عنصر کلر و نقش آن در شیمی – از صفر تا صد

در سال 1809 شیمیدان‌ها پیشنهاد دادند که این گاز ممکن است نوعی عنصر خالص باشد و یک سال بعد، «سر همفری دیوی» (Sir Humphry Davy) این موضوع را به تایید رساند و نام کلر که به معنی یونانی،‌ سبز کمرنگ نام‌ داشت را بواسطه رنگ این عنصر، برای آن انتخاب کرد.

مقدمه

خواص کلر

$$[ Ne ] 3 s ^ 2 3 p ^ 5$$

فیلم آموزش شیمی عمومی ۱ و ۲ در فرادرس

کلیک کنید

ایزوتوپ‌ های کلر

ترکیبات شیمیایی کلر

هیدروژن کلرید

$$\begin{equation}\begin {array} { l } \mathrm { N a C l } + \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 } \stackrel { 150 ^ {\circ} \mathrm { C } } { \rightarrow} \mathrm { Na H S O } _ { 4 } + \mathrm { H C l } \\ \mathrm { Na C l } + \mathrm { Na H S O } _ { 4 } \stackrel { 540 - 600 ^ {\circ} \mathrm{C}} \rightarrow \mathrm { Na } _ { 2 } \mathrm { S O } _ { 4 } + \mathrm { H Cl } \end{array}\end{equation}$$

سایر ترکیبات دوتایی

$$\begin{equation}\begin{aligned} & \mathrm { E u C l } _ { 3 } + \frac { 1} { 2 } \mathrm { H } _ { 2 } \rightarrow \mathrm { Eu C l } _ { 2 } + \mathrm { H C l } \\ & \mathrm { Re Cl } _ { 5 } \stackrel{\text { at } {\text {bp }}}{\rightarrow} \mathrm {Re Cl} _ { 3 } + \mathrm { Cl } _ { 2} \\ & \mathrm { A u C l } _ { 3 } \stackrel {160 ^ {\circ} \mathrm { C } } {\rightarrow} \mathrm { Au C l } + \mathrm { C l } _ { 2 } \end{aligned}\end{equation}$$

ترکیبات پلی کلرین

$$\begin {equation} \mathrm { C l } _ { 2 } + \mathrm { C l F } + \mathrm { A s F } _ { 5 } \stackrel { - 78 ^ {\circ} \mathrm { C } } {\rightarrow} \mathrm { C l } _ { 3 } ^ { + } \mathrm { A s F } _ { 6 } ^ { - } \end{equation}$$

فلورایدهای کلر

ترکیب $$ClF$$ از جمله ترکیبات پایدار کلر به شمار می‌آید که به صورت تجاری نیز به فروش می‌رسد. این ترکیب،‌ گازی بی‌رنگ با دمای ذوب $$-155.6$$ درجه سانتی‌گراد و نقطه جوش $$-100.1$$ درجه سانتی‌گراد است. چنین ترکیبی به شدت با ترکیبات شامل گروه‌های $$-OH$$ و $$-NH$$ همچون آب واکنش می‌دهد:

$$\begin {equation} \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } + 2 \mathrm { C l F } \rightarrow 2 \mathrm { H F } + \mathrm { C l } _{ 2 } \mathrm { O } \end {equation}$$

ترکیب $$ClF_3$$ نیز مایعی بی‌رنگ با دمای ذوب و جوش به ترتیب $$-76.3$$ و $$11.8$$ درجه سانتی‌گراد است. $$ClF_3$$ یکی از واکنش‌پذیرترین ترکیبات شیمیایی شناخته شده به شمار می‌آید که با بسیاری از مواد بی‌اثر همچون سیمان و ماسه نیز وارد واکنش می‌شود. این ترکیب در اثر تماس با آب و بسیاری از مواد آلی، به طور انفجاری واکنش می‌دهد.

$$\begin {equation} 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } + \mathrm { C l F } _ { 5 } \rightarrow 4 \mathrm { H F } + \mathrm { F C l O } _ { 2 } \end {equation}$$

اکسیدهای کلر

$$\begin {equation} \mathrm { C l O } _ { 3 } ^ { - } + \mathrm { C l } ^ { - } + 2 \mathrm { H } ^ { + } \rightarrow \mathrm { C l O } _ { 2 } + \frac { 1 } { 2 } \mathrm { C l } _ { 2 } + \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } \end {equation}$$

اکسی اسیدها و اکسی آنیون‌های کلر

عنصر کلر، چهار نوع اکسی اسید تولید می‌کند:

• هیپوکلروس اسید $$(HOCl)$$
• کلروس اسید $$(HOClO)$$
• کلریک اسید $$(H O Cl O _ 2)$$
• پرکلریک اسید $$(H O Cl O _ 3)$$

یون‌های هیپوکلریت در اثر تسهیم نامتناسب، همچون واکنش زیر، کلرید و کلرات تولید می‌کنند:

$$\begin {equation} 3 \mathrm { C l O } ^ { - } \rightleftharpoons 2 \mathrm { C l } ^ { - } +\mathrm { C l O } _ { 3 } ^ { - } \end{equation}$$

$$\begin {equation} 4 \mathrm { C l O } _ { 3 } ^ { - } \rightleftharpoons \mathrm { C l } ^ { - } + 3 \mathrm { C l O } _ { 4 } ^ { - } \end{equation}$$

کلریک اسید، یک اسید قوی به شمار می‌آید که تقریبا در آب سرد و تا 30 درصد غلظت، پایدار است اما در صورت گرم شدن، کلر و دی‌اکسید کلر تولید می‌کند. تبخیر آن در فشار کاهش یافته، سبب افزایش غلظت آن تا 40 درصد می‌شود اما در ادامه به پرکلریک اسید، کلر، اکسیژن،‌ آب و دی‌اکسید کلر تجزیه خواهد شد. مهم‌ترین نمک این ترکیب، سدیم کلرات است. تجزیه کلرات به کلریت و اکسیژن، یک راه معمول برای تولید اکسیژن در شرایط آزمایشگاهی و مقیاس پایین به شمار می‌آید.

