Chlór

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie
Prejsť na: navigácia, hľadanie
Chlór
17 síra ← chlór → argón
F

Cl

Br
Cl
Vzhľad
žltozelený plyn
chlór
Všeobecné
Názov (lat.), značka, protónové číslo chlór (chlorum), Cl, 17
Umiestnenie v PSP 17. skupina3. periódablok p
Séria halogény, nekovy
Atómové vlastnosti
Atómová hmotnosť 35,453 g·mol−1
Elektrónová konfigurácia [Ne] 3s2 3p5
Atómový polomer 100 pm (vyp.: 79 pm)
Kovalentný polomer 102 pm
Van der Waalsov pol. 175 pm
Iónový polomer
pre: Cl-
181 pm
Chemické vlastnosti
Elektronegativita 3,16 (podľa Paulinga)
Ionizačná energia(e) 1: 1 251,2 kJ.mol−1
2: 2 298 kJ.mol−1
3: 3 822 kJ.mol−1
Oxidačné číslo(a) -I, I, III, V, VII
Št. potenciál
(Cl2/Cl-)
1,3595 V
Fyzikálne vlastnosti (za norm. podmienok)
Skupenstvo plynné
Hustota 0,0032 kg·dm−3
Hustota kvapaliny
(pri 171,6 K)
1,5625 kg·dm−3
Teplota topenia 171,6 K (-101,55 °C)
Teplota varu 239,11 K (-34,04 °C)
Kritický bod 416,9 K; 7,991 MPa
Sk. teplo topenia 6,406 kJ·mol−1
Sk. teplo varu 20,41 kJ·mol−1
Tepelná kapacita 33,949 J·mol−1·K−1
Tlak pary
p(Pa) 1 10 100 1 k 10 k 100 k
pri T(K) 128 139 153 170 197 239
Iné
Kryštálová sústava rombická
Magnetizmus diamagnetický
Elektrický odpor 10x103 nΩ·m
Tep. vodivosť 8,9x10-3 W·m−1·K−1
Rýchl. zvuku 206 m·s−1
Reg. číslo CAS 7782-50-5
Izotop(y) (vybrané)
Izotop Výskyt t1/2 Rr Er (MeV) Pr
35Cl 75,77 % stabilný s 18 neutrónmi
Radioactive.svg 36Cl stopy 3,01x105 r. β- 0,709 36Ar
synt.   ε - 36S
37Cl 24,23 % stabilný s 20 neutrónmi
Commons-logo.svg
 Commons ponúka multimediálny obsah na tému chlór.
Pozri aj chemický portál

Chlór (Chlorum)(gr. chlóros – žltozelený) je chemický prvok v Periodickej tabuľke prvkov, ktorý má značku Cl a protónové číslo 17. Je to toxický veľmi reaktívny plyn, druhej triedy halogénov, ktorý sa ochotne zlučuje s väčšinou prvkov periodickej tabuľky.

Bol objavený v roku 1774 Carlom Wilhelmom Scheelom, ale súčasné pomenovanie mu dal až v roku 1810 anglický chemik sir Humphry Davy.

Chlór sa vyrába elektrolýzou roztaveného chloridu sodného. Voľný chlór je prudký jed. Pôsobí v styku s vodou, prítomnej v bunkách, oxidačne na životne dôležité molekuly (proteíny – enzýmy, lipidy aj sacharidy). Mení ich štruktúru a organizmus hynie. V potravinárstve sa označuje E925.

