Хлор. Свойства. Биологическая роль

 

ООАУ СПО «Липецкий медицинский колледж»

 

 

 

 

 

 

 

Курсовая  работа по неорганической химии.

Хлор. Свойства. Биологическая роль.

                         

 

 

 

 

 

 

Подготовила студентка 2 курса 1 фарм Колычева Елена

Преподаватель Сысоева Татьяна Витальевна

Липецк 2011

ИСТОРИЯ ОТКРЫТИЯ

Соединение  с хлором — газообразный хлороводород — было впервые получено Джозефом Пристли в 1772 г.

Xлор получен  впервые в 1774 К. Шееле взаимодействием  соляной кислоты с пиролюзитом  МnO₂.

Шееле отметил  запах хлора, схожий с запахом царской водки, его способность взаимодействовать с золотом и киноварью, а также его отбеливающие свойства. Однако Шееле, в соответствии с химией того времени, предположил, что хлор представляет собой оксид соляной кислоты. Бертолле и Лавуазье предположили, что хлор является оксидом элемента мурия, однако попытки его выделения оставались безуспешными вплоть до работ Дэви, которому электролизом удалось разложить поваренную соль на натрий и хлор в 1810г.. Дэви установил, что хлор - элемент и назвал его chlorine (от греческого chloros - жёлто-зелёный).

 В 1813 Ж.Л.  Гей-Люссак предложил для этого  элемента название хлор.

 

 

***

ПОЛОЖЕНИЕ В ПС, СТРОЕНИЕ

ХЛОР (от греч. chloros - желто-зеленый; лат. Chlorum) Cl, 17ый химический элемент VII гр.  III периода Периодической системы, относится к галогенам. Природный хлор состоит из смеси двух изотопов 35Сl (75,77%) и 37Сl (24,23%).

Cтепени окисления оксидов хлора:

-1 (хлориды), +1 (гипохлориты), +3 (хлориты), +5 (хлораты)и +7 (перхлораты)

Молекула хлора  двухатомна, длина связи (в газе) r = 0,1987 нм.

Кристаллическая решётка простого вещества орторомбическая

 

 

***

ПОЛУЧЕНИЕ

Xлор начали  производить в промышленности  в 1785 взаимодействием соляной  кислоты с двуокисью марганца  или пиролюзитом. В 1867 английский  химик Г. Дикон разработал способ получения хлора окислением НСl кислородом воздуха в присутствии катализатора. С конца 19 - начала 20 веков хлор получают электролизом водных растворов хлоридов щелочных металлов. По этим методам в 70-х годах 20 века производится 90 - 95% хлора в мире. Небольшие количества хлора получаются попутно при производстве магния, кальция, натрия и лития электролизом расплавленных хлоридов. В 1975 году мировое производство хлора составляло около 23 млн. тонн.

Применяются два  основных метода электролиза водных растворов NаСl:

1) Мембранный  и диафрагменный;

2) Электролиз  с жидким ртутным катодом. 

 

Способы получения:

1.Химические  методы

Малоэффективные и затратные. На сегодняшний день имеют в основном историческое значение. Может быть получен при взаимодействии перманганата калия с соляной кислотой:

16HCl + 2KMnO₄ → 2MnCl₂ + 5Cl₂↑ + 2KCl + 8H₂O

2.Метод Шееле

Первоначально промышленный способ получения хлора  основывался на методе Шееле, то есть реакции пиролюзита с соляной  кислотой:

MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂↑ + 2H₂O

3.Метод Дикона

В 1867 году Диконом  был разработан метод получения  хлора каталитическим окислением хлороводорода  кислородом воздуха.

Процесс Дикона в настоящее время используется при рекуперации хлора из хлороводорода, являющегося побочным продуктом при промышленном хлорировании органических соединений.

4HCl + O₂ → 2H₂O + 2Cl₂

4.Электрохимические  методы

Сегодня хлор в  промышленных масштабах получают путём  электролиза раствора

 поваренной  соли:

2NaCl + 2H₂О ± 2е- → H₂↑ + Cl₂↑ + 2NaOH

 

Определение хлора.

Методы обнаружения  и определения хлора основаны на его окислительных свойствах.

Для обнаружения  хлора в воздухе используют цветные реакции - йод-крахмальную, желтое окрашивание флуоресцеина в щелочной среде.

 Для определения  хлора применяют иодометрический метод, спектрофотометрические методы - с о-толидином, с диметил- и диэтил-n-фенилендиаминами, с метиловым оранжевым и др. 

В газовом потоке хлор может быть определен кулонометрически на газоанализаторе "Атмосфера-2". Атомно-абсорбционный, рентгеноспектральный и активационный метод используют в основном для определения хлора в виде хлорида.

 

 

***

ФИЗИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА

При нормальных условиях хлор — жёлто-зелёный  токсичный  удушливый газ, при попадании  в лёгкие вызывает ожог лёгочной ткани, удушье.

