Ya sea cloro. Métodos clorados para obtener cloro. Propiedades físicas y químicas
Cloro- elemento del tercer período y grupo VII A del sistema periódico, número de serie 17. La fórmula electrónica del átomo es [ 10 Ne ] 3s 2 Зр 5, estados de oxidación característicos 0, -1, + 1, +5 y +7. El estado más estable es Cl-1. Escala del estado de oxidación del cloro:
7 - Cl 2 O 7, ClO 4 -, HClO 4, KClO 4
5 - ClO 3 -, HClO 3, KClO 3
1 - Cl 2 O , ClO - , HClO , NaClO , Ca(ClO) 2
- 1 - Cl - , HCl, KCl , PCl 5
El cloro tiene una alta electronegatividad (2,83) y presenta propiedades no metálicas. Forma parte de muchas sustancias: óxidos, ácidos, sales, compuestos binarios.
En naturaleza - duodécimo por abundancia química, el elemento (quinto entre los no metales). Se presenta sólo en forma químicamente ligada. El tercer elemento en contenido en aguas naturales (después de O y H), especialmente mucho cloro en el agua de mar (hasta un 2% en peso). Un elemento vital para todos los organismos.
Cloro C1 2. Sustancia simple. Gas amarillo verdoso de olor acre y sofocante. La molécula Cl 2 no es polar, contiene un enlace σ C1-C1. Térmicamente estable, no combustible en el aire; La mezcla con hidrógeno explota a la luz (el hidrógeno se quema en cloro):
Cl 2 +H 2 ⇌HCl
Es muy soluble en agua, sufre una dismutación en ella en un 50% y completamente en una solución alcalina:
Cl 2 0 +H 2 O ⇌HCl I O + HCl -I
Cl 2 + 2NaOH (frío) = NaClO + NaCl + H 2 O
3Cl 2 + 6NaOH (gor) = NaClO 3 + 5NaCl + H 2 O
Una solución de cloro en agua se llama agua con cloro, a la luz, el ácido HClO se descompone en HCl y oxígeno atómico O 0, por lo que el "agua con cloro" debe almacenarse en una botella oscura. La presencia de ácido HClO en el "agua con cloro" y la formación de oxígeno atómico explican sus fuertes propiedades oxidantes: por ejemplo, muchos tintes se vuelven incoloros en cloro húmedo.
El cloro es un agente oxidante muy fuerte con respecto a los metales y no metales:
Cl2 + 2Na = 2NaCl2
ЗСl 2 + 2Fe→2FeСl 3 (200°С)
Cl 2 + Se \u003d SeCl 4
Cl2 + Pb → PbCl2 (300°CON)
5Cl2 +2P→2PCl5 (90°С)
2Cl 2 +Si→SiCl 4 (340°С)
Reacciones con compuestos de otros halógenos:
a) Cl 2 + 2KVg (P) = 2KSl + Br 2 (hirviendo)
b) Сl 2 (semana) + 2КI (р) = 2КCl + I 2 ↓
ZCl (ej.) + 3H 2 O + KI \u003d 6HCl + KIO 3 (80ºC)
Reacción cualitativa- la interacción de la falta de CL 2 con KI (ver arriba) y la detección de yodo mediante tinción azul después de agregar una solución de almidón.
Recibo cloro en industria:
2NаСl (fundir) → 2Nа + Сl 2 (electrólisis)
2NaCl+ 2Н 2 O→Н 2 + Clase 2+ 2NAOH (electrólisis)
y en laboratorios:
4HCl (conc.) + MnO 2 \u003d Cl 2 + MnCl 2 + 2H 2 O
(de manera similar con la participación de otros agentes oxidantes; consulte las reacciones de HCl y NaCl para obtener más detalles).
El cloro es un producto de la principal producción química, utilizado para producir bromo y yodo, cloruros y derivados oxigenados, para el blanqueo de papel y como desinfectante del agua potable. Venenoso.
Cloruro de hidrógeno HC yo . Ácido anóxico. Gas incoloro de olor acre, más pesado que el aire. La molécula contiene un enlace σ covalente H - Cl. Térmicamente estable. Disolvamos muy bien en agua; las soluciones diluidas se llaman ácido clorhídrico y una solución concentrada humeante (35-38%) - ácido clorhídrico(el nombre se lo dieron los alquimistas). Ácido fuerte en solución, neutralizado por álcalis e hidrato de amoníaco. Un agente reductor fuerte en una solución concentrada (debido al Cl - I), un agente oxidante débil en una solución diluida (debido al H I). Una parte integral del "vodka real".
Una reacción cualitativa al ion Cl es la formación de precipitados blancos de AgCl y Hg 2 Cl 2, que no se transfieren a solución por la acción del ácido nítrico diluido.
El cloruro de hidrógeno sirve como materia prima en la producción de cloruros, productos organoclorados, se utiliza (en forma de solución) en el grabado de metales, la descomposición de minerales y menas. Ecuaciones de las reacciones más importantes:
HCl (dil.) + NaOH (dil.) = NaCl + H 2 O
Hcl (razb.) + NH 3 H 2 O \u003d NH 4 Cl + H 2 O
4HCl (conc., horizonte) + MO 2 \u003d MCl 2 + Cl 2 + 2H 2 O (M = Mn, Pb)
16HCl (conc., horizonte) + 2KMnO 4 (t) = 2MnCl 2 + 5Cl 2 + 8H 2 O + 2KCl
14HCl (conc.) + K 2 Cr 2 O 7 (t) = 2СrCl 3 + ZCl 2 + 7H 2 O + 2KSl
6HCl (conc.) + KClO 3 (T) = KCl + ZCl 2 + 3H 2 O (50-80°С)
4HCl (conc.) + Ca (ClO) 2 (t) = CaCl 2 + 2Cl 2 + 2H 2 O
2HCl (razb.) + M = MCl 2 + H 2 (M = Re, 2p)
2HCl (razb.) + MSO 3 \u003d MCl 2 + CO 2 + H 2 O (M = Ca, Va)
Hcl (razb.) + AgNO 3 \u003d HNO 3 + AgCl ↓
Obtención de Hcl en la industria - quema de H 2 en Cl 2 (ver), en el laboratorio - desplazamiento de cloruros con ácido sulfúrico:
NaCl (t) + H 2 SO4 (conc.) = NaHSO 4 + NSyo(50ºC)
2NaCl (t) + H 2 SO 4 (conc.) = Na 2 SO 4 + 2HCl(120°С)
cloruros
Cloruro de sodio N / A CL . Sal anóxica. nombre familiar sal. Blanco, ligeramente higroscópico. Se derrite y hierve sin descomponerse. Moderadamente soluble en agua, la solubilidad depende ligeramente de la temperatura, la solución tiene un sabor salado característico. No sufre hidrólisis. Reductor débil. Entra en reacciones de intercambio iónico. Se somete a electrólisis en estado fundido y en solución.
Se utiliza para producir hidrógeno, sodio y cloro, soda, sosa cáustica y cloruro de hidrógeno, como componente de mezclas refrigerantes, producto alimenticio y conservante.
En la naturaleza, la mayor parte de los depósitos de sal gema, o hálito, Y silvinita(junto con KCl), salmueras de lagos salados, impurezas minerales del agua de mar (contenido de NaCl = 2,7%). En la industria se obtiene evaporando salmueras naturales.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
2NaCl (t) + 2H 2 SO 4 (conc.) + MnO 2 (t) = Cl 2 + MnSO 4 + 2H 2 O + Na 2 SO 4 (100°С)
10NaCl (t) + 8H 2 SO 4 (conc.) + 2KMnO 4 (t) = 5Cl 2 + 2MnSO 4 + 8H 2 O + 5Na 2 SO 4 + K 2 SO 4 (100°С)
6NaCl (T) + 7H 2 SO 4 (conc.) + K 2 Cr 2 O 7 (t) = 3Cl 2 + Cr 2 (SO 4) 3 + 7H 2 O + ZNa 2 SO 4 + K 2 SO 4 (100°С)
2NaCl (t) + 4H 2 SO 4 (conc.) + PbO 2 (t) \u003d Cl 2 + Pb (HSO 4) 2 + 2H 2 O + 2NaHSO 4 (50°С)
NaCl (razb.) + AgNO 3 \u003d NaNO 3 + AgCl ↓
NaCl (l) → 2Na + Cl 2 (850°С, electrólisis)
2NaCl + 2H 2 O → H 2 + Cl 2 + 2NaOH (electrólisis)
2NaCl (p, 20%) → Cl 2 + 2 nortea(Hgramo) "amalgama"(electrólisis, enhg-cátodo)
Cloruro de potasio KCl . Sal anóxica. Blanco, no higroscópico. Se derrite y hierve sin descomponerse. Poco soluble en agua, la solución tiene un sabor amargo, sin hidrólisis. Entra en reacciones de intercambio iónico. Se utiliza como fertilizante potásico para la obtención de K, KOH y Cl 2 . En la naturaleza, el componente principal (junto con el NaCl) de los depósitos. silvinita.
Las ecuaciones de las reacciones más importantes son las mismas que las del NaCl.
Cloruro de calcio CaCl 2 . Sal anóxica. Blanco, se funde sin descomposición. Se dispersa en el aire debido a la vigorosa absorción de humedad. Forma un CaCl 2 · 6H 2 O cristalino con una temperatura de deshidratación de 260 °C. Disolvemos bien en agua, no hay hidrólisis. Entra en reacciones de intercambio iónico. Se utiliza para secar gases y líquidos, preparar mezclas refrigerantes. Componente de las aguas naturales, parte integral de su dureza "permanente".
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
CaCl 2 (T) + 2H 2 SO 4 (conc.) = Ca (HSO 4) 2 + 2HCl (50°С)
CaCl 2 (T) + H 2 SO 4 (conc.) = CaSO 4 ↓ + 2HCl (100°С)
CaCl 2 + 2NaOH (conc.) \u003d Ca (OH) 2 ↓ + 2NaCl
ZCaCl 2 + 2Na 3 PO 4 \u003d Ca 3 (PO 4) 2 ↓ + 6NaCl
CaCl 2 + K 2 CO 3 = CaCO 3 ↓ + 2KSl
CaCl 2 + 2NaF \u003d CaF 2 ↓ + 2NaCl
CaCl 2 (g) → Ca + Cl 2 (electrólisis, 800°С)
Recibo:
CaCO 3 + 2HCl = CaCl 2 + CO 3 + H 2 O
Cloruro de aluminio AlCl 3 . Sal anóxica. Blanco, fusible, muy volátil. El par consta de monómeros covalentes de AlCl 3 (estructura triangular, hibridación sp 2, prevalece a 440-800 ° C) y dímeros de Al 2 Cl 6 (más precisamente, Cl 2 AlCl 2 AlCl 2, la estructura son dos tetraedros con un borde común , sp 3 -hibridación, prevalece a 183-440 °C). Higroscópico, fuma en el aire. Forma un hidrato cristalino que se descompone cuando se calienta. Es altamente soluble en agua (con un fuerte efecto exo), se disocia completamente en iones y crea un ambiente fuertemente ácido en solución debido a la hidrólisis. Reacciona con álcalis, hidrato de amoníaco. Se restablece durante la electrólisis de la masa fundida. Entra en reacciones de intercambio iónico.
Reacción cualitativa en el ion Al 3+: la formación de un precipitado de AlPO 4, que se transfiere a una solución con ácido sulfúrico concentrado.
