الكلور هوعنصر كيميائي رمزه Cl وعدده الذري 17؛ ويقع في الجدول الدوري ضمن عناصر الدورة الثالثة وفي المرتبة الثانية في مجموعة الهالوجينات تحت الفلور وفوق البروم. يوجد الكلور في الشروط القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على شكل غاز ثنائي الذرة Cl₂ ذي لون أصفر مخضر، وهوذونشاط كيميائي كبير ويتفاعل مع أغلب العناصر الأخرى يشكل مركبات منها؛ كما أنه من المؤكسدات القوية، وله ألفة إلكترونية كبيرة، ويحتل المرتبة الثالثة من ترتيب كهرسلبية العناصر، وذلك بعد الفلور والأكسجين.

حضر عنصر الكلور من تفاعل كيميائي لأول مرة سنة 1630، ولكن لم يتم التمكن من التعهد عليه حينئذ. كان كارل فلهلم شيله أول من وصف غاز الكلور، وذلك سنة 1774، لكنه افترض حينها أنه أكسيد لعنصر جديد، إلا حتى تجارب الكيميائيين سنة 1809 بينت أنه عنصر نقي، وذاك ما أكده همفري ديفي سنة 1810، وأطلق عليه اسم الكلور من الإغريقية «χλωρός» (خلوروس)، والتي تعني «الأخضر الشاحب» نظراً للونه.

يأتي ترتيب الكلور في المرتبة التاسعة عشرة من حيث وفرته في القشرة الأرضية؛ إلا أنه يوجد بشكل وافر على شكل أيون كلوريد منحل في ماء البحر (خاصة على شكل كلوريد الصوديوم)؛ كما يمكن الحصول على كافة أشكال الكلوريدات الأخرى من حمض الهيدروكلوريك. يستحصل على الكلور تجارياً من الأجاج (محاليل ملحية مركزة) بعملية تحليل كهربائي، وخاصة بواسطة عملية الكلور القلوي. ساهمت الخواص المؤكسدة القوية للكلور في دخوله بتطبيقات تجارية شائعة الاستخدام مثل عمليات تبييض الملابس (القصر) وفي صناعة المطهرات؛ بالإضافة إلى دخوله ضمن المتفاعلات في الصناعة الكيميائية؛ فهويدخل مثلاً في هجريب بوليمر كلوريد متعدد الفاينيل (PVC) واسع الانتشار.

إن غاز الكلور عند تراكيز مرتفعة خطر وسام للغاية بالنسبة للكائنات الحية؛ وقد جرى استخدامه سلاحاً كيميائياً في الحرب العالمية الأولى؛ باللقاء فإن أيون الكلوريد له دور حيوي مهم. من جهة أخرى، فإن مركبات كلوروفلوروكربون لها تأثير سلبي على البيئة، حيث لها دور كبير في نضوب طبقة الأوزون.

التاريخ

لم يعهد الكلور عنصراً كيميائياً مستقلاً إلا في مطلع العصور الحديثة، لكن التعامل مع أملاحه كان شائعاً منذ القدم، فقد عثر فهماء الآثار دلائل تاريخية على حتى الملح الصخري كان قد استخدم منذ 3000 سنة قبل الميلاد، في حين حتى الأجاج كان قد استخدم منذ حوالي 6000 سنة قبل الميلاد. من الوارد حتىقد يكون فهماء القرون الوسطى قد تمكنوا من الحصول على الكلور أثناء اكتشاف كيفية تحضير الماء الملكي وكيفية إذابته للمضى، إذ حتى غاز الكلور هوأحد منتجات ذاك التفاعل؛ إلا أنه لم يتم التمكن من التعهد عليه أوعزله أووصفه.

تمكن يان بابتست فان هيلمونت حوالي سنة 1630 من التعهد على وجود الكلور غازاً مستقلاً؛ لكن أول وصف منهجي كان من كارل فلهلم شيله، الذي درسه بالتفصيل سنة 1774، ولذلك ينسب إليه اكتشاف هذا العنصر. حصل شيله على غاز الكلور من تفاعل ثنائي أكسيد المنغنيز (معدن البيرولوسيت) مع حمض الهيدروكلوريك. لاحظ شيله الكثير من خواص الكلور، مثل تأثيره المبيض على ورقة عباد الشمس، وأثره المميت على الحشرات، ولونه الأصفر المخضر، ورائحته القوية القريبة من رائحة الماء الملكي؛ لكنه لم يتعهد عليه عنصراً، وأسماه بشكل خاطئ «هواء حمض المورياتيك منزوع الفلوجستون»، حيث نسبه إلى حمض المورياتيك (وهوالاسم القديم لحمض الهيدروكلوريك)، وكذلك إلى نظرية الفلوجستون الخاطئة التي كانت لا تزال سائدة حينئذٍ. اقترح عدد من الفهماء، ومنهم كلود لوي برتوليه، حتى ذلك الغاز يتكون من مزيج من الأكسجين وعنصر حديث لم يكتشف بعد أسماه «مورياتيكوم muriaticum». في سنة 1809 حاول لوي جوزيف غي ـ لوساك ولوي جاك تينار مفاعلة هذا الغاز الجديد مع الفحم بهدف تحرير ذاك العنصر الجديد من الأكسجين، إلا حتى محاولتهما باءت بالفشل، مما دفعهما إلى الشك بالقول بأن ذاك الغاز هومن الممكن قد يحدث عنصراً بحد ذاته. أكد همفري ديفي سنة 1810 تلك المزاعم بإجرائه ذات التجربة مرة أخرى، وخلص حتى ذلك الغاز هوعنصر وليس مركباً. نشر ديفي نتائج دراسته إلى الجمعية الملكية في ذات السنة، وأطلق عليه اسم الكلور من الإغريقية «χλωρός» (خلوروس)، والتي تعني «الأخضر الشاحب» نظراً للونه. أما لفظ هالوجين، والذي يعني «مولد الملح»، فكان قد أطلق من قبل يوهان شفايغر على الكلور سنة 1811؛ إلا حتى هذا المصطلح استخدم لاحقاً لوصف جميع العناصر في مجموعة الكلور بناءً على اقتراح من يونس ياكوب بيرسيليوس سنة 1826. تمكن مايكل فاراداي من تسييل غاز الكلور أول مرة سنة 1823.

كان كلود لوي برتوليه أول من استخدم غاز الكلور للتبييض، وذلك سنة 1785؛ ثم تمكن لاحقاً من إنتاج هيبوكلوريت الصوديوم سنة 1789 في مختبره في ضاحية جافيل (والتي هي حالياُ جزء من مدينة باريس)، وذلك من تمرير غاز الكلور في محلول من كربونات الصوديوم؛ فحصل على سائل أسماه ماء جافيل. عدلت هذه العملية لاحقاً من تشارلز تينانت حيث حصل أولاً على محلول من هيبوكلوريت الكالسيوم (الجير المكلور)، وبعد ذلك على الشكل الصلب منه (مسحوق التبييض)، الأكثر ثباتاً وأماناً للاستعمال. في نهاية القرن التاسع عشر ظهرت براءة اختراع لإنتاج هيبوكلوريت الصوديوم من التحليل الكهربائي لمحاليل الأجاج الملحية المركزة من أجل إنتاج هيدروكسيد الصوديوم وغاز الكلور، والتي كانت تمزج للحصول على هيبوكلوريت الصوديوم؛ وهي عملية تعهد باسم عملية الكلور القلوي، والتي تعد الآن أساساً لإنتاج معظم غاز الكلور بالإضافة إلى هيدروكسيد الصوديوم على نطاق صناعي. كان أنطوان جيرمان لاباراك في عشرينيات القرن التاسع عشر من الرائدين في استخدام ماء جافيل مادة مطهرة ومقاومة للتفسخ؛ ومن حينها شاع استخدام الكلور من ضمن المعقمات. استخدم الجيش الإمبراطوري الألماني غاز الكلور سلاحاً كيميائياً أول مرة في الثاني والعشرين من أبريل سنة 1915 بالقرب من مدينة إيبر أثناء الحرب العالمية الأولى؛ وكان أثر هذا الهجوم كارثياً على قوات الحلفاء، إذ لم تكن الأقنعة الواقية من الغازات منتشرة الاستخدام.

الوفرة الطبيعية

إن غاز الكلور نشيط كيميائياً بشكل كبير بحيث لا يمكن حتى يوجد على شكل حر في الطبيعة؛ لكنه يوجد بشكل منتشر على هيئة أملاح الكلوريدات. يأتي الكلور حوالي المرتبة العشرين من حيث الوفرة الطبيعية في القشرة الأرضية، وذلك بمقدار يتراوح بين 126-145 جزء في المليون. من جهة أخرى، فإن محتوى الكلوريد في ماء البحر مرتفع بالمقارنة مع اليابسة، كما يوجد أيضاً بنسب مرتفعة في بعض البحار المغلقة مثل البحر الميت والبحيرة المالحة الكبرى. يعود ذلك إلى سهولة انحلالية الكلوريدات في الماء؛ إذ يصل محتوى ماء البحر من الكلوريد إلى 19.4 غ/ل؛ ويشكل كلوريد الصوديوم بهجريز 18.1 غ/ل حوالي نصف كمية الأملاح المنحلة فيه.

أكثر المعادن الحاوية على الكلوريد شيوعاً هومعدن الهاليت (NaCl)؛ وهوأشهر معادن الهاليدات؛ بالإضافة أيضاً إلى السيلفيت (KCl)، والكارناليت (KMgCl₃·6 H₂O)، والبيشوفيت (MgCl₂·6 H₂O) والكاينيت (KMgCl(SO₄)·3 H₂O). من جهة أخرى، يوجد عدد كبير نسبياً من مركبات الكلور العضوية المتوفرة طبيعياً؛ وخاصةً في الأحياء البحرية مثل العشب البحري والإسفنجيات والغلاليات والمرجان.

تتشكل جذور الكلور في الطبيعة من أثر البشر عليها نتيجة تفكك مركبات الكلور العضوية في الستراتوسفير، وخاصة من مركبات الكلوروفلوروكربون (CFCs)؛ والتي يمكنها حتى تسبب نضوب الأوزون.

الإنتاج

يمكن إنتاج غاز الكلور مخبرياً من تفاعل حمض الهيدروكلوريك مع ثنائي أكسيد المنغنيز:

${\displaystyle {\ce {4 HCl + MnO2 -> MnCl2 + 2 H2O + Cl2$

وهي ذات طريقة الإنتاج، التي تمكن كارل فلهلم شيله من خلالها اكتشاف غاز الكلور. إلا أنه حالياً لم تعد هناك حاجة لذلك مع توفر المادة تجارياً. ينتج الكلور صناعياً من التحليل الكهربائي لمحلول كلوريد الصوديوم في الماء، بكيفية تعهد باسم عملية الكلور القلوي والتي انتشرت على على نطاق صناعي منذ أواخر القرن التاسع عشر؛ وهي تمثل حالياً الطريقة المثلى للحصول على الكلور. ما يحمل من قيمة هذه العملية حتى يستحصل منها على منتجات أخرى ذات قيمة وهي غاز الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم.

تجري العملية وفق التفاعل الكيميائي الإجمالي التالي:

${\displaystyle {\ce {2 NaCl + 2 H2O -> Cl2 + H2 + 2 NaOH$

ويكون نصفا التفاعل في تفاعل الأكسدة-الاختزال الحاصل على الشكل:

${\displaystyle \mathrm {2\,Cl^{- (aq)\rightarrow Cl_{2 (g)+2\,e^{-$

التفاعل على المصعد

${\displaystyle \mathrm {H_{3 O^{+ (aq)+2\,e^{- \rightarrow OH^{- (aq)+H_{2 (g)$

التفاعل على المهبط

توجد عدة من أنظمة الخلايا وفق عملية الكلور القلوي، وذلك إما بالتحليل الكهربائي الغشائي أوالتحليل الكهربائي الحجابي أوعن طريق خلية الزئبق؛ ولكن الذي تشهجر فيه هوفصل المهبط عن المصعد، إذ حتى امتزاج النواتج من الحجرتين يؤدي إلى تشكل مزيج انفجاري من الهيدروجين والكلور، بالإضافة إلى تفاعل الكلور مع الهيدروكسيد، حيث يتشكل الهيبوكلوريت:

${\displaystyle \mathrm {Cl_{2 +2\ OH^{- \longrightarrow OCl^{- +Cl^{- +H_{2 O$

بإجراء التحليل الكهربائي في الخلية الحجابية يوضع حاجز فاصل حاجب من الأسبست بين المهبط والمصعد، مما يحول دون إعادة امتزاج الكلور المتشكل على المصعد من التفاعل مع هيدروكسيد الصوديوم والهيدروجين المتشكلين على المهبط. يؤمن إضافة المحلول الملحي المركز (الأجاج) إلى حجرة المصعد في الخلية باستمرار، حيث ينفذ عبر الحاجز النفوذ إلى حجرة المهبط حيث ينتج الصود الكاوي. يوجد نظام آخر قديم من الخلايا اسمه نظام خلية الزئبق، حيث يطفومحلول ملحي مركز على طبقة من الزئبق، الذي يمثل المهبط، والذي ينتج عليه في هذه الحالة ملغمة صوديوم؛ في حين حتى الكلور ينتج على المصعد كما في خلية الحاجز؛ وهي تتميز بأن النواتج تكون ذات نقاوة مرتفعة، إلا حتى التسمم بالزئبق هوأحد المشاكل الرئيسية لهذا الأسلوب.

يستخدم في نظام الخلية الغشائية غشاءٌ شبه منفذ من النافيون يقوم بدور مبادل أيوني؛ وتجري العملية بشكل مماثل لما يتم في عملية الخلية الحجابية. تنتج هذه العملية هيدروكسيد الصوديوم بدرجة نقاوة مرتفعة، لكنها تتطلب محايل ملحية مركزة عالية النقاوة.

بأسلوب آخر لإنتاج الكلور، تتم أكسدة كلوريد الهيدروجين في عملية ديكون باستخدام غاز الأكسجين:

${\displaystyle {\ce {4 HCl + O2 -> 2 Cl2 + 2 H2O$

تتطلب العملية الأصلية وجود حفاز من النحاس؛ إلا حتى تطويراً على العملية لزيادة كفائتها الإنتاجية أدى إلى التحول إلى حفازات معتمدة على الكروم والروثينيوم. بأسلوب آخر مطور من شركة دوبونت سنة 1975 تتم أكسدة كلوريد الهيدروجين باستخدام مزيج من حمض الكبريتيك وحمض نتروزيل الكبريتيك؛ حيث يتشكل ثنائي أكسيد النيتروجين المسؤول عن عملية الأكسدة؛ لكن هذه العملية لم تكن ذات جدوى اقتصادي كبير، لذلك لم تعد مستخدمة.

يعبأ الكلور المنتج وفق العمليات المذكورة في أسطوانات أوحاويات ذات سعات متفاوتة حسب استطاعة الإنتاج وحسب نوع التطبيق المراد له. يعد الكلور من المواد الكيميائية الأولية المهمة في الصناعة؛ فقد ابتكر منه على سبيل المثال سنة 2006 حوالي 58.9 مليون طن.

النظائر

هناك نظيرين مستقرين للكلور وهما ³⁵Cl، والذي له وفرة طبيعية مقدارها 75.78%، والآخر هوالنظير ³⁷Cl، والذي يشكل 24.22% من عنصر الكلور في الطبيعة. تلاحظ هذه النسبة بين النظيرين بشكل واضح في قياسات مطيافية الكتلة للمركبات العضوية أواللاعضوية؛ وهي تبلغ حسابياً 37.89:12.11 مما يعطي الكلور كتلة ذرية قياسية مقدارها 35.45 وحدة كتل ذرية (تقرب أحياناً لتسهيل الحساب إلى 35.5). يتشكل هذان النظيران في النجوم في عملية احتراق الأكسجين وعملية احتراق السيليكون.

