénard cercarono di ridurre questo acido carbone; reazione ottenuta dai metalli dai loro ossidi. In questo modo, volevano estrarre l'elemento chimico dal presunto acido ossimuriano (che chiamavano "aria deflistica dell'acido muriatico".

Tuttavia, Gay-Lussac e Thénard hanno fallito nei loro esperimenti; Ma hanno avuto successo quando si consideravano che diceva che il gas verde giallastro dovrebbe essere un elemento chimico e non un composto.

Riconoscimento come elemento

Il riconoscimento del cloro come elemento chimico era grazie a Sir Humphry Davy, che nel 1810 eseguì i suoi esperimenti con elettrodi a carbone e concluse che c'era davvero un tale ossido di acido muriatico.

E inoltre, è stato Davy a coniare il nome "cloro" per questo elemento dalla parola greca "cloros", che significa giallastro.

Mentre studiavano le proprietà chimiche del cloro, si è scoperto che molti dei loro composti avevano la natura salina; Quindi, lo hanno chiamato un "alogeno", che significa formatore di vendite. Quindi, il termine alogeno è stato usato con gli altri elementi dello stesso gruppo (F, Br e I).

Michael Faraday è persino riuscito a liquef₂· H₂O.

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Il resto della storia del cloro è legato alle sue proprietà disinfettanti e sbiancanti, allo sviluppo del processo industriale di elettrolisi della salamoia per produrre enormi quantità di cloro.

Proprietà fisiche e chimiche

Aspetto fisico

È un gas denso verde giallastro opaco, un profumo irritante acro (una versione super intensificata di cloro commerciale) ed è anche estremamente velenoso.

Numero atomico (Z)

17

Peso atomico

35,45 u.

Se non diversamente indicato, il resto delle proprietà corrisponde alle magnitudini misurate per il cloro molecolare, CL₂.

Punto di ebollizione

-34,04 ºC

Punto di fusione

-101,5 ºC

Densità

-In condizioni normali, 3,2 g/l

-Proprio nel punto di ebollizione, 1.5624 g/ml

Si noti che il cloro liquido è circa cinque volte più del suo gas. Inoltre, la densità del suo vapore è 2,49 volte maggiore dell'aria. Ecco perché nella prima immagine il cloro non tende a fuggire dal pallone rotondo, poiché essere più denso dell'aria si trova sullo sfondo. Questa funzione rende ancora un gas più pericoloso.

Calore di fusione

6.406 kJ/mol

Calore di vaporizzazione

20,41 kJ/mol

Capacità termica molare

33,95 J/(mol · K)

Solubilità dell'acqua

1,46 g/100 ml a 0 ºC

Pressione del vapore

7,67 atm a 25 ºC. Questa pressione è relativamente bassa rispetto a quella di altri gas.

Elettronegatività

3.16 sulla scala Pauling.

Energie di ionizzazione

-Primo: 1251.2 kJ/mol

-Secondo: 2298 kJ/mol

-Terzo: 3822 kJ/mol

Conduttività termica

8.9 · 10^-3 W/(M · K)

Isotopi

Il cloro si verifica in natura principalmente come due isotopi: ³⁵Cl, con un'abbondanza del 76%, e ³⁷Cl, con un'abbondanza del 24%. Pertanto, il peso atomico (35,45 U) è una media delle masse atomiche di questi due isotopi, con le rispettive percentuali di abbondanza.

Tutti i radioisotopi di cloro sono artificiali, tra cui il ³⁶Cl come il più stabile, con una mezza vita di 300.000 anni.

Numeri di ossidazione

Il cloro può avere diversi numeri o stati di ossidazione quando fa parte di un composto. Essendo uno degli atomi più elettronegativi nella tavola periodica, di solito ha numeri di ossidazione negativi; Tranne quando funziona con ossigeno o fluoro, nei cui ossidi e fluoruri, rispettivamente, deve "perdere" elettroni.

Nei suoi numeri di ossidazione si assume l'esistenza o la presenza di ioni con la stessa grandezza di carico. Quindi, abbiamo: -1 (CL^-, Il famoso anione del cloruro), +1 (CL⁺), +2 (CL²⁺), +3 (CL³⁺), +4 (CL⁴⁺), +5 (CL⁵⁺), +6 (CL⁶⁺) e +7 (CL⁷⁺). Di tutti, i -1, +1, +3, +5 e +7 sono i più comuni trovati nei composti clorati.