Se utiliza como materia prima en la producción de aluminio, como catalizador en síntesis orgánica y en craqueo de petróleo, como portador de cloro en reacciones orgánicas. Ecuaciones de las reacciones más importantes:
AlCl3. 6H 2 O → AlCl (OH) 2 (100-200°С, —HCl, h 2 oh) →Al2O3 (250-450°С,-HCl,H2O)
AlCl 3 (t) + 2H 2 O (humedad) \u003d AlCl (OH) 2 (t) + 2HCl (Humo blanco")
AlCl 3 + ZNaOH (razb.) \u003d Al (OH) 3 (amorfo) ↓ + ZNaCl
AlCl 3 + 4NaOH (conc.) = Na[Al(OH) 4] + ZNaCl
AlCl 3 + 3 (NH 3. H 2 O) (conc.) = Al (OH) 3 (amorfo) + ZNH 4 Cl
AlCl 3 + 3 (NH 3 H 2 O) (conc.) = Al (OH) ↓ + ZNH 4 Cl + H 2 O (100°С)
2Al 3+ + 3H 2 O + ZSO 2- 3 = 2Al (OH) 3 ↓ + ZSO 2 (80°С)
2Al 3+ = 6H 2 O + 3S 2- = 2Al (OH) 3 ↓+ 3H 2 S
Al 3+ + 2HPO 4 2- - AlPO 4 ↓ + H 2 PO 4 -
2AlCl3 → 2Al + 3Cl2 (electrólisis, 800 °C ,en el derretimientonortecomoyo)
Recibo AlCl en industria y - cloración de caolín, alúmina o bauxita en presencia de coque:
Al 2 O 3 + 3C (coque) + 3Cl 2 = 2AlCl 3 + 3CO (900°С)
Cloruro férrico( II ) F UE yo 2 . Sal anóxica. Blanco (hidrato azul verdoso), higroscópico. Se derrite y hierve sin descomponerse. Con un fuerte calentamiento, es volátil en una corriente de HCl. Los enlaces Fe-Cl son predominantemente covalentes, el par está formado por monómeros FeCl 2 (estructura lineal, hibridación sp) y dímeros Fe 2 Cl 4. Sensible al oxígeno atmosférico (se oscurece). Se disuelve bien en agua (con un fuerte efecto exo), se disocia por completo en iones, se hidroliza ligeramente en catión. Cuando la solución se hierve, se descompone. Reacciona con ácidos, álcalis, hidrato de amoníaco. Restaurador típico. Entra en reacciones de intercambio iónico y formación de complejos.
Se utiliza para la síntesis de FeCl y Fe 2 O 3 , como catalizador en síntesis orgánica, componente de medicamentos contra la anemia.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
FeCl 2 4H 2 O \u003d FeCl 2 + 4H 2 O (220 °С, en atmósferas.norte 2 )
FeCl 2 (conc.) + H 2 O \u003d FeCl (OH) ↓ + Hcl (hirviendo)
FeCl 2 (t) + H 2 SO 4 (conc.) = FeSO 4 + 2HCl (hirviendo)
FeCl 2 (t) + 4HNO 3 (conc.) = Fe (NO 3) 3 + NO 2 + 2HCl + H 2 O
FeCl 2 + 2NaOH (razb.) \u003d Fe (OH) 2 ↓ + 2NaCl (en cajero automáticonorte 2 )
FeCl 2 + 2 (NH 3 . H 2 O) (conc.) = Fe (OH) 2 ↓ + 2NH 4 Cl (80ºC)
FeCl 2 + H 2 \u003d 2HCl + Fe (extra puro, por encima de 500 °C)
4FeCl 2 + O 2 (aire) → 2Fe(Cl)O + 2FeCl 3 (t)
2FeCl 2 (p) + Cl 2 (ej.) = 2FeCl 3 (p)
5Fe 2+ + 8H + + MnO - 4 = 5Fe 3+ + Mn 2+ + 4H 2 O
6Fe 2+ + 14H + + Cr 2 O 7 2- = 6Fe 3+ + 2Cr 3+ + 7H 2 O
Fe 2+ + S 2- (razb.) \u003d FeS ↓
2Fe 2+ + H 2 O + 2CO 3 2- (razb.) \u003d Fe 2 CO 3 (OH) 2 ↓ + CO 2
FeCl2 → Fe↓ + Cl2 (90°С, diluido con HCl, electrólisis)
Conseguir e: interacción de Fe con ácido clorhídrico:
Fe + 2HCl = FeCl2+ H2
(V industria Se utiliza cloruro de hidrógeno y el proceso se realiza a 500°C).
Cloruro férrico( III ) F UE yo 3 . Sal anóxica. Negro-marrón (rojo oscuro en luz transmitida, verde en luz reflejada), hidrato de color amarillo oscuro. Cuando se derrite, se convierte en un líquido rojo. Muy volátil, se descompone con un fuerte calentamiento. Los enlaces Fe-Cl son predominantemente covalentes. El vapor consta de monómeros de FeCl 3 (estructura triangular, hibridación sp 2, dominan por encima de 750 ° C) y dímeros de Fe 2 Cl 6 (más precisamente, Cl 2 FeCl 2 FeCl 2, la estructura son dos tetraedros con un borde común, sp 3 hibridación, dominan a 316-750 °C). Hidrato cristalino de FeCl. 6H 2 O tiene la estructura de Cl 2H 2 O. Disolvámoslo bien en agua, la solución se tiñe de amarillo; altamente hidrolizado en el catión. Se descompone en agua caliente, reacciona con álcalis. Agente oxidante y reductor débil.
Se utiliza como agente de cloro, catalizador en síntesis orgánica, mordiente en el teñido de telas, coagulante en la purificación del agua potable, grabador de placas de cobre en galvanoplastia y componente de preparaciones hemostáticas.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
FeCl 3 · 6H 2 O \u003d Cl + 2H 2 O (37 ºC)
2 (FeCl 8 · 6H 2 O) \u003d Fe 2 O 3 + 6HCl + 9H 2 O (más de 250 °C)
FeCl 3 (10%) + 4H 2 O \u003d Cl - + + (amarillo)
2FeCl3 (conc.) + 4H 2 O = + (amarillo) + - (bts.)
FeCl 3 (razb., conc.) + 2H 2 O → FeCl (OH) 2 ↓ + 2HCl (100°С)
FeCl 3 + 3NaOH (razb.) \u003d FeO (OH) ↓ + H 2 O + 3NaCl (50°С)
FeCl 3 + 3 (NH 3 H 2 O) (conc, horizonte) \u003d FeO (OH) ↓ + H 2 O + 3NH 4 Cl
4FeCl 3 + 3O 2 (aire) = 2Fe 2 O 3 + 3Cl 2 (350-500 °С)
2FeCl 3 (p) + Cu → 2FeCl 2 + CuCl 2
cloruro amónico norte H4Cl . Sal anóxica, nombre técnico amoniaco. Blanco, volátil, térmicamente inestable. Se disuelve bien en agua (con notable efecto endo, Q = -16 kJ), se hidroliza en catión. Se descompone con álcalis cuando la solución se hierve, convierte el magnesio y el hidróxido de magnesio en una solución. Entra en una reacción de mutación con los nitratos.
Reacción cualitativa en el ion NH 4 +: la liberación de NH 3 cuando se hierve con álcalis o cuando se calienta con cal apagada.
Se utiliza en síntesis inorgánica, en particular, para crear un ambiente débilmente ácido, como componente de fertilizantes nitrogenados, celdas galvánicas secas, al soldar cobre y estañar productos de acero.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
NH 4 Cl (t) ⇌ NH 3 (g) + HCl (g) (por encima de 337,8 °C)
NH 4 Cl + NaOH (sat.) = NaCl + NH 3 + H 2 O (100°С)
2NH 4 Cl (T) + Ca (OH) 2 (t) = 2NH 3 + CaCl 2 + 2H 2 O (200°C)
2NH 4 Cl (conc.) + Mg = H 2 + MgCl 2 + 2NH 3 (80°С)
2NH 4 Cl (conc., horizonte) + Mg (OH) 2 = MgCl 2 + 2NH 3 + 2H 2 O
NH + (sat.) + NO - 2 (sat.) \u003d N 2 + 2H 2 O (100°С)
NH 4 Cl + KNO 3 = N 2 O + 2H 2 O + KCl (230-300°С)
Recibo: interacción de NH 3 con HCl en fase gaseosa o NH 3 H 2 O con HCl en solución.
Hipoclorito de calcio Ca(C yo O) 2 . Sal del ácido hipocloroso HClO. Blanco, se descompone sin fundirse al calentarse. Se disuelve bien en agua fría (se forma una solución incolora), se hidroliza en un anión. Reactivo, completamente descompuesto por agua caliente, ácidos. Oxidante fuerte. Cuando está en reposo, la solución absorbe dióxido de carbono del aire. es parte activa blanqueador de cloro) cal - mezclas de composición incierta con CaCl 2 y Ca(OH) 2 . Ecuaciones de las reacciones más importantes:
Ca (ClO) 2 \u003d CaCl 2 + O 2 (180°С)
Ca (ClO) 2 (t) + 4HCl (conc.) = CaCl + 2Cl 2 + 2H 2 O (80ºC)
Ca (ClO) 2 + H 2 O + CO 2 \u003d CaCO 3 ↓ + 2HClO (en el frio)
Ca (ClO) 2 + 2H 2 O 2 (razb.) \u003d CaCl 2 + 2H 2 O + 2O 2
Recibo:
2Ca(OH) 2 (suspensión) + 2Cl 2 (g) \u003d Ca (ClO) 2 + CaCl 2 + 2H 2 O
Clorato de potasio KS mira 3 . Sal de ácido clorhídrico HclO 3, la sal más famosa de ácidos de cloro que contienen oxígeno. Nombre técnico - Sal de Berthollet(llamado así por su descubridor K.-L. Berthollet, 1786). Blanco, se funde sin descomponerse, se descompone al calentarlo más. Se disuelve bien en agua (se forma una solución incolora), no hay hidrólisis. Descompuesto por ácidos concentrados. Agente oxidante fuerte cuando se fusiona.
Se utiliza como componente de mezclas explosivas y pirotécnicas, cabezas de cerillas y en laboratorio, como fuente sólida de oxígeno.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
4KSlO 3 \u003d ZKSlO 4 + KCl (400°С)
2KSlO 3 \u003d 2KSl + 3O 2 (150-300 °C, cat. Mpoh 2 )
KClO 3 (T) + 6HCl (conc.) = KCl + 3Cl 2 + ZN 2 O (50-80°С)
3KSlO 3 (T) + 2H 2 SO 4 (conc., horizonte) = 2ClO 2 + KClO 4 + H 2 O + 2KHSO 4
(El dióxido de cloro explota a la luz: 2Cmira2(G)\u003d cl 2 + 2oh 2 )
2KSlO 3 + E 2 (ej.) = 2KEO 3 + Cl 2 (en la sección HNO 3 , mi = segundor, I)
KClO 3 + H 2 O → H 2 + KClO 4 (Electrólisis)
Recibo KClO 3 en la industria: electrólisis de una solución de KCl caliente (el producto KClO 3 se libera en el ánodo):
KCl + 3H 2 O → H 2 + KClO 3 (40-60°C, electrólisis)
Bromuro de potasio KV r . Sal anóxica. Blanco, no higroscópico, se funde sin descomponerse. Disolvemos bien en agua, no hay hidrólisis. Agente reductor (más débil que
Reacción cualitativa en el ion Br: el desplazamiento de bromo de la solución de KBr con cloro y la extracción de bromo en un disolvente orgánico, por ejemplo, CCl 4 (como resultado, la capa acuosa se vuelve incolora, la capa orgánica se vuelve marrón).
