افتح القائمة الرئيسية

كلور

(تم التحويل من Chlorine)

الكلور Chlorine (من الأصل اليوناني "كلاروس" Χλώριο والذي يعني الأخضر الشاحب)، هو عنصر كيميائي له العدد الذري 17، والرمز Cl. وهو من الهالوجينات ويوجد في المجموعة 17 في الجدول الدوري للعناصر. ونظرا لأنه جزء من ملح الطعام ومركبات أخرى، فإنه متوفر طبيعيا، وهام لمعظم أشكال الحياة، بما فيها الجسم البشري. وغاز الكلور أصفر مخضر، وهو ذو خواص لا معدنية، وهو أقل كثافة من الهواء بمرة ونصف، وله رائحة كريهة، كما أنه سام للغاية. وهو عامل مؤكسد قوي، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)، كما أنه عامل مطهر.

الكبريتالكلور
chlorine
أرگون
ف

Cl

بر
المظهر
غاز أصفر شاحب مائل للإخضرار
الخصائص العامة
الاسم، الرمز، الرقم الكلور
chlorine, Cl, 17
النطق /ˈklɔərn/ KLOR-een
تصنيف العنصر الهالوجين
المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي 173, p
الوزن الذري القياسي 35.453(2)
التوزيع الإلكتروني [Ne] 3s2 3p5
2, 8, 7
الخصائص الطبيعية
الطور gas
الكثافة (0 °س، 101.325 ك‌پا)
3.2 g/L
الكثافة السائلة عند ن.غ. 1.5625[1] گ·سم−3
نقطة الانصهار 171.6 ك, -101.5 °C, -150.7 °F
نقطة الغليان 239.11 ك, -34.04 °س, -29.27 °ف
النقطة الحرجة 416.9 ك، 7.991 م‌پا
حرارة الانصهار (Cl2) 6.406 ك‌ج·مول−1
حرارة التبخر (Cl2) 20.41 ك‌ج·مول−1
السعة الحرارية المولية (Cl2)
33.949 ج·مول−1·ك−1
ضغط البخار
پ (پا) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
at T (K) 128 139 153 170 197 239
الخصائص الذرية
حالات الأكسدة 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1
(strongly acidic oxide)
سالبية كهربية 3.16 (مقياس پولنگ)
طاقات التأين
(المزيد)
الأولى: 1251.2 ك‌ج·مول−1
الثانية: 2298 ك‌ج·مول−1
الثالثة: 3822 ك‌ج·مول−1
نصف قطر تساهمي 102±4 pm
نصف قطر ڤان در ڤالز 175 pm
متفرقات
البنية البلورية orthorhombic
الكلور chlorine has a orthorhombic crystal structure
الترتيب المغناطيسي diamagnetic[2]
المقاومية الكهربائية (20 °C) > 10 Ω·m
ناقلية حرارية 8.9×10-3  W·m−1·K−1
سرعة الصوت (gas, 0 °C) 206 م·ث−1
رقم تسجيل كاس 7782-50-5
أكثر النظائر استقراراً
المقالة الرئيسية: [[نظائر الكلور
chlorine]]
نظ ت.ط. عمر النصف DM DE (م‌إڤ) DP
35Cl 75.77% Cl يكون ثابت وله 18 نيوترون
36Cl trace 3.01×105 y β 0.709 36Ar
ε - 36S
37Cl 24.23% Cl يكون ثابت وله 20 نيوترون
· ر

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

فهرست

الصفات المميزة

الخصائص الفيزيائية

 
الكلور المسار تحت ضغط 7.4 في درجة حرارة الغرفة، displayed in a quartz ampule embedded in acrylic glass.

الكلور في حالته العنصرية النقية، غاز أصفر مخضر ثنائي الذرة Cl2.