Per esempi, nel CLF e nel CLF₃ I numeri di ossidazione per il cloro sono +1 (CL⁺F^-) e +3 (CL³⁺F₃^-). Nel Cl₂Oppure, questo è +1 (CL₂⁺O^2-); Mentre nel CLO₂, Cl₂O₃ e cl₂O₇, Figlio +4 (CL⁴⁺O₂^2-), +3 (CL₂³⁺O₃^2-) e +7 (CL₂⁷⁺O₇^2-).

In tutti i cloruri, d'altra parte, il cloro ha un numero di ossidazione di -1; Come nel caso di NaCl (NA⁺Cl^-), Dove è valido dire che il CL esiste^- Data la natura ionica di questo sale.

Struttura elettronica e configurazione

Molecola di cloro

Molecola di cloro diatomico rappresentato con un modello di riempimento dello spazio. Fonte: Benjah-BMM27 via Wikipedia.

Gli atomi di cloro nel loro stato basale hanno la seguente configurazione elettronica:

[Ne] 3s² 3p⁵

Pertanto, ognuno di essi ha sette elettroni di Valencia. A meno che non siano sovraccaricati di energia, ci saranno singoli atomi nello spazio, come se fossero marmi verdi. Tuttavia, la sua naturale tendenza è quella di formare legami covalenti tra di loro, al fine di completare i loro ottetti di Valencia.

Si noti che hanno appena bisogno di un elettrone per avere otto elettroni di valenza, quindi formano un singolo semplice collegamento; Questo è, quello che unisce due atomi di CL per creare la molecola CL₂ (Immagine superiore), CL-CL. Ecco perché il cloro in condizioni normali e/o terrestri è un gas molecolare; non monoatomico, come nel caso di gas nobili.

Interazioni intermolecolari

The Molecula Cl₂ È omonucleare e apolare, quindi le sue interazioni intermolecolari sono governate dalle forze di dispersione di Londra e dalle sue masse molecolari. In una fase di soda, la distanza CL₂-Cl₂ È relativamente breve rispetto ad altri gas che, aggiungendo la sua massa, lo rendono un gas tre volte più dell'aria.

La luce può eccitare e promuovere transizioni elettroniche all'interno degli orbitali molecolari del CL₂; Di conseguenza, appare il suo caratteristico colore verde giallastro. Questo colore si intensifica in stato liquido e poi scompaiono parzialmente quando si solidifica.

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Mentre la temperatura scende (-34 ºC), le molecole CL₂ Perdono l'energia cinetica e la distanza CL₂-Cl₂ diminuisce; Pertanto, coesi e finiscono per definire il cloro liquido. Lo stesso accade quando il sistema (-101 ºC) viene ulteriormente raffreddato, ora con le molecole CL₂ Quindi insieme che definiscono un cristallo ortorrombico.

Il fatto che ci siano cristalli di cloro è indicativo che le loro forze dispersive sono sufficientemente direzionali per creare un modello strutturale; Questo è, strati molecolari di CL₂. La separazione di questi strati è tale che anche sotto una pressione di 64 GPa la sua struttura è modificata, né mostrano conduttivo elettrico.

Dov'è e ottieni

Sali di cloruro

I cristalli robusti di Halita, meglio noti come sale comune o da tavola. Fonte: genitore géry [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Il cloro nel suo stato gassoso non può essere trovato da nessuna parte sulla superficie della terra, poiché è molto reattivo e tende a formare cloruri. Questi cloruri sono ben diffusi in tutta la crosta terrestre e, inoltre, dopo milioni di anni di essere trascinati dalle piogge, i mari e gli oceani stanno arricchendo.

Tra tutti i cloruri, la Nacl del Mineral Halita (Immagine superiore) è la più comune e abbondante; seguito dai minerali Silvina, KCl e CarNalita, MGCL₂· KCl · 6H₂O. Quando le masse d'acqua evaporano dall'azione del sole lasciano alle spalle i laghi del sale deserto, da cui il NaCl può essere estratto direttamente come materia prima per il cloro.

Elettrolisi della salamoia

Il NaCl si dissolve in acqua per produrre una salamoia (26%), a cui l'elettrolisi è sottoposta a una cellula cloralcalina. Ci sono due semi -reazioni negli scomparti anodo e catodici:

2cl^-(AC) => CL₂(g) + 2e^- (Anodo)

2h₂O (l) + 2e^- => 2OH^-(AC) + H₂(g) (catodo)

E l'equazione globale per entrambe le reazioni è:

2NACL (AC) + 2H₂O (l) => 2Naoh (AC) + H₂(g) + cl₂(G)

Come ha luogo la reazione, ioni navi⁺ Formato sull'anodo migrano sul compartimento catodo che attraversano una membrana di amianto permeabile. Per questo motivo, il NaOH è sul lato destro dell'equazione globale. Entrambi i gas, CL₂ e h₂, Sono raccolti rispettivamente dall'anodo e dal catodo.

