Зелено-жълт газ, който дезинфекцира питейната вода и е спасил повече животи от може би всяко друго химично вещество в историята.

Хлор — Cl · №17

Хлор (Cl) — химичен елемент №17

Когато отворите чешмата сутринта, водата, която пиете, е безопасна отчасти заради зелено-жълт газ с остра миризма, открит преди почти 250 години в шведска лаборатория. Хлорът е убивал бактерии в питейната вода още преди хората да са знаели, че бактериите изобщо съществуват. Но същият елемент е бил използван и като оръжие в окопите на Първата световна война — рядко един химичен елемент носи толкова противоречива история на гърба си.

История на откриването

През 1774 г. шведският аптекар и химик Карл Вилхелм Шееле загрява манганов диоксид с концентрирана солна киселина в лабораторията си в Кьопинг. Получава зелено-жълт газ с толкова остра, задушлива миризма, че дишането му дори в малки количества е неприятно. Шееле описва газа, изследва реакциите му и отбелязва, че обезцветява бои — но не успява да направи правилния извод. Следвайки тогавашната господстваща теория за „флогистона", той смята, че новото вещество е някаква форма на „дефлогистирана солна киселина", тоест съединение, а не самостоятелен елемент. Откривателят на хлора технически не знае, че е открил елемент.

Четирийсет години по-късно Хъмфри Дейви решава спора. През 1810 г. британският химик провежда серия от опити и заключава, че газът е прост елемент, неразложим на нищо по-просто — и го назовава „chlorine" от гръцкото χλωρός (хлорос), което означава „зелено-жълт". В историята на химията рядко има по-добре илюстриран урок за разликата между наблюдение и интерпретация: Шееле вижда елемента, Дейви го разпознава. Ако разглеждате периодичната таблица на елементите, хлорът стои в 17-а група — сред халогените, точно под флуора и над бромa.

Французинът Клод Луи Бертоле открива малко след Шееле, че хлорният газ, разтворен във вода, избелва тъканите. Тази идея бързо се превръща в индустриален процес: белината прониква в текстилната промишленост, а по-късно — в медицината. През 1847 г. унгарският лекар Игнац Земелвайс ще открие, че измиването на ръцете с хлорна вода драстично намалява смъртността в акушерските отделения — десетилетия преди Пастьор да докаже микробната теория на заразата.

Физични свойства

При стайна температура хлорът е газ — факт, който може да изненада, тъй като много от познатите ни халогени са течности или твърди вещества. Цветът му е характерен: зелено-жълт, достатъчно наситен, за да се забележи с просто око дори при умерени концентрации. Миризмата е остра, задушлива и трудно се бърка с каквото и да е друго — веднъж помиришете, не забравяте.

Плътността му е около 3.2 g/L, тоест хлорният газ е приблизително два и половина пъти по-тежък от въздуха. Точно затова в окопите на Първата световна война газовите атаки с хлор са толкова смъртоносни: газът се стеле ниско над земята и се натрупва в укритията, откъдето войниците не могат да избягат. Точката на кипене е −34°C, което означава, че при умерен студ или под налягане хлорът лесно се втечнява — и именно в течна форма се транспортира и съхранява в индустрията.

Хлорът е диамагнитен газ и слабо разтворим в студена вода (около 7 g/L при 20°C), но разтворимостта рязко пада с покачването на температурата — нетипично поведение в сравнение с повечето газове.

Химични свойства

С електронна конфигурация [Ne] 3s² 3p⁵ хлорният атом има само един неспарен електрон в третия енергиен слой и е на косъм от пълна октета. Логично следствие: хлорът е изключително реактивен и охотно отнема електрон, за да стане хлориден йон Cl⁻ с окислителна степен −1. Това е и най-стабилната му форма в природата — в солите.

Окислителната степен на хлора обаче може да варира от −1 до +7, в зависимост от партньора. В хипохлоритите (ClO⁻) тя е +1, в хлоритите +3, в хлоратите +5, в перхлоратите +7. Тази гъвкавост го прави изключително полезен в реакции на окисление-редукция.

