Cl (chlorum), химический элемент VII группы периодической системы элементов, член семейства галогенов (F, Cl, Br, I, At). Газообразный хлор выделил К.Шееле в 1774 по реакции соляной (хлороводородной) кислоты с пиролюзитом (MnO2), но не установил, что этот газ - именно элемент хлор. В 1785 К.Бертолле считал хлор кислородным соединением муриевого радикала, т.е., в современных терминах, оксосоляной кислотой. В 1808 Ж.Гей-Люссак, проведя синтез хлороводородной кислоты из 1 объема хлора и 1 объема водорода, сделал вывод, что хлор не содержит кислорода, и тем самым открыл поле для исследований Х.Дэви, который установил элементную природу хлора.
Распространенность в природе. В свободном виде хлор в природе не встречается, но существует множество природных хлорсодержащих соединений. Основным источником хлора является морская вода, содержащая хлорид натрия. Наиболее важные минералы хлора - это галит (или каменная соль) NaCl и хлораргирит AgCl.
Применение. Под давлением хлор превращается в жидкость, которую широко используют как отбеливатель, в частности в текстильной и бумажной промышленности, начиная с 1795. Хлор - слишком сильный окислитель для отбеливания шелка и шерсти, но эффективен для отбеливания хлопка, льна и древесной массы. Другое важное применение жидкого хлора - для очистки воды - впервые предпринято в 1895 для целей городского водоснабжения Нью-Йорка. Соединения хлора находят разнообразное применение. Хлороформ CHCl3 и хлорэтил C2H5Cl являются анестетиками, трихлорэтаналь (или хлораль) CCl3CHO применяют в медицине как наркотик, тетрахлорид углерода CCl4 используется для тушения огня, для сухой чистки, как и трихлорэтилен С2HCl3. Три хлорпроизводных - фосген COCl2 (удушающий газ), иприт (C2H4Cl)2S - кожнонарывная жидкость, хлорпикрин CCl3NO2 (слезоточивый газ) - являются боевыми отравляющими веществами. Фреон CF2Cl2 используется как хладагент в холодильной технике. Хлор применяют в производстве красок, резин, синтетического каучука, углеводородов, взрывчатых веществ и в химических синтезах. Хлор используют также для отбеливания губок и соломы.
Получение. Лабораторный метод получения хлора заключается в медленном прикапывании концентрированной соляной кислоты HCl через капельную воронку к KMnO4 или MnO2:
Жидкий хлор был получен М.Фарадеем в 1823 при нагревании гидрата хлора Cl2?8H2O, помещенного в один конец трубки. В результате конденсации в другом конце трубки, охлаждаемом смесью соли со льдом, собирался жидкий хлор.
В промышленности хлор получают электролизом рассолов или расплавов NaCl в электролизерах с отделенным асбестовой диафрагмой анодным пространством, при этом хлор выделяется на аноде, а водород - на катоде.
Свойства. Хлор в нормальных условиях представляет собой желтовато-зеленый газ с неприятным запахом, раздражающе действующий на слизистые носа и горла.
Хлор непосредственно реагирует со всеми химическими элементами, кроме C, N, O и благородных газов, образуя хлориды. В смеси хлора с водородом на свету реакция протекает очень быстро, а при интенсивном освещении и отсутствии примесей возможен взрывной механизм реакции. Эта реакция, которую независимо друг от друга изучали Дж.Драйпер и Р.Бунзен в 1848, является одной из первых изученных фотохимических реакций. В среде хлора прекрасно сгорает сурьма, а также натрий и медная фольга, нагретые до красного каления. Хлор окисляет C, I, Br и S в их соединениях. При пропускании Cl2 через раствор иода выделяется свободный иод. Смоченный скипидаром хлопок вспыхивает в хлоре, образуя сажу и HCl. Хлор вступает в реакции замещения с углеводородами, например, с CH4 образует хлорметан CHCl3, дихлорметан CH2Cl2, трихлорметан (хлороформ) CHCl3 и тетрахлорметан (тетрахлорид углерода) CCl4. Хлор вступает в реакции сочетания с другими веществами, например, с CO на свету или при нагревании и образует фосген, с гашеной известью - хлорную известь CaOCl (отбеливатель), а с водой - гидрат хлора Cl2?8H2O.