V prvej svetovej vojne použili Nemci chlór a jeho ďalšie zlúčeniny (napr. fosgén COCl2 a yperit – dichlórdietylsulfid, bis-(2-chlóretyl-) sulfid) ako chemickú zbraň hromadného ničenia. Dôležitý je chlorid vápenatý ako vysušovadlo do exsikátorov a do sušiacich veží. Chlorid železitý umiestnený v železitej vate zastavuje krvácanie a používa sa, podobne ako chlorid hlinitý, AlCl3, v organickej chémii ako katalyzátor (pozri Lewisova kyselina). Chlórové vápno (zmes chlórnanu a chloridu vápenatého, vznikajúca pôsobením chlóru na hydroxid vápenatý) je bieliacim a dezinfekčným prostriedkom. Chloristany sa používajú do pyrotechnických zmesí. Chlorečnan sodný NaClO3 je jedovatý pre rastliny. Výrobok s obchodným názvom Travex (zmes chlorečnanu a chloridu sodného) sa používal na ničenie trávy a buriny medzi kameňmi na chodníkoch (totálny herbicíd). Chlorečnan draselný KClO3 sa používal pri výrobe trhavín (napríklad takzvané Cheddity a Chloratity) a osvetľovacích rakiet. Chlorečnan horečnatý Mg (ClO3)2 pôsobí ako defoliant, spôsobuje odpadávanie listov ošetrených rastlín, najmä bavlníka, čo sa využívalo pri zbere bavlny. V súčasnosti je aj toto použitie prekonané menej nebezpečnými defoliantmi.

Výskyt v prírode[upraviť | upraviť zdroj]

Na Zemi sa chlór nachádza iba vo forme zlúčenín, väčšina z nich je rozpustená v morskej vode a vo vode niektorých vnútrozemských jazier. V morskej vode tvoria chloridové ióny najviac zastúpený anión, ich koncentrácia sa pohybuje okolo 19 g/l. Z minerálov je najznámejší chlorid sodný (NaCl, mineralogicky kamenná soľ). Morská voda obsahuje 2,7 % chloridu sodného. Kaspické a Mŕtve more obsahujú až 10 % NaCl. Odparením pravekých morí vznikli ložiská kamennej soli. Najväčšie ložiská sú v Poľsku pri Bochni a Veličke, v Rumunsku pri Slaníku, v Rakúsku v Soľnej komore pri Salzburgu, v Rusku pri Astrachanských jazerách. Na Slovensku sú ložiská kamennej soli v Solivare pri Prešove, kde sa odparovaním soľanky získava kryštalická kuchynská soľ.

V zemskej kôre sa chlór nachádza v koncentrácii 200 – 1 900 ppm (mg/kg).

Zastúpenie vo vesmíre zodpovedá vyššiemu atómovému číslu chlóru. Predpokladá sa, že na 1 atóm chlóru pripadá viac ako 17 miliónov atómov vodíka.

Zlúčeniny[upraviť | upraviť zdroj]

V zlúčeninách sa chlór vyskytuje v oxidačných číslach Cl, Cl+, Cl3+, Cl5+ a Cl7+.

V každom oxidačnom čísle, v ktorom sa chlór vyskytuje vytvára aj príslušnú kyselinu.

  • jedinou bezkyslíkatou kyselinou je kyselina chlorovodíková HCl s chlórom v oxidačnom stupni Cl
  • kyselina chlórna HClO zodpovedá oxidačnému číslu Cl+ a patrí medzi veľmi slabé kyseliny
  • s oxidačným číslom Cl3+ je známa kyselina chloritá HClO2
  • kyselina chlorečná HClO3 zodpovedá oxidačnému stupňu Cl5+
  • a nakoniec veľmi silná kyselina chloristá HClO4 pripadá chlóru v oxidačnom stupni Cl7+

Všetky uvedené kyseliny vytvárajú soli s elektropozitívnymi prvkami a najmä v prípade kyseliny chlórnej, chloritej a chlorečnej majú tieto soli omnoho väčší praktický význam ako príslušné kyseliny.

Organické zlúčeniny chlóru sú v prírode skôr výnimkou a prevažná väčšina organických molekúl obsahujúcich atóm chlóru s ktorými sa bežne stretávame vznikla chemickou syntézou. Z najpoužívanejších môžeme spomenúť chloroform, tetrachlórmetán, PVC, DDT, freóny.

Výroba a využitie[upraviť | upraviť zdroj]

Výroba plynného chlóru je založená na elektrolýze vodného roztoku chloridu sodného – soľanky. Ako katóda sa obvykle používa ortuť. Tlakové kovové fľaše s plynným chlórom sú označené žltým pruhom.

