Хлор (лат. Chlorum), Cl, хімічний елемент VII групи періодичної системи Менделєєва, атомний номер 17, атомна маса 35,453; відноситься до сімейства галогенів . За нормальних умов (0°С, 0,1 Мн/м 2 або 1 кгс/см 2 ) жовто-зелений газ з різким дратівливим запахом. Природний Х. складається з двох стабільних ізотопів: 35 Cl (75,77%) і 37 Cl (24,23%). Штучно отримані радіоактивні ізотопи з масовими числами 32, 33, 34, 36, 38, 39, 40 і періодами напіврозпаду ( T 1 /2 ) відповідно 0,31; 2,5; 1,56 сік ; 3, 1×10 5 років; 37,3, 55,5 і 1,4 мин. 36 Cl і 38 Cl використовуються як ізотопні індикатори .
Історична довідка. Х. отриманий вперше в 1774 До. Шеєле взаємодією соляної кислоти з піролюзитом Mno 2 . Проте лише в 1810 Р. Деві встановив, що хлор — елемент і назвав його chlorine (від греч.(грецький) chlorós — жовто-зелений). У 1813 Же. Л. Гей-Люссак запропонував для цього елементу назву Х.
Поширення в прірод е. Х. зустрічається в природі лише у вигляді з'єднань. Середній вміст Х. у земній корі (кларк) 1,7×10 -2 % по масі, в кислих вивержених породах — гранітах і ін. 2,4×10 -2 , в основних і ультраосновних 5×10 -3 . Основну роль в історії Х. у земній корі грає водна міграція. У вигляді іона Cl він міститься в Світовому океані (1,93%), підземних рассолах і соляних озерах. Число власних мінералів (переважно хлоридів природних ) 97, головний з них галіт NACI (див. Кам'яна сіль ) . Відомі також крупні родовища хлоридів калія і магнію і змішаних хлоридів: сильвін Kcl, сильвініт (Na, K) CI, карналіт Kci×MgCl 2 ×6H 2 O, каїніт Kci×MgSO 4 ×3H 2 O, бішофіт Mgci 2 ×6H 2 O. У історії Землі велике значення мало вступ що міститься у вулканічних газах Hcl у верхні частини земної кори.
Фізичні і хімічні властивості. Х. має t кіп —34,05°С, t nл — 101°С. Щільність газоподібного Х. за нормальних умов 3,214 г/л ; насиченої пари при 0°С 12,21 г/л ; рідкого Х. при температурі кипіння 1,557 г/см 3 ; твердого Х. при — 102°c 1,9 г/см 3 . Тиск насиченої пари Х. при 0°С 0,369; при 25°c 0,772; при 100°c 3,814 Мн/м 2 або відповідно 3,69; 7,72; 38,14 кгс/см 2 . Теплота плавлення 90,3 кдж/кг (21,5 кал/г ); теплота випару 288 кдж/кг (68,8 кал/г ); теплоємність газу при постійному тиску 0,48 кдж/ ( кг × До ) [0,11 кал/ ( г × ° З)] . Критичні константи Х.: температура 144°c, тиск 7,72 Мн/м-кодом 2 (77,2 кгс/см 2 ) , щільність 573 г/л , питомий об'єм 1,745×10 -3 л/г . Розчинність (у г/л ) Х. при парціальному тиску 0,1 Мн/м-кодом 2 , або 1 кгс/см 2 , у воді 14,8 (0°С), 5,8 (30°c), 2,8 (70°c); у розчині 300 г/л NACI 1,42 (30°c), 0,64 (70°c). Нижче 9,6°С у водних розчинах утворюються гідрати Х. змінного складу Cl× n H 2 O (де n = 6¸8); це жовті кристали кубічної сингонії, температури, що розкладаються при підвищенні, на Х. і воду. Х. добре розчиняється в Ticl 4 , Sic1 4 , Sncl 4 і деяких органічних розчинниках (особливо в гексані C 6 H 14 і чотирихлористому вуглеці Ccl 4 ). Молекула Х. двухатомна (Cl 2 ). Міра термічної дисоціації Cl 2 + 243 кдж Û 2cl при 1000 До рівна 2,07×10 -40 %, при 2500 До 0,909%. Зовнішня електронна конфігурація атома Cl 3 s 2 3 p 5 . Відповідно до цього Х. у з'єднаннях проявляє міри окислення —1, +1, +3, +4, +5, +6 і +7. Ковалентний радіус атома 0,99, іонний радіус Cl - 1,82, спорідненість атома Х. до електрона 3,65 ев, енергія іонізації 12,97 ев .