Соединения хлора. Хлороводород (хлорид водорода) HCl в водном растворе был получен И.Глаубером в 1648 при взаимодействии поваренной соли и серной кислоты. Раствор HCl в воде называют хлороводородной или соляной кислотой. Эта кислота встречается в источниках рек Южной Америки, которые вытекают из вулканических районов Анд. Желудочный сок человека содержит 0,2-0,4% соляной кислоты.
Хлороводород получают синтезом из Cl2 и H2 под действием света или тепла. HCl образуется также по реакции Cl2 c сероводородом или метаном и другими углеводородами. Наиболее простой способ заключается в постепенном добавлении серной кислоты к хлориду натрия (поваренной соли) при слабом нагревании: NaCl + H2SO4 NaHSO4 + HCl. При использовании твердой соли и более сильном нагревании образуется сульфат натрия: NaCl + NaHSO4 Na2SO4 + HCl.
HCl - резко пахнущий бесцветный газ, который можно конденсировать в бесцветную жидкость, кипящую при -83,7? C и затвердевающую при -112? C. Газ в 1,26 тяжелее воздуха, очень хорошо растворим в воде (442 объема на 1 объем воды при 20? С). Концентрированная соляная кислота содержит 37% HCl (плотность 1,19 г/мл). 20,24%-ный раствор HCl имеет температуру кипения 110? С. Соляная кислота широко используется в лабораторной практике, для обработки поверхности металлов перед пайкой, для травления их, в крашении, ситценабивном деле, производстве клея, мыла, глюкозы и др. Смесь 3 объемов конц. HCl и 1 объема конц. HNO3 известна в лабораторной практике под названием царская водка; она растворяет золото и другие благородные металлы.
Оксиды. Хлор образует оксиды Cl2O, ClO2 и Cl2O7. Все оксиды хлора нестабильны, могут разлагаться со взрывом, являются сильными окислителями, вызывают возгорание органических соединений, например бумаги, дерева и сахара. Cl2O - желтовато-красный газ - образуется при пропускании Cl2 над оксидом ртути при низкой температуре. При растворении его в воде образуется хлорноватистая кислота HClO. ClO2 - темножелтый газ, в промышленности его получают действием хлора на сухой хлорит натрия NaClO2. ClO2 применяют в отбеливающих порошках, в производстве бумаги и текстиля. Cl2O7 - бесцветная маслянистая жидкость, более стабильна, чем другие оксиды, но при определенных условиях также может взрываться. Cl2O7 получают обезвоживанием HClO4 в присутствии P4O10.
Оксокислоты. Хлорноватистая кислота HClO слабая, ее соли гипохлориты являются окислителями и применяются для дезинфекции и для отбеливания. Раствор Дакина, содержащий гипохлорит натрия, применяли для обработки открытых ран во время Первой мировой войны.
Хлористую кислоту HClO2 получают по реакции хлорита бария с серной кислотой. Кислота стабильна только в очень разбавленных растворах, а в безводном состоянии не получена.
Хлорноватая кислота HClO3 максимальной концентрации 40 % получается при разложении гипохлорита или по реакции хлората бария с разбавленной серной кислотой, при концентрации выше 40% кислота разлагается. Сама кислота и ее соли хлораты - сильные окислители. При нагревании KClO3 (бертоллетова соль) разлагается с выделением кислорода. Поэтому соль используют для изготовления спичек, сигнальных огней и в фейерверках.
Хлорную кислоту HClO4 получают осторожной перегонкой смеси ее натриевой соли (перхлората натрия) с конц. HCl при пониженном давлении, так как кислота кипит при 16? С (18 мм рт.ст.). Эта реакция взрывоопасна. Чистая хлорная кислота - летучая бесцветная жидкость, является сильнейшим окислителем, в ее концентрированных растворах возгораются бумага и дерево. Cl2O7 является ангидридом этой кислоты, а ее соли (перхлораты) - наиболее устойчивые из солей кислородных кислот хлора. Хлорная кислота находит применение в аналитической химии как окислитель, а смесь перхлората бария и перхлората магния - как осушитель. Перхлораты используют также в производстве спичек и взрывчатых веществ. См. также ЭЛЕМЕНТЫ ХИМИЧЕСКИЕ; ХОЛОДИЛЬНАЯ ТЕХНИКА; ХИМИЧЕСКОЕ И БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОРУЖИЕ.