氯

氯是一種非金屬元素,屬於鹵族之一。氯氣常溫常壓下為黃綠色氣體,化學性質十分活潑,具有毒性。氯以化合態的形式廣泛存在於自然界當中,對人體的生理活動也有重要意義。氯氣為黃綠色氣體,密度比空氣大(3.214g/L),熔點−101.0℃,沸點−34.4℃,有強烈的刺激性氣味。

基本信息

發現簡史

元素性質數據元素性質數據

1774年,瑞典化學家舍勒在從事軟錳礦的研究時發現:軟錳礦與鹽酸混合後加熱就會生成一種令人窒息的黃綠色氣體。當時,大化學家拉瓦錫認為氧是酸性的起源,一切酸中都含有氧。舍勒及許多化學家都堅信拉瓦錫的觀點,認為這種黃綠色的氣體是一種化合物,是由氧和另外一種未知的基所組成的,所以舍勒稱它為“氧化鹽酸”。

但英國化學家戴維卻持有不同的觀點,他想盡了一切辦法也不能從氧化鹽酸中把氧奪取出來,均告失敗。他懷疑氧化鹽酸中根本就沒有氧存在。1810年,戴維以無可辯駁的事實證明了所謂的氧化鹽酸不是一種化合物,而是一種化學元素的單質。他將這種元素命名為“Chlorine”。它的希臘文原意是“綠色”。中文譯名為氯。

自然分布

自然界中游離狀態的氯存在於大氣層中,是破壞臭氧層的主要單質之一。氯氣受紫外線分解成兩個氯原子(自由基)。大多數通常以氯化物(Cl-)的形式存在,常見的主要是氯化鈉(食鹽,NaCl)。

單質Cl₂

氯單質由兩個氯原子構成,化學式為Cl₂。氣態氯單質俗稱氯氣,液態氯單質俗稱液氯。

名稱由來

英文名稱chlorine來自於希臘文khlros(χλωρó',淡綠色),中文取該氣體為綠色之意造了“氯”字,日文與韓文則因為氯是鹽的主要成分之一而稱為“鹽素”(日本漢字寫作“塩素”)。

化合物

無機(括弧內為化合價):氯化物(-1)、次氯酸(+1)、次氯酸鹽(+1)、亞氯酸(+3)、亞氯酸鹽(+3)、氯酸(+5)、氯酸鹽(+5)、高氯酸(+7)、高氯酸鹽(+7)

有機氯化合物。

同位素

氯元素有35Cl和37Cl兩種穩定同位素。核外電子構型都為3S23P5。相對原子質量分別為34.968 852和36.965 903。天然豐度分別為75.77%和24.23%。

氯離子的檢驗

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入硝酸酸化的銀離子(如硝酸銀)(加入酸性硝酸銀可以排除其他離子干擾),銀離子和氯離子反應會生成氯化銀白色沉澱,反應式:

(Ag+)+(Cl-)→AgCl↓

操作處置與儲存

1、操作注意事項

嚴加密閉,提供充分的局部排風和全面通風。操作人員必須經過專門培訓,嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴空氣呼吸器,穿帶面罩式膠布防毒衣,戴橡膠手套。遠離火種、熱源,工作場所嚴禁吸菸。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與醇類接觸。搬運時輕裝輕卸,防止鋼瓶及附屬檔案破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

2、儲存注意事項

儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃,相對濕度不超過80%。應與易燃物(可燃物)、醇類、食用化學品分開存放,切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。應嚴格執行極毒物品“五雙”管理制度。

物理性質

氯原子結構示意圖氯原子結構示意圖

氯氣為黃綠色氣體,密度比空氣大(3.214g/L),熔點−101.0℃,沸點−34.4℃,有強烈的刺激性氣味。

氯氣分子由兩個氯原子組成,微溶於水,易溶於鹼液,易溶於四氯化碳、二硫化碳等有機溶劑。

氯有26種同位素,其中只有Cl和Cl是穩定的,其餘同位素均具有放射性。

原子半徑:100pm

核外電子排布:[Ne]3s3p化合價:±1, 3, 5, 7

晶體結構:斜方晶系

電負性:3.16 (鮑林標度

第一電離能:1251.2 kJ/mol

營養功能

參與光合作用

光合作用中,氯作為錳的輔助因子參與水的光解反應。水光解反應是光合作用最初的光化學反應,氯的作用位點在光系統II。研究工作表明,在缺氯條件下,植物細胞的增殖速度降低,葉面積減少,生長量明顯下降(大約60%),但氯並不影響植物體中光合速率。由此可見,氯對水光解放O2反應的影響不是直接作用,氯可能是錳的配合基,有助於穩定錳離子,使之處於較高的氧化狀態。氯不僅為希爾反應放O2所必需,它還能促進光合磷酸化作用。

