Produkcja PVC Największe zastosowanie użycia chloru obejmuje produkcja poli(chlorku winylu), oznaczanego skrótem PVC. Charakteryzuje się on fragmentem wzoru strukturalnego: Wzór strukturalny PVC. W nawiasie kwadratowym zapisano dwa atomy węgla połączone wiązaniem pojedynczym. Dodatkowo do tych atomów przyłączone są wiązania pojedyncze wychodzące poza nawias. do jednego atomu węgla C przyłączone są dwa atomy wodoru, a do drugiego jeden atom chloru, u góry, i atom wodoru, u dołu. Poza nawiasem znajduje się litera n. Fragment wzoru strukturalnego PVC, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. PVC jest stosowany w różnych gałęziach gospodarki do produkcji: rur; Zdjęcie przedstawia zwinięty, niebieski wąż. Rury z PVC, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna. kabli elektrycznych; konstrukcji budowlanych; oznaczeń; odzieży; jednorazowych pojemników medycznych; Zdjęcie przedstawia dwa pojemniki na mocz wypełnione płynem w kolorze słomkowym.. Pojemniki na mocz, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna. posadzki; powłok linii stalowych, np. w lotnictwie., Związki organiczne Inne główne polimery, wytwarzane przy użyciu chloru, to poliuretany. Zdjęcie przedstawia trzy gąbki do mycia naczyń: niebieską, różową i zieloną. Gąbki poliuretanowe, źródło: wikipedia.org, autor: Eigenes Werk, licencja: CC BY-SA 3.0. Chociaż chlor nie pojawia się w cząsteczce poliuretanu, to jest używany do wytwarzania produktów pośrednich, czyli izocyjanianów.
2-(chlorometylo)oksiran ma wiele zastosowań przemysłowych, z których najważniejsze to produkcja żywic epoksydowych. Zdjęcie przedstawia cysternę kolejową w której znajduje się kwas chlorowodorowy. Cysterna kolejowa z 2-(chlorometylo)oksiranem, źródło: wikipedia.org, autor: Armin Kübelbeck, licencja: CC BY-SA 3.0. Wśród zastosowań chlorometanów jest produkcja silikonów i poli(tetrafluoroetenu) PTFE. Zdjęcie przedstawia kuchenkę gazową z trzema patelniami. Na jednej z nich kucharz ubrany w czarny fartuch i czarne rękawiczki smaży kawałek mięsa. Patelnia pokryta PTFE zapobiega przywieraniu potraw do dna, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna. , Związki nieorganiczne Chlor jest również używany do produkcji wielu związków nieorganicznych, zwłaszcza tlenku tytanu(IV) i chlorowodoru, z którego wytwarzany jest kwas chlorowodorowy i inne związki nieorganiczne. Zdjęcie przedstawia cysternę samochodową w której znajduje się 2-(chlorometylo)oksiran. Cysterna do transportu drogowego kwasu chlorowodorowego. Widoczna jest pomarańczowa etykieta z numerem UN i numerem identyfikacyjnym zagrożenia, związanym z kwasem chlorowodorowym, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. , Rozpuszczalniki Zdjęcie przedstawia trzy fiolki z drewnianymi korkami. Do każdej z nich dodano kroplę barwnika w innym kolorze; od lewej: niebieskim, różowym, żółtym. Rozpuszczanie substancji, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna.