L'immagine inferiore illustra la nuova scritta:

Diagramma per la produzione di cloro attraverso l'elettrolisi della salamoia. Fonte: jkwchui [CC BY-SA 3.0 (https: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0)]

Si noti che la concentrazione della salamoia alla fine diminuisce del 2% (passa dal 24 al 26%), il che significa che parte del suo CL^- Originali trasformati in molecole Cl₂. Alla fine l'industrializzazione di questo processo ha concesso un metodo per produrre cloro, idrogeno e idrossido di sodio.

Dissoluzione acida del pirousite

Come menzionato nella sezione History, il cloro gassoso può essere prodotto dissolvendo campioni di minerale di pirolusione con acido cloridrico. La seguente equazione chimica mostra i prodotti ottenuti dalla reazione:

MNE₂(s) + 4HCL (AC) => MCL₂(AC) + 2H₂O (l) + cl₂(G)

Leghe

Non ci sono leghe di cloro per due semplici ragioni: le loro molecole gassose non possono essere intrappolate tra i cristalli di metallo, e queste sono anche molto reattive, quindi reagirebbero immediatamente con i metalli per produrre il loro rispettivo cloruro.

D'altra parte, neanche i cloruri sono desiderabili, perché una volta sciolti in acqua esercitano un effetto salino che promuove la corrosione nelle leghe; E quindi, i metalli si dissolvono per formare cloruri metallici. Il processo di corrosione per ogni lega è diverso; Alcuni sono più sensibili di altri.

Il cloro, di conseguenza, non è affatto un buon additivo per le leghe; né come Cl₂ né come Cl^- (E gli atomi sarebbero molto reattivi in ​​modo che possano persino esistere).

Rischi

Sebbene la solubilità del cloro nell'acqua sia bassa, è sufficiente produrre nell'umidità della nostra pelle e gli occhi l'acido cloridrico, che finisce per corridore i tessuti causando gravi irritazioni e persino perdita di visione.

Ancora peggio è respirare i loro vapori verdastri giallastri, poiché una volta nei polmoni genera di nuovo acidi e danneggia il tessuto polmonare. Con questo, la persona sperimenta dolore alla gola, tosse e difficoltà respiratorie a causa dei fluidi formati nei polmoni.

Se c'è una fuga di cloro, sta affrontando una situazione particolarmente pericolosa: l'aria non può semplicemente "spazzare" i suoi vapori; rimani lì fino a quando reagiscono o si disperdono lentamente.

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Oltre a ciò, è un composto altamente ossidante, quindi diverse sostanze possono reagire in modo esplosivo con lui al minimo contatto; Come con lana d'acciaio e alluminio. Ecco perché dove c'è un cloro immagazzinato, devono essere prese tutte le considerazioni necessarie per evitare i rischi del fuoco.

Ironia della sorte, mentre il cloro gassoso è mortale, il suo anione di cloruro non è tossico; Può essere consumato (con moderazione), non brucia o reagisce se non con il fluoro e altri reagenti.

Applicazioni

Sintesi

Circa l'81 % del cloro gassoso prodotto ogni anno è destinato alla sintesi di cloruri organici e inorganici. A seconda del grado di covalenza di questi composti, il cloro può essere trovato come semplici atomi di Cl nelle molecole organiche clorate (con legami C-Cl) o come ioni Cl^- In alcuni sali di cloruro (NaCl, CACL₂, MGCL₂, eccetera.).

Ognuno di questi composti ha le sue applicazioni. Ad esempio, cloroformio (CHCL₃) ed etil cloruro (CH₃Cap₂Cl) sono solventi che sono diventati usati come anestetici per inalazione; Il diclorometano (CH₂Cl₂) e tetracloruro di carbonio (CCL₄), Da parte loro, sono solventi ampiamente utilizzati nei laboratori di chimica organica.

Quando questi composti clorati sono liquidi, il più delle volte sono destinati a solventi per reazioni organiche significa.

In altri composti, la presenza di atomi di cloro rappresenta un aumento nel momento dipolo, quindi possono interagire in misura maggiore con una matrice polare; A formato da proteine, aminoacidi, acidi nucleici, ecc., Biomolecole. Pertanto, il cloro ha anche carta nella sintesi di farmaci, pesticidi, insetticidi, fungicidi, ecc.