للكلور البنية الإلكترونية الآتية [Ne] 3S23P5، وتدل [Ne] على البنية الإلكترونية للغاز الخامل النيون، كهرسلبية الكلور (وفق مقياس بولينغ) 3، نقطة انصهاره - 101 ْس، درجة غليانه - 43 ْس، طاقة تأينه 1251 كيلوجول/مول، الإلفة الإلكترونية 388 كيلوجول/مول، نصف القطر الذري (بيكومتر) 99، كمونه النظامي (x2/x) يساوي 1.36 فلط.

يستعمل في كيمياويات عضوية كثيرة، مثال ذلك كلوريد البولي فينيل، بولي كلوريثين. ولمحاليل الكلور أو المسحوق القاصر استعمالات منـزلية عديدة كما تستعمل في صنع المواد القاصرة التجارية. وتعالج مياه الشرب بالكلور لقتل البكتيريا]]. وهو أول غاز سام استعمل في الحرب العالمية الأولى]]، كما اصطنع منه غاز الخردل السام ClCH2CH2SCH2CH2Cl الذي استعمل للغرض نفسه. ويستعمل في تحضير مبيدات الحشرات مثل D.D.T، كما يدخل في تركيب كثير من المركبات الطبية مثل الكلورال CCl3CHO والكلوروفورم CH3Cl.

الخصائص الكيميائية

وهذا العنصر من سلسلة الهالوجينات المكونة للأملاح، ويتم استخلاص الكلور عن طريق الأكسدة وأيضا بطريقة التحليل الكهربي الشائعة. ويتفاعل الكلور بسرعة تقريبا مع كل العناصر الأخرى. وفي درجة 10° C فإن لتر من الماء يمكن أن يذاب فيه 3.1 لتر من الكلور وفي درجة 30° C يمكن إذابة 1.77 لتر فقط.

حمض الكلور (I) ذو خواص حمضية ضعيفة ولا يوجد إلا في محلوله المائي ويتفكك ببطء مطلقاً الأكسجين. وهو مؤكسد قوي. أما محلول الكلور في محلول قلوي - مثل ماءات الصوديوم أو ماءات البوتاسيوم - فيحوي هيبوكلوريت الصوديوم NaOCl.

يؤكسد محلول الهيبوكلوريت الصباغات العضوية ويزيل ألوانها، ويؤكسد المواد العضوية التي تلون عجينة الورق والخيوط النباتية، فيستعمل لقصر هذه المواد وجعلها بيضاء ناصعة. ولا يمكن استعماله في قصر الأنسجة الصوفية والحريرية لأنه يخربها.

يستعمل المسحوق القاصر bleaching powder صناعياً لتحضير محلول هيبوكلوريت للقصر، ويحضر هذا المسحوق وصيغته Ca(OCl)Cl بتفاعل الكلور مع الكلس المطفأ Ca(OH)2. ويعطي عند حله بالماء تحت كلوريت (هيبو كلوريت) الكالسيوم وكلوريد الكالسيوم.

يشتعل الهدروجين في جو من الكلور وينتج من ذلك كلوريد الهدروجين HCl. ويؤدي شره الكلور إلى الهدروجين إلى تخليص مركباته مثل التربنتين C10H18 ليكوّن HCl وكربون.

لا ينقل كلوريد الهدروجين التيار الكهربائي سواء كان في حالته الغازية أم السائلة، ويعود ذلك إلى أن الرابطة H−Cl مشتركة أكثر منها أيونية. محلوله في الماء ذو خواص حمضية واضحة ويتأين في المحلول حسب المعادلة الآتية:

الحلمأة

ينحل الكلور في الماء ويتفاعل معه مكوناً حمض كلور الماء HCl وحمض الكلور HOCl (I) الذي كان يسمى حمض تحت الكلوري:

مركبات الكلور

انظر أيضا تصنيف: مركبات الكلورد

مركبات الكلور تتضمن الكلوريد، الهيبوكلوريتات، الكلوريتات، البيركلورات، كلورامينات.

