KLORIN: SEJARAH, SIFAT, STRUKTUR, RISIKO, KEGUNAAN - KIMIA - 2026

The klorin adalah unsur kimia yang diwakili oleh simbol Cl. Yang kedua halogen, yang terletak di bawah fluorin, dan merupakan unsur paling elektronegatif ketiga semua. Namanya berasal dari warna hijau kekuningan, yang lebih kuat daripada fluorida.

Secara popular, apabila seseorang mendengar nama anda, perkara pertama yang mereka fikirkan adalah produk pemutihan untuk pakaian, dan air di kolam renang. Walaupun klorin berfungsi dengan berkesan dalam contoh seperti itu, bukan gasnya, tetapi sebatiannya (terutama hipoklorit) yang memberikan tindakan pemutihan dan pembasmi kuman.

Kelalang bulat dengan klorin gas di dalamnya. Sumber: Larenmclane

Gambar atas menunjukkan termos bulat dengan gas klorin. Ketumpatannya lebih besar daripada udara, yang menjelaskan mengapa ia tetap berada di dalam termos dan tidak melarikan diri ke atmosfera; seperti yang berlaku dengan gas yang lebih ringan, untuk mengatakan helium atau nitrogen. Dalam keadaan ini, ia adalah bahan yang sangat toksik, kerana ia menghasilkan asid hidroklorik di paru-paru.

Itulah sebabnya klorin unsur atau gas tidak mempunyai banyak kegunaan, selain daripada beberapa sintesis. Walau bagaimanapun, sebatiannya, baik itu garam atau molekul organik berklorin, merangkumi repertoar penggunaan yang baik, melampaui kolam renang dan pakaian yang sangat putih.

Begitu juga, atomnya dalam bentuk anion klorida terdapat di dalam badan kita, mengatur kadar natrium, kalsium dan kalium, serta jus gastrik. Jika tidak, pengambilan natrium klorida akan lebih mematikan.

Klorin dihasilkan dengan elektrolisis air garam, kaya dengan natrium klorida, proses industri di mana natrium hidroksida dan hidrogen juga diperoleh. Dan kerana laut adalah sumber garam yang hampir tidak habis-habisnya, potensi simpanan unsur ini di hidrosfera sangat besar.

Sejarah

Pendekatan pertama

Kerana kereaktifan gas klorin yang tinggi, peradaban kuno tidak pernah menduga keberadaannya. Walau bagaimanapun, sebatiannya telah menjadi sebahagian daripada budaya kemanusiaan sejak zaman kuno; sejarahnya mula dikaitkan dengan garam biasa.

Sebaliknya, klorin muncul dari letusan gunung berapi dan ketika seseorang melarutkan emas di aqua regia; Tetapi tidak ada pendekatan pertama yang cukup untuk merumuskan idea bahawa gas hijau kekuningan adalah unsur atau sebatian.

Penemuan

Penemuan klorin dikaitkan dengan ahli kimia Sweden Carl Wilhelm Scheele, yang pada tahun 1774 melakukan reaksi antara mineral pirolit dan asid hidroklorik (yang kemudian disebut asam muriatik).

Scheele mendapat penghargaan kerana dia adalah saintis pertama yang mengkaji sifat klorin; walaupun telah diakui sebelumnya (1630) oleh Jan Baptist van Helmont.

Eksperimen di mana Scheele memperoleh pemerhatiannya menarik: dia menilai tindakan pemutihan klorin pada kelopak bunga kemerah-merahan dan kebiruan, serta pada daun tumbuhan dan serangga yang mati serta-merta.

Begitu juga, dia melaporkan kadar reaktifnya yang tinggi terhadap logam, bau yang mencekik dan kesan yang tidak diingini pada paru-paru, dan bahawa apabila larut dalam air, keasidannya meningkat.

Asid oksimuratik

Pada masa itu, ahli kimia menganggap asid untuk sebatian yang mempunyai oksigen; jadi mereka keliru menyangka bahawa klorin mestilah oksida gas. Ini adalah bagaimana mereka memanggilnya 'asid oksimuriatik' (oksida asid muriatik), nama yang diciptakan oleh ahli kimia Perancis terkenal Antoine Lavoisier.

Kemudian, pada tahun 1809 Joseph Louis Gay-Lussac dan Louis Jacques Thénard berusaha mengurangkan asid ini dengan arang; tindak balas dengan mana mereka memperoleh logam dari oksida mereka. Dengan cara ini, mereka ingin mengekstrak unsur kimia asid oksimuratik yang sepatutnya (yang mereka sebut sebagai 'udara muriatic deflogsticated air').

Walau bagaimanapun, Gay-Lussac dan Thénard gagal dalam eksperimen mereka; tetapi mereka betul dalam mempertimbangkan kemungkinan bahawa gas hijau kekuningan mestilah unsur kimia dan bukan sebatian.

Pengiktirafan sebagai elemen

Pengiktirafan klorin sebagai unsur kimia adalah terima kasih kepada Sir Humphry Davy, yang pada tahun 1810 melakukan eksperimennya sendiri dengan elektrod karbon dan menyimpulkan bahawa oksida asid muriatik seperti itu tidak ada.

Dan lebih jauh lagi, itu adalah Davy yang mencipta nama 'klorin' untuk unsur ini dari perkataan Yunani 'chloros', yang bermaksud hijau kekuningan.

Semasa mereka mengkaji sifat kimia klorin, banyak sebatiannya didapati bersifat garam; oleh itu mereka menamakannya sebagai 'halogen', yang bermaksud bekas garam. Kemudian istilah halogen digunakan dengan unsur-unsur lain dari kumpulan yang sama (F, Br dan I).

Michael Faraday bahkan berjaya mencairkan klorin menjadi pepejal yang, kerana tercemar dengan air, membentuk hidrat Cl ₂ · H ₂ O.

Selebihnya sejarah klorin dikaitkan dengan sifat disinfektan dan pemutihannya, sehingga pengembangan proses industri elektrolisis air garam untuk menghasilkan sejumlah besar klorin.

Sifat fizikal dan kimia

Penampilan fizikal

Ia adalah gas pekat, kekuningan, hijau kekuningan dengan bau yang menjengkelkan (versi klorin komersial yang disempurnakan), dan sangat beracun.

Nombor atom (Z)

17

Berat atom

35.45 awak.

Kecuali dinyatakan lain, sifat-sifat selebihnya sesuai dengan kuantiti yang diukur untuk molekul klorin, Cl ₂ .

Takat didih

-34.04 ºC

Takat lebur

-101.5 ºC

Ketumpatan

-Dalam keadaan normal, 3.2 g / L

-Hanya pada titik didih, 1.5624 g / mL

Perhatikan bahawa klorin cair kira-kira lima kali lebih padat daripada gasnya. Ketumpatan wapnya adalah 2.49 kali lebih besar daripada udara. Itulah sebabnya pada gambar pertama klorin tidak cenderung keluar dari termos bulat, kerana lebih padat daripada udara ia terletak di bahagian bawah. Ciri ini menjadikannya gas yang lebih berbahaya.

Panas pelakuran

6.406 kJ / mol

Haba pengewapan

20.41 kJ / mol

Kapasiti haba molar

33.95 J / (mol K)

Keterlarutan air

1.46 g / 100 mL pada suhu 0 ºC

Tekanan wap

7.67 atm pada 25 ° C. Tekanan ini agak rendah berbanding gas lain.

Elektronegativiti

3.16 pada skala Pauling.

Tenaga pengionan

-Pertama: 1251.2 kJ / mol

-Kedua: 2298 kJ / mol

-Ketiga: 3822 kJ / mol

Kekonduksian terma

8.9 10 ^-3 W / (m K)

Isotop

Klorin berlaku di alam terutamanya sebagai dua isotop: ³⁵ Cl, dengan kelimpahan 76%, dan ³⁷ Cl, dengan kelimpahan 24%. Oleh itu, berat atom (35.45 u) adalah purata jisim atom kedua isotop ini, dengan peratusan kelimpahan masing-masing.

