کاربرد عنصر کلر چیست؟ خواص و ترکیبات کلر را می شناسید؟
عنصر کلر از عناصر شیمیایی جدول تناوبی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Cl شناخته می شود. عدد اتمی عنصر کلر ۱۷ و عدد جرمی آن تقریبا ۳۵ است. عنصر کلر از هالوژن ها بوده و در گروه ۱۷ و تناوب سوم از جدول تناوبی مندلیف جای گرفته است. از خواص عنصر کلر می توان به بوی بسیار بد و سمی بودن آن اشاره نمود. اما ترکیبات عنصر کلر در طبیعت به وفور دیده می شوند. نمک طعام (NaCl) نام ترکیبی از عنصر کلر است. به دلیل پیوند ضعیف دو اتم کلر با یکدیگر، این عنصر بسیار واکنش پذیر است. کاربرد عنصر کلر در بخش های زیادی مشاهده می‌شود. ایزوتوپ عنصر کلر نیز کشف و شناخته شده است که در ادامه بررسی می گردد. مدل اتمی بور برای عنصر کلر تعریف شده و می‌تواند به شناخت بیشتر این عنصر کمک نماید.
نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر جدول تناوبی مندلیف پرداخته است. عناصری مانند: فلوئور، نئون، نیتروژن، اکسیژن و… . در ادامه این مقاله با بررسی خواص و ویژگی عنصر کلر با ما همراه باشید.
پیشینه عنصر کلر
در سال ۱۷۷۴ دانشمندی به نام کارل شیله موفق به کشف این ماده باارزش شد، در آن زمان او تصور می کرد که کلر، اکسید یک ترکیب جدید است. در نهایت در سال ۱۸۱۰ نیز نام کلر بر روی این عنصر از سوی دانشمند دیگری به نام Humphry Davy نهاده شد. معروف ترین ترکیب این ماده، نمک طعام است که مصرف آن قدمتی طولانی دارد.
ویژگی عنصر کلر عنصر شماره ۱۷ جدول تناوبی
جالب است بدانید که نام این عنصر از رنگ سبز (chloros) آن گرفته شده است. یکی از پرکاربرد ترین هالوژن ها همین ماده است. نماد (نشان) شیمیایی عنصر کلر با Cl در جدول تناوبی عناصر نشان داده می شود. عدد اتمی عنصر کلر عنصر شماره ۱۷ جدول تناوبی ۱۷ و عدد جرمی آن ۳۵.۴۵۳ است. محل قرار گرفتن این عنصر در تناوب سوم جدول مندلیف، بعد از گوگرد و قبل از آرگون است. این عنصر دومین عنصر از گروه هالوژن ها بوده و پایین تر از فلوئور و بالاتر از برم قرار گرفته است. کلر عنصری با رنگ زرد مایل به سبز بوده و بسیار فرار است. از مهم ترین خواص عنصر کلر می توان به اکسید کنندگی بالا و توانایی از بین بردن باکتری، قارچ و ذرات آلوده کننده در آّب و فاضلاب اشاره نمود.
عنصر کلر عنصر شماره ۱۷ جدول تناوبی در شرایط STP به صورت گاز بوده و رنگ آن سبز است. از این ماده به منظور سفید کنندگی و ضدعفونی نمودن استفاده می گردد. این ماده بخش مهمی از مواد آلی در صنعت و تولید مواد شیمیایی و پلاستیکی را نیز تشکیل می دهد. آرایش الکترونی عنصر کلر به صورت [NE] 3s۲ ۳p۵ مشخص می شود. این عنصر از عناصر الکترونگاتیو جدول تناوبی بوده و الکترونگاتیوی برابر با ۳.۱۶ در مقیاس پائولینگ دارد.
از اصلی ترین موارد مصرف عنصر کلر می توان به تصفیه و گند زدایی آب اشاره نمود. این خاصیت به دلیل تولید اسید هیپوکلرو HOCL در واکنش کلر با آب است. اسید هیپوکلرو یا کلر آزاد در حمله به میکروب ها و پاتوژن های آب قدرت بسیار بالایی داشته و به همین دلیل در کمترین زمان قادر به حذف آنهاست.
خواص عنصر کلر
خواص عنصر کلر مانند دیگر عناصر جدول تناوبی بسیار زیاد و بسیاری هم شناخته شده است. کلر دارای ویژگی ها و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متعدد است. در مصرف و کاربرد این ماده باید به خواص انواع کلر توجه نمود. در ادامه به برخی از ویژگی و خواص انواع کلر اشاره شده است.
- از ویژگی عنصر کلر ناپایداری آن است. بنابراین باید در ظروف و مخازن ویژه نگهداری شود.
- این ماده بسیار بد بو و گازی با رنگ زرد متمایل به سبز است.