الأكسدة
الحالة
الاسم المعادلة المركبات
−1 chlorides Cl ionic chlorides, organic chlorides, hydrochloric acid
0 chlorine Cl2 elemental chlorine
+1 hypochlorites ClO sodium hypochlorite, calcium hypochlorite
+3 chlorites ClO2 sodium chlorite
+4 chlorine(IV) ClO 2 chlorine dioxide
+5 chlorates ClO3 sodium chlorate, potassium chlorate, chloric acid
+7 perchlorates ClO4 perchloric acid, perchlorate salts such as magnesium perchlorate, dichlorine heptoxide

بتسخين محلول هيبو كلوريت الصوديوم يحصل أكسدة وإرجاع ذاتيان ويتكوَّن أيون الكلورات فيه الكلور بدرجة أكسدة +5، وأيون كلوريد بدرجة أكسدة -1.[3]

وأيون الكلورات مؤكسد قوي مثل الهيبوكلوريت، والحمض الذي ينتج منه حمض الكلور (V)، حمض قوي ولا يوجد إلا في المحلول ولا يمكن عزله، وتؤدي محاولة تكثيف محلوله إلى انفجار شديد وتكوّن غاز ثنائي أكسيد الكلور ClO2. ويتفكك ClO2 الناتج بانفجار متحولاً إلى كلور وأكسجين.

كلورات البوتاسيوم KClO3 من أهم أملاح حمض الكلور، وهي تنحل جيداً بالماء الساخن، لكن انحلالها بالماء البارد محدود. وهي تتفكك بدرجة معتدلة من الحرارة:

ويقوم ثنائي أكسيد المنجنيز MnO2 بدور وسيط (حفّاز) لتسريع هذا التفاعل. كما يمكن أن يتفكك بالحرارة ومن دون وسيط معطياً فوق الكلورات:

فوق الكلورات مؤكسد قوي تبلغ درجة أكسدة الكلور فيه +7.

أما مع المركبات العضوية، فيتفاعل الكلور بطريقتين. الأولى الإبدال إذ تحل ذرة الكلور مكان ذرة هدروجين مثال ذلك تفاعل الكلور مع الميتان:


والثانية الإضافة، مثل تفاعل الكلور مع الإتلين:


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

أكاسيد الكلور
التفاعل Electrode
potential
Cl + 2 OH → ClO + H2O + 2 e +0.89 volts
ClO + 2 OHClO2 + H2O + 2 e +0.67 volts
ClO2 + 2 OHClO3 + H2O + 2 e +0.33 volts
ClO3 + 2 OHClO4 + H2O + 2 e +0.35 volts

الكلور مؤكسد قوي فهو يؤثر في المعادن، باستثناء الذهب والبلاتين، ولابد من وجود قليل من الماء ليجري التفاعل بشدة. أما إذا كان الكلور جافاً تماماً فيصبح التفاعل بطيئاً جداً، ولهذا فإن الكلور الجاف ينقل في أسطوانات من الفولاذ. فالصوديوم، على سبيل المثال، يحترق مكوناً سحباً من أبخرة بيضاء هي دقائق من كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) والتفاعل الحاصل:

فذرة الصوديوم تخسر إلكتروناً وذرة الكلور تضم إلكتروناً، أي إن الكلور قد أكسد الصوديوم. وكلوريد الصوديوم أحد الأمثلة النموذجية على الأجسام الصلبة الأيونية (الشاردية).

Interhalogen compounds
المركبات الكلورية العضوية
الكلوريدات

تدعى المركبات التي يتحد فيها الكلور مع عنصر آخر ذي كهرجابية عالية مركبات الكلوريد مثل ضروب كلوريد المعادن القلوية، وضروب كلوريد المعادن القلوية الترابية، وكلوريد اللانتانيدات، تكون الرابطة فيها أيونية، وتكون على شكل بلورات. وهي غير ناقلة للكهرباء في الحالة الصلبة ولكنها جيدة النقل في الحالة المصهورة، كما أن لها نقاط غليان ونقاط انصهار مرتفعة، وهي تذوب جيداً في الماء مما يؤدي إلى تفككها التام.