Хімічно Х. дуже активний, безпосередньо з'єднується майже зі всіма металами (з деякими лише у присутності вологи або при нагріванні) і з неметалами (окрім вуглецю, азоту, кисню, інертних газів), утворюючи відповідні хлориди, вступає у реакцію з багатьма з'єднаннями, заміщає водень в граничних вуглеводнях і приєднується до ненасичених сполук. Х. витісняє бром і йод з їх з'єднань з воднем і металами; із з'єднань Х. з цими елементами він витісняється фтором. Лужні метали у присутності слідів вологи взаємодіють з Х. із займанням, більшість металів реагують з сухим Х. лише при нагріванні. Сталь, а також деякі метали стійки в атмосфері сухого Х. у умовах невисоких температур, тому їх використовують для виготовлення апаратури і сховищ для сухого Х. Фосфор запалав в атмосфері Х., утворюючи Pcl 3 , а при подальшому хлоруванні — Pcl 5 ; сірка з Х. при нагріванні дає S 2 Cl 2 , Scl 2 і ін. S n Cl m . Миш'як, сурма, вісмут, стронцій, теллур енергійно взаємодіють з Х. Смесь Х. з воднем горить безбарвним або жовто-зеленим полум'ям з утворенням хлористого водню (це ланцюгова реакція),
Максимальна температура воднево-хлорного полум'я 2200°c. Суміші Х. з воднем, що містять від 5,8 до 88,5% H 2 , вибухонебезпечні.
З киснем Х. утворює оксиди: Cl 2 O, Clo 2 , Cl 2 O 6 , Cl 2 O 7 , Cl 2 O 8 (див. Хлору оксиди ) , а також гіпохлорити (солі хлорнуватистої кислоти ) , хлорити, хлорати і перхлорати. Всі кисневі з'єднання хлору утворюють вибухонебезпечні суміші з речовинами, що легко окислюються. Оксиди Х. малостойки і можуть мимоволі вибухати, гіпохлорити при зберіганні повільно розкладаються, хлорати і перхлорати можуть вибухати під впливом ініціаторів.
Х. у воді гидролізуєтся, утворюючи хлорнуватисту і соляну кислоти: Cl 2 + H 2 O Û Hclo + Hcl. При хлоруванні водних розчинів лугів на холоду утворюються гіпохлорити і хлориди: 2naoh + Cl 2 = NACIO + NACI + H 2 O, а при нагріванні — хлорати. Хлоруванням сухого гідроокису кальцію отримують хлорне вапно .
При взаємодії аміаку з Х. утворюється трихлористий азот (див. Хлориди азоту ) . При хлоруванні органічних сполук Х. або заміщає водень: R—H + Ci 2 = Rcl + HCI, або приєднується по кратних зв'язках:
утворюючи різні хлорсодержащие органічні сполуки (див. Хлорування ) .
Х. утворює з ін. галогенами міжгалогенні з'єднання . Фториди CLF, Clf 3 , Clf 5 дуже реакционноспособни; наприклад, в атмосфері Clp 3 скляна вата займається. Відомі з'єднання хлору з киснем і фтором — оксифторіди Х.: Clo 3 F, Clo 2 F 3 , CLOF, Clof 3 і перхлорат фтору Fclo 4 .
Здобуття. Х. почали виробляти в промисловості в 1785 взаємодією соляної кислоти з двоокисом марганцю або піролюзитом. У 1867 англійський хімік Г. Дікон розробив спосіб здобуття Х. окисленням Hcl киснем повітря у присутності каталізатора. З кінця 19 — почала 20 вв.(століття) Х. отримують електролізом водних розчинів хлоридів лужних металів. По цих методах в 70-х рр. 20 ст виробляється 90—95% Х. в світі. Невеликі кількості Х. виходять попутно при виробництві магнію, кальцію, натрію і літію електролізом розплавлених хлоридів. У 1975 світове виробництво Х. складало близько 25 млн. т. Застосовуються два основних методу електролізу водних розчинів NACI: 1) у електролізерах з твердим катодом і пористою діафрагмою, що фільтрує; 2) у електролізерах з ртутним катодом. По обох методах на графітовому або окисному тітано-рутенієвому аноді виділяється газоподібний Х. По першому методу на катоді виділяється водень і утворюється розчин NAOH і Nacl, з якого подальшою переробкою виділяють товарну каустичну соду. По другому методу на катоді утворюється амальгама натрію, при її розкладанні чистою водою в окремому апараті виходять розчин NAOH, водень і чиста ртуть, яка знов йде у виробництво. Обидва методи дають на 1 т Х. 1,125 т NAOH.