Se utiliza como componente de grabadores para grabar sobre metales, parte integral de emulsiones fotográficas y medicamento.
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
2KVr (t) + 2H 2 SO 4 (CONC., Montañas) + MnO 2 (t) = Br 2 + MnSO 4 + 2H 2 O + K 2 SO 4
5Br - + 6H + + BrO 3 - \u003d 3Br 2 + 3H 2 O
Вr — + Аg + =АgВr↓
2KVr (p) + Cl 2 (G) \u003d 2KSl + Br 2 (p)
KBr + 3H 2 O → 3H 2 + KBrO 3 (60-80 °С, electrólisis)
Recibo:
K2CO3 + 2HBr = 2KVr+ CO 2 + H 2 O
Yoduro de potasio K I . Sal anóxica. Blanco, no higroscópico. Se vuelve amarillo cuando se expone a la luz. Disolvemos bien en agua, no hay hidrólisis. Restaurador típico. Una solución acuosa de KI disuelve fácilmente el I 2 debido a la formación de complejos.
calidad la reacción al ion I es el desplazamiento del yodo de la solución de KI por falta de cloro y la extracción del yodo en un disolvente orgánico, por ejemplo CCl 4 (como resultado, la capa acuosa se vuelve incolora, la capa orgánica se vuelve violeta ).
Ecuaciones de las reacciones más importantes:
10I - + 16H + + 2MnO 4 - \u003d 5I 2 ↓ + 2Mn 2+ + 8H 2 O
6I - + 14H + + Cr 2 O 7 2- \u003d 3I 2 ↓ + 2Cr 3+ + 7H 2 O
2I - + 2H + + H 2 O 2 (3%) \u003d I 2 ↓ + 2H 2 O
2I - + 4H + + 2NO 2 - \u003d I 2 ↓ + 2NO + 2H 2 O
5I - + 6H + + IO 3 - \u003d 3I 2 + 3H 2 O
Yo - + Ag + = AgI (amarillo.) ↓
2KI (r) + Cl 2 (r) (semana) \u003d 2KSl + I 2 ↓
KI + 3H 2 O + 3Cl 2 (p) (ej.) = KIO 3 + 6HCl (80°С)
KI (P) + I 2 (t) \u003d K) (P) (corto) ("agua yodada")
KI + 3H 2 O → 3H 2 + KIO 3 (electrólisis, 50-60 °C)
Recibo:
K 2 CO 3 + 2НI = 2 milI+ CO 2 + H 2 O
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El cloro se utiliza en muchas industrias, ciencia y necesidades domésticas:
El componente principal de los blanqueadores es el agua de Labarrakov (hipoclorito de sodio).
- En la producción de cloruro de polivinilo, compuestos plásticos, caucho sintético, que se utilizan para fabricar: aislamiento para cables, perfiles de ventanas, materiales de embalaje, ropa y calzado, discos de linóleo y gramófonos, barnices, equipos y espumas, juguetes, piezas de instrumentos, materiales de construcción. El cloruro de polivinilo se produce polimerizando cloruro de vinilo, que hoy en día a menudo se obtiene a partir de etileno en un proceso equilibrado con cloro a través de un intermediario 1,2-dicloroetano.
- Las propiedades blanqueadoras del cloro se conocen desde la antigüedad, a pesar de que no es el cloro en sí el que “blanquea”, sino el oxígeno atómico, que se forma durante la descomposición del ácido hipocloroso: Cl 2 + H 2 O → HCl + HClO. → 2HCl + O. Este método de blanqueo de telas, papel y cartón se utiliza desde hace varios siglos.
- Producción de insecticidas organoclorados: sustancias que matan insectos dañinos para los cultivos, pero que son seguras para las plantas. Una parte importante del cloro producido se gasta en la obtención de productos fitosanitarios. Uno de los insecticidas más importantes es el hexaclorociclohexano (a menudo denominado hexaclorano). Esta sustancia fue sintetizada por primera vez en 1825 por Faraday, pero encontró aplicación práctica solo después de más de 100 años, en los años 30 del siglo XX.
- Se utilizó como agente de guerra química y, además, para la producción de otros agentes de guerra química: gas mostaza, fosgeno.
- Para la desinfección del agua - "cloración". El método más común para desinfectar el agua potable; Se basa en la capacidad del cloro libre y sus compuestos para inhibir los sistemas enzimáticos de los microorganismos que catalizan los procesos redox. Para la desinfección del agua potable se utilizan cloro, dióxido de cloro, cloramina y lejía. SanPiN 2.1.4.1074-01 establece los siguientes límites (corredor) para el contenido permitido de cloro residual libre en el agua potable del suministro centralizado de agua: 0,3 - 0,5 mg/l. Varios científicos e incluso políticos rusos critican el concepto mismo de cloración del agua del grifo. Una alternativa es la ozonización. Los materiales con los que se fabrican las tuberías de agua interactúan de forma diferente con el agua del grifo clorada. El cloro libre en el agua del grifo reduce significativamente la vida útil de las tuberías basadas en poliolefinas: tuberías de polietileno de varios tipos, incluido el polietileno reticulado, más comúnmente conocido como PEX (PEX, PE-X). En EE.UU., para controlar la admisión de tuberías fabricadas con materiales poliméricos para su uso en sistemas de suministro de agua con agua clorada, se vieron obligados a adoptar 3 normas: ASTM F2023 para tuberías de polietileno reticulado (PEX) y agua caliente clorada, ASTM F2263 para todas las tuberías de polietileno y agua clorada y ASTM F2330 para tuberías multicapa (polímero metálico) y agua caliente clorada. En términos de durabilidad al interactuar con agua clorada, las tuberías de agua de cobre demuestran resultados positivos.
- Registrado en la industria alimentaria como aditivo alimentario. E925.
- En la producción química de ácido clorhídrico, lejías, cloruro de potasio, cloruros metálicos, venenos, medicamentos, fertilizantes.
- En metalurgia para la producción de metales puros: titanio, estaño, tantalio, niobio.
- Como indicador de neutrinos solares en detectores de cloro-argón.
Muchos países desarrollados se esfuerzan por limitar el uso de cloro en la vida cotidiana, entre otras cosas porque la quema de basura que contiene cloro produce una cantidad significativa de dioxinas.
Ministerio de Educación y Ciencia de la FEDERACIÓN DE RUSIA
INSTITUCIÓN EDUCATIVA ESTATAL Federal DE EDUCACIÓN PROFESIONAL SUPERIOR
UNIVERSIDAD QUÍMICA Y TECNOLÓGICA DEL ESTADO DE IVANOVSK
Departamento de TP y MET
Ensayo
Cloro: propiedades, aplicación, producción.
Jefe: Efremov A.M.
Ivánovo 2015
Introducción
Información general sobre el cloro.
Aplicación de cloro
Métodos químicos para producir cloro.
Electrólisis. El concepto y esencia del proceso.
Producción industrial de cloro.
Seguridad en la producción de cloro y protección del medio ambiente.
Conclusión
Introducción
electrólisis del elemento químico cloro
Debido a la escala del uso del cloro en diversos campos de la ciencia, la industria, la medicina y la vida cotidiana, recientemente su demanda ha aumentado dramáticamente. Existen muchos métodos para obtener cloro mediante métodos industriales y de laboratorio, pero todos tienen más desventajas que ventajas. La producción de cloro, por ejemplo, a partir del ácido clorhídrico, que es un subproducto y desecho de muchas industrias químicas y de otro tipo, o de la sal de mesa extraída de depósitos de sal, es un proceso que consume mucha energía, es perjudicial para el medio ambiente y muy peligroso para la vida. y salud.
En la actualidad, es muy urgente el problema de desarrollar una tecnología para la producción de cloro que elimine todas las desventajas anteriores y además tenga un alto rendimiento de cloro.
.Información general sobre el cloro.
El cloro fue obtenido por primera vez en 1774 por K. Scheele mediante la interacción del ácido clorhídrico con pirolusita MnO2. Sin embargo, solo en 1810 G. Davy estableció que el cloro es un elemento y lo llamó cloro (del griego cloros, amarillo verdoso). En 1813, J. L. Gay-Lussac propuso el nombre "Cloro" para este elemento.
El cloro es un elemento del grupo VII de la tabla periódica de elementos de D. I. Mendeleev. Peso molecular 70,906, peso atómico 35,453, número atómico 17, pertenece a la familia de los halógenos. En condiciones normales, el cloro libre, formado por moléculas diatómicas, es un gas no inflamable de color amarillo verdoso con un olor característico acre e irritante. Es venenoso y causa asfixia. El cloro gaseoso comprimido a presión atmosférica se convierte en un líquido ámbar a -34,05 ° C, se solidifica a -101,6 ° C y una presión de 1 atm. Normalmente, el cloro es una mezcla de 75,53% de 35Cl y 24,47% de 37Cl. En condiciones normales, la densidad del cloro gaseoso es de 3,214 kg/m3, que es aproximadamente 2,5 veces más pesado que el aire.
Químicamente, el cloro es muy activo, se combina directamente con casi todos los metales (algunos solo en presencia de humedad o cuando se calienta) y con no metales (excepto carbono, nitrógeno, oxígeno, gases inertes), formando los cloruros correspondientes, reacciona. Con muchos compuestos, reemplaza al hidrógeno en hidrocarburos saturados y se une a compuestos insaturados. Esto se debe a la amplia variedad de sus aplicaciones. El cloro desplaza al bromo y al yodo de sus compuestos con hidrógeno y metales. Los metales alcalinos en presencia de trazas de humedad interactúan con el cloro durante la ignición, la mayoría de los metales reaccionan con el cloro seco solo cuando se calientan. El acero, al igual que algunos metales, es resistente al cloro seco a bajas temperaturas, por lo que se utilizan para la fabricación de equipos y almacenamiento de cloro seco. El fósforo se enciende en una atmósfera de cloro, formando РCl3 y, tras una mayor cloración, РCl5. El azufre con cloro, cuando se calienta, da S2Cl2, SCl2 y otros SnClm. El arsénico, el antimonio, el bismuto, el estroncio y el telurio interactúan vigorosamente con el cloro. Una mezcla de cloro e hidrógeno arde con una llama incolora o de color amarillo verdoso para formar cloruro de hidrógeno (esta es una reacción en cadena). La temperatura máxima de la llama de hidrógeno-cloro es de 2200°C. Las mezclas de cloro con hidrógeno, que contienen de 5,8 a 88,5% de H2, son explosivas y pueden explotar por la acción de la luz, una chispa eléctrica, el calentamiento, por la presencia de determinadas sustancias, como los óxidos de hierro.
Con el oxígeno, el cloro forma óxidos: Cl2O, ClO2, Cl2O6, Cl2O7, Cl2O8, además de hipocloritos (sales del ácido hipocloroso), cloritos, cloratos y percloratos. Todos los compuestos oxigenados del cloro forman mezclas explosivas con sustancias que se oxidan fácilmente. Los óxidos de cloro son inestables y pueden explotar espontáneamente, los hipocloritos se descomponen lentamente durante el almacenamiento, los cloratos y percloratos pueden explotar bajo la influencia de iniciadores. El cloro en el agua se hidroliza formando ácidos hipocloroso y clorhídrico: ¿Cl2 + H2O? HClO + HCl. La solución amarillenta resultante a menudo se denomina agua con cloro. Al clorar soluciones acuosas de álcalis en frío, se forman hipocloritos y cloruros: 2NaOH + Cl2 = NaClO + NaCl + H2O, y cuando se calienta, cloratos. Por cloración del hidróxido de calcio seco se obtiene lejía. Cuando el amoníaco reacciona con el cloro, se forma tricloruro de nitrógeno. Durante la cloración de compuestos orgánicos, el cloro reemplaza al hidrógeno o se agrega mediante enlaces múltiples, formando varios compuestos orgánicos que contienen cloro. El cloro forma compuestos interhalógenos con otros halógenos. Los fluoruros de cloro ClF, ClF3, ClF3 son muy reactivos; por ejemplo, en una atmósfera de ClF3, la lana de vidrio se enciende espontáneamente. Se conocen compuestos de cloro con oxígeno y flúor: oxifluoruros de cloro: ClO3F, ClO2F3, ClOF, ClOF3 y perclorato de flúor FClO4.
El cloro se encuentra en la naturaleza sólo en forma de compuestos. Su contenido medio en la corteza terrestre es del 1,7 10-2% en peso. La migración del agua juega un papel importante en la historia del cloro en la corteza terrestre. En forma de ion Cl, se encuentra en los océanos del mundo (1,93%), salmueras subterráneas y lagos salados. El número de minerales propios (principalmente cloruros naturales) es de 97, siendo el principal la halita NaCl (Sal gema). También existen grandes depósitos de cloruros de potasio y magnesio y cloruros mixtos: silvin KCl, silvinita (Na,K)Cl, carnalita KCl MgCl2 · 6H2O, kainita KCl MgSO4 · 3H2O, bischofita MgCl2 · 6H2O. En la historia de la Tierra, el suministro de HCl contenido en gases volcánicos a las partes superiores de la corteza terrestre fue de gran importancia.
Normas de calidad del cloro.
Nombre del índice GOST 6718-93Alto gradoPrimer gradoFracción en volumen de cloro, no menos de %99.899.6Fracción en masa de agua, no más de %0.010.04Fracción en masa de tricloruro de nitrógeno, no más de %0.0020.004Fracción en masa de no volátiles residuo, no más,%0 .0150.10
Almacenamiento y transporte de cloro.
El cloro producido por diversos métodos se almacena en "tanques" especiales o se bombea a cilindros de acero cilíndricos (volumen 10-250 m3) y esféricos (volumen 600-2000 m3) bajo la presión de sus propios vapores de 18 kgf/cm2. Los volúmenes máximos de almacenamiento son 150 toneladas. Los cilindros con cloro líquido a presión tienen un color especial: un color protector. En caso de despresurización de una bombona de cloro, se produce una fuerte liberación de gas con una concentración varias veces superior a la letal. Cabe señalar que durante el uso prolongado de los cilindros de cloro, se acumula en ellos tricloruro de nitrógeno extremadamente explosivo y, por lo tanto, de vez en cuando, los cilindros de cloro deben lavarse y limpiarse periódicamente del cloruro de nitrógeno. El cloro se transporta en contenedores, cisternas ferroviarias, cilindros, que son su almacenamiento temporal.
2.Aplicación de cloro
El cloro es consumido principalmente por la industria química para la producción de diversos derivados orgánicos del cloro utilizados para la obtención de plásticos, cauchos sintéticos, fibras químicas, disolventes, insecticidas, etc. Actualmente, más del 60% de la producción mundial de cloro se utiliza para síntesis orgánica. Además, el cloro se utiliza para producir ácido clorhídrico, lejías, cloratos y otros productos. Se utilizan cantidades importantes de cloro en la metalurgia para la cloración durante el procesamiento de minerales polimetálicos, la extracción de oro de los minerales, y también se utiliza en la industria de refinación de petróleo, la agricultura, la medicina y el saneamiento, para la neutralización de aguas potables y residuales. en pirotecnia y en otras áreas de la economía nacional. Como resultado del desarrollo de los usos del cloro, debido principalmente al éxito de la síntesis orgánica, la producción mundial de cloro supera los 20 millones de toneladas/año.
Los principales ejemplos de la aplicación y uso del cloro en diversas ramas de la ciencia, la industria y las necesidades domésticas:
1.en la producción de cloruro de polivinilo, compuestos plásticos, caucho sintético, que se utilizan para fabricar: aislamientos para cables, perfiles para ventanas, materiales de embalaje, prendas de vestir y calzado, discos de linóleo y gramófonos, barnices, equipos y espumas plásticas, juguetes, piezas de instrumentos, materiales de construcción. El cloruro de polivinilo se produce mediante la polimerización del cloruro de vinilo, que hoy en día se prepara más comúnmente a partir de etileno en un proceso equilibrado con cloro a través de un intermedio 1,2-dicloroetano.
CH2=CH2+Cl2=>CH2Cl-CH2ClCl-CH2Cl=> CH2=CHCl+HCl
1)como agente blanqueador (aunque no el cloro en sí “blanquea”, sino el oxígeno atómico, que se forma durante la descomposición del ácido hipocloroso según la reacción: Cl2 + H2O ? HCl + HClO ? 2HCl + O*).
2)en la producción de insecticidas organoclorados, sustancias que matan insectos dañinos para los cultivos, pero que son seguras para las plantas (aldrin, DDT, hexaclorano). Uno de los insecticidas más importantes es el hexaclorociclohexano (C6H6Cl6).
)utilizado como agente de guerra química, así como para la producción de otros agentes de guerra química: gas mostaza (C4H8Cl2S), fosgeno (CCl2O).
)para la desinfección del agua - "cloración". El método más común de desinfección del agua potable se basa en la capacidad del cloro libre y sus compuestos para inhibir los sistemas enzimáticos de los microorganismos que catalizan los procesos redox. Para la desinfección del agua potable se utiliza cloro (Cl2), dióxido de cloro (ClO2), cloramina (NH2Cl) y lejía (Ca(Cl)OCl).
)registrado en la industria alimentaria como aditivo alimentario E925.
)en la producción química de sosa cáustica (NaOH) (utilizada en la producción de rayón, en la industria del jabón), ácido clorhídrico (HCl), lejía, cloruro de cloro (KClO3), cloruros metálicos, venenos, medicamentos, fertilizantes.
)en metalurgia para la producción de metales puros: titanio, estaño, tantalio, niobio.
TiO2 + 2C + 2Cl2 => TiCl4 + 2CO;
TiCl4 + 2Mg => 2MgCl2 + Ti (a Т=850°С)
)como indicador de neutrinos solares en detectores de cloro-argón (La idea de un "detector de cloro" para detectar neutrinos solares fue propuesta por el famoso físico soviético académico B. Pontecorvo e implementada por el físico estadounidense R. Davis y sus colegas. Habiendo atrapado el núcleo de neutrino del isótopo de cloro con un peso atómico de 37, se convierte en un núcleo del isótopo de argón-37, con la formación de un electrón que se puede registrar).
Muchos países desarrollados se esfuerzan por limitar el uso de cloro en la vida cotidiana, entre otras cosas porque la quema de basura que contiene cloro produce una cantidad significativa de dioxinas (ecotóxicos globales con potentes efectos mutagénicos).
3. Métodos químicos para producir cloro.
Anteriormente, estaba muy extendida la producción de cloro por medios químicos según los métodos de Weldon y Deacon. En estos procesos, el cloro se producía mediante la oxidación del cloruro de hidrógeno formado como subproducto en la producción de sulfato de sodio a partir de cloruro de sodio por la acción del ácido sulfúrico.
Cómo se desarrolla la reacción cuando se utiliza el método Weldon:
4HCl + MnO2 => MnCl2 + 2H2O + Cl2
El procedimiento de reacción cuando se utiliza el método Deacon:
HCl + O2 => 2H2O + 2Cl2
En el proceso Deacon, se utilizó cloruro de cobre como catalizador, cuya solución al 50% (a veces con la adición de NaCl) se impregnó en un soporte cerámico poroso. La temperatura de reacción óptima en dicho catalizador estaba normalmente en el rango de 430-490°. Este catalizador se envenena fácilmente con compuestos de arsénico, con los que forma arseniato de cobre inactivo, así como con dióxido y trióxido de azufre. La presencia de cantidades incluso pequeñas de vapor de ácido sulfúrico en el gas provoca una fuerte disminución en el rendimiento de cloro como resultado de reacciones sucesivas:
H2SO4 => SO2 + 1/2O2 + H2O+ С12 + 2Н2O => 2НCl + H2SO4
С12 + Н2O => 1/2O2 + 2НCl
Por tanto, el ácido sulfúrico es un catalizador que promueve la conversión inversa de Cl2 en HCl. Por lo tanto, antes de la oxidación sobre un catalizador de cobre, el gas clorhídrico debe limpiarse completamente de impurezas que reducen el rendimiento de cloro.
La instalación de Deacon constaba de un calentador de gas, un filtro de gas y un aparato de contacto de una carcasa cilíndrica de acero, dentro del cual se encontraban dos cilindros cerámicos con orificios dispuestos concéntricamente; el espacio anular entre ellos se llena con un catalizador. El cloruro de hidrógeno se oxidó con aire, por lo que se diluyó el cloro. Se alimentó al aparato de contacto una mezcla que contenía 25% en volumen de HCl y 75% en volumen de aire (~16% O2), y el gas que salía del aparato contenía aproximadamente 8% de C12, 9% de HCl, 8% de vapor de agua y 75% de vapor de agua. aire. Este gas, después de lavarlo con HCl y secar con ácido sulfúrico, se utilizaba habitualmente para obtener lejía.
La restauración del proceso Deacon se basa actualmente en la oxidación del cloruro de hidrógeno no con aire, sino con oxígeno, lo que permite obtener cloro concentrado utilizando catalizadores altamente activos. La mezcla de cloro-oxígeno resultante se lava de los residuos de HCl sucesivamente con ácido clorhídrico al 36% y al 20% y se seca con ácido sulfúrico. Luego se licua el cloro y se devuelve oxígeno al proceso. La separación del cloro del oxígeno también se realiza absorbiendo cloro a una presión de 8 atm con cloruro de azufre, que luego se regenera para obtener cloro 100%:
Cl2 + S2CI2
Se utilizan catalizadores de baja temperatura, por ejemplo, dicloruro de cobre activado con sales de metales de tierras raras, lo que permite realizar el proceso incluso a 100°C y, por tanto, aumentar considerablemente el grado de conversión de HCl en Cl2. En un catalizador de óxido de cromo, la combustión de HCl en oxígeno se lleva a cabo a 340480°C. Se describe el uso de un catalizador a partir de una mezcla de V2O5 con pirosulfatos de metales alcalinos y activadores sobre gel de sílice. Se ha estudiado el mecanismo y la cinética de este proceso y se han establecido las condiciones óptimas para su realización, en particular, en lecho fluidizado.
La oxidación del cloruro de hidrógeno con oxígeno también se realiza utilizando una mezcla fundida de FeCl3 + KCl en dos etapas, realizadas en reactores separados. En el primer reactor, el cloruro férrico se oxida para formar cloro:
2FeCl3 + 1
En el segundo reactor se regenera cloruro férrico a partir de óxido de hierro con cloruro de hidrógeno:
O3 + 6HCI = 2FeCl3 + 3H20
Para reducir la presión de vapor del cloruro férrico, se añade cloruro de potasio. También se propone realizar este proceso en un aparato, en el que la masa de contacto, compuesta de Fe2O3, KC1 y cloruro de cobre, cobalto o níquel depositada sobre un soporte inerte, se mueve de arriba a abajo del aparato. En la parte superior del aparato pasa por una zona caliente de cloración, donde Fe2Oz se convierte en FeCl3, interactuando con HCl, que se encuentra en el flujo de gas que va de abajo hacia arriba. Luego, la masa de contacto desciende a la zona de enfriamiento, donde se forma cloro elemental bajo la acción del oxígeno y FeCl3 pasa a Fe2O3. La masa de contacto oxidada regresa nuevamente a la zona de cloración.