وهناك كلوريدات تكون الرابطة فيها مشتركة (تساهمية) مثل مركبات كلوريد بعض المعادن الثقيلة، وكذلك كلوريدات أشباه المعادن مثل السيليسيوم والتلور.

مع اللامعادن، بالرغم من كونه لا معدنًا، يتحد الكلور معها، ولا يستثنى من ذلك إلا الكربون والآزوت (النتروجين) والأكسجين والغازات النادرة إذ لايتحد معها مباشرة، إلا أنه يمكن بصورة غير مباشرة تحضير كلوريدات العناصر الثلاثة الأولى. يتحد على سبيل المثال مع الفسفور مكوّناً ثلاثي كلوريد الفسفور PCl3، وبوجود كمية كافية من الكلور يكوّن PCl5. والرابطة في هذه المركبات مشتركة وليست أيونية. ولا تنحل هذه المركبات في الماء وإنما في المحلات غير القطبية مثل CCl4، أو تتفكك بالماء مثل ثلاثي كلوريد الفسفور، أو تكون غير ثابتة مثل NCl3 سريع الانفجار.

يؤكسد الكلور الأيونات اللامعدنية التي هي مؤكسدات أضعف منه:


. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

تواجد الكلور

انظر أيضا تصنيف: Halide minerals

يتواجد الكلور في الطبيعة فقط على هيئة أيون كلوريد. وتمثل الكلوريدات حجم كبير من الأملاح الذائبة في المحيطات، تقريبا 1.9 % من كتلة ماء البحر عبارة عن أيونات كلوريد. كما أنه توجد نسب أعلى من أيونات الكلوريد ذائبة في البحر الميت وفي ترسبات الماء شديد الملوحة.

معظم الكلوريدات ذائبة في الماء، ولذلك فإن الكلوريدات الصلبة تتواجد في الأماكن ذات المناخ الجاف، أو في عمق الأرض. ومن الأملاح المعروفة للكلور "الهالايت" (كلوريد الصوديوم)، "سيلفايت" (كلوريد البوتاسيوم) ، "كارنالايت" كلوريد بوتاسيوم منجنيز سداسي الهيدرات.

وفي الصناعة يتم إنتاج الكلور غالبا بالتحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم الذائب في الماء. وينتج مع الكلور في عملية ألكلة الكلور غاز الهيدروجين، هيدروكسيد الصوديوم، طبق للمعادلة الآتية:

2NaCl + 2 H2O → Cl2 + H2 + 2 NaOH

نظائر الكلور

يوجد نظيران أساسيان وثابت للكلور، ولهما كتلة 35، 37، ويوجدا بنسبة 1:3 على الترتيب، مما يعطى ذرة الكلور في الإجمالي الكتلة 35.5. وللكلور 9 نظائر بكتل تتراوح من 32 إلى 40. ويتواجد 3 فقط من هذه النظائر بصورة طبيعية: النظير Cl-35 (75.77%)، Cl-37 (24.23%)، النظير نشيط إشعاعي Cl-36. نسبة Cl-36 للكلور الثابت في الطبيعة تقريبا تساوي 700*10-15 إلى 1. ويتم إنتاج Cl-36 في الغلاف الجوي عن طريق تشظي الأرجون-36 بالتفاعل مع بروتونات الأشعة الكونية. وفي الطبقات السفلى للغلاف الجوي يتكون Cl-36 في المقام الأول كنتيجة لأسر النيوترون بواسطة Cl-35 أو عن طريق أسر الميون بواسطة الكالسيوم-40. ويضمحل Cl-36 إلى الكبريت-36 والأرجون-36، وبعمر نصف مشترك يبلغ 308،000 عام. وعمر النصف لهذه النظائر المحبة للماء وغير النشيطة يجعلها مناسبة تحديد زمن جيولوجي في المدى من 60،000 إلى مليون سنة. كما أن الكميات الكبيرة من Cl-36 أنتجت عن طريق تعرض ماء البحر للإشعاع الناتج من الأسلحة النووية التي تم استخدامها في الفترة من 1952 إلى 1958. وزمن تواجد Cl-36 في الغلاف الجوي تقريبا أسبوع واحد. وعلى هذا، فإنه يستخدم لتحديد الماء الموجود في التربة والماء الجوفي في فترة الخمسينات من القرن العشرين. وعلى هذا فإن Cl-36 يستخدم للتعرف على الماء الأحدث من هذا التاريخ. ويستخدم الجيولوجين Cl-36 للتعرف على زمن الثلوج والرسوبيات.