  • Pri práci s plynným chlórom je potrebné zachovávať prísne bezpečnostné predpisy, pretože je veľmi silno toxický a z priemyselných prevádzok je známe množstvo havárii so smrteľnými následkami. Plynný chlór je známy ako prvá prakticky použitá chemická bojová látka už z 1. svetovej vojny v roku 1915.
  • Elementárny chlór sa prakticky používa na dezinfekciu pitnej vody. Napriek všeobecnej predstave sám o sebe nemá dezinfekčné účinky, ale rozkladá vodu na elementárny kyslík, ktorý je už silným dezinfekčným činidlom. Podobne je to s jeho bieliacimi účinkami.

Kyselina chlorovodíková, chloridy[upraviť | upraviť zdroj]

Chlorovodík HCl je bezfarebný plyn s bodom varu -85,1 °C. Po rozpustení vo vode reaguje silne kyslo a je označovaný ako kyselina chlorovodíková. Vyrába sa pôsobením kyseliny sírovej na chlorid sodný alebo častejšie priamou reakciou plynného vodíka a chlóru. Komerčne sa dodáva v roztokoch s koncentráciou okolo 35 %.

  • Zmes kyseliny chlorovodíkovej a dusičnej v pomere 3:1 sa nazýva lúčavka kráľovská. Táto zmes rozpúšťa aj veľmi odolné drahé kovy ako zlato alebo platinu. K tomuto javu dochádza vďaka kombinácii veľmi silných oxidačných vlastností chloridu nitrozylu (NOCl), vznikajúceho in situ z kyselín a komplexotvorných vlastností chloridového iónu, ktorý vytvára stabilné komplexné ióny [AuCl4]- a [PtCl6]2-.
  • Chlorid sodný a chlorid vápenatý CaCl2 sa v zimnom období rozprašuje na vozovky, aby z nich odstránili námrazu. Využíva sa pritom fakt, že roztoky týchto látok mrznú až pri teplote pod −20 °C a pri kontakte ľadu s týmito chloridmi sa ľad topí a vznikajú nasýtené chloridové roztoky. Problémom zostáva korozívne pôsobenie týchto roztokov na kovové časti automobilov a zaťaženie pôdy v okolí ciest vysokými koncentráciami solí.
  • Väčšina chloridov je výborne rozpustná vo vode. Výnimkou je chlorid strieborný AgCl a chlorid ortutný tzv. kalomel Hg2Cl2. Nerozpustnosť AgCl vo vode sa využíva k oddeleniu striebra z roztokov ďalších kovov, pričom kovové striebro je možné z filtrátu AgCl pomerne jednoducho pyrometalurgicky získať. Vysoko čistý chlorid strieborný je dôležitou súčasťou fotografických materiálov (filmy, fotopapier). Kalomel sa napriek svojej toxicite používa v analytickej chémii ako redukčné činidlo prí váhovom stanovení platinových kovov.

Kyselina chlórna, chlórnany[upraviť | upraviť zdroj]

Kyselina chlórna HClO je pomerne slabá kyselina a chemicky značne nestála zlúčenina. Väčší význam majú jej soli, chlórnany.

Cl2 + 2 NaOH → NaCl + NaClO
  • Vyrobený chlórnan sodný sa najčastejšie používa ako roztok.
  • Ďalšou metódou výroby chlórnanov je elektrolýza roztokov príslušných chloridov bez diafragmy; na anóde pri tom dochádza k oxidácii chloridového aniónu:
Cl → Cl+ + 2e-

Kyselina chlorečná a chloristá, chlorečnany a chloristany[upraviť | upraviť zdroj]

Kyselina chlorečná HClO3 je nestála kvapalina so silno oxidačnými účinkami.

  • Zo solí sú najznámejšie chlorečnan sodný a draselný; sodná soľ je základnou zložkou herbicídu Travex, prípravku proti burine a tráve. Okrem toho sa tieto chlorečnany vyznačujú veľmi silnými oxidačnými vlastnosťami a spolu s organickými látkami (napríklad cukor) veľmi ľahko a mohutne explodujú (bengálske ohne). Mnoho predovšetkým mladších amatérskych pyrotechnikov bolo pri experimentoch s týmito látkami vážne zranených.