調節氣孔運動

氯對氣孔的開張和關閉有調節作用。當某些植物葉片氣孔開張時,K+流入是由有機酸陰離子(主要是蘋果酸根)作為陪伴離子,這些離子在代謝過程中是靠消耗澱粉產生的;但是對某些澱粉含量不多的作物(如洋蔥),當K+流入保衛細胞時,由於缺少蘋果酸根則需由Cl-作為陪伴離子。缺氯時,洋蔥的氣孔就不能自如地開關,而導致水分過多地損失。由於氯在維持細胞膨壓、調節氣孔運動方面的明顯作用,從而能增強植物的抗旱能力。

激活H+-泵ATP酶

以往人們了解較多的是原生質上的H+-ATP酶,它受K+的激活。而在液泡膜上也存在有H+-ATP酶。與原生質上的H+-ATP酶不同,這種酶不受一價陽離子的影響,而專靠氯化物激活。該酶可以把原生質中的H+轉運到液泡內,使液泡膜內外產生pH梯度(胞液,pH>7;液泡,pH<<6)。缺氯時,植物根的伸長嚴重受阻,這可能和氯的上述功能有關。因為缺氯時,影響活性溶質滲入液泡內,從而使根的伸長受到抑制(Hagerh和Helrnle,1981)。

抑制病害發生

施用含氯肥料對抑制病害的發生有明顯作用。據報導,2013以前年至少有10種作物的15個品種,其葉、根病害可通過增施含氯肥料而明顯減輕。例如冬小麥的全蝕病、條鏽病,春小麥的葉鏽病、枯斑病,大麥的根腐病,玉米的莖枯病,馬鈴薯的空心病、褐心病等。根據研究者的推論,氯能抑制土壤中銨態氮的硝化作用。當施入銨態氮肥時,氯使大多數銨態氮不能被轉化,而迫使作物吸收更多的銨態氮;在作物吸收銨態氮肥的同時,根系釋放出H+離子,使根際酸度增加。許多土壤微生物由於適宜在酸度較大的環境中大量繁衍,從而抑制了病菌的滋生,如小麥因施用含氯肥料而減輕了全蝕病病害的發生。還有一些研究者從C1-和NO3-存在吸收上的競爭性來解釋。施含氯肥料可降低作物體內NO3-的濃度,一般認為NO3-含量低的作物很少發生嚴重的根腐病。

其他作用

在許多陰離子中,Cl-是生物化學性質最穩定的離子,它能與陽離子保持電荷平衡,維持細胞內的滲透壓。植物體內氯的流動性很強,輸送速度較快,能迅速進入細胞內,提高細胞的滲透壓和膨壓。滲透壓的提高可增強細胞吸水,並提高植物細胞和組織束縛水分的能力。這就有利於促進植物從外界吸收更多的水分。在乾旱條件下,也能減少植物丟失水分。提高膨壓後可使葉片直立,延長功能期。作物缺氯時,葉片往往失去膨壓而萎蔫。氯對細胞液緩衝體系也有一定的影響。氯在離子平衡方面的作用,可能有特殊的意義。

氯對酶活性也有影響。氯化物能激活利用谷氨醯胺為底物的天冬醯胺合成酶,促進天冬醯胺和谷氨酸的合成。氯在氮素代謝過程中有重要作用。

適量的氯有利於碳水化合物的合成和轉化。

化學性質

集氣瓶中的氯氣集氣瓶中的氯氣
原子的最外電子層有7個電子,在化學反應中容易結合一個電子,使最外電子層達到8個電子的穩定狀態,因此氯氣具有強氧化性,能與大多數金屬和非金屬發生化合反應。