Особено показателна е реакцията с вода. Когато хлорен газ се разтвори в H₂O, се образуват едновременно солна киселина (HCl) и хипохлорна киселина (HClO). Именно хипохлорната киселина е истинският дезинфектант: тя разрушава клетъчните мембрани на бактериите и унищожава вирусите. Реакцията е обратима и зависи от pH — при алкална среда равновесието се измества към хипохлорит (ClO⁻), при кисела — назад към хлор.

Сред важните съединения са: натриев хлорид (NaCl) — готварска сол; хлороводород (HCl) — основата на солната киселина; натриев хипохлорит (NaClO) — активното вещество в белината; поливинилхлорид (PVC) — един от най-разпространените пластмаси; и хлорфлуоровъглероди (CFC) — известните фреони, чиято история с озоновия слой е отделна глава в екологията.

Къде го срещаме

Трудно е да минете ден, без да се докоснете до хлор в някаква форма. Готварската сол — NaCl — е може би най-универсалното вещество в кухнята. Хартията, която държите в ръцете, е избелена с хлорни съединения. ПВЦ прозорците в жилището, пластмасовите тръби под мивката, гумените уплътнения — всичко това е поливинилхлорид.

В болниците хлорът е невидим, но вездесъщ. Дезинфекционните разтвори за инструменти, белината за повърхности, хлорхексидинът в антисептичните средства — всички са свързани с него. Много фармацевтични молекули съдържат хлорен атом: антибиотикът амоксицилин, антидепресантите от групата на SSRI, антималарийните лекарства.

В индустрията хлорът е изходна суровина за производство на пестициди, разтворители и полимери. Над 25% от произведените химикали в света минават през хлор в някой от етапите на синтеза си — число, което дава представа за мащаба на присъствието му. А в басейните? Там е просто: хлорният газ или натриевият хипохлорит убиват патогените, без да оставят видими следи освен лекия аромат, когото погрешно свързваме с „чиста вода". Всъщност онази позната миризма на басейн идва не от чистия хлор, а от хлорамините — съединения, образувани когато хлорът реагира с потта и урината.

Биологична роля

Хлоридният йон (Cl⁻) е един от основните електролити в човешкото тяло. В кръвната плазма концентрацията му е около 100–110 mmol/L — трети по количество след натрия и бикарбоната. Заедно с натрия хлоридът регулира осмотичното налягане и разпределението на течностите между клетките и извънклетъчното пространство.

В стомаха главните клетки на лигавицата произвеждат солна киселина (HCl) с pH между 1.5 и 3.5. Без тази агресивна среда храносмилането на белтъците е невъзможно, а много патогени, поглъщани с храната, биха оцеляли. Хлорните йони участват и в транспорта на CO₂ от тъканите до белите дробове чрез т.нар. „хлориден шифт" в еритроцитите.

Дефицитът на хлориди — хипохлоремията — може да настъпи при продължително повръщане, прекомерно изпотяване или неправилна диета и води до метаболитна алкалоза, мускулни крампи и обща слабост.

Любопитни факти

Спасителят с двойно дъно. По консервативни оценки хлорирането на питейната вода е спасило над 200 милиона живота от 1900 г. насам, като е ликвидирало масовите епидемии от холера и тиф в градовете. В същото време хлорният газ е използван за пръв път като химическо оръжие на 22 април 1915 г. край Ипър, Белгия, когато германската армия отприщва 168 тона газ срещу французки и канадски окопи. Умират хиляди войници.

Откривателят не е получил заслуженото. Карл Вилхелм Шееле открива хлора, флуора, манганa, барий, молибден и кислорода (независимо от Лавоазие и Пристли) — и въпреки всичко умира сравнително неизвестен, на 43 години, вероятно от отравяне с веществата, които е изследвал. Привичката му лично да мирише и опитва нови съединения е коствала живота му.

Мирише ли хлорът? Човешкият нос усеща хлорен газ при концентрация от около 0.5 ppm — добре под нивото, при което е опасен (10 ppm). Това е вградена еволюционна аларма. Интересното е, че хлоридните йони в солта нямат никаква миризма — едно и също химично съединение в различни форми предизвиква напълно различна сетивна реакция.

Озоновата дупка и един атом хлор. Един атом хлор, освободен от молекула CFC в стратосферата, може да унищожи до 100 000 молекули озон преди да бъде деактивиран. Именно затова Монреалският протокол от 1987 г. забрани фреоните — един от малкото случа

Разгледайте всички Химия в Uchitel.bg →