Powszechnymi rozpuszczalnikami chlorowanymi są trichloroeten (1); tetrachloroeten (tetrachloroetylen, 2); dichlorometan (chlorek metylenu, 3); tetrachlorometan (4); trichlorometan (chloroform, 5); 1,1,1-trichloroetan (6); Na ilustracji przedstawiono wzory strukturalne następujących rozpuszczalników. 1. trichloroeten dwa atomy węgla są połączone wiązaniem podwójnym, do jednego z nich przyłączony jest jeden atom wodoru i jeden atom chloru, a do drugiego dwa atomy chloru. 2. tetrachloroeten (tetrachloroetylen) dwa atomy węgla są połączone wiązaniem podwójnym, do każdego z nich dołączone są po dwa atomy chloru. 3. dichlorometan (chlorek metylenu) do atomu węgla przyłączone są dwa atomy chloru i dwa atomy wodoru. 4. tetrachlorometan do atomu węgla przyłączone są cztery atomy chloru. 5. trichlorometan (chloroform) do atomu węgla przyłączone są jeden atom chloru i trzy atomy wodoru. 6. 1,1,1-trichloroetan dwa atomy węgla są połączone wiązaniem pojedynczym. Jeden z nim jest podstawiony trzema atomami wodoru, a drugi trzema atomami chloru. Ilustracja przedstawia wzory strukturalne rozpuszczalników według powyższej kolejności, źródło: gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Rozpuszczalniki chlorowane są stosowane w pralniach chemicznych, w czyszczeniu metali, w odtłuszczaniu, w aerozolach samochodowych, w drukarniach, w przemyśle papierniczym i tekstylnym, przy usuwaniu farb, w przemyśle meblarskim oraz do produkcji tworzyw termoplastycznych. Wykazano niekorzystny wpływ rozpuszczalników chlorowanych na zdrowie:
mogą wpływać na ośrodkowy układ nerwowy, nerki i wątrobę; mogą wywoływać stany zapalne i podrażnienia skóry, oczu,
górnych dróg oddechowych i błon śluzowych; nadmierna ekspozycja w słabo wentylowanym pomieszczeniu może prowadzić do depresji, bólu głowy, senności, utraty przytomności, a nawet śmierci; niektóre rozpuszczalniki chlorowane powodują raka u szczurów i myszy przy wysokim poziomie ekspozycji., Sanitacja wody Chlor jest zwykle używany (w postaci kwasu chlorowego(I)) do zabijania bakterii i innych drobnoustrojów w wodociągach i basenach publicznych. Zdjęcie przedstawia niebieskie kanistry z chlorem do dezynfekowania basenów. Płynny chlor basenowy, źródło: wikipedia.org, autor: Maksym Kozlenko, licencja: CC BY-SA 4.0. Gazowego chloru raczej nie stosuje się podczas chlorowania basenów prywatnych – w tym celu używa się chloranu(I) sodu, który powstaje z chloru i wodorotlenku sodu lub stałych tabletek chlorowanych izocyjanuranów. Wadą stosowania chloru w basenach jest to, że reaguje on z białkami ludzkiego włosa i skóry. Składowanie i użytkowanie trującego chloru do uzdatniania wody jest często kłopotliwe, z tego powodu wykorzystuje się inne metody dodawania chloru, do których należą: roztwory chloranu(I), które stopniowo uwalniają chlor do wody; aplikacja związków, takich jak np. dichloro-s-triazynotrion sodu (dwuwodny lub bezwodny) i trichloro-s-triazynetrion. Ilustracja przedstawia wzór strukturalny dichloroizocyjanouranu sodu. Pierścień sześcioczłonowy tworzą kolejno atom węgla z grupą O N a połączony wiązaniem podwójnym z atomem azotu, wiązanie pojedyncze atom węgla grupy karbonylowej, dalej atom azotu połączony z atomem chloru i kolejnym atomem węgla z grupy karbonylowej z pierścienia, następnie atom azotu połączony z atomem chloru i pierwszym wspomnianym węglem z pierścienia. Wzór strukturalny dichloroizocyjanuranu sodu, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. Charakterystyka