Kyselina chloristá HClO4 je jednou z najsilnejších kyselín. Vyrába sa zvyčajne termickou disproporcionáciou chlorečnanov na chloristany a následnou destiláciou po okyslení; komerčne sa distribuuje ako vodný roztok s približne 70% koncentráciou, ktorý je prakticky neobmedzene stály.

  • V zriedených roztokoch sa kyselina chloristá správa iba ako veľmi silná kyselina. V koncentrovanom stave a za tepla je však mimoriadne silným oxidačným prostriedkom využívaným napr. na rozklad stálych organických polymérov (polystyrén, PVC). Odporúča sa však, aby spomenuté reakcie uskutočňoval iba skusený chemik, pretože pri nich hrozí nebezpečenstvo explózie. Zároveň je známe, že organické látky (napr. drevené časti laboratórnych digestorov) môžu po dlhodobom styku s parami kyseliny chloristej alebo oxidu chloristého samovoľne explodovať.
  • Väčšina solí kyseliny chloristej, chloristanov, sú zlúčeniny veľmi dobre rozpustné vo vode. Výnimku tvoria chloristan draselný KClO4, rubídny RbClO4, cézny CsClO4 a amónny NH4ClO4. V analytickej chémii slúži tento jav na dôkaz alebo separáciu spomenutých katiónov.
  • Chloristan draselný a amónny sú zložky rôznych pyrotechnických zmesí. Chloristan amónny je základom pevného paliva raketových motorov, využívajú ich napr. aj americké raketoplány.

Organické zlúčeniny chlóru[upraviť | upraviť zdroj]

Výroba chlórovaných uhľovodíkov v priebehu 20. storočia dosahovala tisícky ton najrôznejších zlúčenín a dodnes predstavujú mnohé z týchto produktov veľkú ekologickú záťaž pre našu planétu. Veľa zlúčenín sa v čase svojho objavu považovalo za prakticky neškodné a až po mnohoročnom hromadnom používaní sa ukázalo, že ich dlhodobé pôsobenie v prírode môže mať katastrofálne následky. Jedným z príkladov je vplyv freónov na ozónovú vrstvu.

Chlórované organické rozpúšťadlá[upraviť | upraviť zdroj]

Najjednoduchšie významné chlórované uhľovodíky sú trichlórmetán alebo chloroform CHCl3 a tetrachlórmetán, nazývaný „tetrachlór“ CCl4. Obidve zlúčeniny sú ťažké kvapaliny s relatívne nízkym bodom varu (CHCl3 62 °C a CCl4 77 °C). Obidve sú nehorľavé a pri vdychovaní sú toxické (narkotizujú; CCl4 je silne hepatotoxický, oba sú karcinogény). Chloroform má navyše narkotizačné účinky a bol v 19. a prvej polovici 20. storočia široko používaný v medicíne ako inhalačné anestetikum pri operáciach, pôrodoch a podobných zákrokoch.

  • Obidve kvapaliny sa prakticky nemiešajú s vodou, ale sú výbornými rozpúšťadlami nepolárnych organických zlúčenín a tukov. Ešte pred niekoľkými rokmi prakticky všetky čistiarne odevov prali tovar svojich zákazníkov v zmesi týchto kvapalín. Organické znečistenie bolo veľmi efektívne odstránené a vďaka nízkemu bodu varu čistiacej zmesi boli ich zostatky z odevov zahriatím ľahko odstrániteľné.
  • Mnoho farieb na kovy aj drevo používalo ako rozpúšťadlo pigmentov a ochranných látok práve chloroform či tetrachlór.
  • Obidve látky sa dodnes obmedzene používajú na extrakciu tukov z biologického materiálu a na separáciu organických zlúčenín zo zmesí typu kvapalina-kvapalina.
  • Podrobné dlhodobé klinické štúdie však bohužiaľ ukázali, že trvalý dlhodobý styk organizmu s týmito rozpúšťadlami značne zvyšuje riziko vzniku rakoviny a obidve zlúčeniny sa tak dostali do zoznamu karcinogénnych látok. Na základe týchto skutočností je v súčasnosti veľmi obmedzená ako produkcia tak aj praktické využitie týchto organických rozpúšťadiel.