Per quanto riguarda i cloruri inorganici, vengono generalmente usati come catalizzatori, materia prima per ottenere metalli mediante elettrolisi o fonti di cl ion^-.

Biologico

Il cloro gassoso o elementare non ha alcun ruolo all'interno degli esseri viventi più che distruggere i loro tessuti. Tuttavia, ciò non significa che i loro atomi non possano essere trovati nel corpo. Ad esempio, gli ioni cl^- Sono molto abbondanti nel mezzo cellulare ed extracellulare e aiutano a controllare i livelli di ioni Na⁺ e ca²⁺, soprattutto.

Allo stesso modo, l'acido cloridrico fa parte del succo gastrico con cui il cibo viene digerito nello stomaco; i suoi ioni cl^-, In compagnia di H₃O⁺, Definisci il pH vicino a 1 di queste secrezioni.

Armi chimiche

La densità del cloro gassoso lo rende una sostanza letale quando viene versata o versata in spazi chiusi o aperti. Essere più densi dell'aria, una corrente di essa non trascina facilmente il cloro, quindi rimane per un tempo considerevole prima di disperdersi finalmente.

Nella prima guerra mondiale, ad esempio, questo cloro è stato usato nei campi di battaglia. Una volta rilasciato, si intrufoò nelle trincee per soffocare i soldati e costringerli ad andare in superficie.

Disinfettante

Le piscine sono cloronizzate per evitare la riproduzione e la diffusione dei microrganismi. Fonte: Pixabay.

Le soluzioni cloronizzate, quelle in cui il cloro gassoso è stato sciolto in acqua e quindi sono alcalizzate con un tampone, hanno eccellenti proprietà disinfettanti, oltre a inibire il marciume dei tessuti. Sono stati usati per disinfettare ferite aperte per eliminare i batteri patogeni.

L'acqua della piscina è precisamente cloonizzata per eliminare batteri, microbi e parassiti che possono ospitarla. A tale scopo, il cloro gassoso era usato per essere utilizzato, tuttavia la sua azione è piuttosto aggressiva. Invece, vengono utilizzate soluzioni di ipoclorito di sodio (candeggina) o acido tricloroisocianurico (ATC) (ATC).

Quanto precede mostra che non è il cl₂ Colui che esercita l'azione disinfettante ma l'HCLO, acido ipoclorito, che produce radicali o · che distruggono i microrganismi.

Candeggina

Molto simile alla sua azione disinfettante, il cloro sbianca anche i materiali perché i colori responsabili dell'HCLO. Pertanto, le sue soluzioni cloronizzate sono ideali per rimuovere le macchie da indumenti bianchi o per candeggiare la polpa di carta.

Cloruro di polivinile

Il composto clorato più importante di tutti, per il quale viene assegnato circa il 19% della produzione rimanente di cloro gassoso, è il policloruro di vinile (PVC). Questa plastica ha più usi. Con esso sono realizzati tubi d'acqua, cornici di finestre, pareti di pareti e pavimenti, cablaggio elettrico, sacchetti endovenosi, cappotti, ecc.

Riferimenti

1. SHIVER & ATKINS. (2008). Chimica inorganica. (Quarta edizione). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Cloro. Recuperato da: in.Wikipedia.org
3. Laura H. et al. (2018). Struttura del cloro solido a 1.45 gpazeitschrift für kristallgraphie. Materiali cristallini, volume 234, numero 4, pagine 277-280, ISSN (online) 2196-7105, ISSN (stampa) 2194-4946, doi: doi.org/10.1515/ZKRI-2018-2145
4. Centro nazionale per le informazioni sulla biotecnologia. (2019). Cloro. Database PubChem. CID = 24526. Recuperato da: pubchem.NCBI.Nlm.NIH.Gov
5. Marques Miguel. (S.F.). Cloro. Recuperato da: Nautilus.Fis.Uc.Pt
6. American Chemistry Council. (2019). Chloro Chemistry: Introduzione al cloro. Recuperato da: cloro.Americachemistry.com
7. Fong-Yan MA. (S.F.). Effetti corrosivi dei cloruri sui metalli. Dipartimento di ingegneria marina, Repubblica NTOU di Cina (Taiwan).
8. Stato di New York. (2019). I fatti sul cloro. Recuperato da: salute.NY.Gov
9. Dottore. Doug Stewart. (2019). Fatti per elementi di cloro. Chemicool. Recuperato da: Chemicool.com