كلر

عنصر كلر از عناصر شيميايي جدول تناولي مندليف بوده و با نماد شيميايي Cl شناخته مي شودعدد اتمي عنصر كلر ۱۷ و عدد جرمي آن تقريبا ۳۵ است. عنصر كلر از هالو ها بوده و در گروه ۱۷ و تناوب سوم از جدول تناوبي مندليف جاي گرفته است. از خواص عنصر كلر مي توان به بوي بسيار بد و سمي بودن آن اشاره نمود. اما تركيبات عنصر كلر در طبيعت به وفور ديده مي شوند. نمك طعام (NaCl) نام تركيبي از عنصر كلر است. به دليل پيوند ضعيف دو اتم كلر با يكديگر، اين عنصر بسيار واكنش پذير است. كاربرد عنصر كلر در بخش هاي زيادي مشاهده مي‌شود. ايزوتوپ عنصر كلر نيز كشف و شناخته شده است كه در ادامه بررسي مي گردد. مدل اتمي بور براي عنصر كلر تعريف شده و مي‌تواند به شناخت بيشتر اين عنصر كمك نمايد.

نشريه علمي جهان شيمي فيزيك به بررسي عناصر جدول تناوبي مندليف پرداخته است. عناصري مانند:  اكسيژن و… . در ادامه اين مقاله با بررسي خواص و ويژگي عنصر كلر با ما همراه باشيد.

   
كاربرد ها
 

كلر عنصر شيميايي مهمي در تصفيه آب، ميكروب كش، آفت كش، مواد گندزدا در سفيدكننده و نيز در گاز خردل به‌شمار مي‌رود. همچنين كلر در ساخت طيف وسيعي از اقلام روزمره كاربرد دارد.

براي از بين بردن باكتري و ساير ميكروبهاي موجود در ذخائر آب آشاميدني بكار مي‌رود. امروزه حتي به ذخائر كوچك آب همواره كلر افزوده مي‌گردد. در توليد محصولات كاغذي، مواد ضد عفوني‌كننده، رنگدانه، مواد غذائي،  حشره كش ها، رنگها، فراورده‌هاي نفتي، پلاستيك، دارو، منسوجات، حلالها و محصولات مصرفي بسيار زياد ديگري كاربرد دارد.

در تركيبات آلي درصورتيكه كلر جايگزين هيدروژن شود «لاستيك مصنوعي» اغلب باعث ايجاد خصوصيات مورد نياز در اين تركيبات مي‌گردد لذا در تركيب آلي از اين عنصر به عنوان عامل اكسيدكننده و جانشين، به‌طور گسترده استفاده مي‌گردد.

ساير موارد كاربرد كلر در توليد هيدروكلريك اسيد، كلراتها، كلروفرم، تتراكلريد كربن و در استخراج برم مي‌باشد.

 
تاريخچه و روند كشف عدد اتمي

ديميتري مندليف ادعا كرد كه اولين جدول تناوبي او كه  براي اولين بار در ۶ مارس ۱۸۶۹ منتشر شد بر اساس وزن اتمي مرتب شده است. اما با در نظر گرفتن خواص شيميايي مشاهده شده از عناصر ، او ترتيب را كمي تغيير داد و تلوريم (وزن اتمي ۶/۱۲۷) را بالاتر از يد (وزن اتمي ۹/۱۲۶) قرار داد. اين قرارگيري مطابق با روش مدرن است كه عناصر را بر اساس عدد اتمي مرتب مي كند.

با اين حال ، يك شماره گذاري ساده بر اساس موقعيت جدول تناوبي هرگز كاملاً راضي كننده نبود. بعلاوه پس از يد و تلوريم ، بعداً مشخص شد كه چندين جفت عنصر ديگر مانند آرگون و پتاسيم ، كبالت ونيكل داراي وزن اتمي تقريباً يكسان و وزن اتمي معكوس هستند ، بنابراين نياز بود كه محل قرارگيري آنها در جدول تناوبي توسط خواص شيميايي آنها تعيين شود.

بعدها با شناسايي تدريجي عناصر لانتانيد كه عدد اتمي آنها مشخص نبود عدم تناسب و عدم اطمينان در شماره گذاري دوره اي عناصر حداقل از لوتتيوم (عنصر ۷۱) به بعد بيشتر شد.

ايزوتوپ‌ها

دو ايزوتوپ پايدار اصلي براي كلر با جرم ۳۵ و۳۷ وجود دارد كه به نسبت‌هاي به ترتيب ۳:۱ يافت شده  و وزن اتمي مقادير عمده و مشهود ۵/۳۵ را در اتم‌هاي كلر ايجاد مي‌كنند. كلر داراي ۹ ايزوتوپ با جرم اتمي بين ۳۲ و ۴۰ است كه تنها سه عدد از اين ايزوتوپ‌ها به صورت طبيعي يافت مي‌شوند. كلر پايدار ۳۵ (۷۷/۷۵٪)، كلر ۳۷(۲۳/۲۴٪) و كلر راديواكتيو ۳۶.

نسبت كلر ۳۶ به كلر پايدار در محيط زيست تقريباًE -۱۵: ۱ ۷۰۰ است.Cl-۳۶ در جو به وسيله پراشيدن Ar-۳۶ بر اثر فعل و انفعالات پروتون‌هاي اشعه كيهاني حاصل مي‌گردد. در زير سطح زمين Cl-۳۶ عمدتاً در نتيجه جذب نوترون توسط Cl-۳۵ يا جذب موآن به‌وسيله Ca-۴۰ توليد مي‌گردد. Cl-۳۶ به صورت S-۳۶ و Ar-۳۶ با نيمه عمر درهم ۳۰۸۰۰۰ سال متلاشي مي‌شود نيمه عمر اين ايزوتوپ اب دوست و غير واكنشي، آن را مناسب تاريخ‌گذاري زمين‌شناسي با دامنه‌اي از ۶۰۰۰۰ تا ۱ ميليون سال مي‌نمايد.

بعلاوه مقادير زيادي Cl-۳۶ به وسيله پرتوافشاني بر آب دريا، در خلال انفجارات جوي سلاح‌هاي اتمي بين سال‌هاي ۱۹۵۸ و ۱۹۵۲توليد شد. مدت زمان حضور Cl-۳۶ در جو تقريباً يك هفته‌است؛ بنابراين Cl-۳۶ به‌عنوان رويداد شمار آب‌هاي داخل خاك و زيرزميني دهه ۵۰ براي تاريخ‌گذاري آبهاي كمتر از ۵۰ سال پيش نيز سودمند است. Cl-۳۶ در مراحل ديگري از علم زمين شناسي از جمله تاريخ‌گذاري يخ‌ها و رسوبات بكار مي‌رود.

توليد كلر

به علت واكنش‌پذيري زياد كلر، اين عنصر را نمي‌توان به تنهايي در طبيعت يافت كرد اما در شكل نمك‌هاي كلريد، به وفور در دسترس است. مقادير كم از كلر را در آزمايشگاه از طريق تركيب هيدروكلريك اسيد با MnO2MnO2 توليد مي‌كنند. در صنعت، اين عنصر به طور معمول از طريق الكتروليز سديم كلريد محلول در آب به توليد مي‌رسد. اين روش كه در سال 1892 توسعه پيدا كرد، بخش عمده توليد صنعتي اين ماده را شامل مي‌شود. علاوه بر اين،‌ با بكارگيري چنين روشي، مواد سودمند ديگري همچون گاز هيدروژن و سديم هيدروكسيد نيز به توليد مي‌رسند. واكنش كلي در اين فرآيند به صورت زير است:

2NaCl+2H2O→Cl2+H2+2NaOH2NaCl+2H2O→Cl2+H2+2NaOH

الكتروليز محلول‌هاي كلريدي نيز در كاتد و آند به صورت زير خواهد بود:

كاتد: 2H2O+2e–→H2+2OH2H2O+2e–→H2+2OH

آند: 2Cl–→Cl2+2e–2Cl–→Cl2+2e–

در سلول الكتروليز، يك ديافراگم از جنس آزبست، كاتد و آند را از يكديگر جدا مي‌كند و مانع تشكيل مجدد كلر در آند از طريق اختلاط با سديم هيدروكسيد مي‌شود. به طور پيوسته، آب شور به بخش آند وارد مي‌شود و از طريق ديافراگم به بخش كاتد مي‌رسد. در روشي ديگر، از يك سلول غشايي الكتروليز بهره مي‌گيرند كه اين غشاي تراوا در نقش يك تبادلگر يوني عمل مي‌كند. سديم كلريد يا پتاسيم كلريد اشباع از بخش آند عبور و با گذر از آند، غلظت آن كاهش پيدا مي‌كند. در اين روش،‌ سديم هيدروكسيد با درصد خلوص بالا تشكيل مي‌شود اما از نقاط ضعف آن، نياز به آب شور با خلوص بسيار بالا است.

در روشي ديگر، از هيدروژن كلريد بازيافتي استفاده مي‌كنند تا طبق واكنش زير،‌ فرآورده كلر توليد شود:

4HCl+O2→2Cl2+2H2O4HCl+O2→2Cl2+2H2O

واكنش بالا كه به «فرآيند ديكن» (Deacon Process) معروف است، نياز به كاتاليزور دارد. در گذشته، استفاده از مس به عنوان كاتاليزور رواج داشت اما به مرور، كاتاليزورهاي بر پايه كروم و روتنيم مورد استفاده قرار گرفتند. كلر توليد شده در كپسول‌هايي با وزن 450 گرم تا 70 كيلوگرم ذخيره مي‌شود. البته وزن‌هاي تجاري بيشتري نيز در دسترس هستند.