ХЛОР

ХЛОР (лат. Chlorum), Cl, хи­мич. эле­мент VII груп­пы ко­рот­кой фор­мы (17-й груп­пы длин­ной фор­мы) пе­рио­дич. сис­те­мы; от­но­сит­ся к га­ло­ге­нам; ат. н. 17, ат. м. 35,453. В при­ро­де два ста­биль­ных нук­ли­да ³⁵Cl (75,78%) и ³⁷Cl (24,22%); ис­кус­ст­вен­но по­лу­че­ны ра­дио­нук­ли­ды с мас­со­вы­ми чис­ла­ми 22–51, наи­бо­лее дол­го­жи­ву­щий ³⁶Cl (T_1/2 301 тыс. лет; β-рас­пад и элек­трон­ный за­хват).

Историческая справка

Га­зо­об­раз­ный Х. впер­вые вы­де­лен К. Шее­ле в 1774 окис­ле­ни­ем со­ля­ной ки­сло­ты пи­ро­лю­зи­том MnO₂. Эле­мен­тар­ную при­ро­ду Х. ус­та­но­вил в 1810 Г. Дэ­ви и пред­ло­жил в 1811 со­от­вет­ст­вую­щее ок­ра­ске назв. «Х.» (от греч. χλωρός  – жёл­то-зе­лё­ный).

Распространённость в природе

Со­дер­жа­ние Х. в зем­ной ко­ре 0,017% по мас­се, в вул­ка­нич. га­зах – до 1,3%. Вслед­ст­вие вы­со­кой хи­мич. ак­тив­но­сти в сво­бод­ном ви­де не встре­ча­ет­ся. Вхо­дит в со­став мн. ми­не­ра­лов. Собств. мине­ра­лы Х. – в осн. при­род­ные хло­ри­ды (см. в ст. Га­ло­ге­ни­ды при­род­ные): ка­мен­ная соль (га­лит) NaCl, силь­вин KCl, кар­нал­лит KCl·MgCl₂·6H₂O, каи­нит KCl·MgSO₄·3H₂O, би­шо­фит MgCl₂·6H₂O. Гл. роль в рас­про­стра­не­нии Х. в зем­ной ко­ре иг­ра­ет вод­ная ми­гра­ция. Х. в ви­де ио­на Cl^– со­дер­жит­ся в мор­ской во­де (18,83 г/дм³), под­зем­ных рас­со­лах, со­ля­ных озё­рах и др. Ио­ны Cl^– важ­ны для всех жи­вых ор­га­низ­мов (уча­ст­ву­ют в ре­гу­ли­ро­ва­нии вод­но­го об­ме­на и др.); в со­ста­ве тка­ней чело­ве­ка 0,25% по мас­се Х. (в плаз­ме кро­ви 0,32–0,37%), со­дер­жа­ние Х. в тка­нях рас­те­ний за­ви­сит от ви­да рас­те­ния (напр., в та­ба­ке – 2,3%, в мор­ко­ви – 1,5%, в зер­но­вых – 0,05%).

Свойства

Кон­фи­гу­ра­ция внеш­ней элек­трон­ной обо­лоч­ки ато­ма Х. 3s²3р⁵; в со­еди­не­ни­ях про­яв­ля­ет сте­пе­ни окис­ле­ния –1 (хло­ри­ды), +1 (ги­по­хло­ри­ты), +3 (хло­ри­ты), +5 (хло­ра­ты) и +7 (пер­хло­ра­ты); элек­тро­от­ри­ца­тель­ность по По­лин­гу 3,16; атом­ный ра­ди­ус 99 пм; ион­ный ра­ди­ус Сl^– 184 пм. Мо­ле­ку­ла двух­атом­на, энер­гия дис­со­циа­ции Cl₂ 239,24 кДж/моль.

При нор­маль­ных ус­ло­ви­ях Х. – жёл­то-зе­лё­ный не­го­рю­чий газ с рез­ким удушаю­щим за­па­хом; t_пл –100,98 °С, t_кип –33,97 °С; плот­ность су­хо­го га­за 3,209 кг/м³ (0 °С), жид­ко­го Х. 1558,9 кг/м³ (–33,97 °С). Хо­ро­шо рас­тво­рим в не­по­ляр­ных жид­ко­стях (напр., TiCl₄, SiCl₄, SnCl₄, гек­са­не, CCl₄), уме­рен­но – в во­де (об­ра­зу­ет­ся «хлор­ная во­да»). При темп-ре ни­же 9,6 °С в вод­ных рас­тво­рах об­ра­зу­ет гид­ра­ты пе­ре­мен­но­го со­ста­ва Cl₂·nH₂O (n=6–8). Жид­кий Х. – рас­тво­ри­тель (TiCl₄, SiCl₄ и др.).