氯氣遇水歧化為鹽酸和次氯酸,次氯酸不穩定易分解放出遊離氧,所以氯氣具有漂白性(比SO強且加熱不恢復原色)。

氯氣也能和很多有機物發生加成或取代反應,在生活中有廣泛套用。

氯氣具有較大的毒性,曾被用作軍用毒氣。

Cl-檢驗

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入可溶的銀離子(硝酸銀)(加入酸性硝酸銀可以排除其他離子干擾),銀離子和氯離子反應會生成氯化銀白色沉澱。再取白色沉澱,加入稀硝酸,沉澱不溶解,則說明含氯離子。

含氧酸

1.次氯酸(HClO)及其鹽

(1) 製備

①通氯氣於冰水中:Cl₂ + H₂O = HClO + HCl

②通氯於鹼液中可得次氯酸鹽:Cl₂+ 2NaOH → NaClO + NaCl + H₂O

③工業上用電解冷濃食鹽水並劇烈攪拌來製備NaClO

(2)性質

①是弱酸,但為很強的氧化劑,且具有漂白性

②受熱易發生氧化還原反應3ClO→ ClO₃ + 2Cl

(3) 用途

製造漂白粉Ca(ClO)₂

漂白粉:Cl₂與Ca(OH)₂反應 2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = Ca(ClO)₂ +CaCl₂ +2H₂O)

2.亞氯酸(HClO₂)及其鹽

亞氯酸是唯一的亞鹵酸,非常不穩定。

(1) 製備

①ClO₂在水中分解:2ClO₂+H₂O=HClO₂+HClO₃

②通ClO₂於Na₂O₂或NaOH與H₂O₂可得亞氯酸鹽 2ClO₂+Na₂O₂=2NaClO₂+O₂;2ClO₂+H₂O₂+OH2ClO=2-+O₂+H₂O

(2) 性質與用途

①非常不穩定的化合物,但亞氯酸鹽較穩定。

②具有漂白性

3.氯酸(HClO₃)及其鹽

濃度高於40%則不穩定

(1) 製備

①次氯酸根水溶液加熱,產生自身氧化還原反應歧化反應):3ClO→ ClO₃ + 2Cl

②電解熱氯化鈉水溶液並加以攪拌:3Cl₂ + 6OH → ClO₃ + 5Cl + 3H₂O

(2) 性質及用途

①氯酸和氯酸鹽皆為強氧化劑

氯酸鉀用於製造炸藥

③KClO₃受熱反應

A.無催化劑,微熱:4KClO₃ =3KClO₄ + KCl (約100℃)

B.催化劑(MnO₂):2KClO₃ =2KCl + 3O₂↑ (約300℃)

4.高氯酸(HClO₄)及其鹽

(1) 製備

①低壓蒸餾KClO₄與H₂SO₄的混合液:KClO₄ + H₂SO₄ = HClO₄ + KHSO₄

電解食鹽水時,陽極產生的氯氣被氧化:1/2Cl₂ + 4H₂O =ClO₄+ 8H + 7e

氯酸鹽受熱分解:4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl

(2) 性質與用途

①氯最穩定的含氧酸,不易分解

②非常強的酸(高中範圍內最強的酸,強於100%硫酸,但弱於氟銻酸等超強酸)

主要用途

工業

氯主要用於化學工業尤其是有機合成工業上,以生產塑膠、合成橡膠、染料及其他化學製品或中間體,還用於漂白劑消毒劑合成藥物等。氯氣亦用作製造漂白粉、漂白紙漿和布匹、合成鹽酸、製造氯化物、飲水消毒、合成塑膠和農藥等。提煉稀有金屬等方面也需要許多氯氣。

生理

氯是人體必需常量元素之一,是維持體液和電解質平衡中所必需的,也是胃液的一種必需成分。自然界中常以氯化物形式存在,最普通形式是食鹽。氯在人體含量平均為1.17g/kg,總量約為82~100g,占體重的0.15%,廣泛分布於全身。主要一氯離子形式與鈉、鉀化合存在。其中氯化鉀主要在細胞內液,而氯化鈉主要在細胞外液中。