- توجه شود که گاز کلر، گازی سمی است. بنابراین کاربرد این ماده در محیط های بسته می تواند منجر به خفگی و مشکلات سیستم تنفسی شود.
- خاصیت اکسید کنندگی این ماده بسیار بالا است.
- نقطه جوش این ماده منفی ۳۴ درجه سانتی گراد است. بنابراین می توان آن را با قرار دادن در محیطی که فشار بیشتر از اتمسفر دارد به مایع تبدیل نمود.
- واکنش پذیری این ماده بسیار بالا بوده و به راحتی با مواد آلی واکنش می دهد.
تولید عنصر کلر
همان‌طور که پیش تر اشاره شد این عنصر بسیار واکنش پذیر است. در طبیعت ترکیبات عنصر کلر به وفور یافت می شوند. یکی از این ترکیبات نمک طعام (NaCl) است. با فرایند الکترولیز می توان این ماده را تولید نمود. در ادامه به روش های تولید عنصر کلر اشاره شده است.
- الکترولیز محلول کلرید سدیم
- الکترولیز نمک مذاب
- الکترولیز اسید کلریدریک
- اکسیداسیون کلرید هیدروژن
کلر مایع چیست؟
اگر گاز کلر در محلول سود سوزآور آزاد شود، کلر مایع تولید می گردد. مخزن ها و لوله هایی که کلر مایع در آن تولید می شوند باید از جنس pvc باشند. زیرا گاز کلر در مجاورت رطوبت با هر فلزی ترکیب می شود و به خوردگی فلز منجر می شود. در این روش سود را داخل مخزن ریخته و از پایین مخزن گاز کلر وارد می شود. تمایل ترکیب شدن گاز کلر با سود بسیار زیاد است.
درصد فراوانی ایزوتوپ عنصر کلر
دو ایزوتوپ عنصر کلر با نام ایزوتوپ- ۳۵ و ایزوتوپ-۳۷ پایدارند. نسبت‌های این دو ایزوتوپ به ترتیب ۳:۱ یافت شده است. البته عنصر کلر دارای ۹ ایزوتوپ است که جرم اتمی بین ۳۲ و ۴۰ دارند. تنها سه ایزوتوپ از این تعداد ایزوتوپ ها به صورت طبیعی یافت می‌شوند. این ۳ ایزوتوپ پایدار ایزوتوپ کلر-۳۵ با فراوانی %۷۷/۷۵، ایزوتوپ کلر-۳۷ با فراوانی ۲۳.۲۴% و ایزوتوپ کلر رادیو اکتیو-۳۶ هستند.
ایزوتوپ Cl-36 در جو به وسیله پراشیدن آرگون ۳۶ بر اثر فعل و انفعالات پروتون های اشعه کیهانی حاصل می‌گردد. در زیرسطح زمین نیز ایزوتوپ کلر۳۶ در نتیجه جذب نوترون توسط ایزوتوپ کلر ۳۵ تولید می‌شود. ایزوتوپ کلر ۳۶ به صورت S-36 و Ar-36 با نیمه عمر ۳۰۸۰۰۰ سال متلاشی می شود. نیمه عمر این ایزوتوپ آب‌دوست و غیر واکنشی، آن را برای تاریخ شناسی و زمین‌شناسی با دامنه ای از ۶۰۰۰۰ تا ۱ میلیون سال مناسب می نماید.
در خلال انفجارات جوی سلاح های اتمی بین سال های ۱۹۵۸ و ۱۹۵۲ به‌وسیله پرتوافشانی بر آب دریا مقدار زیادی ایزوتوپ عنصر کلر-۳۶ تولید شد. زمان حضور کلر-۳۶ در جو تقریباً یک هفته است. ایزوتوپ کلر-۳۶ در مراحل دیگری از علم زمین‌شناسی از جمله تاریخ گذاری یخ ها و رسوبات به کار می رود.
ترکیبات عنصر کلر
آب ژاول یا هیپوکلریت سدیم
آب ژاول با نام علمی هیپوکلریت سدیم شناخته می شود. کلر مایع از اصلی ترین ترکیبات این ماده است. این ترکیب مصارف خانگی و صنعتی مختلفی دارد. داشتن خواص ضدعفونی و سفید کنندگی بسیار بالا از ویژگی این ترکیب است. این ترکیب می تواند در صنعت نساجی و رنگرزی و تولید کاغذ نیز استفاده شود. بهتر است pH آب برای بهبود واکنش پذیری هیپوکلریت سدیم با آلودگی های موجود در آن، کاهش داده شود.
آب ژاول یا وایتکس به کاهش pH منجر می گردد. بنابراین پس از انجام فرآیند تصفیه و ضدعفونی، باید مقدار pH فزایش یابد. در میان سایر انواع این ماده، هیپوکلریت سدیم به صورت مایع تولید می گردد. کاربرد این ماده بدون دستکش و ماسک بسیار خطرناک و مضر است.