Se lleva a cabo una oxidación indirecta similar de HCl a Cl2 según el esquema:
2HC1 + MgO = MgCl2 + H2O
Se propone obtener simultáneamente cloro y ácido sulfúrico haciendo pasar un gas que contiene HCl, O2 y un gran exceso de SO2 a través de un catalizador de vanadio a 400-600°C. Luego se condensan H2SO4 y HSO3Cl del gas y el ácido sulfúrico absorbe el SO3; el cloro permanece en la fase gaseosa. El HSO3Cl se hidroliza y el HC1 liberado se devuelve al proceso.
Una oxidación aún más eficaz la llevan a cabo agentes oxidantes como PbO2, KMnO4, KClO3, K2Cr2O7:
2KMnO4 + 16HCl => 2KCl + 2MnCl2 + 5Cl2^ +8H2O
El cloro también se puede obtener mediante oxidación de cloruros. Por ejemplo, cuando interactúan NaCl y SO3, se producen reacciones:
NaCl + 2SO3 = 2NaSO3Cl
NaSO3Cl = Cl2 + SO2 + Na2SO4
La descomposición del NaSO3Cl se produce a 275°C. Una mezcla de gases SO2 y C12 se puede separar absorbiendo cloro SO2Cl2 o CCl4 o sometiéndolo a rectificación, lo que da como resultado una mezcla azeotrópica que contiene 88 moles. % Cl2 y 12 moles. %SO2. La mezcla azeotrópica se puede separar aún más convirtiendo SO2 en SO2C12 y separando el exceso de cloro, y descomponiendo SO2Cl2 a 200° en SO2 y Cl2, que se añaden a la mezcla enviada para rectificación.
El cloro se puede obtener oxidando cloruro o cloruro de hidrógeno con ácido nítrico, así como dióxido de nitrógeno:
ZHCl + HNO3 => Сl2 + NOCl + 2Н2O
Otra forma de obtener cloro es la descomposición del cloruro de nitrosilo, que se puede conseguir mediante su oxidación:
NOCl + O2 = 2NO2 + Cl2
Asimismo, para obtener cloro se propone, por ejemplo, oxidar el NOCl con ácido nítrico al 75%:
2NOCl + 4HNO3 = Сl2 + 6NO2 + 2Н2O
Se separa una mezcla de cloro y dióxido de nitrógeno convirtiendo NO2 en ácido nítrico débil, que luego se usa para oxidar HCl en la primera etapa del proceso para formar Cl2 y NOCl. La principal dificultad en la implementación de este proceso a escala industrial es la eliminación de la corrosión. Como materiales para los equipos se utilizan cerámica, vidrio, plomo, níquel y plásticos. Según este método en Estados Unidos en 1952-1953. la planta estaba funcionando con una capacidad de 75 toneladas de cloro por día.
Se ha desarrollado un método cíclico para la producción de cloro mediante la oxidación de cloruro de hidrógeno con ácido nítrico sin formación de cloruro de nitrosilo según la reacción:
2НCl + 2HNO3 = Сl2 + 2NO2 + 2Н2O
El proceso se realiza en fase líquida a 80°C, el rendimiento de cloro alcanza el 100%, el NO2 se obtiene en forma líquida.
Posteriormente, estos métodos fueron completamente reemplazados por métodos electroquímicos, pero en la actualidad, los métodos químicos para producir cloro están reviviendo nuevamente sobre una nueva base técnica. Todos ellos se basan en la oxidación directa o indirecta del HCl (o cloruros), siendo el agente oxidante más común el oxígeno atmosférico.
Electrólisis. El concepto y esencia del proceso.
La electrólisis es un conjunto de procesos electroquímicos redox que ocurren en los electrodos durante el paso de una corriente eléctrica constante a través de una masa fundida o una solución con electrodos sumergidos en ella.
Arroz. 4.1. Procesos que ocurren durante la electrólisis. Esquema del baño de electrólisis: 1 - baño, 2 - electrolito, 3 - ánodo, 4 - cátodo, 5 - fuente de alimentación
Los electrodos pueden ser cualquier material que conduzca electricidad. Se utilizan principalmente metales y aleaciones; a partir de no metales, por ejemplo, las varillas de grafito (o carbono) pueden servir como electrodos. Con menos frecuencia, se utilizan líquidos como electrodo. Un electrodo cargado positivamente es un ánodo. El electrodo cargado negativamente es el cátodo. Durante la electrólisis, el ánodo se oxida (se disuelve) y el cátodo se reduce. Es por eso que el ánodo debe tomarse de tal manera que su disolución no afecte el proceso químico que ocurre en la solución o en la masa fundida. Un ánodo de este tipo se denomina electrodo inerte. Como ánodo inerte, puede tomar grafito (carbono) o platino. Como cátodo, puedes tomar una placa de metal (no se disolverá). Adecuado cobre, latón, carbono (o grafito), zinc, hierro, aluminio, acero inoxidable.
Ejemplos de electrólisis de masas fundidas:
Ejemplos de electrólisis de soluciones salinas:
(En el ánodo se oxidan los aniones Cl?, y no el oxígeno O? II de las moléculas de agua, ya que la electronegatividad del cloro es menor que la del oxígeno y, por tanto, el cloro desprende electrones más fácilmente que el oxígeno)
La electrólisis del agua siempre se realiza en presencia de un electrolito inerte (para aumentar la conductividad eléctrica de un electrolito muy débil: el agua):
Dependiendo del electrolito inerte, la electrólisis se lleva a cabo en un ambiente neutro, ácido o alcalino. Al elegir un electrolito inerte, es necesario tener en cuenta que los cationes metálicos que son agentes reductores típicos (por ejemplo, Li +, Cs +, K +, Ca2 +, Na +, Mg2 +, Al3 +) nunca se reducen en el cátodo en una solución acuosa y oxígeno O?II de aniones oxoácidos nunca se oxida en el ánodo con un elemento en el estado de oxidación más alto (por ejemplo, ClO4?, SO42?, NO3?, PO43?, CO32?, SiO44? , MnO4?), en su lugar se oxida agua.
La electrólisis incluye dos procesos: la migración de partículas reactivas bajo la acción de un campo eléctrico a la superficie del electrodo y la transferencia de carga de una partícula a un electrodo o de un electrodo a una partícula. La migración de iones está determinada por su movilidad y números de transferencia. El proceso de transferencia de varias cargas eléctricas se lleva a cabo, por regla general, en forma de una secuencia de reacciones de un electrón, es decir, en etapas, con la formación de partículas intermedias (iones o radicales), que a veces existen durante algún tiempo sobre el electrodo en estado adsorbido.
Las velocidades de reacciones de los electrodos dependen de:
composición de electrolitos
concentración de electrolitos
material del electrodo
potencial de electrodo
temperatura
condiciones hidrodinámicas.
La medida de la velocidad de reacción es la densidad de corriente. Este es un vector físico, cuyo módulo está determinado por la relación entre la intensidad de la corriente (el número de cargas eléctricas transferidas por unidad de tiempo) en el conductor y el área de la sección transversal.
Las leyes de la electrólisis de Faraday son relaciones cuantitativas basadas en estudios electroquímicos y ayudan a determinar la masa de los productos formados durante la electrólisis. En la forma más general, las leyes se formulan de la siguiente manera:
)Primera ley de electrólisis de Faraday: la masa de una sustancia depositada sobre un electrodo durante la electrólisis es directamente proporcional a la cantidad de electricidad transferida a ese electrodo. La cantidad de electricidad se refiere a la carga eléctrica, generalmente medida en culombios.
2)Segunda Ley de Electrólisis de Faraday: Para una determinada cantidad de electricidad (carga eléctrica), la masa de un elemento químico depositado sobre un electrodo es directamente proporcional a la masa equivalente del elemento. La masa equivalente de una sustancia es su masa molar dividida por un número entero, dependiendo de la reacción química en la que participa la sustancia.
En forma matemática, las leyes de Faraday se pueden representar de la siguiente manera:
donde m es la masa de la sustancia depositada sobre el electrodo en gramos, es la carga eléctrica total que ha pasado a través de la sustancia, = 96 485,33 (83) C mol? 1 es la constante de Faraday, es la masa molar de la sustancia ( Por ejemplo, la masa molar del agua H2O = 18 g / mol), - el número de valencia de los iones de una sustancia (el número de electrones por ion).
Tenga en cuenta que M/z es la masa equivalente de la materia depositada.
Para la primera ley de Faraday, M, F yz son constantes, por lo que cuanto mayor sea el valor de Q, mayor será el valor de m.
Para la segunda ley de Faraday, Q, F yz son constantes, por lo que cuanto mayor sea el valor de M/z (masa equivalente), mayor será el valor de m.
En el caso más simple, la electrólisis CC da como resultado:
En un caso más complejo de corriente eléctrica alterna, la carga total Q de la corriente I( ?) se suma en el tiempo ? :
donde t es el tiempo total de electrólisis.
En la industria, el proceso de electrólisis se lleva a cabo en dispositivos especiales: electrolizadores.
Producción industrial de cloro.
Actualmente, el cloro se produce principalmente por electrólisis de soluciones acuosas, concretamente una de
Las materias primas para la producción electrolítica de cloro son principalmente soluciones de NaCl obtenidas disolviendo sal sólida o salmueras naturales. Hay tres tipos de depósitos de sal: sal fósil (alrededor del 99% de las reservas); lagos salados con sedimentos de fondo de sal de silla de montar (0,77%); el resto son divisiones subterráneas. Las soluciones salinas, independientemente de su forma de obtención, contienen impurezas que empeoran el proceso de electrólisis. Los cationes de calcio, los aniones Ca2+, Mg2+ y SO42- tienen un efecto especialmente desfavorable durante la electrólisis con un cátodo sólido, y las impurezas de compuestos que contienen metales pesados, como cromo, vanadio, germanio y molibdeno, tienen un efecto durante la electrólisis con un cátodo líquido.
La sal cristalina para electrólisis de cloro debe tener la siguiente composición (%): cloruro de sodio no menos de 97,5; Mg2+ no más de 0,05; sedimento insoluble no más de 0,5; Ca2+ no más de 0,4; K+ no más de 0,02; SO42 - no más de 0,84; humedad no más de 5; impureza de metales pesados (determinada por muestra de amalgama cm3 H2) no más de 0,3. La limpieza de las salmueras se realiza con una solución de soda (Na2CO3) y lechada de cal (suspensión de una suspensión de Ca (OH) 2 en agua). Además de la purificación química, las soluciones se liberan de impurezas mecánicas mediante sedimentación y filtración.
La electrólisis de soluciones salinas comunes se realiza en baños con cátodo sólido de hierro (o acero) y con diafragmas y membranas, en baños con cátodo de mercurio líquido. Los electrolizadores industriales utilizados para equipar las grandes plantas de cloro modernas deben tener una alta productividad, un diseño simple, ser compactos y funcionar de manera confiable y estable.
La electrólisis procede según el esquema:
MeCl + H2O => MeOH + Cl2 + H2,
donde Me es un metal alcalino.
Durante la descomposición electroquímica de la sal de mesa en electrolizadores con electrodos sólidos, se producen las siguientes reacciones iónicas principales, reversibles e irreversibles:
disociación de moléculas de sal y agua (va al electrolito)
NaCl-Na++Cl-
Oxidación del ion cloro (en el ánodo)
C1- - 2e- => C12
reducción de iones de hidrógeno y moléculas de agua (en el cátodo)
H+ - 2e- => H2
H2O - 2e - \u003d\u003e H2 + 2OH-
Asociación de iones en una molécula de hidróxido de sodio (en electrolito)
Na+ + OH- - NaOH
Los productos útiles son hidróxido de sodio, cloro e hidrógeno. Todos ellos se retiran del electrolizador por separado.
Arroz. 5.1. Esquema de un electrolizador de diafragma.
La cavidad de la celda con un cátodo sólido (Fig.3) está dividida por un poroso.
Los primeros electrolizadores industriales funcionaron en modo discontinuo. Los productos de electrólisis que contenían estaban separados por un diafragma de cemento. Posteriormente se crearon electrolizadores en los que particiones en forma de campana servían para separar los productos de la electrólisis. En la siguiente etapa, aparecieron electrolizadores con diafragma de flujo. En ellos se combinaba el principio de contracorriente con el uso de una membrana separadora fabricada de cartón de amianto. Además, se descubrió un método para obtener un diafragma a partir de pulpa de amianto, tomado de la tecnología de la industria papelera. Este método hizo posible desarrollar diseños de electrolizadores para una gran carga de corriente con un cátodo de dedo compacto no separable. Para aumentar la vida útil de un diafragma de amianto, se propone introducir en su composición algunos materiales sintéticos a modo de revestimiento o aglutinante. También se ha sugerido que los diafragmas se fabriquen íntegramente con nuevos materiales sintéticos. Existe evidencia de que estos diafragmas sintéticos combinados de asbesto o sintéticos especialmente fabricados tienen una vida útil de hasta 500 días. También se están desarrollando diafragmas de intercambio iónico especiales que permiten obtener sosa cáustica pura con un contenido muy bajo de cloruro de sodio. La acción de tales diafragmas se basa en el uso de sus propiedades selectivas para el paso de diversos iones.
Los lugares de contacto de los conductores de corriente con los ánodos de grafito en los primeros diseños se sacaban de la cavidad de la celda. Posteriormente, se desarrollaron métodos para proteger las partes de contacto de los ánodos sumergidos en el electrolito. Con estas técnicas se crearon electrolizadores industriales con un menor suministro de corriente, en los que los contactos del ánodo se encuentran en la cavidad del electrolizador. Actualmente se utilizan en todas partes para la producción de cloro y sosa cáustica sobre cátodo sólido.
Una corriente de solución saturada de cloruro de sodio (salmuera purificada) ingresa continuamente al espacio anódico de la celda del diafragma. Como resultado del proceso electroquímico, se libera cloro en el ánodo debido a la descomposición de la sal común y hidrógeno en el cátodo debido a la descomposición del agua. El cloro y el hidrógeno se eliminan del electrolizador, sin mezclar, por separado. En este caso, la zona cercana al cátodo se enriquece con hidróxido de sodio. Del electrolizador se extrae continuamente una solución de la zona catódica, llamada licor electrolítico, que contiene sal de mesa sin descomponer (aproximadamente la mitad de la cantidad suministrada con salmuera) e hidróxido de sodio. En la siguiente etapa, el licor electrolítico se evapora y el contenido de NaOH se ajusta al 42-50% de acuerdo con el estándar. La sal de mesa y el sulfato de sodio precipitan al aumentar la concentración de hidróxido de sodio.
La solución de NaOH se decanta de los cristales y se transfiere como producto terminado a un almacén o etapa de fundición cáustica para obtener un producto sólido. La sal de mesa cristalina (sal inversa) se devuelve a la electrólisis, preparándose a partir de ella la llamada salmuera inversa. De él, para evitar la acumulación de sulfato en las soluciones, se extrae el sulfato antes de preparar la salmuera de retorno. La pérdida de sal de mesa se compensa añadiendo salmuera fresca obtenida por lixiviación subterránea de capas de sal o disolviendo sal de mesa sólida. Antes de mezclarla con la salmuera inversa, la salmuera fresca se limpia de suspensiones mecánicas y de una parte importante de los iones de calcio y magnesio. El cloro resultante se separa del vapor de agua, se comprime y se transfiere directamente a los consumidores o para licuar el cloro. El hidrógeno se separa del agua, se comprime y se transfiere a los consumidores.
En un electrolizador de membrana tienen lugar las mismas reacciones químicas que en un electrolizador de diafragma. En lugar de un diafragma poroso, se utiliza una membrana catiónica (Fig. 5).
Arroz. 5.2. Esquema de un electrolizador de membrana.
La membrana evita la penetración de iones de cloro en el catolito (electrolito en el espacio catódico), por lo que la sosa cáustica se puede obtener directamente en el electrolizador casi sin sal, en una concentración del 30 al 35%. Debido a que no es necesario separar la sal, la evaporación hace que sea mucho más fácil producir un 50% de sosa cáustica comercial con una menor inversión y costo energético. Dado que la concentración de sosa cáustica en el proceso de membrana es mucho mayor, se utiliza níquel, un producto caro, como cátodo.
Arroz. 5.3. Esquema de un electrolizador de mercurio.
La reacción de descomposición total de la sal común en los electrolizadores de mercurio es la misma que en las celdas de diafragma:
NaCl + H2O => NaOH + 1/2Cl2 + 1/2H2
Sin embargo, aquí se lleva a cabo en dos etapas, cada una en un aparato separado: un electrolizador y un descomponedor. Están interconectados estructuralmente y se denominan baño electrolítico y, a veces, electrolizador de mercurio.
En la primera etapa del proceso, en el electrolizador, se produce la descomposición electrolítica de la sal de mesa (su solución saturada se introduce en el electrolizador) con la producción de cloro en el ánodo y amalgama de sodio en el cátodo de mercurio, según el siguiente reacción:
NaCl + nHg => l/2Cl2 + NaHgn
En el descomponedor tiene lugar la segunda etapa del proceso, en la que, bajo la acción del agua, la amalgama de sodio pasa a hidróxido de sodio y mercurio:
NaHgn + H2O => NaOH + 1/2H2 + nHg
De toda la sal suministrada al electrolizador con salmuera, solo el 15-20% de la cantidad suministrada entra en reacción (2), y el resto de la sal, junto con el agua, sale del electrolizador en forma de cloranolito, una solución. de sal de mesa en agua que contenga 250-270 kg/m3 de NaCl saturado con cloro. La “amalgama fuerte” que sale del electrolizador y el agua se suministran al descomponedor.
El electrolizador en todos los diseños disponibles tiene la forma de una cubeta de acero larga, relativamente estrecha y ligeramente inclinada, a lo largo de cuyo fondo fluye por gravedad una fina capa de amalgama, que es el cátodo, y encima un anolito. La salmuera y la amalgama débil se alimentan desde el borde superior elevado de la celda a través del "bolsillo de entrada".
La fuerte amalgama sale del extremo inferior de la célula a través del "bolsillo de salida". El cloro y el cloranolito salen juntos a través de un ramal, también ubicado en el extremo inferior de la celda. Los ánodos se suspenden sobre todo el espejo de flujo de amalgama o cátodo a una distancia de 3 a 5 mm del cátodo. La parte superior de la celda está cubierta con una tapa.
Son comunes dos tipos de descomponedores: horizontales y verticales. Los primeros se realizan en forma de canal inclinado de acero de la misma longitud que la celda electrolítica. Una corriente de amalgama fluye por el fondo del descomponedor, que está instalado con una ligera inclinación. En este flujo se sumerge un descomponedor de grafito. El agua se mueve en dirección opuesta. Como resultado de la descomposición de la amalgama, el agua se satura con sosa cáustica. La solución cáustica, junto con el hidrógeno, sale del descomponedor a través de un ramal situado en el fondo y la amalgama pobre o mercurio se bombea a la cavidad de la celda.
Además del electrolizador, descomponedor, bolsas y tuberías de rebose, el conjunto del baño de electrólisis incluye una bomba de mercurio. Se utilizan dos tipos de bombas. En los casos en que los baños estén equipados con un descomponedor vertical o donde el descomponedor esté instalado debajo de la celda electrolítica, se utilizan bombas centrífugas sumergibles del tipo convencional, sumergidas en el descomponedor. En los baños donde el descomponedor está instalado junto al electrolizador, la amalgama se bombea mediante una bomba rotativa de cono del tipo original.
Todas las partes de acero del electrolizador que entran en contacto con cloro o cloranolito están protegidas por una capa de caucho vulcanizado de grado especial (engomado). La capa protectora de caucho no es absolutamente resistente. Con el tiempo, se clora, se vuelve quebradizo y se agrieta por la acción de la temperatura. Periódicamente, se renueva la capa protectora. Todas las demás partes del baño de electrólisis (descomponedor, bomba, rebosadero) están hechas de acero sin protección, ya que ni el hidrógeno ni la solución cáustica lo corroen.
Actualmente, los ánodos de grafito son los más comunes en una celda de mercurio. Sin embargo, están siendo reemplazados por ORTA.
6.Seguridad en la producción de cloro
y protección del medio ambiente
El peligro para el personal en la producción de cloro está determinado por la alta toxicidad del cloro y el mercurio, la posibilidad de formación en el equipo de mezclas explosivas de gases de cloro e hidrógeno, hidrógeno y aire, así como soluciones de tricloruro de nitrógeno en líquido. cloro, el uso en la producción de electrolizadores, dispositivos que se encuentran bajo un mayor potencial eléctrico en relación con la tierra, las propiedades del álcali cáustico producido en esta producción.
La inhalación de aire que contiene 0,1 mg/l de cloro durante 30 a 60 minutos pone en peligro la vida. La inhalación de aire que contiene más de 0,001 mg/l de cloro irrita las vías respiratorias. La concentración máxima permitida (MAC) de cloro en el aire de los asentamientos: promedio diario 0,03 mg/m3, máximo una vez 0,1 mg/m3, en el aire del área de trabajo de las instalaciones industriales es 1 mg/m3, la El umbral de percepción del olor es de 2 mg/m3. A una concentración de 3-6 mg/m3 se siente un olor distintivo, se produce irritación (enrojecimiento) de los ojos y las membranas mucosas de la nariz, a 15 mg/m3 - irritación de la nasofaringe, a 90 mg/m3 - intenso ataques de tos. La exposición a 120 - 180 mg/m3 durante 30-60 minutos pone en peligro la vida, a 300 mg/m3 es posible un resultado letal, una concentración de 2500 mg/m3 provoca la muerte en 5 minutos, a una concentración de 3000 mg/ m3 se produce un resultado letal después de varias respiraciones. La concentración máxima permitida de cloro para las máscaras filtrantes de gas industriales y civiles es de 2500 mg/m3.