Semua radioisotop klorin adalah buatan, di antaranya ³⁶ Cl menonjol sebagai yang paling stabil, dengan jangka hayat 300,000 tahun.

Nombor pengoksidaan

Klorin boleh mempunyai pelbagai nombor atau keadaan pengoksidaan ketika ia adalah sebahagian daripada sebatian. Menjadi salah satu atom yang paling elektronegatif dalam jadual berkala, ia biasanya mempunyai bilangan pengoksidaan negatif; kecuali apabila ia mengalami oksigen atau fluor, di mana oksida dan fluorida, masing-masing, ia harus "kehilangan" elektron.

Dalam nombor pengoksidaan mereka, kewujudan atau kehadiran ion dengan magnitud muatan yang sama diasumsikan. Oleh itu, kita mempunyai: -1 (Cl ^- , anion klorida yang terkenal), +1 (Cl ⁺ ), +2 (Cl ²⁺ ), +3 (Cl ³⁺ ), +4 (Cl ⁴⁺ ), +5 ( Cl ⁵⁺ ), +6 (Cl ⁶⁺ ) dan +7 (Cl ⁷⁺ ). Dari kesemuanya, -1, +1, +3, +5 dan +7 adalah yang paling biasa dijumpai dalam sebatian berklorin.

Sebagai contoh, dalam ClF dan ClF ₃ nombor pengoksidaan untuk klorin adalah +1 (Cl ⁺ F ^- ) dan +3 (Cl ³⁺ F ₃ ^- ). Dalam Cl ₂ O, ini adalah +1 (Cl ₂ ⁺ O ^2- ); sementara di ClO ₂ , Cl ₂ O ₃ dan Cl ₂ O ₇ adalah +4 (Cl ⁴⁺ O ₂ ^2- ), +3 (Cl ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ) dan +7 (Cl ₂ ⁷⁺ Atau ₇ ^2- ).

Di semua klorida, sebaliknya, klorin mempunyai bilangan pengoksidaan -1; seperti dalam NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), di mana sah untuk mengatakan bahawa Cl ^- wujud memandangkan sifat ion garam ini.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Molekul klorin

Molekul klorin diatomik ditunjukkan dengan model pengisian spatial. Sumber: Benjah-bmm27 melalui Wikipedia.

Atom klorin dalam keadaan tanahnya mempunyai konfigurasi elektronik berikut:

3s ² 3p ⁵

Oleh itu, masing-masing mempunyai tujuh elektron valens. Kecuali jika mereka dibebani dengan tenaga, akan ada atom Cl individu di ruang angkasa, seolah-olah mereka adalah guli hijau. Walau bagaimanapun, kecenderungan semula jadi mereka adalah untuk membentuk ikatan kovalen di antara mereka, sehingga melengkapkan oktet valensi mereka.

Perhatikan bahawa mereka hanya memerlukan satu elektron untuk mempunyai lapan elektron valensi, jadi mereka membentuk satu ikatan sederhana; inilah, yang bergabung dengan dua atom Cl untuk membuat molekul Cl ₂ (gambar atas), Cl-Cl. Itulah sebabnya klorin dalam keadaan normal dan / atau terestrial adalah gas molekul; tidak monatom, seperti gas mulia.

Interaksi antara molekul

Molekul Cl ₂ adalah homonuklear dan apolar, sehingga interaksi molekulnya diatur oleh kekuatan hamburan London dan massa molekulnya. Dalam fasa gas, jarak Cl ₂ -Cl ₂ adalah agak pendek berbanding gas-gas lain, yang, ditambah kepada massa, menjadikan ia satu gas tiga kali lebih tumpat daripada udara.

Cahaya dapat membangkitkan dan mempromosikan peralihan elektronik dalam orbital molekul Cl ₂ ; akibatnya, warna kekuningannya berwarna hijau kekuningan. Warna ini semakin kuat dalam keadaan cair, dan kemudian hilang sebahagiannya apabila mengeras.