أما باقي نظائر الكلور فهي مشعة عمر النصف لها قصير. للكلور إجمالاً أربعة وعشرون نظيراً معروفاً، تتراوح أعداد الكتلة لها بين 28 و51 مع وجود متصاوغين نووين اثنين، وهما ^34mCl و^38mCl. إذا أطول نظائر الكلور المشعة عمراً هوالنظير كلور-36 ³⁶Cl؛ في حين حتى لباقي النظائر المشعة لهذا العنصر عمر نصف أقل من ساعة واحدة، والكثير منها أقل من ثانية واحدة. أقصر هذه النظائر المشعة عمراً هوالنظير كلور-29 ²⁹Cl وكلور-30 ³⁰Cl اللذين لديهما أعمار نصف أقل من 20 و30 نانوثانية على الترتيب.

على العموم فإن نمط الاضمحلال الإشعاعي للنظائر الأخف من ³⁵Cl هوبحدوث التقاط إلكترون إلى نظائر الكبريت؛ في حين حتى نمط الاضمحلال للنظائر الأثقل من ³⁷Cl هوبحدوث اضمحلال بيتا إلى نظائر الآرغون؛ أما النظير ³⁶Cl فقد يحدث نمط الاضمحلال له إما إلى نظير الكبريت المستقر ³⁶S أوإلى الآرغون-36.³⁶Ar. للنظير كلور-36 ³⁶Cl استقرارية نسبية رغم كونه نظيراً مشعاً، حيث حتى عمر النصف حوالي 300 ألف سنة (301,300 سنة). توجد آثار فقط من النظير كلور-36 في الطبيعة على شكل نويدة كونية، وتكون نسبته (7–10) × 10⁻¹³ إلى 1 بالمقارنة مع نظيري الكلور المستقرين. تتشكل هذه الآثار من النظير كلور-36 في غلاف الأرض الجوي من أثر تشظية الأشعة الكونية على ³⁶Ar؛ كما ينتج في الطبقات العليا من غلاف الأرض الصخري من تنشيط النيوترون الحراري للنظير ³⁵Cl ومن تحلل النظيرين ³⁹K و⁴⁰Ca في القشرة الأرضية. بسبب عمر النصف الطويل ولثبات الهجريز في الغلاف الجوي تستخدم تراكيز النظير كلور-36 ³⁶Cl في تحديد عمر عينات المياه الجوفية حتى إلى عمر أقصاه مليون سنة خلت؛ كما يستخدم في تحديد أعمار عينات المستحاثات.

الخواص الفيزيائية

للكلور صفات فيزيائية تقع وسطاً بين جاره الأعلى منه الفلور وجاره الأسفل منه البروم في مجموعة الهالوجينات. يوجد الكلور في الشروط القياسية من الضغط ودرجة الحرارة على شكل غاز ثنائي الذرة Cl₂؛ ذي لون أصفر مخضر، وكثافة مقدارها 3.214 غ/ل عند الدرجة 0 °س؛ وهوأثقل من الهواء بحوالي مرتين ونصف. يغمق لون الهالوجين نزولاً في المجموعة، بالتالي في حين حتى للفلور الغازي لون أصفر شاحب، فإن للكلور لون صفر مخضر مميز؛ وتعود هذه النزعة في تغير اللون إلى ازياد طول الموجة التي يحدث عندها امتصاص للضوء. بشكل أكثر دقة، فإن لون الهالوجين، الكلور في هذه الحالة، ينتج من الانتنطقات الإلكترونية الذرية داخل الجزيء بين أعلى مدار جزيئي مشغول π_g غير رابط وبين أدنى مدار جزيئي غير مشغول σ_u غير رابط.