هیپوکلریت کلسیم
از انواع عنصر کلر می توان به هیپوکلریت کلسیم اشاره کرد. این ترکیب به شکل پودر یا قرص برای تصفیه آب استخر می تواند به کار رد. واکنش پذیری این ماده بالا بوده و نباید در کنار سایر مواد شیمیایی نگهداری شود. این ترکیب نیز منجر به افزایش خاصیت قلیایی آب می شود. بنابراین پس از اتمام فرآیند تصفیه بهتر است pH اندازه گیری شود و در صورت نیاز برای افزایش آن اقدام گردد.
اسید هیپوکلرو
گاز کلر یا اسید هیپوکلرو یا کلر آزاد اصلی ترین نوع کلر است. این ترکیب در فرآیند تصفیه و ضدعفونی آب استخر و تصفیه خانه ها استفاده می شود. برخلاف سایر انواع کلر، این نوع ترکیب به افزایش خاصیت اسیدی محیط منجر می شود. پس از اتمام فرآیند گند زدایی باید نسبت به حذف ترکیبات جانبی تولید شده در محیط اقدام شود. به دلیل این که گاز کلر قدرت نشتی و قدرت انفجار بالایی دارد، از کپسول های ویژه برای نگهداری از آن استفاده می شود.
دی اکسید کلر
از دیگر ترکیبات این ماده شیمیایی دی اکسید کلر است. این ماده برای تصفیه و گند زدایی آب استخر ها، به شکل قرص یا ژل تولید می گردد. درست است که این ترکیب دارای خاصیت گند زدایی بسیار بالایی است. اما هزینه استفاده از آن بالاست و کمتر مورد استفاده قرار می گیرد.
ترکیبات آلی کلردار
همانند سایر پیوند های کربن و هالوژن، پیوند C-Cl نوعی گروه عاملی است. این پیوند بخشی از شیمی آلی را تعریف می کند. به کمک رادیکال‌های آزاد و نور ماورا بنفش می توان آلکان ها را کلرزنی نمود. بیشتر ترکیبات آلی کلردار بوسیله هیدروژن کلرید، PCl۵ و SOCl۲ ایجاد می شوند.
انواع عنصر کلر
انواع عنصر کلر هم به‌صورت گاز و هم به‌صورت مایع مورد مصرف دارد. کلر از دو روش به شکل مایع در می آید:
- تبرید، یعنی کلر تحت تأثیر برودت شدید قرار گیرد.
- تراکم، یعنی گاز کلر تحت شرایط خاص درهم فشرده می شود.
کلر مایع را می توان به‌وسیله تانکر های مخصوص یا درون استوانه های آهنی حمل و نقل نمود.
کاربرد عنصر کلر
در تصفیه آب، در مواد گند زدا، در سفیدکننده و نیز در گاز خردل این ماده یک عنصر مهم و اساسی به شمار می آید.
این عنصر در ساخت طیف وسیعی از اقلام روزمره کاربرد دارد.
از خواص عنصر کلر برای از بین بردن باکتری و سایر میکروب‌ها موجود در ذخایر آب آشامیدنی بهره می برند. به‌طوری‌که امروزه حتی به ذخایر کوچک آب نیز همواره عنصر کلر افزوده می شود.
در تولید محصولات کاغذی، مواد ضدعفونی‌کننده، رنگدانه ها، مواد غذایی، حشره‌کش ها، رنگ ها، فرآورده های نفتی، پلاستیک، دارو، منسوجات، حلال ها نیز کاربرد عنصر کلر دیده می شود.
در ترکیبات آلی نیز اگر کلر جایگزین هیدروژن شود، (لاستیک مصنوعی)، باعث ایجاد خصوصیات مورد نیاز در این ترکیبات می‌گردد.
در ترکیب آلی از این عنصر به عنوان عامل اکسید کننده و جانشین، به‌طور گسترده ای استفاده می شود.
بیشترین مصرف کنندگان این ماده شرکت های تولید کننده کلرید اتیل و سایر محلول های دارای کلر، چسب های کلر پلی وینیل (PVC)، کلروفلوئوروکربن (CFC) و اکسیدهای پروپیلن را می سازند.
در شرکت های کاغذ سازی از ترکیبات کلر برای سفید کردن کاغذ استفاده می شود.
کاربرد کلر مایع
- گندزدایی چاه های آب
- گندزدایی و ضد عفونی نمودن محیط بیمارستان ها
- گندزدایی نمودن استخر ها
- افزودن به فاضلاب ها جهت کاهش بوی نامطبوع
نکات مصرف عنصر کلر
مزایا
مهم ترین مزایا کاربرد انواع کلر در مصارف خانگی و صنعتی قدرت بسیار بالای آن در از بین بردن جلبک، میکروب، پاتوژن ها و سایر آلاینده های موجود در آب است.