Sebagai titik suhu (-34 º C), Cl ₂ molekul kehilangan tenaga kinetik dan Cl ₂ -Cl ₂ jarak berkurangan; oleh itu, ini bergabung dan akhirnya menentukan klorin cair. Perkara yang sama berlaku apabila sistem disejukkan lebih banyak lagi (-101 ºC), sekarang dengan molekul Cl ₂ saling berdekatan sehingga mereka menentukan kristal orthorhombik.

Fakta bahawa kristal klorin wujud adalah menunjukkan bahawa daya penyebarannya cukup arah untuk membuat corak struktur; iaitu lapisan molekul Cl ₂ . Pemisahan lapisan ini sedemikian rupa sehingga strukturnya tidak dimodifikasi walaupun di bawah tekanan 64 GPa, dan juga tidak menunjukkan konduksi elektrik.

Di mana mencari dan mendapatkan

Garam klorida

Kristal halit yang kuat, lebih dikenali sebagai garam biasa atau garam meja. Sumber: Ibu Bapa Géry

Klorin dalam keadaan gasnya tidak dapat dijumpai di permukaan Bumi, kerana sangat reaktif dan cenderung membentuk klorida. Klorida ini tersebar dengan baik ke seluruh kerak bumi dan, setelah itu, setelah berjuta-juta tahun dihanyutkan oleh hujan, mereka memperkaya lautan dan lautan.

Dari semua klorida, NaCl mineral halit (gambar atas) adalah yang paling biasa dan banyak; diikuti oleh mineral silvin, KCl, dan carnalite, MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O. Apabila jisim air menguap oleh tindakan Matahari, mereka meninggalkan tasik garam gurun, dari mana NaCl dapat diekstrak secara langsung sebagai bahan mentah untuk pengeluaran klorin.

Elektrolisis air garam

NaCl larut dalam air untuk menghasilkan air garam (26%), yang mengalami elektrolisis dalam sel klor-alkali. Terdapat dua reaksi separuh berlaku di petak anod dan katod:

2Cl ^- (aq) => Cl ₂ (g) + 2e ^- (Anod)

2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2OH ^- (aq) + H ₂ (g) (Katod)

Dan persamaan global untuk kedua-dua reaksi adalah:

2NaCl (aq) + 2H ₂ O (l) => 2NaOH (aq) + H ₂ (g) + Cl ₂ (g)

Semasa tindak balas berlanjutan, ion Na ^{+ yang} terbentuk di anod berpindah ke petak katod melalui membran asbes yang telap. Atas sebab itu NaOH berada di sebelah kanan persamaan global. Kedua-dua gas, Cl ₂ dan H ₂ , masing-masing dikumpulkan dari anod dan katod.

Gambar di bawah menggambarkan apa yang baru ditulis:

Rajah untuk penghasilan klorin dengan elektrolisis air garam. Sumber: Jkwchui

Nota bahawa kepekatan air garam ke akhir menurun sebanyak 2% (lulus 24 hingga 26%), yang bermakna bahawa sebahagian daripada anion Cl ^- asal molekul menjadi Cl ₂ . Pada akhirnya, perindustrian proses ini telah memberikan kaedah untuk menghasilkan klorin, hidrogen dan natrium hidroksida.

Pembubaran asid pirolit

Seperti disebutkan dalam bagian sejarah, gas klorin dapat dihasilkan dengan melarutkan sampel mineral pirolit dengan asam hidroklorik. Persamaan kimia berikut menunjukkan produk yang diperoleh daripada tindak balas:

MnO ₂ ( ₄ ) + 4HCl (aq) => MnCl ₂ (aq) + 2H ₂ O (l) + Cl ₂ (g)

Aloi

Aloi klorin tidak wujud kerana dua sebab mudah: molekul gasnya tidak dapat terperangkap di antara kristal logam, dan mereka juga sangat reaktif, jadi mereka akan bertindak balas dengan segera dengan logam untuk menghasilkan klorida masing-masing.