La presencia de cloro en el aire se determina mediante dispositivos de reconocimiento químico: VPKhR, PPKhR, PKhR-MV utilizando tubos indicadores IT-44 (color rosa, umbral de sensibilidad 5 mg / m3), IT-45 (color naranja), aspiradores AM- 5, AM-0055, AM-0059, NP-3M con tubos indicadores para cloro, analizador de gas universal UG-2 con un rango de medición de 0-80 mg/m3, detector de gas "Kolion-701" en el rango de 0- 20 mg/m3. En espacios abiertos - con dispositivos SIP "KORSAR-X". En interiores - con dispositivos SIP "VEGA-M". Para protegerse contra el cloro en caso de averías o emergencias, todas las personas en los talleres deben tener y utilizar oportunamente máscaras antigás de grados “V” o “BKF” (excepto talleres de electrólisis de mercurio), así como ropa protectora: tela o trajes de goma, botas y manoplas de goma. Las cajas de máscaras antigás contra el cloro deben estar pintadas de amarillo.
El mercurio es más venenoso que el cloro. La concentración máxima permitida de sus vapores en el aire es de 0,00001 mg/l. Afecta al cuerpo humano por inhalación y por contacto con la piel, así como por contacto con objetos amalgamados. Sus vapores y salpicaduras son absorbidos (absorbidos) por la ropa, la piel, los dientes. Al mismo tiempo, el mercurio se evapora fácilmente a temperatura; disponible en el taller de electrólisis, y la concentración de sus vapores en el aire es mucho mayor que el máximo permitido. Por lo tanto, los talleres de electrólisis con cátodo líquido están equipados con una potente ventilación que, durante el funcionamiento normal, garantiza un nivel aceptable de concentración de vapor de mercurio en la atmósfera del taller. Sin embargo, esto no es suficiente para un funcionamiento seguro. También es necesario observar la llamada disciplina del mercurio: seguir las reglas para manipular el mercurio. Siguiéndolos, antes de comenzar a trabajar, el personal pasa por la sala de inspección sanitaria, en cuya sección limpia dejan la ropa de casa y se visten con ropa recién lavada, que es ropa de trabajo. Al final del turno, los monos y la ropa sucia se dejan en la sección sucia del control sanitario, mientras que los trabajadores se duchan, se cepillan los dientes y se visten los artículos del hogar en la sección limpia del control sanitario.
En los talleres que trabajan con cloro y mercurio, se debe utilizar una máscara antigás marca "G" (la caja de la máscara antigás está pintada de negro y amarillo) y guantes de goma. Las reglas de la "disciplina del mercurio" establecen que el trabajo con mercurio y superficies amalgamadas sólo debe realizarse estar bajo una capa de agua; El mercurio derramado debe tirarse inmediatamente por el desagüe, donde hay trampas de mercurio.
Las emisiones de cloro y vapores de mercurio a la atmósfera, los vertidos de sales y gotas de mercurio, los compuestos que contienen cloro activo en las aguas residuales y el envenenamiento del suelo por lodos de mercurio representan un peligro para el medio ambiente. El cloro ingresa a la atmósfera durante los accidentes, con emisiones de ventilación y gases de escape de diversos dispositivos. El vapor de mercurio se elimina con el aire de los sistemas de ventilación. La norma del contenido de cloro en el aire cuando se libera a la atmósfera es de 0,03 mg/m3. Esta concentración se puede alcanzar si se utiliza un lavado alcalino de gases de escape de varias etapas. La norma del contenido de mercurio en el aire cuando se emite a la atmósfera es de 0,0003 mg/m3, y en las aguas residuales cuando se vierte a cuerpos de agua es de 4 mg/m3.
Neutralice el cloro con las siguientes soluciones:
lechada de cal, para la cual se vierte 1 parte en peso de cal apagada en 3 partes de agua, se mezcla bien y luego se escurre el mortero de cal desde arriba (por ejemplo, 10 kg de cal apagada + 30 litros de agua);
Solución acuosa al 5% de carbonato de sodio, para lo cual se disuelven 2 partes en peso de carbonato de sodio con agitación con 18 partes de agua (por ejemplo, 5 kg de carbonato de sodio + 95 litros de agua);
Solución acuosa de sosa cáustica al 5%, para lo cual se disuelven 2 partes en peso de sosa cáustica con agitación con 18 partes de agua (por ejemplo, 5 kg de sosa cáustica + 95 litros de agua).
Cuando hay una fuga de cloro gaseoso, se rocía agua para extinguir los vapores. La tasa de consumo de agua no está estandarizada.
Cuando se derrama cloro líquido, el lugar del derrame se cerca con un terraplén de tierra, lleno de lechada de cal, una solución de carbonato de sodio, soda cáustica o agua. Para neutralizar 1 tonelada de cloro líquido, se necesitan entre 0,6 y 0,9 toneladas de agua o entre 0,5 y 0,8 toneladas de soluciones. Para neutralizar 1 tonelada de cloro líquido, se necesitan entre 22 y 25 toneladas de soluciones o entre 333 y 500 toneladas de agua.
Para la pulverización de agua o soluciones se utilizan camiones de riego y bomberos, estaciones de autoembotellado (AC, PM-130, ARS-14, ARS-15), así como hidrantes y sistemas especiales disponibles en instalaciones químicamente peligrosas.
Conclusión
Dado que los volúmenes de cloro obtenidos mediante métodos de laboratorio son insignificantes en comparación con la demanda cada vez mayor de este producto, no tiene sentido realizar un análisis comparativo de ellos.
De los métodos de producción electroquímica, la electrólisis catódica líquida (mercurio) es la más fácil y conveniente, pero este método no está exento de inconvenientes. Provoca importantes daños ambientales por evaporación y fuga de mercurio metálico y cloro gaseoso.
Los electrolizadores con cátodo sólido eliminan el riesgo de contaminación ambiental por mercurio. Al elegir entre electrolizadores de diafragma y de membrana para nuevas instalaciones de producción, se prefieren estos últimos porque son más económicos y proporcionan un producto final de mayor calidad.
Bibliografía
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propiedades físicas. En condiciones normales, el cloro es un gas de color amarillo verdoso con un olor acre y venenoso. Es 2,5 veces más pesado que el aire. En 1 volumen de agua a 20 grados. C disuelve aproximadamente 2 volúmenes de cloro. Esta solución se llama agua con cloro.
A presión atmosférica, cloro a -34 grados. C pasa a estado líquido y a -101 grados. C se solidifica. A temperatura ambiente, pasa al estado líquido sólo a una presión de 600 kPa (6 atm). El cloro es muy soluble en muchos disolventes orgánicos, especialmente en tetracloruro de carbono, con el que no interactúa.
Propiedades químicas. Hay 7 electrones (s 2 p 5) en el nivel electrónico externo del átomo de cloro, por lo que une fácilmente un electrón, formando el anión Cl -. Debido a la presencia de un nivel d vacío, pueden aparecer 1, 3, 5 y 7 electrones desapareados en el átomo de cloro, por lo tanto, en compuestos que contienen oxígeno, puede tener un estado de oxidación de +1, +3, +5. y +7.
En ausencia de humedad, el cloro es bastante inerte, pero en presencia incluso de trazas de humedad, su actividad aumenta drásticamente. Interactúa bien con los metales:
2 Fe + 3 Cl 2 = 2 FeCl 3 (cloruro de hierro (III));
Cu + Cl 2 = CuCl 2 (cloruro de cobre (II))
y muchos no metales:
H2 + Cl2 = 2 HCl (cloruro de hidrógeno);
2S + Cl2 = S2Cl2 (cloruro de azufre (1));
Si + 2 Cl 2 = SiCl 4 (cloruro de silicio. (IV));
2 P + 5 Cl 2 = 2 PCl 5 (cloruro de fósforo (V)).
El cloro no interactúa directamente con el oxígeno, el carbono y el nitrógeno.
Cuando el cloro se disuelve en agua se forman 2 ácidos: clorhídrico o clorhídrico e hipocloroso:
Cl 2 + H 2 O \u003d HCl + HClO.
Cuando el cloro interactúa con soluciones alcalinas frías, se forman las sales correspondientes de estos ácidos:
Cl 2 + 2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O.
Las soluciones resultantes se llaman agua de jabalina y, al igual que el agua con cloro, tiene fuertes propiedades oxidantes debido a la presencia del ion ClO y se utiliza para blanquear tejidos y papel. Con soluciones calientes de álcalis, el cloro forma las sales correspondientes de los ácidos clorhídrico y clorhídrico:
3 Cl 2 + 6 NaOH = 5 NaCl + NaClO 3 + 3 H 2 O;
3 Cl 2 + 6 KOH = 5 KCl + KClO 3 + 3 H 2 O.
El clorato de potasio resultante se llama sal de Bertolet.
Cuando se calienta, el cloro interactúa fácilmente con muchas sustancias orgánicas. En los hidrocarburos saturados y aromáticos reemplaza al hidrógeno, formando un compuesto organoclorado y cloruro de hidrógeno, y se agrega a los hidrocarburos insaturados en el sitio de un doble o triple enlace.
A temperaturas muy altas, el cloro elimina completamente el hidrógeno del carbono. Esto produce cloruro de hidrógeno y hollín. Por lo tanto, la cloración de hidrocarburos a alta temperatura siempre va acompañada de la formación de hollín.
El cloro es un agente oxidante fuerte, por lo que interactúa fácilmente con sustancias complejas, que incluyen elementos que pueden oxidarse a un estado de valencia superior:
2 FeCl 2 + Cl 2 = 2 FeCl 3;
H 2 SO 3 + Cl 2 + H 2 O \u003d H 2 SO 4 + 2 HCl.
Características de los elementos del grupo VII del subgrupo principal, en el ejemplo del cloro.
Características generales del subgrupo.
Cuadro 1. Nomenclatura de elementos del subgrupo VIIA
Elementos P, típicos, no metales (astato - semimetálico), halógenos.
Diagrama electrónico del elemento Hal (Hal ≠ F):
Los elementos del subgrupo VIIA se caracterizan por las siguientes valencias:
Tabla 2. Valencia
3. Para los elementos del subgrupo VIIA, son característicos los siguientes estados de oxidación:
Tabla 3. Estados de oxidación de los elementos.
Características de un elemento químico.
El cloro es un elemento del grupo VII A. Número ordinal 17
Masa atómica relativa: 35,4527 uma em (g/mol)
Número de protones, neutrones, electrones: 17,18,17
La estructura del átomo:
Fórmula electrónica:
Estados de oxidación típicos: -1, 0, +1, +3, +4, +5, +7
Energía de ionización: 1254,9(13,01) kJ/mol (eV)
Afinidad electrónica: 349 (kJ/mol)
Electronegatividad de Pauling: 3,20
Características de una sustancia simple.
Tipo de enlace: covalente no polar
molécula diatómica
Isótopos: 35 Cl (75,78%) y 37 Cl (24,22%)
Tipo de red cristalina: molecular
Parámetros termodinámicos
Tabla 4
Propiedades físicas
Tabla 5
Propiedades químicas
Una solución acuosa de cloro sufre una gran dismutación ("agua clorada")
Etapa 1: Cl 2 + H 2 O \u003d HCl + HOCl
Etapa 2: HOCl = HCl + [O] - oxígeno atómico
El poder oxidante en el subgrupo disminuye de flúor a yodo = ˃
El cloro es un fuerte agente oxidante:
1. Interacción con sustancias simples
a) con hidrógeno:
Cl 2 + H 2 \u003d 2HCl
b) con metales:
Cl2 + 2Na = 2NaCl
3Cl 2 + 2Fe = 2FeCl 3
c) con algunos no metales menos electronegativos:
3Cl 2 + 2P = 2PCl 3
Cl2 + S = SCl2
Con oxígeno, carbono y nitrógeno, cloro directamente. no reacciona!