تاريخ الكلور

الكلور (كلمة إغريقية χλωρος، ، تعني أصفر مخضر) تم اكتشافه عام 1774 م عن طريق كارل وليهلم شيلي، الذي ظن بطريق الخطأ أنه يحتوى على الأكسجين. وتم تسمية الكلور عام 1810 بواسطة همفرى دايفي، الذي أصر في ذلك الوقت أنه عنصر كيميائي.

الإنتاج

 
Liquid chlorine analysis
 
Membrane cell process for chloralkali production

العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور

يمكن استخلاص غاز الكلور عن طريق التحليل الكهربي لمحلول كلوريد الصوديوم، مثلا من الماء شديد الملوحة. وهناك 3 طرق لاستخلاص الكلور بالتحليل الكهربي في الصناعة.

يحضر الكلور بتحليل مزيج من مصهور كلوريد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم عند الدرجة 600 س، إذ يضاف كلوريد الكالسيوم لخفض درجة انصهار المزيج. ينطلق الصوديوم عند القطب السالب المصنوع من الحديد أو النحاس، وينطلق الكلور عند القطب الموجب المصنوع من الجرافيت، وتصنع خلية cell التحليل بشكل يمنع التقاء الصوديوم مع الكلور. وخلية من هذا الشكل تدعى خلية داونز Downs.

تتألف خلية كاستنر - كلنر Kastner-Kellner المستعملة لتحليل محلول كلوريد الصوديوم من ثلاث غرف منفصلة عن بعضها من الأعلى ولكن تتصل ببعضها من الأسفل بوساطة الزئبق الذي يقوم بدور المهبط (كاثود) cathode. يوضع في الغرفتين الأولى والثالثة محلول كلوريد الصوديوم، أما الغرفة الثالثة فتحوي ماء نقياً، وأما المصعد (أنود) anode فمصنوع من الجرافيت. يحصل على المهبط التفاعل الآتي:

تُهَز هذه الخلية ميكانيكياً فتأتي ملغمة الصوديوم بتماس مع الماء الموجود في الغرفة المتوسطة ويحصل التفاعل الآتي:

ويتم في هذه الخلية الحصول على صود كاو غير مشوب بكلوريد الصوديوم، وينطلق الكلور على المصعد لحصول التفاعل الآتي:

ويحضر الكلور مخبرياً بأكسدة الكلوريد بمادة مؤكسِدة مثل ثنائي أكسيد المنجنيز MnO2:

التحليل الكهربي عن طريق خلية الزئبق

التحليل الكهربي عن طريق خلية الزئبق كانت أول الطرق المستخدمة لإنتاج الكلور في الصناعة. ويتم وضع أنود تيتانيوم فوق كاثود زئبق، ووضع محلول كلوريد الصوديوم بينهما. وعند تمرير التيار الكهربي، ينطلق الكلور عند أنود التيتانيوم، بينما يذوب الصوديوم في كاثود الزئبق مكونا ملغم.

ويمكن تحويل الملغم إلى زئبق مرة أخري بتفاعله مع الماء، مما ينتج الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم. وهما منتجان ثاونيان نافعان.

وهذه الطريقة تتطلب طاقة كبيرة، كما توجد محاذير بخصوص انبعاثات الزئبق.

