کلر

عنصر کلر از عناصر شیمیایی جدول تناولی مندلیف بوده و با نماد شیمیایی Cl شناخته می شودعدد اتمی عنصر کلر ۱۷ و عدد جرمی آن تقریبا ۳۵ است. عنصر کلر از هالو ها بوده و در گروه ۱۷ و تناوب سوم از جدول تناوبی مندلیف جای گرفته است. از خواص عنصر کلر می توان به بوی بسیار بد و سمی بودن آن اشاره نمود. اما ترکیبات عنصر کلر در طبیعت به وفور دیده می شوند. نمک طعام (NaCl) نام ترکیبی از عنصر کلر است. به دلیل پیوند ضعیف دو اتم کلر با یکدیگر، این عنصر بسیار واکنش پذیر است. کاربرد عنصر کلر در بخش های زیادی مشاهده می‌شود. ایزوتوپ عنصر کلر نیز کشف و شناخته شده است که در ادامه بررسی می گردد. مدل اتمی بور برای عنصر کلر تعریف شده و می‌تواند به شناخت بیشتر این عنصر کمک نماید.

نشریه علمی جهان شیمی فیزیک به بررسی عناصر جدول تناوبی مندلیف پرداخته است. عناصری مانند:  اکسیژن و… . در ادامه این مقاله با بررسی خواص و ویژگی عنصر کلر با ما همراه باشید.

   
کاربرد ها
 

کلر عنصر شیمیایی مهمی در تصفیه آب، میکروب کش، آفت کش، مواد گندزدا در سفیدکننده و نیز در گاز خردل به‌شمار می‌رود. همچنین کلر در ساخت طیف وسیعی از اقلام روزمره کاربرد دارد.

برای از بین بردن باکتری و سایر میکروبهای موجود در ذخائر آب آشامیدنی بکار می‌رود. امروزه حتی به ذخائر کوچک آب همواره کلر افزوده می‌گردد. در تولید محصولات کاغذی، مواد ضد عفونی‌کننده، رنگدانه، مواد غذائی،  حشره کش ها، رنگها، فراورده‌های نفتی، پلاستیک، دارو، منسوجات، حلالها و محصولات مصرفی بسیار زیاد دیگری کاربرد دارد.

در ترکیبات آلی درصورتیکه کلر جایگزین هیدروژن شود «لاستیک مصنوعی» اغلب باعث ایجاد خصوصیات مورد نیاز در این ترکیبات می‌گردد لذا در ترکیب آلی از این عنصر به عنوان عامل اکسیدکننده و جانشین، به‌طور گسترده استفاده می‌گردد.

سایر موارد کاربرد کلر در تولید هیدروکلریک اسید، کلراتها، کلروفرم، تتراکلرید کربن و در استخراج برم می‌باشد.

 
تاریخچه و روند کشف عدد اتمی

دیمیتری مندلیف ادعا کرد که اولین جدول تناوبی او که  برای اولین بار در ۶ مارس ۱۸۶۹ منتشر شد بر اساس وزن اتمی مرتب شده است. اما با در نظر گرفتن خواص شیمیایی مشاهده شده از عناصر ، او ترتیب را کمی تغییر داد و تلوریم (وزن اتمی ۶/۱۲۷) را بالاتر از ید (وزن اتمی ۹/۱۲۶) قرار داد. این قرارگیری مطابق با روش مدرن است که عناصر را بر اساس عدد اتمی مرتب می کند.

با این حال ، یک شماره گذاری ساده بر اساس موقعیت جدول تناوبی هرگز کاملاً راضی کننده نبود. بعلاوه پس از ید و تلوریم ، بعداً مشخص شد که چندین جفت عنصر دیگر مانند آرگون و پتاسیم ، کبالت ونیکل دارای وزن اتمی تقریباً یکسان و وزن اتمی معکوس هستند ، بنابراین نیاز بود که محل قرارگیری آنها در جدول تناوبی توسط خواص شیمیایی آنها تعیین شود.

بعدها با شناسایی تدریجی عناصر لانتانید که عدد اتمی آنها مشخص نبود عدم تناسب و عدم اطمینان در شماره گذاری دوره ای عناصر حداقل از لوتتیوم (عنصر ۷۱) به بعد بیشتر شد.

ایزوتوپ‌ها

دو ایزوتوپ پایدار اصلی برای کلر با جرم ۳۵ و۳۷ وجود دارد که به نسبت‌های به ترتیب ۳:۱ یافت شده  و وزن اتمی مقادیر عمده و مشهود ۵/۳۵ را در اتم‌های کلر ایجاد می‌کنند. کلر دارای ۹ ایزوتوپ با جرم اتمی بین ۳۲ و ۴۰ است که تنها سه عدد از این ایزوتوپ‌ها به صورت طبیعی یافت می‌شوند. کلر پایدار ۳۵ (۷۷/۷۵٪)، کلر ۳۷(۲۳/۲۴٪) و کلر رادیواکتیو ۳۶.

نسبت کلر ۳۶ به کلر پایدار در محیط زیست تقریباًE -۱۵: ۱ ۷۰۰ است.Cl-۳۶ در جو به وسیله پراشیدن Ar-۳۶ بر اثر فعل و انفعالات پروتون‌های اشعه کیهانی حاصل می‌گردد. در زیر سطح زمین Cl-۳۶ عمدتاً در نتیجه جذب نوترون توسط Cl-۳۵ یا جذب موآن به‌وسیله Ca-۴۰ تولید می‌گردد. Cl-۳۶ به صورت S-۳۶ و Ar-۳۶ با نیمه عمر درهم ۳۰۸۰۰۰ سال متلاشی می‌شود نیمه عمر این ایزوتوپ اب دوست و غیر واکنشی، آن را مناسب تاریخ‌گذاری زمین‌شناسی با دامنه‌ای از ۶۰۰۰۰ تا ۱ میلیون سال می‌نماید.

بعلاوه مقادیر زیادی Cl-۳۶ به وسیله پرتوافشانی بر آب دریا، در خلال انفجارات جوی سلاح‌های اتمی بین سال‌های ۱۹۵۸ و ۱۹۵۲تولید شد. مدت زمان حضور Cl-۳۶ در جو تقریباً یک هفته‌است؛ بنابراین Cl-۳۶ به‌عنوان رویداد شمار آب‌های داخل خاک و زیرزمینی دهه ۵۰ برای تاریخ‌گذاری آبهای کمتر از ۵۰ سال پیش نیز سودمند است. Cl-۳۶ در مراحل دیگری از علم زمین شناسی از جمله تاریخ‌گذاری یخ‌ها و رسوبات بکار می‌رود.

تولید کلر

به علت واکنش‌پذیری زیاد کلر، این عنصر را نمی‌توان به تنهایی در طبیعت یافت کرد اما در شکل نمک‌های کلرید، به وفور در دسترس است. مقادیر کم از کلر را در آزمایشگاه از طریق ترکیب هیدروکلریک اسید با MnO2MnO2 تولید می‌کنند. در صنعت، این عنصر به طور معمول از طریق الکترولیز سدیم کلرید محلول در آب به تولید می‌رسد. این روش که در سال 1892 توسعه پیدا کرد، بخش عمده تولید صنعتی این ماده را شامل می‌شود. علاوه بر این،‌ با بکارگیری چنین روشی، مواد سودمند دیگری همچون گاز هیدروژن و سدیم هیدروکسید نیز به تولید می‌رسند. واکنش کلی در این فرآیند به صورت زیر است:

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

الکترولیز محلول‌های کلریدی نیز در کاتد و آند به صورت زیر خواهد بود:

کاتد: 2H2O+2e–→H2+2OH2H2O+2e–→H2+2OH

آند: 2Cl–→Cl2+2e–2Cl–→Cl2+2e–

در سلول الکترولیز، یک دیافراگم از جنس آزبست، کاتد و آند را از یکدیگر جدا می‌کند و مانع تشکیل مجدد کلر در آند از طریق اختلاط با سدیم هیدروکسید می‌شود. به طور پیوسته، آب شور به بخش آند وارد می‌شود و از طریق دیافراگم به بخش کاتد می‌رسد. در روشی دیگر، از یک سلول غشایی الکترولیز بهره می‌گیرند که این غشای تراوا در نقش یک تبادلگر یونی عمل می‌کند. سدیم کلرید یا پتاسیم کلرید اشباع از بخش آند عبور و با گذر از آند، غلظت آن کاهش پیدا می‌کند. در این روش،‌ سدیم هیدروکسید با درصد خلوص بالا تشکیل می‌شود اما از نقاط ضعف آن، نیاز به آب شور با خلوص بسیار بالا است.

در روشی دیگر، از هیدروژن کلرید بازیافتی استفاده می‌کنند تا طبق واکنش زیر،‌ فرآورده کلر تولید شود:

4HCl+O2→2Cl2+2H2O4HCl+O2→2Cl2+2H2O

واکنش بالا که به «فرآیند دیکن» (Deacon Process) معروف است، نیاز به کاتالیزور دارد. در گذشته، استفاده از مس به عنوان کاتالیزور رواج داشت اما به مرور، کاتالیزورهای بر پایه کروم و روتنیم مورد استفاده قرار گرفتند. کلر تولید شده در کپسول‌هایی با وزن 450 گرم تا 70 کیلوگرم ذخیره می‌شود. البته وزن‌های تجاری بیشتری نیز در دسترس هستند.