PCB[upraviť | upraviť zdroj]

vzorec úplne chlórovaného bifenylu
vzorec bifenylu

Podobný osud má aj skupina organických chlórovaných aromatických uhľovodíkov nazvaná polychlórované bifenyly alebo PCB. Existuje celkom 208 kongenerov, ktoré sa líšia počtom atómov chlóru a ich vzájomnou polohou na bifenylovom skelete. Majú vyšší bod varu, sú nehorľavé a chemicky mimoriadne stále kvapaliny. Sú to výborné rozpúšťadlá nepolárnych organických zlúčenín a tukov.

  • Hlavné uplatnenie našli PCB ako náplne transformátorov, kondenzátorov a ďalších elektrických zariadení.
  • Používali sa ešte ako hydraulické kvapaliny, časti tlačových farieb, náterových hmôt, tmelov a ďalších výrobkov.
  • PCB boli v dobe ich výroby považované za úplne neškodné látky a na ich únik do prostredia nebol braný ohľad. Až po desaťročiach ich používania bolo zistené, že PCB sa v prírode nerozkladajú, koncentrujú sa v telách živočíchov a šíria sa v potravinových reťazcoch a že majú aj v stopových množstvách nepriaznivé účinky na živé organizmy. V priebehu rokov bola ich výroba zastavená a ich používanie zakázané.
  • Pri likvidácii odpadov s obsahom PCB spaľovanie prebieha pri teplote nad 1 200 °C s dobou zdržania spalín v dopaľovacej komore 2 až 3 sek. a obsahom kyslíka min. 6%.

DDT[upraviť | upraviť zdroj]

Hlavný článok: DDT

vzorec insekticídu DDT

DDT je skratka zlúčeniny dichlordifenyltrichlóretán alebo 1,1,1-trichloro-2,2-bis(p-chlorofenyl)etán (ClC6H4)2CH(CCl3), jeden z najstarších a najznámejších insekticídov.

DDT bolo prvýkrát syntetizované už v roku 1874. Jeho insekticídne účinky však objavil až švajčiarsky chemik Paul Hermann Müller v roku 1939. Od druhej svetovej vojny bolo DDT hromadne používané. Slúžilo ako prípravok proti škodlivému hmyzu v poľnohospodárstve, ale predovšetkým na likvidáciu komárov a moskytov v tropických krajinách.

PVC[upraviť | upraviť zdroj]

vzorec vinylchloridu

Polymér polyvinylchlorid alebo PVC patrí dodnes k najrozšírenejším priemyselne vyrábaným plastickým hmotám. Vyrába sa polymeráciou nenasýteného chlórovaného uhľovodíka vinylchloridu. Vzniknutý produkt sa ďalej farbí a plní rôznymi aditívami, takže na trh sa dostáva veľmi široká paleta plastov s rozdielnymi farbami a fyzikálnymi vlastnosťami.

  • Všetky vyrábané druhy PVC sa vyznačujú dobrou chemickou odolnosťou, sú veľmi zle horľavé a tepelne dobre odolné. Povrch plastu je veľmi ľahko umývateľný vodou. Z týchto dôvodov sa používajú k výrobe podlahových krytín a bytových textílií. Povrchy domácich záhradných bazénov sú často pokryté vrstvou PVC, z PVC sa vyrábajú armatúry pre rozvody pitných aj odpadových vôd.
  • Ďalšie využitie nachádza PVC v medicíne ako inertná súčasť rôznych prístrojov (hadičky, trubičky, zásobníky tekutín…), ale sú z neho napr. vyrábané aj hračky pre deti.
  • Problém s PVC nastáva v okamihu jeho horenia alebo tepelného rozkladu. Napriek tomu že je za normálnych okolností takmer nehorľavý, za vysokých teplôt (napr. pri požiari bytu) začína tepelne degradovať pričom sa uvoľňuje široké spektrum veľmi toxických organických zlúčenín (najznámejší je asi fosgén). Aj pri riadenom spaľovaní sa do plynných splodín dostávajú atómy chlóru, ktoré pôsobia silne korozívne na spaľovacie aparatúry vďaka vznikajúcemu chlorovodíku. Reakciou chlóru s aromatickými uhľovodíkmi dochádza ku vzniku zvlášť nebezpečných dioxínov.

