氯

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

在光合作用中,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
氯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

②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

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

③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、氣管炎和支氣管炎、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
氫、硼、碳、氮、氧、氟、鈉、鎂、矽、磷、硫、氯、鉀、鈣、釩、鈦、鉻、錳、鐵、鈷、鎳、銅、鋅、砷、硒、溴、鉬、錫和碘
(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、氫、氧、氮、磷、硫、氯、鉀、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
氫
2
He
氦
K2
II AIII AIV AV AVI AVII A
23
Li
鋰
4
Be
鈹
5
B
硼
6
C
碳
7
N
氮
8
O
氧
9
F
氟
10
Ne
氖
L
K
8
2
311
Na
鈉
12
Mg
鎂
13
Al
鋁
14
Si
矽
15
P
磷
16
S
硫
17
Cl
氯
18
Ar
氬
M
L
K
8
8
2
III BIV BV BVI BVII BVIIII BII B
419
K
鉀
20
Ca
鈣
21
Sc
鈧
22
Ti
鈦
23
V
釩
24
Cr
鉻
25
Mn
錳
26
Fe
鐵
27
Co
鈷
28
Ni
鎳
29
Cu
銅
30
Zn
鋅
31
Ga
鎵
32
Ge
鍺
33
As
砷
34
Se
硒
35
Br
溴
36
Kr
氪
N
M
L
K
8
18
8
2
537
Rb
銣
38
Sr
鍶
39
Y
釔
40
Zr
鋯
41
Nb
鈮
42
Mo
鉬
43
Tc
鎝
44
Ru
釕
45
Rh
銠
46
Pd
鈀
47
Ag
銀
48
Cd
鎘
49
In
銦
50
Sn
錫
51
Sb
銻
52
Te
碲
53
I
碘
54
Xe
氙
O
N
M
L
K
8
18
18
8
2
655
Cs
銫
56
Ba
鋇
57-
71
鑭系
72
Hf
鉿
73
Ta
鉭
74
W
鎢
75
Re
錸
76
Os
鋨
77
Ir
銥
78
Pt
鉑
79
Au
金
80
Hg
汞
81
Tl
鉈
82
Pb
鉛
83
Bi
鉍
84
Po
釙
85
At
砹
86
Rn
氡
P
O
N
M
L
K
8
18
32
18
8
2
787
Fr
鍅
88
Ra
鐳
89-
103
錒
104
Rf
鑪
105
Db
106
Sg
107
Bh
108
Hs
109
Mt
110
Ds
鐽
111
Rg
錀
112
Uub
113
Uut
114
Uuq
115
Uup
116
Uuh
117
Uus
118
Uuo

鑭系元 素57
La
鑭
58
Ce
鈰
59
Pr
鐠
60
Nd
釹
61
Pm
鉕
62
Sm
釤
63
Eu
銪
64
Gd
釓
65
Tb
鋱
66
Dy
鏑
67
Ho
鈥
68
Er
鉺
69
Tm
銩
70
Yb
鐿
71
Lu
鑥
錒系元 素89
Ac
錒
90
Th
釷
91
Pa
鏷
92
U
鈾
93
Np
鎿
94
Pu
鈽
95
Am
鎇
96
Cm
鋦
97
Bk
錇
98
Cf
鐦
99
Es
鑀
100
Fm
鐨
101
Md
鍆
102
No
鍩
103
Lr
鐒

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/每日鈣(Ca) ;氯(Cl) ;鎂(Mg) ;磷(P) ;鉀(K);鈉(Na);硫(S)
微量礦物質每日營養建議攝取量,RDA < 200 mg/每日鉻(Cr) ;鈷(Co) ;銅(Cu) ;氟(F) ;碘(I) ;鐵(Fe) ;錳(Mn) ;鉬(Mo) ;硒(Se) ;鋅(Zn)

拼音是lu的漢字

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