Х. – один из наи­бо­лее хи­ми­че­ски актив­ных эле­мен­тов; не­по­сред­ст­вен­но взаи­мо­дей­ст­ву­ет поч­ти со все­ми ме­тал­ла­ми (с не­ко­то­ры­ми толь­ко в при­сут­ст­вии вла­ги или при на­гре­ва­нии) и не­ме­тал­ла­ми (ре­ак­ции Х. с ки­сло­ро­дом, азо­том, инерт­ны­ми га­за­ми тре­бу­ют спец. ме­то­дов ак­ти­ва­ции), об­ра­зуя со­от­вет­ст­вую­щие хло­ри­ды. За­ме­ща­ет во­до­род в на­сы­щен­ных уг­ле­во­до­ро­дах и при­сое­ди­ня­ет­ся к оле­фи­нам. Вы­тес­ня­ет бром и иод из их со­еди­не­ний с во­до­ро­дом и ме­тал­ла­ми (из со­еди­не­ний Х. с во­до­ро­дом и ме­тал­ла­ми вы­тес­ня­ет­ся фто­ром). Смесь Х. с во­до­ро­дом го­рит при 2200 °С бес­цвет­ным или жёл­то-зе­лё­ным пла­ме­нем с об­ра­зо­ва­ни­ем хло­ро­во­до­ро­да (цеп­ная ре­ак­ция). Сме­си Х. с во­до­ро­дом, со­дер­жа­щие 5,8–88,5% Н₂, взры­во­опас­ны. С ки­сло­ро­дом Х. об­ра­зу­ет ряд ок­си­дов (наи­бо­лее важ­ны Cl₂O, ClO₂, Cl₂O₆ и Cl₂O₇); все ок­си­ды Х. не­ста­биль­ны и взры­во­опас­ны. Би­нар­ный хло­рид азо­та NCl₃, по­лу­чае­мый хло­ри­ро­ва­ни­ем ам­миа­ка или со­лей ам­мо­ния, чрез­вы­чай­но взрыв­чат. С др. га­ло­ге­на­ми Х. об­ра­зу­ет меж­га­ло­ген­ные со­еди­не­ния. О взаи­мо­дей­ст­вии Х. с ор­га­нич. ве­ще­ст­ва­ми см. Га­ло­ге­ни­ро­ва­ние. При­чи­на вы­со­кой хи­мич. ак­тив­но­сти Х. – в срав­нит. лёг­ко­сти об­ра­зо­ва­ния ато­мов Cl из мо­ле­кул Cl₂, вы­со­ком срод­ст­ве ато­ма Cl к элек­тро­ну (348,7 кДж/моль – са­мое вы­со­кое сре­ди хи­мич. эле­мен­тов) и вы­со­кой энер­гии свя­зи Х. с боль­шин­ст­вом эле­мен­тов.

Получение

Прак­ти­че­ски весь про­из­во­ди­мый Х. по­лу­ча­ют элек­тро­ли­зом вод­ных рас­тво­ров NaCl (ре­же KCl); др. про­дук­ты элек­тро­ли­за – щё­лочь (1,13 т NaOH на 1 т Cl₂) и во­до­род. Ис­поль­зу­ют 3 ме­то­да элек­тро­ли­за: с ртут­ным ка­то­дом (Х. вы­де­ля­ет­ся на твёр­дом ано­де, элек­трод­ные про­стран­ст­ва не раз­де­ле­ны); диа­фраг­мен­ный (оба элек­тро­да твёр­дые, анод­ное и ка­тод­ное про­стран­ст­ва раз­де­ле­ны фильт­рую­щей диа­фраг­мой); мем­бран­ный (анод­ное и ка­тод­ное про­стран­ст­ва раз­де­ле­ны ка­тио­но­об­мен­ной мем­бра­ной). Пер­вые два ме­то­да суще­ст­ву­ют св. 100 лет, тре­тий при­ме­ня­ют в пром-сти с 1975. Мем­бран­ный ме­тод по­зво­ля­ет дос­тичь вы­хо­да по то­ку 95–97% при кон­цен­тра­ции щё­ло­чи 32–35%, эко­ло­ги­че­ски ме­нее опа­сен, тре­бу­ет мень­ше­го рас­хо­да энер­гии (2000–2100 кВт·ч/т про­дук­та) и мень­ших ка­пи­та­ло­вло­же­ний по срав­не­нию с др. ме­то­да­ми, по­это­му до­ля Х., по­лу­чае­мо­го этим ме­то­дом, не­пре­рыв­но воз­рас­та­ет – по со­стоя­нию на 2015 св. 60% про­из­водств Х. в ми­ре ис­поль­зу­ют мем­бран­ную тех­но­ло­гию. Ма­те­ри­ал мем­бран, про­пус­каю­щих лишь ио­ны Na⁺ и K⁺, – как пра­ви­ло, фтор­со­дер­жа­щие по­ли­ме­ры (срок служ­бы – до 5 лет). Ми­ро­вое про­из-во Х. 53–55 млн. т/год (2015).

Применение

Х. ис­поль­зу­ют для произ-ва окис­ли­тель­но-от­бе­ли­ваю­щих ве­ществ – каль­ция ги­по­хло­ри­та, на­трия ги­по­хло­ри­та, хлор­ной из­вес­ти, хло­ри­дов мн. эле­мен­тов, ря­да хло­рор­га­нич. про­дук­тов (по­ли­ви­нил­хло­ри­да, хло­ро­пре­но­во­го кау­чу­ка, ди­хло­рэ­та­на, хло­ро­фор­ма, эпи­хлор­гид­ри­на и др.), для во­до­очи­ст­ки. В ми­ре на про­из-во хлор­со­дер­жа­щих ор­га­нич. про­дук­тов рас­хо­ду­ет­ся 60–75% про­из­во­ди­мо­го Х., не­ор­га­ни­че­ских – 10–15%, в цел­лю­лоз­но-бу­маж­ной пром-сти – 5–15%.

Ток­си­чен, раз­дра­жа­ет сли­зи­стые обо­лоч­ки, ды­ха­тель­ные пу­ти и лёг­кие. Х. – пер­вое бое­вое от­рав­ляю­щее ве­ще­ст­во, ис­поль­зо­ван­ное во вре­мя 1-й ми­ро­вой вой­ны (см. в ст. Ипр).