Przeczytaj

bg‑green

Chlor – wiadomości ogólne

RE5TKiCbiAwGJ1

Zdjęcie przedstawiające odkręcony kran, z którego leci woda. Jest on zamontowany w słupie zdobiony ornamentami znajdującym się na ulicy. — Ze względu na właściwości bakteriobójcze, chlor wykorzystywany jest do uzdatniania wody pitnej.
Źródło: dostępny w internecie: www.pixabay.com/pl/, licencja: CC BY-SA 3.0.

Chlor w warunkach normalnych jest gazem o charakterystycznym zielonym zabarwieniu. Znajduje on szereg zastosowań. Ze względu na swoje toksyczne wobec mikroorganizmów właściwości, służy do uzdatniania wody pitnej. Wysoka reaktywność tego pierwiastka sprawia, że znalazł on również zastosowanie w syntezie organicznej – jako substrat w procesach otrzymywania chlorowocopochodnych węglowodorów oraz w syntezie nieorganicznej jako utleniacz. Zdolności utleniające chloru wykorzystuje się również w przemyśle tekstylnym do wybielania tkanin.

bg‑green

Metody otrzymywanie chloru

bg‑gray1

Otrzymywanie chloru w reakcji tlenku manganu( $IV$ ) i kwasu chlorowodorowego

Pierwsza opisana synteza chloru opierała się na reakcji chemicznej pomiędzy tlenkiem manganu( $IV$ ), a kwasem solnym (chlorowodorowym).

Schemat tej reakcji ma postać:

{MnO}_{2} + HCl \to {MnCl}_{2} + {Cl}_{2} ↑ + H_{2} O

Jak łatwo zauważyć, w powyższej reakcji chemicznej następuje zmiana stopni utlenienia atomów pierwiastków chemicznych. Dlatego też powyższa reakcja jest reakcją typu redoksreakcje redoksredoks (utleniania‑redukcji). Współczynniki stechiometryczne należy więc dobrać metodą bilansu jonowo‑elektronowego:

Równanie procesu redukcji:

\overset{+ IV}{Mn} O_{2} + 4 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to \overset{+ II}{{Mn}^{2 +}} + 6 H_{2} O

Równanie procesu utlenienia:

2 \overset{- I}{{Cl}^{-}} \to \overset{0}{{Cl}_{2}} + 2 e^{-}

Sumaryczne równanie reakcji:

{MnO}_{2} + 4 HCl \to {MnCl}_{2} + {Cl}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

W tej reakcji chemicznej tlenek manganu( $IV$ ) pełni funkcję utleniacza, a kwas solny (chlorowodorowy) funkcję reduktora.

Modyfikacją tej metody może być ogrzewanie roztworu solankisolankasolanki z kwasem siarkowym( $VI$ ) i tlenkiem manganu( $IV$ ).

Schemat tej reakcji ma postać:

NaCl + H_{2} {SO}_{4} + {MnO}_{2} \to {MnSO}_{4} + {Na}_{2} {SO}_{4} + H_{2} O + {Cl}_{2} ↑

Podobnie jak w poprzednim przypadku w reakcji tej następuje zmiana stopni utlenienia indywiduów, dlatego też współczynniki stechiometryczne należy dobrać metodą bilansu jonowo‑elektronowego:

Równanie procesu redukcji:

\overset{+ IV}{Mn} O_{2} + 4 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to \overset{+ II}{{Mn}^{2 +}} + 6 H_{2} O

Równanie procesu utlenienia:

2 \overset{- I}{{Cl}^{-}} \to \overset{0}{{Cl}_{2}} + 2 e^{-}

Sumaryczne równanie reakcji:

2 NaCl + 2 H_{2} {SO}_{4} + {MnO}_{2} \to {Na}_{2} {SO}_{4} + {MnSO}_{4} + 2 H_{2} O + {Cl}_{2} ↑

bg‑gray1

Otrzymywanie chloru w wyniku utleniania chlorowodoru

Z czasem zauważono, że chlor ma właściwości wybielające, co zwiększyło zapotrzebowanie na tę gazową substancję prostą. Jedną z pierwszych metod otrzymywania chloru była reakcja spalania chlorowodoru w tlenie, z chlorkiem miedzi( $II$ ) pełniącym funkcję katalizatorakatalizatorkatalizatora.

