"Химия", Рудзитис Г.Е., Фельдман Ф.Г.
Хлор — химический элемент и простое вещество, относящееся к галогенам. При обычных условиях это ядовитый жёлто-зелёный газ с резким запахом, поэтому обращаться с ним можно только с соблюдением правил безопасности. Хлор реагирует со многими веществами: с водородом образует хлороводород, а с металлами — соли, например хлориды. Эти свойства используют при получении важных веществ и обеззараживании воды. Главное — различать атомы хлора в составе соединений и молекулы простого вещества Cl₂.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Химический элемент — вид атомов с одинаковым зарядом ядра. Хлор обозначают символом Cl; его порядковый номер равен 17, значит, в ядре атома 17 протонов. Это обозначение помогает отличать хлор от других элементов и находить его место в периодической таблице.
Простое вещество — вещество, образованное атомами одного химического элемента. Простое вещество хлор записывают формулой Cl₂: его частица состоит из двух атомов хлора. Индекс 2 нужен, чтобы правильно записывать состав молекулы и уравнения реакций.
Галогены — элементы 17-й группы периодической таблицы, к которым относятся фтор, хлор, бром и йод. Их атомам не хватает одного электрона до устойчивой внешней оболочки, поэтому они часто принимают электрон и образуют отрицательно заряженные ионы. Это понятие помогает объяснить сходство химических свойств хлора и других галогенов.
Хлориды — соли, содержащие атомы хлора в виде ионов Cl⁻. Например, в хлориде натрия NaCl частицы натрия и хлора связаны в составе вещества, а не существуют как молекулы Cl₂. Различие между Cl, Cl₂ и Cl⁻ необходимо, чтобы не путать элемент, простое вещество и частицу в соединении.
Молекула Cl₂ состоит из двух одинаковых атомов, между которыми образуется общая электронная пара. Каждый атом как бы получает недостающий электрон во внешнюю оболочку за счёт совместного использования пары. Поэтому молекулы хлора устойчивее отдельных атомов, а в уравнениях для простого вещества записывают Cl₂, а не Cl.
Хлор — жёлто-зелёный газ с резким запахом и высокой плотностью по сравнению с воздухом. Окраска связана с тем, как молекулы поглощают и рассеивают свет, а плотность — с массой молекул Cl₂. Хлор растворяется в воде и образует хлорную воду; при этом часть вещества реагирует с водой. Токсичность означает, что газ опасен при вдыхании, поэтому его нельзя проверять по запаху или получать без вытяжки.
Хлор активно взаимодействует с металлами, потому что атомам металлов проще отдать электроны, чем удерживать их, а атомы хлора охотно принимают электроны. При этом образуются ионы, из которых складывается соль. Например, 2Na + Cl₂ → 2NaCl: коэффициент 2 перед натрием нужен, чтобы число атомов каждого элемента слева и справа совпало.
С водородом хлор образует хлороводород: H₂ + Cl₂ → 2HCl. В продуктах два атома водорода и два атома хлора, поэтому перед HCl ставят коэффициент 2. Реакция сопровождается выделением энергии и на свету может протекать очень быстро, что объясняет опасность смеси водорода и хлора.
На влажных поверхностях хлор способен уничтожать многие микроорганизмы, поэтому соединения хлора применяют для обеззараживания воды и поверхностей. Такое действие связано с химическим окислением веществ в клетках микроорганизмов. Однако та же способность реагировать с живыми тканями делает хлор опасным для человека; его промышленное применение требует контроля концентрации.
В лаборатории хлор можно получить действием соляной кислоты на оксид марганца(IV): MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + Cl₂ + 2H₂O. В реакции атомы хлора из кислоты переходят в молекулы Cl₂, а оксид марганца помогает этому превращению. В промышленности хлор получают электролизом раствора хлорида натрия, используя электрический ток для разложения вещества.
| Обозначение или вещество | Что означает | Пример |
|---|---|---|
| Cl | Символ химического элемента; один атом хлора | Атом в составе вещества |
| Cl₂ | Простое вещество, молекула из двух атомов хлора | Газообразный хлор |
| Cl⁻ | Отрицательно заряженный ион хлора | Ион в составе NaCl |
| HCl | Хлороводород; в водном растворе — соляная кислота | H₂ + Cl₂ → 2HCl |
Сначала определите, говорится ли об элементе, простом веществе или ионе: это подскажет правильное обозначение. Затем проверьте, входит ли частица в состав соединения или существует как отдельная молекула. Такая проверка особенно полезна при чтении формул и составлении уравнений реакций.
Задача. Какой объём хлороводорода можно получить из 5,6 л хлора, если водород взят в избытке? Считаем, что газы находятся при одинаковых температуре и давлении. В таких условиях объёмы газов относятся так же, как количества вещества, а коэффициенты уравнения показывают это отношение.
Записываем уравнение реакции: H₂ + Cl₂ → 2HCl. Оно показывает, что одна молекула хлора взаимодействует с одной молекулой водорода и образует две молекулы хлороводорода.
Смотрим на коэффициенты при газах: перед Cl₂ стоит 1, перед HCl — 2. Значит, из одного объёма Cl₂ получается два объёма HCl при одинаковых условиях.
Учитываем избыток водорода: он не ограничивает количество продукта. Ограничивающим веществом является Cl₂, поэтому объём продукта находим по объёму хлора.
Вычисляем: V(HCl) = 5,6 л · 2 = 11,2 л. Коэффициент 2 применяется потому, что на каждую молекулу Cl₂ в уравнении образуются две молекулы HCl.
Ответ: получится 11,2 л хлороводорода. Перед расчётом важно уравнять реакцию и убедиться, что объёмы сравниваются при одинаковых температуре и давлении. Если бы водород не был дан в избытке, сначала пришлось бы выяснить, какого реагента недостаточно.
Записывать формулу простого вещества как Cl. Ошибка возникает, если символ элемента принимают за формулу вещества; однако молекула хлора двухатомная и имеет формулу Cl₂. Проверьте, описывается ли отдельный атом или газообразное простое вещество.
Считать, что в поваренной соли есть молекулы Cl₂. Так думают, когда переносят формулу простого вещества на соединение, но в NaCl хлор представлен ионами Cl⁻. Проверяйте состав и формулу конкретного вещества, а не только название элемента.
Ставить индекс вместо коэффициента при уравнивании реакции. Индекс меняет состав формулы вещества, а коэффициент показывает количество частиц; подмена может привести к записи несуществующего вещества. После расстановки коэффициентов пересчитайте атомы каждого элемента по обе стороны стрелки.
Считать, что хлор можно определить по запаху или безопасно использовать без защиты. Резкий запах не является способом проверки вещества: хлор токсичен и повреждает дыхательные пути. Самопроверка здесь — помнить правило безопасности: не вдыхать газ и не проводить с ним опыты вне оборудованного места.
Свойства хлора связаны с периодической таблицей: положение элемента объясняет строение его внешнего электронного слоя и способность принимать электрон. Понятия о химической связи и ионах помогают понять, почему из хлора и металлов образуются соли. Уравнения реакций опираются на закон сохранения массы: число атомов каждого элемента до и после реакции одинаково. При расчётах объёмов газов используются коэффициенты уравнения и знания о свойствах газов.
§ 13. Хлор