Sebaliknya, klorida juga tidak diingini, kerana setelah dilarutkan di dalam air, mereka memberi kesan garam yang mendorong kakisan pada aloi; dan oleh itu, logam larut untuk membentuk klorida logam. Proses kakisan bagi setiap aloi berbeza; ada yang lebih terdedah daripada yang lain.

Oleh itu, klorin bukanlah bahan tambahan yang baik untuk aloi sama sekali; tidak seperti Cl ₂ atau Cl ^- (dan atom Cl akan terlalu reaktif untuk wujud).

Risiko

Walaupun kelarutan klorin dalam air rendah, cukup untuk menghasilkan asid hidroklorik dalam kelembapan kulit dan mata kita, yang akhirnya menghakis tisu, menyebabkan kerengsaan serius dan bahkan kehilangan penglihatan.

Lebih teruk lagi adalah bernafas wap kehijauan kekuningan, kerana sekali di paru-paru ia menghasilkan asid lagi dan merosakkan tisu paru-paru. Dengan ini, orang itu mengalami sakit tekak, batuk dan kesukaran bernafas kerana cecair yang terbentuk di paru-paru.

Sekiranya terdapat kebocoran klorin, anda berada dalam situasi yang sangat berbahaya: udara tidak boleh "menyapu" wapnya; mereka kekal di sana sehingga mereka bertindak balas atau tersebar perlahan.

Sebagai tambahan kepada ini, ia adalah sebatian yang sangat mengoksidakan, jadi pelbagai bahan dapat bertindak balas secara meletup dengan sentuhan sedikit pun; sama seperti bulu keluli dan aluminium. Itulah sebabnya di mana klorin disimpan, semua pertimbangan yang diperlukan mesti diambil untuk mengelakkan risiko kebakaran.

Ironinya, walaupun gas klorin mematikan, anion klorida tidak beracun; Ia dapat dimakan (secara sederhana), tidak terbakar, juga tidak bereaksi kecuali dengan fluorin dan reagen lain.

Permohonan

Sintesis

Sebanyak 81% gas klorin yang dihasilkan setiap tahun digunakan untuk sintesis klorida organik dan bukan organik. Bergantung kepada tahap covalence sebatian ini, klorin boleh didapati sebagai atom Cl semata-mata dalam molekul organik berklorin (dengan bon C-Cl), atau sebagai Cl ^- ion dalam beberapa garam klorida (NaCl, CaCl ₂ , MgCl ₂ , dan lain-lain.).

Setiap sebatian ini mempunyai aplikasi tersendiri. Contohnya, kloroform (CHCl ₃ ) dan etil klorida (CH ₃ CH ₂ Cl) adalah pelarut yang telah digunakan sebagai anestetik penyedutan; diklorometana (CH ₂ Cl ₂ ) dan karbon tetraklorida (CCl ₄ ), bagi bahagian mereka, adalah pelarut yang banyak digunakan di makmal kimia organik.

Apabila sebatian berklorin ini cair, selalunya ia digunakan sebagai pelarut untuk media tindak balas organik.

Dalam sebatian lain, kehadiran atom klorin menunjukkan peningkatan momen dipol, sehingga mereka dapat berinteraksi ke tahap yang lebih besar dengan matriks polar; satu terdiri daripada protein, asid amino, asid nukleik, dan lain-lain, biomolekul. Oleh itu, klorin juga berperanan dalam sintesis ubat, racun perosak, racun serangga, racun kulat, dll.

Mengenai klorida bukan organik, mereka biasanya digunakan sebagai pemangkin, bahan mentah untuk mendapatkan logam dengan elektrolisis, atau sumber ion ^- ion .

Biologi

Klorin gas atau unsur tidak mempunyai peranan dalam makhluk hidup selain memusnahkan tisu mereka. Namun, ini tidak bermaksud bahawa atomnya tidak dapat dijumpai di dalam badan. Sebagai contoh, Cl ^- ion yang sangat banyak dalam persekitaran selular dan luar sel, dan membantu untuk mengawal tahap Na ⁺ dan Ca ²⁺ ion , kebanyakannya.

