الكلور (من الأصل الإغريقي "خلوروس" χλωρός والذي يعني الأخضر الشاحب) هو عنصر كيميائي له العدد الذري 17، والرمز Cl. وهو من الهالوجينات ويوجد في المجموعة 17 (المجموعة السابعة سابقا) 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 أكثر 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. ومن أهم المركبات التي تحتويه حمض الهيدروكلوريك.
| المظهر | ||||||||||||||||||||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
غاز أصفر مخضر شاحب اللون
| ||||||||||||||||||||||||||||
| الخواص العامة | ||||||||||||||||||||||||||||
| الاسم، العدد، الرمز | كلور، 17، Cl | |||||||||||||||||||||||||||
| تصنيف العنصر | هالوجين | |||||||||||||||||||||||||||
| المجموعة، الدورة، المستوى الفرعي | 17، 3، p | |||||||||||||||||||||||||||
| الكتلة الذرية | 35.453 غ·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||
| توزيع إلكتروني | Ne]; 3s2 3p5] | |||||||||||||||||||||||||||
| توزيع الإلكترونات لكل غلاف تكافؤ | 2, 8, 7 (صورة) | |||||||||||||||||||||||||||
| الخواص الفيزيائية | ||||||||||||||||||||||||||||
| الطور | غاز | |||||||||||||||||||||||||||
| الكثافة | (0 °س، 101.325 كيلوباسكال) 3.2 غ/ل | |||||||||||||||||||||||||||
| كثافة السائل عند نقطة الغليان | 1.5625[1] غ·سم−3 | |||||||||||||||||||||||||||
| نقطة الانصهار | 171.6 ك، -101.5 °س، -150.7 °ف | |||||||||||||||||||||||||||
| نقطة الغليان | 239.11 ك، -34.04 °س، -29.27 °ف | |||||||||||||||||||||||||||
| النقطة الحرجة | 416.9 ك، 7.991 ميغاباسكال | |||||||||||||||||||||||||||
| حرارة الانصهار | Cl2) 6.406) كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||
| حرارة التبخر | Cl2) 20.41) كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||
| السعة الحرارية (عند 25 °س) | (Cl2) 33.949 جول·مول−1·كلفن−1 | |||||||||||||||||||||||||||
| ضغط البخار | ||||||||||||||||||||||||||||
| الخواص الذرية | ||||||||||||||||||||||||||||
| أرقام الأكسدة | 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1 (أكاسيده حمضية قوية) | |||||||||||||||||||||||||||
| الكهرسلبية | 3.16 (مقياس باولنغ) | |||||||||||||||||||||||||||
| طاقات التأين | الأول: 1251.2 كيلوجول·مول−1 | |||||||||||||||||||||||||||
| الثاني: 2298 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||
| الثالث: 3822 كيلوجول·مول−1 | ||||||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر تساهمي | 4±102 بيكومتر | |||||||||||||||||||||||||||
| نصف قطر فان دير فالس | 175 بيكومتر | |||||||||||||||||||||||||||
| خواص أخرى | ||||||||||||||||||||||||||||
| البنية البلورية | نظام بلوري معيني قائم | |||||||||||||||||||||||||||
| المغناطيسية | مغناطيسية معاكسة[2] | |||||||||||||||||||||||||||
| مقاومة كهربائية | > 10 أوم·متر (20 °س) | |||||||||||||||||||||||||||
| الناقلية الحرارية | 8.9x10-3 واط·متر−1·كلفن−1 (300 كلفن) | |||||||||||||||||||||||||||
| سرعة الصوت | (غاز، 0 °س) 206 متر/ثانية | |||||||||||||||||||||||||||
| رقم CAS | 7782-50-5 | |||||||||||||||||||||||||||
| النظائر الأكثر ثباتاً | ||||||||||||||||||||||||||||
| المقالة الرئيسية: نظائر الكلور | ||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||
الصفات المميزة
الكلور في حالته العنصرية النقية، غاز أصفر مخضر ثنائي الذرة Cl2.
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.
الاستخدامات
الكلور من الكيميائيات المهمة في تنقية الماء، مبيد جراثيم، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)
يستخدم الكلور في تصنيع كثير من المنتجات التي تستخدم بصفة يومية.
- يستخدم (في شكل حمض تحت الكلور) لقتل البكتريا والأشكال الأخرى من الجراثيم في ماء الشرب وأحواض الاستحمام. وحتى مصادر الماء الصغيرة يتم كلورتها بصفة دورية.
- يستخدم بكثرة في المنتجات الورقية، المواد المطهرة، صبغات الطعام، مبيد حشرات، الدهانات، منتجات النفط، اللدائن، الطب، الأقمشة، المذيبات، وعديد من المنتجات 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).
الاستخدامات الأخرى تتضمن إنتاج الكلورات الكلوروفورم، رباعي كلوريد الكربون، كما يستخدم في إنتاج البروم.
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.
يعد غاز الكلور من أول الغازات السامة التي استعملت كأسلحة في الحروب، وذلك في الحرب العالمية الأولى. ففي 22 أبريل 1915 وفي معركة قرب مدينة إيبري البلجيكية قام الجيش الألماني بإطلاق كميات كبيرة من هذا الغاز من أسطوانات مخزنة في الخنادق، مما أدى إلى تراجع القوات الفرنسية.[3][4]
تواجد الكلور
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:
مركبات الكلور
مركبات الكلور تتضمن الكلوريد، الهيبوكلوريتات، الكلوريتات، البيركلورات، كلورامينات.
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.
الاحتياطات
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 الغازية في الحرب العالمية الثانية كسلاح كيميائي.
ولذلك 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.
العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور
يمكن استخلاص غاز الكلور عن طريق التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم، مثلا من الماء شديد الملوحة. وهناك 3 طرق لاستخلاص الكلور بالتحليل الكهربي في الصناعة.
التحليل الكهربائي عن طريق خلية الزئبق
التحليل الكهربائي 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 الملغمة إلى زئبق مرة أخرى بتفاعله مع الماء، مما ينتج الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم. وهما منتجان ثاونيان نافعان.
وهذه الطريقة تتطلب طاقة كبيرة، كما توجد محاذير بخصوص انبعاثات الزئبق.
التحليل الكهربائي 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 الكهربائي الغشائي
يتم تقسيم خلية التحليل الكهربائي 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.
أنا ارى أنه من المهم دراسة عنصر الكلور من حيث الصفات والتغيرات ومعرفة فوائدة من أخطاره الجسيمة كما أنه شديد السمية كما ذُكر في البحث كما أنه يدخل بشكل مباشر في تركيب عدد كبير من المواد التي تستخدمها في حياتنا كالمنظفات والمبيدات وبشكل غير مباشر في المياه المعدنية:.
انظر ايضاً
المصادر
المراجع
- Chlorine, Gas Encyclopaedia, Air Liquide
- Magnetic susceptibility of the elements and inorganic compounds, in Handbook of Chemistry and Physics 81st edition, CRC press.
- "Chlorine - History" ( كتاب إلكتروني PDF ). مؤرشف من الأصل ( كتاب إلكتروني PDF ) في 30 مارس 201210 يوليو 2008.
- "Weaponry: Use of Chlorine Gas Cylinders in World War I". historynet.com. مؤرشف من الأصل في 10 مارس 201810 يوليو 2008.