tych związków to stały stan skupienia, dzięki któremu mogą być wykorzystywane w formie proszku, granulatu lub tabletki. Związki chloru, po wprowadzeniu do wody basenowej, ulegają hydrolizie, prowadząc do generowania się kwasu chlorowego(I) (HOCl), który pełni rolę biobójczą: zabija zarazki, mikroorganizmy, glony itp., Przemysł celulozowo-papierniczy Bielenie masy celulozowo-drzewnej to obróbka chemiczna miazgi drzewnej w celu rozjaśnienia jej koloru i jej wybielenia, a głównym jej produktem jest papier. Ilustracja przedstawia fragment wzoru strukturalnego celulozy. celuloza składa się z wielu pierścieni sześcioczłonowych połączonych szeregowo. Fragment wzoru strukturalnego celulozy, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. Bielenie mas chemicznych jest wykorzystywane w celu usunięcia pozostałej ligniny (delignifikacja). W latach 30. XX w. chloran(I) sodu, używany do wybielania mas chemicznych, zastąpiono chlorem. Jednak ze względu na niebezpieczeństwo związane z wydzielaniem związków chloroorganicznych do środowiska, rozpoczęto prace nad poszukiwaniem procesów bielenia bez używania chloru pierwiastkowego (ECF) oraz całkowicie bezchlorowego (TCF).Na czym polega proces roztwarzania drewna za pomocą chloru? W pierścieniach aromatycznych ligniny chlor podstawia atomy wodoru oraz utlenia grupy boczne do kwasów karboksylowych. Ponadto dzięki niemu powstaje wiązanie podwójne w łańcuchach bocznych ligniny. Przy pH = 7 chlor reaguje z celulozą, a formą jego występowania jest niezjonizowany kwas chlorowy(I). Chlorowanie powinno przebiegać przy pH < 1,5, przez co uniknie się znacznej degradacji celulozy.Cl 2 + 2 H 2 O ⇄ H 3 O + + Cl − + HClO Przy pH > 8 dominującym gatunkiem jest anion chloranowy(I) ClO− , który jest również przydatny do usuwania ligniny. Chloran(I) sodu można zakupić lub wytworzyć in situ w reakcji chloru z wodorotlenkiem sodu.2 NaOH + Cl 2 ⇄ NaOCl + NaCl + H 2 O
Produkcja PVC Największe zastosowanie użycia chloru obejmuje produkcja poli(chlorku winylu), oznaczanego skrótem PVC. Charakteryzuje się on fragmentem wzoru strukturalnego: Wzór strukturalny PVC. W nawiasie kwadratowym zapisano dwa atomy węgla połączone wiązaniem pojedynczym. Dodatkowo do tych atomów przyłączone są wiązania pojedyncze wychodzące poza nawias. do jednego atomu węgla C przyłączone są dwa atomy wodoru, a do drugiego jeden atom chloru, u góry, i atom wodoru, u dołu. Poza nawiasem znajduje się litera n. Fragment wzoru strukturalnego PVC, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. PVC jest stosowany w różnych gałęziach gospodarki do produkcji: rur; Zdjęcie przedstawia zwinięty, niebieski wąż. Rury z PVC, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna. kabli elektrycznych; konstrukcji budowlanych; oznaczeń; odzieży; jednorazowych pojemników medycznych; Zdjęcie przedstawia dwa pojemniki na mocz wypełnione płynem w kolorze słomkowym.. Pojemniki na mocz, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna. posadzki; powłok linii stalowych, np. w lotnictwie., Związki organiczne Inne główne polimery, wytwarzane przy użyciu chloru, to poliuretany. Zdjęcie przedstawia trzy gąbki do mycia naczyń: niebieską, różową i zieloną. Gąbki poliuretanowe, źródło: wikipedia.org, autor: Eigenes Werk, licencja: CC BY-SA 3.0. Chociaż chlor nie pojawia się w cząsteczce poliuretanu, to jest używany do wytwarzania produktów pośrednich, czyli izocyjanianów.
2-(chlorometylo)oksiran ma wiele zastosowań przemysłowych, z których najważniejsze to produkcja żywic epoksydowych. Zdjęcie przedstawia cysternę kolejową w której znajduje się kwas chlorowodorowy. Cysterna kolejowa z 2-(chlorometylo)oksiranem, źródło: wikipedia.org, autor: Armin Kübelbeck, licencja: CC BY-SA 3.0. Wśród zastosowań chlorometanów jest produkcja silikonów i poli(tetrafluoroetenu) PTFE. Zdjęcie przedstawia kuchenkę gazową z trzema patelniami. Na jednej z nich kucharz ubrany w czarny fartuch i czarne rękawiczki smaży kawałek mięsa. Patelnia pokryta PTFE zapobiega przywieraniu potraw do dna, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna. , Związki nieorganiczne Chlor jest również używany do produkcji wielu związków nieorganicznych, zwłaszcza tlenku tytanu(IV) i chlorowodoru, z którego wytwarzany jest kwas chlorowodorowy i inne związki nieorganiczne. Zdjęcie przedstawia cysternę samochodową w której znajduje się 2-(chlorometylo)oksiran. Cysterna do transportu drogowego kwasu chlorowodorowego. Widoczna jest pomarańczowa etykieta z numerem UN i numerem identyfikacyjnym zagrożenia, związanym z kwasem chlorowodorowym, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. , Rozpuszczalniki Zdjęcie przedstawia trzy fiolki z drewnianymi korkami. Do każdej z nich dodano kroplę barwnika w innym kolorze; od lewej: niebieskim, różowym, żółtym. Rozpuszczanie substancji, źródło: pixabay.com, licencja: domena publiczna.
Powszechnymi rozpuszczalnikami chlorowanymi są trichloroeten (1); tetrachloroeten (tetrachloroetylen, 2); dichlorometan (chlorek metylenu, 3); tetrachlorometan (4); trichlorometan (chloroform, 5); 1,1,1-trichloroetan (6); Na ilustracji przedstawiono wzory strukturalne następujących rozpuszczalników. 1. trichloroeten dwa atomy węgla są połączone wiązaniem podwójnym, do jednego z nich przyłączony jest jeden atom wodoru i jeden atom chloru, a do drugiego dwa atomy chloru. 2. tetrachloroeten (tetrachloroetylen) dwa atomy węgla są połączone wiązaniem podwójnym, do każdego z nich dołączone są po dwa atomy chloru. 3. dichlorometan (chlorek metylenu) do atomu węgla przyłączone są dwa atomy chloru i dwa atomy wodoru. 4. tetrachlorometan do atomu węgla przyłączone są cztery atomy chloru. 5. trichlorometan (chloroform) do atomu węgla przyłączone są jeden atom chloru i trzy atomy wodoru. 6. 1,1,1-trichloroetan dwa atomy węgla są połączone wiązaniem pojedynczym. Jeden z nim jest podstawiony trzema atomami wodoru, a drugi trzema atomami chloru. Ilustracja przedstawia wzory strukturalne rozpuszczalników według powyższej kolejności, źródło: gromar Sp. z o.o., licencja: CC BY-SA 3.0. Rozpuszczalniki chlorowane są stosowane w pralniach chemicznych, w czyszczeniu metali, w odtłuszczaniu, w aerozolach samochodowych, w drukarniach, w przemyśle papierniczym i tekstylnym, przy usuwaniu farb, w przemyśle meblarskim oraz do produkcji tworzyw termoplastycznych. Wykazano niekorzystny wpływ rozpuszczalników chlorowanych na zdrowie:
mogą wpływać na ośrodkowy układ nerwowy, nerki i wątrobę; mogą wywoływać stany zapalne i podrażnienia skóry, oczu,