Dioxíny[upraviť | upraviť zdroj]

molekula dibenzodioxínu
molekula dibenzylfuranu

Dioxíny predstavujú ekologicky najproblematickejšie organické zlúčeniny chlóru. Týmto názvom sú označované dve skupiny látok: Polychlórované dibenzo-p-dioxíny a dibenzofurany. Výmenou jedného alebo niekoľkých vodíkových atómov za atómy chlóru vznikajú zlúčeniny, ktoré sú zvyčajne označované súhrnným názvom dioxíny. Tieto látky sa vyznačujú značnou priamou toxicitou, sú však aj silno mutagénne a karcinogénne.

Tieto zlúčeniny sa priemyselne nevyrábajú, vznikajú skôr ako nechcené prímesi pri chemickej syntéze iných aromatických chlórovaných látok. Často uvádzaným príkladom je defoliant Agent Orange, ktorý bol vo Vietnamskej vojne hromadne rozprašovaný americkou armádou na tropické pralesy s cieľom zbaviť porasty listov. Napriek tomu, že dioxíny pôvodne neboli zložkou tejto zmesi, vyskytovali sa v nej v relatívne značnom množstve vďaka nedokonalému čisteniu základných zložiek. Dodnes sú vo Vietname oblasti, kde je pôda tak zaťažená týmito látkami, že ju nie je možné poľnohospodársky využívať. Ďaleko tragickejšie sú však tisíce prípadov mŕtvo narodených detí, detí narodených s hroznými deformáciami a extrémny nárast prípadov rakoviny v postihnutých oblastiach. Problémy sa nevyhli ani americkým vojakom a veľa veteránov Vietnamskej vojny malo podobné syndrómy ako vietnamskí domorodci. To všetko sa dáva do súvislosti s dlhodobým kontaktom postihnutých osôb s dioxínmi obsiahnutými v Agent Orange.

molekula tetrachlordibenzodioxínu

Rozhodne najvýznamnejším zdrojom dioxínov v životnom prostredí je spaľovanie organických zlúčenín, predovšetkým komunálneho odpadu. Dôvodom je najmä fakt, že aromatické benzénové jadro je veľmi stále a pri spaľovaní organických zlúčenín dochádza k prednostnej oxidácii bežných uhľovodíkov. Benzénový skelet pritom často zostáva nedotknutý a jeho reakciou s kyslíkom a chlórom vznikajú dioxíny.

  • V súčasnosti sú spaľovne komunálneho odpadu konštruované tak, aby sa zničila prevažná väčšina vznikajúcich dioxínov. Dosahuje sa to tak, že spaliny z primárneho spaľovania odpadu vstupujú do druhého spaľovacieho stupňa, v ktorom je zvyčajne zvýšená teplota na viac ako 1 500 °C. Kombináciou vysokej teploty spaľovania a predĺženého pobytu organických zlúčenín v tomto prostredí je možné dosiahnuť prakticky kompletnú oxidáciu prítomných dioxínov. Niektoré spaľovne sú vybavené ešte aj tretím spaľovacím stupňom. Všetky spaľovne sú navyše zo zákona pravidelne kontrolované a obsah dioxínov v splodinách je monitorovaný.
  • Bolo dokázané, že vplyv jednotlivých kongenerov dioxínov na živé organizmy sa podstatne odlišuje. Pre zjednodušenie bol vybraný jeden z nich – 2,3,7,8-tetrachlorodibenzen-p-dioxín (obrázok) a pri uvádzaní koncentrácie dioxínov v analytickej vzorke sa zvyčajne obsahy všetkých prítomných dioxínov vzťahujú na túto zlúčeninu.

Iné projekty[upraviť | upraviť zdroj]