Begitu juga, asid hidroklorik adalah sebahagian daripada jus gastrik yang mana makanan dicerna di dalam perut; Cl mereka ^- ion , dalam syarikat H ₃ O ⁺ , menentukan pH berhampiran untuk 1 rembesan ini.

Senjata kimia

Ketumpatan gas klorin menjadikannya bahan yang mematikan ketika tumpah atau dicurahkan ke tempat tertutup atau terbuka. Lebih padat dari udara, arus tidak membawa klorin dengan mudah, jadi ia akan bertahan lama sebelum akhirnya tersebar.

Dalam Perang Dunia I, misalnya, klorin ini digunakan di medan perang. Setelah dibebaskan, ia akan menyelinap ke parit untuk mencekik tentera dan memaksa mereka ke permukaan.

Pembasmi kuman

Kolam diklorinasi untuk mencegah pembiakan dan penyebaran mikroorganisma. Sumber: Pixabay.

Larutan berklorin, di mana gas klorin telah dilarutkan di dalam air dan kemudian dibuat alkali dengan penyangga, mempunyai sifat pembasmi kuman yang sangat baik, serta menghalang pembusukan tisu. Mereka telah digunakan untuk membasmi kuman luka terbuka untuk menghilangkan bakteria patogen.

Air kolam renang diklorinasi dengan tepat untuk menghilangkan bakteria, mikroba dan parasit yang mungkin terdapat di dalamnya. Gas klorin digunakan untuk tujuan ini, namun tindakannya cukup agresif. Sebaliknya, tablet larutan natrium hipoklorit (peluntur) atau asid trikloroisosianurik (TCA) digunakan.

Yang disebutkan di atas menunjukkan bahawa bukan Cl ₂ yang melakukan tindakan pembasmi kuman tetapi HClO, asid hipoklorit, yang menghasilkan radikal O yang memusnahkan mikroorganisma.

Pemutih

Sangat mirip dengan tindakan pembasmi kumannya, klorin juga memutihkan bahan kerana pewarna yang bertanggung jawab terhadap warna terdegradasi oleh HClO. Oleh itu, larutan berklorinnya sangat sesuai untuk menghilangkan noda dari pakaian putih, atau untuk pemutihan kertas pulpa.

Polivinilklorida

Sebatian klorin yang paling penting, yang merangkumi sekitar 19% daripada pengeluaran gas klorin yang tersisa, adalah polivinil klorida (PVC). Plastik ini mempunyai pelbagai kegunaan. Dengan itu, paip air, bingkai tingkap, penutup dinding dan lantai, pendawaian elektrik, beg IV, mantel, dan lain-lain dibuat.

Rujukan

1. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. (Edisi keempat). Bukit Mc Graw.
2. Wikipedia. (2019). Klorin. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Laura H. et al. (2018). Struktur klorin pepejal pada 1.45 GPaZeitschrift für Kristallographie. Bahan Kristal, Jilid 234, Edisi 4, Halaman 277-280, ISSN (Dalam Talian) 2196-7105, ISSN (Cetakan) 2194-4946, DOI: doi.org/10.1515/zkri-2018-2145
4. Pusat Maklumat Nasional Bioteknologi. (2019). Klorin. Pangkalan Data PubChem. CID = 24526. Dipulihkan dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Marques Miguel. (sf). Klorin. Dipulihkan dari: nautilus.fis.uc.pt
6. Majlis Kimia Amerika. (2019). Kimia Klorin: Pengenalan Klorin. Dipulihkan dari: chlorine.americanchemistry.com
7. Fong-Yuan Ma. (Nd) Kesan Korosif Klorida pada Logam. Jabatan Kejuruteraan Laut, Republik China NTOU (Taiwan).
8. Negeri New York. (2019). Fakta Mengenai Klorin. Dipulihkan dari: health.ny.gov
9. Doug Stewart. (2019). Fakta Unsur Klorin. Chemicool. Dipulihkan dari: chemicool.com