Schemat tej reakcji ma postać:

HCl + O_{2} \overset{ka t . {CuCl}_{2}}{\to} {Cl}_{2} ↑ + H_{2} O

Podobnie jak we wcześniejszych reakcjach chemicznych możemy zauważyć zmiany stopni utlenienia indywiduów, dlatego też współczynniki stechiometryczne należy dobrać metodą bilansu elektronowego:

Równanie procesu redukcji:

\overset{0}{O_{2}} + 4 e^{-} \to 2 \overset{- II}{O}

Równanie procesu utlenienia:

2 \overset{- I}{{Cl}^{-}} \to \overset{0}{{Cl}_{2}} + 2 e^{-} | \cdot 2

Sumaryczne równanie reakcji:

4 HCl + O_{2} \overset{kat . {CuCl}_{2}}{\to} 2 {Cl}_{2} ↑ + 2 H_{2} O

bg‑gray1

Otrzymywanie chloru w reakcji kwasów lub bezwodników kwasowych z chloranem( $I$ ) wapnia

W warunkach laboratoryjnych chlor można również otrzymać w wyniku reakcji kwasów (lub bezwodników kwasowych kwasów nieorganicznychnieorganiczne bezwodniki kwasowebezwodników kwasowych kwasów nieorganicznych) z solami wapniowymi będącymi pochodnymi kwasu chlorowego( $I$ ) (kwasu podchlorawego), m.in. z chloranem( $I$ ) wapnia.

W wyniku działania kwasem solnym (chlorowodorowym) na chloran( $I$ ) wapnia otrzymuje się gazowy chlor.

Schemat analizowanej reakcji ma postać:

Ca {(ClO)}_{2} + HCl \to {CaCl}_{2} + H_{2} O + {Cl}_{2} ↑

Aby dobrać współczynniki w powyższej reakcji chemicznej należy wykorzystać metodę bilansu jonowo‑elektronowego:

Równanie procesu redukcji:

2 \overset{+ I}{Cl} O^{-} + 4 H_{3} O^{+} + 2 e^{-} \to {\overset{0}{Cl}}_{2} + 6 H_{2} O

Równanie procesu utlenienia:

2 \overset{- I}{{Cl}^{-}} \to \overset{0}{{Cl}_{2}} + 2 e^{-}

Sumaryczne równanie reakcji:

Ca {(ClO)}_{2} + 4 HCl \to {CaCl}_{2} + 2 H_{2} O + 2 {Cl}_{2} ↑

bg‑gray1

Otrzymywanie chloru metodą elektrolizy

Inną wykorzystywaną w laboratorium metodą syntezy chloru jest metoda elektrolizyelektrolizaelektrolizy solankisolankasolanki. W trakcie procesu elektrolizy na elektrodach zachodzą odpowiednie procesy:

Równanie procesu katodowego:

2 {\overset{+ I}{H}}_{2} O + 2 e^{-} \to \overset{0}{H_{2}} + 2 {OH}^{-}

Równanie procesu anodowego:

2 \overset{- I}{{Cl}^{-}} \to \overset{0}{{Cl}_{2}} + 2 e^{-}

Sumaryczne równanie reakcji:

2 {Cl}^{-} + 2 H_{2} O \to {Cl}_{2} ↑ + H_{2} ↑ + 2 {OH}^{-}

Produktami reakcji elektrolizy solanki są: chlor, wodór oraz wodorotlenek sodu.