膳食氯幾乎完全來源於氯化鈉,僅少量來自氯化鉀。因此食鹽及其加工食品醬油、醃製肉或煙燻食品、醬菜類以及鹹味食品等都富含氯化物。一般天然食品中氯的含量差異較大;天然水中也幾乎都含有氯。

主要生理功能:

1.維持體液酸鹼平衡

氯離子分析儀氯離子分析儀

2.氯離子與鈉離子是細胞外液中維持滲透壓的主要離子,二者約占總離子數的80%左右,調節與控制著細胞外液的容量和滲透壓。

3.參與血液CO二價離子運輸。

4.氯離子還參與胃液中胃酸形成,胃酸促進維生素B12和鐵的吸收;激活唾液澱粉酶分解澱粉,促進食物消化;刺激肝臟功能,促使肝中代謝廢物排出;氯還有穩定神經細胞膜電位的作用等。

安全防護

氯氣對眼、呼吸道黏膜有刺激作用,能引起流淚、咳嗽、咳少量痰、胸悶、氣管炎支氣管炎、肺水腫等呼吸道症狀,嚴重的會導致休克、死亡。一戰時曾經被用作化學武器(窒息性毒劑)

氯氣對環境有嚴重危害,對水體可造成污染。

同時,氯氣可助燃,濕潤的氯氣具有強腐蝕性。

所以接觸氯氣時,需注意全身嚴格防護,嚴禁直接嗅聞、接觸氯氣,不得將含氯氣的廢氣直接排放到大氣中。

生命元素

描述
生命元素 生命元素共有29種,包括

(硼是某些綠色植物和藻類生長的必需元素,哺乳動物並不需要硼)
宏量元素 如碳、、氧、、磷、硫、氯、、鈉、鈣和鎂
微量元素

化學元素周期表

族→123456789101112131415161718電子層0族電子數
周期↓I A0
11
H
2
He
K2
II AIII AIV AV AVI AVII A
23
Li
4
Be
5
B
6
C
7
N
8
O
9
F
10
Ne
L
K
8
2
311
Na
12
Mg
13
Al
14
Si
15
P
16
S
17
Cl
18
Ar
M
L
K
8
8
2
III BIV BV BVI BVII BVIIII BII B
419
K
20
Ca
21
Sc
22
Ti
23
V
24
Cr
25
Mn
26
Fe
27
Co
28
Ni
29
Cu
30
Zn
31
Ga
32
Ge
33
As
34
Se
35
Br
36
Kr
N
M
L
K
8
18
8
2
537
Rb
38
Sr
39
Y
40
Zr
41
Nb
42
Mo
43
Tc
44
Ru
45
Rh
46
Pd
47
Ag
48
Cd
49
In
50
Sn
51
Sb
52
Te
53
I
54
Xe
O
N
M
L
K
8
18
18
8
2
655
Cs
56
Ba
57-
71
72
Hf
73
Ta
74
W
75
Re
76
Os
77
Ir
78
Pt
79
Au
80
Hg
81
Tl
82
Pb
83
Bi
84
Po
85
At
86
Rn
P
O
N
M
L
K
8
18
32
18
8
2
787
Fr
88
Ra
89-
103
104
Rf
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
111
Rg
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo

鑭系元 素57
La
58
Ce
59
Pr
60
Nd
61
Pm
62
Sm
63
Eu
64
Gd
65
Tb
66
Dy
67
Ho
68
Er
69
Tm
70
Yb
71
Lu
錒系元 素89
Ac
90
Th
91
Pa
92
U
93
Np
94
Pu
95
Am
96
Cm
97
Bk
98
Cf
99
Es
100
Fm
101
Md
102
No
103
Lr

化學元素(一)

人體所需礦物質

巨量礦物質每日營養建議攝取量,RDA > 200 mg/每日(Ca) ;(Cl) ;(Mg) ;(P) ;(K);(Na);(S)
微量礦物質每日營養建議攝取量,RDA < 200 mg/每日(Cr) ;(Co) ;(Cu) ;(F) ;(I) ;(Fe) ;(Mn) ;(Mo) ;(Se) ;(Zn)

拼音是lu的漢字

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