górnych dróg oddechowych i błon śluzowych; nadmierna ekspozycja w słabo wentylowanym pomieszczeniu może prowadzić do depresji, bólu głowy, senności, utraty przytomności, a nawet śmierci; niektóre rozpuszczalniki chlorowane powodują raka u szczurów i myszy przy wysokim poziomie ekspozycji., Sanitacja wody Chlor jest zwykle używany (w postaci kwasu chlorowego(I)) do zabijania bakterii i innych drobnoustrojów w wodociągach i basenach publicznych. Zdjęcie przedstawia niebieskie kanistry z chlorem do dezynfekowania basenów. Płynny chlor basenowy, źródło: wikipedia.org, autor: Maksym Kozlenko, licencja: CC BY-SA 4.0. Gazowego chloru raczej nie stosuje się podczas chlorowania basenów prywatnych – w tym celu używa się chloranu(I) sodu, który powstaje z chloru i wodorotlenku sodu lub stałych tabletek chlorowanych izocyjanuranów. Wadą stosowania chloru w basenach jest to, że reaguje on z białkami ludzkiego włosa i skóry. Składowanie i użytkowanie trującego chloru do uzdatniania wody jest często kłopotliwe, z tego powodu wykorzystuje się inne metody dodawania chloru, do których należą: roztwory chloranu(I), które stopniowo uwalniają chlor do wody; aplikacja związków, takich jak np. dichloro-s-triazynotrion sodu (dwuwodny lub bezwodny) i trichloro-s-triazynetrion. Ilustracja przedstawia wzór strukturalny dichloroizocyjanouranu sodu. Pierścień sześcioczłonowy tworzą kolejno atom węgla z grupą O N a połączony wiązaniem podwójnym z atomem azotu, wiązanie pojedyncze atom węgla grupy karbonylowej, dalej atom azotu połączony z atomem chloru i kolejnym atomem węgla z grupy karbonylowej z pierścienia, następnie atom azotu połączony z atomem chloru i pierwszym wspomnianym węglem z pierścienia. Wzór strukturalny dichloroizocyjanuranu sodu, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. Charakterystyka tych związków to stały stan skupienia, dzięki któremu mogą być wykorzystywane w formie proszku, granulatu lub tabletki. Związki chloru, po wprowadzeniu do wody basenowej, ulegają hydrolizie, prowadząc do generowania się kwasu chlorowego(I) (HOCl), który pełni rolę biobójczą: zabija zarazki, mikroorganizmy, glony itp., Przemysł celulozowo-papierniczy Bielenie masy celulozowo-drzewnej to obróbka chemiczna miazgi drzewnej w celu rozjaśnienia jej koloru i jej wybielenia, a głównym jej produktem jest papier. Ilustracja przedstawia fragment wzoru strukturalnego celulozy. celuloza składa się z wielu pierścieni sześcioczłonowych połączonych szeregowo. Fragment wzoru strukturalnego celulozy, źródło: wikipedia.org, licencja: domena publiczna. Bielenie mas chemicznych jest wykorzystywane w celu usunięcia pozostałej ligniny (delignifikacja). W latach 30. XX w. chloran(I) sodu, używany do wybielania mas chemicznych, zastąpiono chlorem. Jednak ze względu na niebezpieczeństwo związane z wydzielaniem związków chloroorganicznych do środowiska, rozpoczęto prace nad poszukiwaniem procesów bielenia bez używania chloru pierwiastkowego (ECF) oraz całkowicie bezchlorowego (TCF).Na czym polega proces roztwarzania drewna za pomocą chloru? W pierścieniach aromatycznych ligniny chlor podstawia atomy wodoru oraz utlenia grupy boczne do kwasów karboksylowych. Ponadto dzięki niemu powstaje wiązanie podwójne w łańcuchach bocznych ligniny. Przy pH = 7 chlor reaguje z celulozą, a formą jego występowania jest niezjonizowany kwas chlorowy(I). Chlorowanie powinno przebiegać przy pH < 1,5, przez co uniknie się znacznej degradacji celulozy.Cl 2 + 2 H 2 O ⇄ H 3 O + + Cl − + HClO Przy pH > 8 dominującym gatunkiem jest anion chloranowy(I) ClO− , który jest również przydatny do usuwania ligniny. Chloran(I) sodu można zakupić lub wytworzyć in situ w reakcji chloru z wodorotlenkiem sodu.2 NaOH + Cl 2 ⇄ NaOCl + NaCl + H 2 O
Zastosowanie chloru
Źródło: GroMar Sp. z o.o., dostępny w internecie: Źródło: online: https://www.essentialchemicalindustry.org/chemicals/chlorine.html oraz https://ippc.mos.gov.pl/ippc/custom/48%20-%20rozdzial_3.pdf, licencja: CC BY-SA 3.0.