2. Interacción con sustancias complejas
a) con agua: ver arriba
b) con ácidos: no reacciona!
c) con soluciones alcalinas:
en frío: Cl 2 +2 NaOH = NaCl + NaClO + H 2 O
cuando se calienta: 3Cl 2 + 6 KOH = 5KCl + KClO 3 + 3H 2 O
e) con muchas sustancias orgánicas:
Cl 2 + CH 4 \u003d CH 3 Cl + HCl
C 6 H 6 + Cl 2 \u003d C 6 H 5 Cl + HCl
Los compuestos más importantes del cloro.
Cloruro de hidrógeno, cloruro de hidrógeno(HCl): un gas incoloro, térmicamente estable (en condiciones normales) con un olor acre, que humea en aire húmedo, fácilmente soluble en agua (hasta 500 volúmenes de gas por volumen de agua) para formar ácido clorhídrico (clorhídrico). A -114,22 °C, el HCl se vuelve sólido. En estado sólido, el cloruro de hidrógeno existe en forma de dos modificaciones cristalinas: rómbica, inferior estable y cúbica.
Una solución acuosa de cloruro de hidrógeno se llama ácido clorhídrico. Cuando se disuelve en agua, ocurren los siguientes procesos:
HCl g + H 2 O bien = H 3 O + bien + Cl - bien
El proceso de disolución es altamente exotérmico. El HCl forma una mezcla azeotrópica con agua. Es un ácido monobásico fuerte. Interactúa vigorosamente con todos los metales que se encuentran en la serie de voltajes a la izquierda del hidrógeno, con óxidos, bases y sales básicos y anfóteros, formando sales. cloruros:
Mg + 2 HCl → MgCl 2 + H 2
FeO + 2 HCl → FeCl 2 + H 2 O
Bajo la acción de agentes oxidantes fuertes o durante la electrólisis, el cloruro de hidrógeno presenta propiedades reductoras:
MnO 2 + 4 HCl → MnCl 2 + Cl 2 + 2 H 2 O
Cuando se calienta, el cloruro de hidrógeno se oxida con oxígeno (catalizador - cloruro de cobre (II) CuCl 2):
4 HCl + O 2 → 2 H 2 O +2 Cl 2
Sin embargo, el ácido clorhídrico concentrado reacciona con el cobre para formar un complejo de cobre monovalente:
2 Cu + 4 HCl → 2 H + H 2
Una mezcla de 3 partes en volumen de ácido clorhídrico concentrado y 1 fracción en volumen de ácido nítrico concentrado se llama agua regia. El vodka Royal es capaz de disolver incluso el oro y el platino. La alta actividad oxidativa del agua regia se debe a la presencia de cloruro de nitrosilo y cloro, que están en equilibrio con los materiales de partida:
4 H 3 O + + 3 Cl - + NO 3 - \u003d NOCl + Cl 2 + 6 H 2 O
Debido a la alta concentración de iones cloruro en la solución, el metal se une al complejo de cloruro, lo que contribuye a su disolución:
3 Pt + 4 HNO 3 + 18 HCl → 3 H 2 + 4 NO + 8 H 2 O
El cloruro de hidrógeno también se caracteriza por reacciones de adición de enlaces múltiples (adición electrofílica):
R-CH \u003d CH 2 + HCl → R-CHCl-CH 3
R-C≡CH + 2 HCl → R-CCl 2 -CH 3
Óxidos de cloro- compuestos químicos inorgánicos de cloro y oxígeno, de fórmula general: Cl x O y.
El cloro forma los siguientes óxidos: Cl 2 O, Cl 2 O 3, ClO 2, Cl 2 O 4, Cl 2 O 6, Cl 2 O 7. Además, se conocen el radical ClO de vida corta, el radical peróxido de cloro ClOO y el radical tetróxido de cloro ClO 4.
La siguiente tabla muestra las propiedades de los óxidos de cloro estables:
Tabla 6
| Propiedad | Cl2O | ClO2 | CloClO 3 | Cl2O6 (g)↔2ClO3 (g) | Cl2O7 |
| Color y estado en habitación. temperatura | gas amarillo-marrón | gas verde amarillo | Líquido amarillo claro | Líquido rojo oscuro | líquido incoloro |
| Estado de oxidación del cloro | (+1) | (+4) | (+1), (+7) | (+6) | (+7) |
| T pl., °C | −120,6 | −59 | −117 | 3,5 | −91,5 |
| pb, °C | 2,0 | 44,5 | |||
| d(a, 0°C), g*cm -3 | - | 1,64 | 1,806 | - | 2,02 |
| ΔH° arr (gas, 298 K), kJ*mol -1 | 80,3 | 102,6 | ~180 | (155) | |
| ΔG° muestra (gas, 298 K), kJ*mol -1 | 97,9 | 120,6 | - | - | - |
| S° arr (gas, 298 K), J * K -1 * mol -1 | 265,9 | 256,7 | 327,2 | - | - |
| Momento dipolar μ, D | 0,78 ± 0,08 | 1,78 ± 0,01 | - | - | 0,72 ± 0,02 |
óxido de cloro(I),Óxido de dicloro, anhídrido de ácido hipocloroso: un compuesto de cloro en estado de oxidación +1 con oxígeno.
En condiciones normales, es un gas de color amarillo pardusco con un olor característico que recuerda al cloro. A temperaturas inferiores a 2 °C, un líquido rojo dorado. Tóxico: afecta las vías respiratorias. Se descompone espontáneamente lentamente:
Explosivo en altas concentraciones. Densidad en condiciones normales 3,22 kg/m³. Se disuelve en tetracloruro de carbono. Disolvamos en agua con formación de ácido hipocloroso débil:
Reacciona rápidamente con álcalis:
Cl 2 O + 2NaOH (dif.) = 2NaClO + H 2 O
Dioxido de cloro- óxido ácido. Cuando se disuelve en agua, se forman cloruros y ácidos clóricos (reacción de desproporción). Las soluciones diluidas son estables en la oscuridad y se descomponen lentamente con la luz:
Dioxido de cloro- óxido de cloro ( IV), un compuesto de cloro y oxígeno, fórmula: ClO 2 .
En condiciones normales, el ClO 2 es un gas de color amarillo rojizo con un olor característico. A temperaturas inferiores a 10 °C, el ClO 2 es un líquido de color marrón rojizo. Inestable, explota a la luz, al contacto con agentes oxidantes y al calentarse. Disolvamos bien en agua. Debido a su naturaleza explosiva, el dióxido de cloro no se puede almacenar en forma líquida.
Óxido ácido. Cuando se disuelve en agua, se forman cloruros y ácidos clóricos (reacción de desproporción). Las soluciones diluidas son estables en la oscuridad y se descomponen lentamente con la luz:
El ácido cloroso resultante es muy inestable y se descompone:
Muestra propiedades redox.
2ClO 2 + 5H 2 SO 4 (razb.) + 10FeSO 4 \u003d 5Fe 2 (SO 4) 3 + 2HCl + 4H 2 O
ClO 2 + 2NaOH frío \u003d NaClO 2 + NaClO 3 + H 2 O
ClO 2 + O 3 = ClO 3 + O 2
El ClO 2 reacciona con muchos compuestos orgánicos y actúa como un agente oxidante moderadamente fuerte.
Ácido hipocloroso- HClO, un ácido monobásico muy débil, en el que el cloro tiene un estado de oxidación +1. Sólo existe en soluciones.
En soluciones acuosas, el ácido hipocloroso se descompone parcialmente en un protón y un anión hipoclorito ClO − :
Inestable. Ácido hipocloroso y sus sales. hipocloritos- agentes oxidantes fuertes. Reacciona con ácido clorhídrico HCl para formar cloro molecular:
HClO + NaOH (diferencial) = NaClO + H 2 O 
ácido cloroso- HClO 2 , ácido monobásico de concentración media.
El ácido clórico HClO 2 en su forma libre es inestable, incluso en una solución acuosa diluida se descompone rápidamente:
Neutralizado con álcalis.
HClO 2 + NaOH (diluido en frío) = NaClO 2 + H 2 O
Se desconoce el anhídrido de este ácido.
De sus sales se obtiene una solución ácida. cloritos, formado como resultado de la interacción de ClO 2 con álcali:
Muestra propiedades redox.
5HClO 2 + 3H 2 SO 4 (dil.) + 2KMnO 4 = 5HClO 3 + 2MnSO 4 + K 2 SO 4 + 3H 2 O
ácido clorico- HClO 3 , un ácido monobásico fuerte, en el que el cloro tiene un estado de oxidación de +5. No recibido en forma gratuita; en soluciones acuosas en concentraciones inferiores al 30% en frío es bastante estable; se descompone en soluciones más concentradas:
El ácido perclórico es un agente oxidante fuerte; El poder oxidante aumenta al aumentar la concentración y la temperatura. El HClO 3 se reduce fácilmente a ácido clorhídrico:
HClO 3 + 5HCl (conc.) = 3Cl 2 + 3H 2 O
HClO 3 + NaOH (dil.) = NaClO 3 + H 2 O
Cuando una mezcla de SO 2 y aire pasa a través de una solución fuertemente ácida, se forma dióxido de cloro:
En ácido clórico al 40%, por ejemplo, el papel de filtro se enciende.
8. Estar en la naturaleza:
El cloro es el halógeno más abundante en la corteza terrestre. Dado que el cloro es muy activo, en la naturaleza sólo se encuentra en forma de compuestos minerales.
Tabla 7. Hallazgo en la naturaleza
Tabla 7. Formas minerales
Las mayores reservas de cloro se encuentran en las sales de las aguas de los mares y océanos.
Recibo
Los métodos químicos para obtener cloro son ineficientes y costosos. Hoy en día son principalmente de importancia histórica. Se puede obtener haciendo reaccionar permanganato de potasio con ácido clorhídrico:
método Scheele
Inicialmente, el método industrial para producir cloro se basaba en el método Scheele, es decir, la reacción de pirolusita con ácido clorhídrico:
método diácono
Método de producción de cloro mediante oxidación catalítica de cloruro de hidrógeno con oxígeno atmosférico.
Métodos electroquímicos
Hoy en día, el cloro se produce a escala industrial junto con el hidróxido de sodio y el hidrógeno mediante electrólisis de una solución de cloruro de sodio, cuyos principales procesos se pueden representar mediante la fórmula resumida:
Solicitud
Perfil de ventana de polímeros que contienen cloro
El componente principal de los blanqueadores es el agua de Labarrakov (hipoclorito de sodio).
· En la producción de cloruro de polivinilo, compuestos plásticos, caucho sintético.
· Producción de organoclorados. Una parte importante del cloro producido se gasta en la obtención de productos fitosanitarios. Uno de los insecticidas más importantes es el hexaclorociclohexano (a menudo denominado hexaclorano).
· Se utilizó como agente de guerra química, así como para la producción de otros agentes de guerra química: gas mostaza, fosgeno.
· Para la desinfección del agua - "la cloración".
· Registrado en la industria alimentaria como aditivo alimentario E925.
· En la producción química de ácido clorhídrico, lejías, sal de Berthollet, cloruros metálicos, venenos, medicamentos, fertilizantes.
· En metalurgia para la producción de metales puros: titanio, estaño, tantalio, niobio.
· Como indicador de neutrinos solares en detectores de cloro-argón.
Muchos países desarrollados se esfuerzan por limitar el uso de cloro en la vida cotidiana, entre otras cosas porque la quema de basura que contiene cloro produce una cantidad significativa de dioxinas.