التحليل الكهربي الحجابي

يتم استخدام حجاب من الحرير الصخري كراسب على كاثود من الحديد ليمنع الكلور المتكون على الأنود وهيدروكسيد الصوديوم المتكون على الكاثود من الاتحاد مرة أخرى.

وتستهلك هذه الطريقة طاقة أقل من خلية الزئبق، ولكن تركيز هيدروكسيد الصوديوم لا يكون كاف للاستفادة به.

التحليل الكهربي الغشائي

يتم تقسيم خلية التحليل الكهربي إلى قسمين عن طريق غشاء يعمل كمبادل أيوبي. يتم وضع محلول كلوريد الصوديوم المشبع في قسم الأنود، بينما الماء المقطر يوضع في قسم الكاثود.

وهذه الطريقة فعالة تقريبا مثل التحليل الكهربي الحجابي، ولكنها تنتج هيدروكسيد صوديوم نقي للغاية.

الاستخدامات

المنتجات الصناعية والمنتجات الاستهلاكية

يتم استخدام الكلور بكثرة في الكيمياء العضوية كعامل مؤكسد وكمجموعة استبدال لأن الكلور غالبا ما ينتج عنه الخصائص المطلوبة للمركبات العضوية عند استبداله للهيدروجين (كما في إنتاج المطاط الصناعي).

الصرف الصحي العامة، والتطهير، والتعقيم

الكلور من الكيماويات المهمة في تنقية الماء، مبيد جراثيم، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)، غاز الخردل.

يستخدم الكلور في تصنيع كثير من المنتجات التي تستخدم بصفة يومية.

الاستخدامات الأخرى تتضمن إنتاج الكلورات الكلوروفورم، رباعي كلوريد الكربون، كما يستخدم في إنتاج البروم.

التعفن

 
Portrait of Labarraque

للوقاية من الإصابة والعدوى

سيملويس والتجارب التعقيم

 
Portrait of Semmelweis

استخدم الكلور كسلاح

استخدم الكلور في الحرب العالمية الأولى

حرب العراق

تكسير الكلور

 
Chlorine "attack" on an acetal resin plumbing joint.

الاحتياطات

NFPA 704
0
3
0
OX

يسبب الكلور تهيج في الجهاز التنفسي وخاصة للأطفال وكبار السن. وفي حالته الغازية فإنه يسبب تهيج الغشاء المخاطي وفي حالته السائلة يسبب حروق للجلد. ويتطلب وجود 3.5 جزء في المليون منه للتعرف على رائحته، ولكنه يتطلب وجود 1000 جزء في المليون أو أكثر ليصبح خطر. ولذلك تم استخدام الكلور في حالته الغزية في الحرب العالمية الثانية كسلاح كيميائي. شاهد استخدام غاز سام في الحرب العالمية الأولي.

ولذلك لا يجب أن لا تتعدى نسبة الكلور 0.5 جزء في المليون (للشخص البالغ لفترة عمل تبلغ 8 ساعات – 40 ساعة عمل في الأسبوع تقريبا).

التعرض الكثير للتركيز العالي (ليس مميتا) من الكلور يسبب وجود مياه في الرئة. والتعرض للتركيزات المنخفضة لفترات طويلة لغاز الكلور يؤدى لضعف الرئة، ويجعلها أسهل تأثرا بأمراض الرئة الأخرى.

ويمكن تكون غازات سامة عند خلط المبيضات مع البول، الأمونيا أو أي منتجات تنظيف أخرى. وتتكون هذه الغازات من خليط من غازات الكلور، الكلورامين، ثلاثي كلوريد النيتروجين: وعلى هذا يجب الاحتياط لعدم حدوث مثل هذه التركيبات.


انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ Chlorine, Gas Encyclopaedia, Air Liquide
  2. ^ Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Lide, D. R., ed. (2005). CRC Handbook of Chemistry and Physics (86th ed.). Boca Raton (FL): CRC Press. ISBN 0-8493-0486-5.
  3. ^ موفق شخاشيرو. "الكلور". الموسوعة العربية.

المراجع

وصلات خارجية