پرکلرات‌ها و پرکلریک اسید،‌ از جمله پایدارترین ترکیبات کلر به شمار می‌آیند. به یاد داشته باشید که ترکیبات شامل کلر، زمانی که در آن‌ها اتم کلر در پایین‌ترین $$(-1)$$ یا بالاترین $$(+7)$$ عدد اکسایش خود باشند، بیشترین پایداری را دارند. پرکلریک اسید و پرکلرات‌ها عوامل اکسنده‌ای هستند که واکنش‌های شدیدی به هنگام گرم شدن دارند. پرکلریک اسید آنیدروس (بی‌آب)، مایعی بی‌رنگ است که حمل آن باید با احتیاط صورت بگیرد و در تماس با بیشتر ترکیبات آلی، دچار انفجار می‌شود.

ترکیبات آلی کلری

فیلم آموزش شناسایی ترکیبات آلی در فرادرس

کلیک کنید

تولید کلر

$$\begin {equation} 2 \mathrm {Na C l } + 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } \rightarrow \mathrm { Cl } _ { 2 } + \mathrm { H } _ { 2 } + 2 \mathrm { N a O H } \end{equation}$$

الکترولیز محلول‌های کلریدی نیز در کاتد و آند به صورت زیر خواهد بود:

کاتد: $$\begin {equation} 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } + 2 \mathrm { e } ^ { - } \rightarrow \mathrm { H } _ { 2 } + 2 \mathrm { O H } \end{equation}$$

آند: $$\begin {equation} 2 \mathrm { C l } ^ { - } \rightarrow \mathrm { C l } _ { 2 } + 2 \mathrm { e } ^ { - } \end{equation}$$

در سلول الکترولیز، یک دیافراگم از جنس آزبست، کاتد و آند را از یکدیگر جدا می‌کند و مانع تشکیل مجدد کلر در آند از طریق اختلاط با سدیم هیدروکسید می‌شود. به طور پیوسته، آب شور به بخش آند وارد می‌شود و از طریق دیافراگم به بخش کاتد می‌رسد. در روشی دیگر، از یک سلول غشایی الکترولیز بهره می‌گیرند که این غشای تراوا در نقش یک تبادلگر یونی عمل می‌کند. سدیم کلرید یا پتاسیم کلرید اشباع از بخش آند عبور و با گذر از آند، غلظت آن کاهش پیدا می‌کند. در این روش،‌ سدیم هیدروکسید با درصد خلوص بالا تشکیل می‌شود اما از نقاط ضعف آن، نیاز به آب شور با خلوص بسیار بالا است.

در روشی دیگر، از هیدروژن کلرید بازیافتی استفاده می‌کنند تا طبق واکنش زیر،‌ فرآورده کلر تولید شود:

$$\begin {equation} 4 \mathrm { H C l } + \mathrm { O } _ { 2 } \rightarrow 2 \mathrm { C l } _ { 2 } + 2 \mathrm { H } _ { 2 } \mathrm { O } \end{equation}$$

کاربردهای کلر

به طور کلی، در حدود 63 درصد کلر تولیدی، صرف تولید ترکیبات آلی می‌شود و 18 درصد به تولید ترکیبات معدنی کلر اختصاص دارد. 19 درصد باقی‌مانده نیز به تولید سفیدکننده‌ها و گندزداها اختصاص پیدا می‌کند.

ترکیبات مهم آلی که از این طریق به تولید می‌رسند عبارتند از 1و2-دی‌کلرو اتان و وینیل کلرید که در ساخت PVC کاربرد دارند. ترکیبات غیر آلی مهم نیز در زیر آورده شده‌اند:

• $$H Cl$$
• $$Cl _ 2 O$$
• $$H O Cl$$
• $$Na Cl O _ 3$$
• $$AlCl_3$$
• و...

تصفیه آب

ضدعفونی لوازم خانگی

صنایع غذایی

از این ماده در محافظت از محصولات کشاورزی در مقابل آفت‌ها استفاده می‌کنند چراکه موجب حذف عوامل بیماری‌زا همچون باکتری ای‌کولای می‌شود.

پزشکی

انرژی خورشیدی و بادی

صنایع دفاعی و نظامی

جدا از بحث تولید سلاح‌های شیمیایی، این ماده در ساخت جلیقه‌های ضد گلوله، عینک‌های دید در شب و همچنین در تولید ابزارآلات صنایع موشکی کاربرد دارد.

اگر این مطلب برای شما مفید بوده‌ است،‌ آموزش‌ها و مطالب زیر نیز به شما پیشنهاد می‌شوند:

• مجموعه آموزش‌های دروس شیمی
• مجموعه آموزش نرم‌افزارهای مهندسی شیمی
• آموزش محلول‌سازی در آزمایشگاه
• تیتانیوم و کاربردهای آن — از صفر تا صد
• آلیاژ چیست؟ — به زبان ساده

^^