Во время  первой мировой войны в качестве слезоточивого отравляющего вещества использовалось соединение хлора хлорацетон CH₃COCH₂Cl .

Жидкий хлор(8 атмосфер при комнатной температуре  или при −34 °C и норм.атм.давлении)— жёлто-зелёная жидкость, обладающая очень высоким коррозионным действием.

 

 

***

ХРАНЕНИЕ  ХЛОРА

Производимый  хлор хранится в специальных «танках» или закачивается в стальные баллоны высокого давления. Баллоны с жидким хлором под давлением имеют специальную окраску — защитный цвет. Следует отметить, что при длительной эксплуатации баллонов с хлором в них накапливается чрезвычайно взрывчатый треххлористый азот, и поэтому время от времени баллоны с хлором должны проходить плановую промывку и очистку от хлорида азота.

 

 

***

ХИМИЧЕСКИЕ  СВОЙСТВА

Реакции хлора  с неорганическими веществами:

1.Взаимодействие  с металлами:

Хлор непосредственно  реагирует почти со всеми металлами (с некоторыми только в присутствии  влаги или при нагревании):

2Na + Cl₂ → 2NaCl

2.Взаимодействие  с неметаллами(кроме углерода, азота, кислорода и инертных газов):

Cl₂ + H₂ → 2HCl

5Cl₂ + 2P → 2PCl₅

3.Хлор вытесняет  бром и йод из их соединений с водородом и металлами:

Cl₂ + 2HBr → Br₂ + 2HCl

Cl₂ + 2NaI → I₂ + 2NaCl

4.При реакции  с монооксидом углерода образуется  фосген:

Cl₂ + CO → COCl₂

5.При растворении  в воде или щелочах, хлор  дисмутирует, образуя хлорноватистую (а при нагревании хлорную)  и соляную кислоты, либо их  соли:

Cl₂ + H₂O → HCl + HClO

3Cl₂ + 6NaOH → 5NaCl + NaClO₃ + 3H₂O

6.Хлорированием  сухого гидроксида кальция получают хлорную известь:

Cl₂ + Ca(OH)₂ → CaCl(OCl) + H₂O

7.Действием хлора на  аммиак можно получить трихлорид  азота:

4NH₃ + 3Cl₂ → NCl₃ + 3NH₄Cl

8.Хлор очень сильный  окислитель.

Cl₂ + H₂S → 2HCl + S

 

Реакции с органическими  веществами:

1.С насыщенными соединениями:

CH₃-CH₃ + Cl₂ → C₂H₅Cl + HCl

2.Присоединяется к ненасыщенным  соединениям по кратным связям:

CH₂=CH₂ + Cl₂ → Cl-CH₂-CH₂-Cl

3.Ароматические соединения  замещают атом водорода на  хлор в присутствии катализаторов  (например, AlCl₃ или FeCl₃):

C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl

 

 

***

ВАЖНЕЙШИЕ СОЕДИНЕНИЯ ХЛОРА

Соединения  хлора со степенью окисления -1.

Хлористый водород (соляная кислота) HCl. Cодержится в  вулканических газах и водах, в желудочном соке. Является бесцветным газом, на воздухе дымит вследствие образования с парами воды капелек тумана. Обладает резким запахом, сильно раздражает верхние дыхательные пути, обладает очень кислым вкусом.

Химические  свойства зависят от того, в каком  состоянии он находится (может быть в газообразном, жидком состоянии  или в растворе). В растворе HCl является сильной кислотой. Вытесняет более слабые кислоты из их солей. Применяют для получения водорода, хлора, хлоридов, различных органических соединений, в аналитической химии, металлургии и т.д.

 

Соединения  хлора со степенью окисления +1.

Оксид хлора (I) Cl₂O. Газ буровато-желтого цвета с резким запахом. Поражает дыхательные органы. Легко растворяется в воде, образуя хлорноватистую кислоту. При +4^оС сгущается в жидкость золотисто-красного цвета. Очень неустойчивое соединение, разлагается со взрывом. Получают методом Пелуза при взаимодействии HgO с хлором.

 

Хлорноватистая  кислота HClO.  Существует только в  растворах. Это слабая и неустойчивая кислота. Легко разлагается на соляную  кислоту и кислород. Сильный окислитель. Образуется при растворении хлора в воде.

 

Соединения хлора со степенью окисления +3.

Хлористая кислота HClO₂.  В свободном виде неустойчива, даже в разбавленном водном растворе она быстро разлагается. В водном растворе хлористая кислота - это кислота средней силы.

 

Соединения хлора со степенью окисления +4.

Оксид хлора (IV) ClO₂. Зеленовато-желтый газ с неприятным (резким) запахом. Газ легко сжижается в красно-коричневую жидкость. При +65^оС разлагается со взрывом. Фосфор, мышьяк и сера разлагают СlO2, разложение происходит со взрывом. Является сильным окислителем. В лаборатории получают действием концентрированной серной кислоты на бертолетову соль.