کلر دارای خاصیت اکسید کنندگی بسیار بالایی دارد. به همین دلیل می توان از آن در تولید فراورده های نفتی و پلاستیکی استفاده نمود.
معایب
این ماده به شدت سمی بوده و تنفس آن در محیط های بسته به خفگی منجر می شود.
ترکیبات عنصر کلر اگر با پوست تماس یابند به سوزش منجر می گردند.
احتمال انفجار به دلیل واکنش پذیری بالا در تماس با سایر مواد شیمیایی وجود دارد.
مصرف و کاربرد عنصر کلر در ضدعفونی آب به تولید ترکیبات جانبی و مضر منجر می گردد.
ترکیبات این ماده می‌تواند خشکی پوست، ریزش موها و از بین رفتن رنگ در موهای رنگ شده را منجر شود.
کلر موجود در استخر بخصوص اگر زیاد باشد در افراد مستعد می‌تواند موجب تحریک، خارش، سوزش و التهاب چشم‌ها شود.
تاثیرات زیست محیطی کلر
اگر کلر با آب مخلوط شود در آن حل می گردد. تحت شرایطی خاص کلر می تواند از آب خارج شده و وارد هوا گردد. قسمت زیادی از کلری که آزاد می شود، وارد هوا و آب های سطحی می گردد. در بعضی موارد ممکن است کلر در هوا و در آب با سایر مواد شیمیایی وارد واکنش شود. این ماده می تواند با مواد غیر آلی داخل آب واکنش داده و نمک های کلر را تشکیل دهد.
این عنصر شیمیایی نمی تواند وارد زمین یا آب های زیرزمینی شود. زیرا واکنش پذیری آن زیاد است. گیاهان و جانوران این ماده را در خود ذخیره نمی کنند. مطالعات نشان داده است که تماس مکرر با کلر در هوا بر سیستم ایمنی بدن، گردش خون، قلب و دستگاه تنفسی جانوران می تواند اثر بگذارد. مقدار کم کلر نیز بر محیط زیست اثرات مخربی دارد. این ماده برای میکروارگانیسم های موجود در آب و خاک نیز خطرناک است.
کلر چیست؟
کلر یک گاز واکنش پذیر است که تقریباً سه برابر هوا سنگین است و بوی خاصی شبیه سفید کننده دارد. این بخشی از گروه مواد شیمیایی به نام “هالوژن” است که شامل فلوئور، برم و ید است. کلمه کلر از کلمه یونانی به معنی “سبز کم رنگ” ، رنگ گاز کلر گرفته شده است. کلر به طور طبیعی به عنوان گاز وجود ندارد زیرا بسیار واکنش پذیر است. در عوض، با دیگر عناصر زمین واکنش نشان می دهد تا نمک های هالوژن را تشکیل دهد. به عنوان مثال، نمک معمولی کلرات سدیم (همچنین به عنوان نمک دریا یا هالیت شناخته می شود) ترکیبی از سدیم و کلر است.
این عنصر یک ماده شیمیایی صنعتی مهم است که برای ساخت مواد شیمیایی دیگر مانند پلاستیک استفاده می شود. شاید یکی از مهمترین کاربردهای کلر در ضدعفونی کردن منابع آب عمومی برای جلوگیری از انتقال بیماری های منتقله از طریق آب مانند وبا و حصبه باشد. معرفی منابع آب کلر به ریشه کن کردن چنین بیماری هایی از کشورهای توسعه یافته کمک کرده است. برای ضد عفونی کردن استخرها از مواد شیمیایی مبتنی بر کلر استفاده می شود. کلر در صنعت خمیر و کاغذ به عنوان یک عامل سفید کننده استفاده می شود و مواد شیمیایی مبتنی بر کلر نیز در بسیاری از محصولات پاک کننده خانگی وجود دارد. کلر در طول جنگ جهانی اول به عنوان یک عامل شیمیایی مورد استفاده قرار گرفت. کلر یک ماده شیمیایی واکنش پذیر است و به همین دلیل معمولاً به صورت گازی در محیط وجود ندارد. محتمل ترین علت کلر در محیط به دنبال انتشار تصادفی از یک سایت صنعتی یا وسیله نقلیه است.
کلر یک گاز است و بنابراین چشم ها و ریه ها به احتمال زیاد در معرض قرار می گیرند. همچنین ممکن است به شکل مایع حمل شود. محصولات حاوی یا آزاد کننده کلر که در خانه نگهداری می شوند باید دور از دسترس کودکان و در ظرف مناسب نگهداری شوند.