Rs8otTxogkn1u1

Schemat przedstawiający budowę ogniwa membranowego stosowanego w elektrolizie solanki. Ogniwo zbudowane jest z prostokątnego naczynia składającego się z dwóch komór oddzielonych membraną jonoselektywną. Od każdej z dwóch komór odchodzą po dwa wyloty i po jednym wlocie. W pierwszej komorze znajdującej się po lewej stronie zanurzona jest anoda, na której ma miejsce utlenienie jonów chlorkowych obecnych w roztworze do gazowego chloru. Chlor wydostaje się z komory przez wylot znajdujący się w górnej części naczynia. Roztwór chlorku sodu o stężeniu 26 procent doprowadzony jest wlotem znajdującym się z lewej strony komory na górze, zaś z lewej strony w dolnej części znajduje się wylot, przez który odprowadzany jest roztwór chlorku sodu o mniejszym stężeniu, to jest wynoszącym 24 procent, zgodnie ze schematem. W prawej komorze zanurzona jest katoda oznaczona znakiem minus, na której to zachodzi redukcja obecnej w roztworze wody do wodoru. Utworzony zostaje również w komorze wodorotlenek sodu, dzięki przepływowi jonów sodu przez membranę jonoselektywną z pierwszej do drugiej komory. W drugiej komorze górnym wylotem wydostaje się z naczynia wodór, zaś bocznym odprowadzony jest wodorotlenek sodu. Otworem wlotowym doprowadzana jest woda. Obok schematu znajduje się legenda, w której uwzględniono kierunek doprowadzania i odprowadzania reagentów, a także przedstawiono za pomocą modelu kulkowego struktury poszczególnych indywiduów obecnych w ogniwie: anionu chlorkowego (zielona kulka), kationu sodu (czerwona kulka), cząsteczki chloru (dwie stykające się ze sobą zielone kulki), cząsteczki wody (duża czerwona kulka stykająca się z dwiema mniejszymi, białymi kulkami), anion wodorotlenkowy (kulka czerwona stykająca się z kulką białą) oraz cząsteczka wodoru (dwie małe białe kulki stykające się ze sobą). — Schemat przedstawiający budowę ogniwa membranowego stosowanego w elektrolizie solanki. (A) Na anodzie zachodzi utlenienie jonów chlorkowych ${Cl}^{-}$ do chloru cząsteczkowego ${Cl}_{2}$ . (B) Membrana jonoselektywna, która umożliwia swobodny przepływ kationów sodu ${Na}^{+}$ , ale zapobiega dyfuzji anionów chlorkowych i wodorotlenkowych. (C) Katoda, na której woda ulega rozkładowi na wodór i jony wodorotlenkowe.
Źródło: GroMar Sp. z o.o. opracowano na podstawie: Bommaraju T. V.; Orosz P. J., Sokol E. A., *Brine Electrolysis*, Electrochemistry Encyclopedia, 2007, Wikimedia Commons, licencja: CC BY-SA 3.0.

Słownik

reakcja dysproporcjonowania

rodzaj reakcji utleniania‑redukcji, w której atomy tego samego pierwiastka ulegają zarówno procesowi utleniania, jak i redukcji

solanka

nasycony wodny roztwór chlorku sodu

reakcje redoks

reakcje, w których dochodzi do przeniesienia jednego lub więcej elektronów od atomu, jonu lub cząsteczki donora (czyli reduktora) do akceptora (czyli utleniacza)

elektroliza

proces polegający na zmianie składu substancji chemicznej pod wpływem przyłożonego zewnętrznego napięcia elektrycznego

katalizator

substancja przyspieszająca zachodzenie reakcji chemicznych

nieorganiczne bezwodniki kwasowe

tlenki kwasotwórcze; tlenki, które w wyniku reakcji z wodą tworzą odpowiednie kwasy nieorganiczne

Bibliografia

P.B. Saxena, I.I.T Chemistry-I, Meerut 2001.

Atkins, P., Jones, L., Laverman, L., Chemical Principles, wydanie 7, Nowy Jork 2016.

Bielański A. Podstawy chemii nieorganicznej Tom 2, Warszawa 2012.

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Chlor – wiadomości ogólne

Metody otrzymywanie chloru

Otrzymywanie chloru w reakcji tlenku manganu( $IV$ ) i kwasu chlorowodorowego

Otrzymywanie chloru w wyniku utleniania chlorowodoru

Otrzymywanie chloru w reakcji kwasów lub bezwodników kwasowych z chloranem( $I$ ) wapnia

Otrzymywanie chloru metodą elektrolizy

Słownik

Bibliografia

Wprowadzenie

Wirtualne laboratorium – I

Przeczytaj

Chlor – wiadomości ogólne

Metody otrzymywanie chloru

Otrzymywanie chloru w reakcji tlenku manganu(IV) i kwasu chlorowodorowego

Otrzymywanie chloru w wyniku utleniania chlorowodoru

Otrzymywanie chloru w reakcji kwasów lub bezwodników kwasowych z chloranem(I) wapnia

Otrzymywanie chloru metodą elektrolizy

Słownik

Bibliografia

Otrzymywanie chloru w reakcji tlenku manganu( $IV$ ) i kwasu chlorowodorowego

Otrzymywanie chloru w reakcji kwasów lub bezwodników kwasowych z chloranem( $I$ ) wapnia