 

Соединения  хлора со степенью окисления +5.

Хлорноватая кислота HClO₃.  В свободном виде нестабильна: диспропорционирует на ClO₂ и HClO₄.  Получают действием на ее соли разбавленной серной кислоты.

 

Соединения  хлора со степенью окисления +7.

Хлорная кислота HClO₄. Безводная хлорная кислота, которую получают при помощи концентрированной серной кислоты из 72%-ной HСlO₄ мало устойчива. Безводная хлорная кислота дымит на воздухе, взрывается при 92^оС.

Разбавленные  растворы окислительных свойств  не проявляют, но по кислотным свойствам HСlO₄ является самой сильной из кислородсодержащих кислот хлора.  В разбавленных растворах находит применение в качестве реактива при химических анализах. Безводная окисляет бумагу, дерево, уголь до их воспламенения.

 

 

***

БИОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ

Хлор относится  к важнейшим биогенным элементам и входит в состав всех живых организмов в виде соединений.

У животных и  человека, ионы хлора участвуют в  поддержании осмотического равновесия, хлорид-ион имеет оптимальный  радиус для проникновения через  мембрану клеток. Именно этим объясняется его совместное участие с ионами натрия и калия в создании постоянного осмотического давления и регуляции водно-солевого обмена.

В желудке ионы хлора создают благоприятную  среду для действия протеолитических ферментов желудочного сока. Хлорные  каналы представлены во многих типах клеток, митохондриальных мембранах и скелетных мышцах.

Хлор накапливается  в висцеральной ткани, коже и скелетных  мышцах. Всасывается хлор, в основном, в толстом кишечнике.

В клетках аккумулируется 10-15 % всего хлора, из этого количества от 1/3 до 1/2 — в эритроцитах. Около 85 % хлора находятся во внеклеточном пространстве.

Хлор выводится  из организма в основном с мочой (90-95 %), калом (4-8 %) и через кожу (до 2 %). Экскреция хлора связана с  ионами натрия и калия, и с HCO₃− (кислотно-щелочной баланс).

NaCl необходим  для выработки в желудке соляной  кислоты, которая способствует  пищеварению и уничтожению болезнетворных  бактерий.

 

 

***

ТОПОГРАФИЯ

Хлор - один из биогенных  элементов, постоянный компонент тканей растений и животных. Содержание хлора в растениях (много хлора в галофитах) - от тысячных долей процента до целых процентов, у животных - десятые и сотые доли процента.

В организме  животных хлор - основное осмотически активное вещество плазмы крови, лимфы, спинномозговой жидкости и некоторых тканей. В железах желудка и скелете человека содержание хлора в три раза выше, чем в остальных органах и тканях. При поступлении в организм человека, хлор всасывается в тонком кишечнике, а затем происходит равномерное его распределение по всем внеклеточным жидкостям.

 

 

***

СИНЕРГИЗМ И АНТАГОНИЗМ

Озон и ультрафиолетовое излучение, используемые в системе каталитического реактора являются синергистами хлора как сильнейшего окислителя.

Антагонистом  хлора является бром

 

 

***

СОДЕРЖАНИЕ  В ПРОДУКТАХ

В продуктах  питания хлор содержится в незначительном количестве: он есть в мясе, яйцах, бобовых, морепродуктах – устрицах и др., оливках, крупах; в овощах и фруктах его мало. Довольно богаты хлором некоторые виды морских и пресноводных рыб: это скумбрия, анчоусы, зубатка, мойва, сазан, карась, камбала, горбуша, тунец, хек.   У человека потребность в хлоре удовлетворяется в основном за счет поваренной соли (до 90%), добавляемой к пище.

 

 

***

ПАТОЛОГИИ

Недостаток  хлора в организме

Причины:

сильное потоотделение, процессы, способствующие обезвоживанию организма – рвота, потеря солей с мочой, заболевания, вызванные поражением надпочечников или нарушением их деятельности, нарушения кислотно-щелочного баланса, лечебные диеты, в которых отсутствует соль: при нарушениях почек, гипертонии, употребление слабительных, кортикостероидов, диуретиков и т.д.

Симптоматика:

человек может  чувствовать вялость и сонливость, мышечную слабость; у него сохнет во рту, теряется ощущение вкуса и аппетит; ослабевает память, могут начать сильно выпадать волосы и даже зубы; если содержание этого макроэлемента в организме уменьшается резко, это может привести к коме и даже летальному исходу.

 

Избыток хлора в организме

Причины:

 

вдыхание концентрированных  паров, накопление хлора у людей, работающих в специализированных отраслях промышленности: фармацевтическая, текстильная, целлюлозно-бумажная, химическая.