Електроліз з діафрагмою вимагає менших капіталовкладень для організації виробництва Х., дає дешевший NAOH. Метод з ртутним катодом дозволяє отримувати дуже чистий NAOH, але втрати ртуті забруднюють довкілля. У 1970 по методу з ртутним катодом вироблялося 62,2% світового вироблення Х., з твердим катодом 33,6% і пр. способами 4,2%. Після 1970 почали застосовувати електроліз з твердим катодом і іонообмінною мембраною, що дозволяє отримувати чистий NAOH без використання ртуті.
Вживання. Однією з важливих галузей хімічної промисловості є хлорна промисловість. Основні кількості Х. переробляються на місці його виробництва в хлорсодержащие з'єднання. Зберігають і перевозять Х. у рідкому вигляді в балонах, бочках, же.-д.(железнодорожний) цистернах або в спеціально обладнаних судах. Для індустріальних країн характерний наступний зразковий вжиток Х.: на виробництво хлорсодержащих органічних сполук — 60—75%; неорганічних з'єднань, що містять Х., — 10—20%; на вибілювання целюлози і тканин — 5—15%; на санітарні потреби і хлорування води — 2—6% від загального вироблення.
Х. застосовується також для хлорування деяких руд з метою витягання титану, ніобію, цирконію і ін.
Х. у організмі. Х. — один з біогенних елементів, постійний компонент тканин рослин і тварин. Вміст Х. у рослинах (багато Х. у галофітах ) — від тисячних доль відсотка до цілих відсотків, у тварин — десяті і соті долі відсотка. Добова потреба дорослої людини в Х. (2—4 г ) покривається за рахунок харчових продуктів. З їжею Х. поступає зазвичай в надлишку у вигляді хлориду натрію і хлориду калія. Особливо багаті Х. хліб, м'ясні і молочні продукти. У організмі тварин Х. — основне осмотічеськи активна речовина плазми крові, лімфи, спинномозкової рідини і деяких тканин. Грає роль в водно-сольовому обміні, сприяючи утриманню тканинами води. Регуляція кислотно-лужної рівноваги в тканинах здійснюється поряд з ін. процесами шляхом зміни в розподілі Х. між кров'ю і ін. тканинами. Х. бере участь в енергетичному обміні в рослин, активуючи як окислювальне фосфорилування, так і фотофосфорилування. Х. позитивно впливає на поглинання корінням кисню. Х. необхідний для утворення кисню в процесі фотосинтезу ізольованими хлоропластами . До складу більшості живильних середовищ для штучного культивування рослин Х. не входить. Можливо, для розвитку рослин достатні вельми малі концентрації Х.
М. Я. Школяр.
Отруєння Х. можливі в хімічній, целюлозно-паперовій, текстильній, фармацевтичній промисловості і ін. Х. дратує слизисті оболонки очей і дихательних доріг. До первинних запальних змін зазвичай приєднується вторинна інфекція. Гостре отруєння розвивається майже негайно. При вдиханні середніх і низьких концентрацій Х. наголошуються ніяковість і біль в грудях, сухий кашель, прискорене дихання, різь в очах, сльозотеча, підвищення вмісту лейкоцитів в крові, температури тіла і т.п. Можливі бронхопневмонія, токсичний набряк легенів, депресивні стани, судоми. У легких випадках одужання настає через 3—7 сут. Як віддалені наслідки спостерігаються катари верхніх дихальних доріг, рецидивуючий бронхіт, пневмосклероз і др.; можлива активізація туберкульозу легенів. При тривалому вдиханні невеликих концентрацій Х. спостерігаються аналогічні, але повільно такі, що розвиваються форми захворювання. Профілактика отруєнь: герметизація виробничого устаткування, ефективна вентиляція, при необхідності використання протигаза. Гранично допустима концентрація Х. в повітрі виробничих приміщень 1 міліграма/м-коду 3 . Виробництво Х., хлорному вапну і ін. хлорсодержащих з'єднань відноситься до виробництв з шкідливими умовами праці, де по сов.(радянський) законодавству обмежено вживання праці жінок і неповнолітніх.
А. А. Каспаров.
Літ.: Якименко Л. М., Виробництво хлору каустичної соди і неорганічних хлорпродуктов, М., 1974; Некрасов Би. Ст, Основи загальної хімії, 3 видавництва, [т.] 1, М., 1973; Шкідливі речовини в промисловості, під ред. Н. У, Лазарева, 6 видавництво, т. 2, Л., 1971; Comprehensive inorganic chemistry, ed. J. C. Bailar [а. о.], v. 1—5, Oxf. — [а. о.], 1973.