كما هوالحال مع باقي الهالوجينات يبدي الكلور قوى فان دير فالس بين الجزيئية، وبما حتى تلك القوى تزيد مع ازدياد عدد الإلكترونات، بالتالي فإن قيمة درجة حرارة انصهار ووغليان الكلور تقع بشكل متوسط بين الفلور والبروم؛ فالكلور يتكثف عند −34.0 °س ويتجمد عند −101.0 °س. مع ازدياد الوزن الجزيئي للهالوجينات نزولاً في المجموعة، فإن الكثافة وحرارتي الانصهار والتبخر للكلور تقع مجدداً بين قيمتي الفلور والبروم، رغم حتى حرارة التبخر على العموم للهالوجينات منخفضة نسبياً (مما يؤدي إلى ازدياد التطايرية) وهذا بسبب البنية الجزيئية ثنائية الذرة.

يسهل تسييل غاز الكلور، إذ حتى تطبيق ضغط مقداره 6.7 بار عند الدرجة 20 °س يؤدي إلى الحصول على سائل أصفر من الكلور، وهوما يمكن من نقله في أسطوانات أوصهاريج ملائمة. تتناقص شدة لون الكلور السائل مع انخفاض درجة الحرارة، وهويصبح عند حوالي الدرجة −195 °س تقريباً عديم اللون. كما هوالحال مع البروم واليود الصلبين، يتبلور الكلور الصلب على نمط نظام بلوري معيني قائم، بحيث تكون الشبكة البلورية على شكل طبقات من جزيئات Cl₂. يبلغ طول الرابطة Cl–Cl في الجزيء الصلب مقدار 198 بيكومتر (بم)، وهي قريبة من قيمة طول الرابطة في الحالة الغازية (199 بم)؛ أما قيمة المسافة Cl···Cl بين الجزيئات فهي 334 بم داخل الطبقة الواحدة، و369 بم بين الطبقات. يشير هذا النظام الطبقي في بناء البلورات إلى سهولة انفلاقها؛ كما تعني هذه الأرقام حتى الكلور موصل سيء للكهرباء، وبالعمل فإن القيمة منخفضة جداً بحيث لا يمكن قياسها عملياً؛ بالتالي فهوعازل ممتاز.

ينحل الكلور بسهولة في الماء؛ إذ يمكن حتى ينحل حوالي 2.3 ليتر من الكلور في ليتر من الماء؛ كما ينحل بشكل جيد في سوائل المركبات الكلورية، اللاعضوية منها مثل ثنائي كلوريد ثنائي الكبريت والعضوية مثل الكلوروفورم؛ وكذلك في مذيبات أخرى مثل البنزين وثنائي ميثيل فورماميد.

الخواص الكيميائية

يصنف الكلور ضمن مجموعة الهالوجينات، وهويقع فيها بالمرتبة الثانية تحت الفلور وفوق البروم، بالتالي فإن هناك تشابهاً في الخواص الكميائية الإجمالية، وتقع بعض الخواص له وسطاً بين العنصرين المذكورين، كما هوالحال في قيمة الكهرسلبية وطاقة التأين والألفة الإلكترونية ونصف القطر الذري وطول الرابطة X–X، وغيرها. للكلور توزيع إلكتروني على النمط Ne]3s²3p⁵]، بالتالي توجد سبعة إلكترونات في الغلاف الإلكتروني الخارجي للذرة (غلاف التكافؤ)، بالتالي يتبقى له إلكترون واحد ليكمل الثمانية الإلكترونية المستقرة، وهذا ما يفسر النشاط الكيميائي الكبير لهذا العنصر. وبالعمل، فإلى جانب الفلور، يعد الكلور ضمن أكثر العناصر نشاطاً كيميائياً؛ فهويتفاعل تقريباً مع أغلب عناصر الجدول الدوري، ولكن لا يحدث تفاعل مباشر مع الأكسجين والنتروجين والغازات النبيلة. يتفاعل الكلور مع الكثير من الفلزات مثل المنغنيز والزنك وكذلك الفلزات النبيلة من المضى والفضة والبلاتين، ولكن عند درجات حرارة مرتفعة. من جهة أخرى يميل الكلور إلى التفاعل مع الهيدروجين بشكل عنيف عند وجود طاقة تنشيط مناسبة؛ كما يتفاعل الكلور مع غازات أخرى مثل الأمونيا وكبريتيد الهيدروجين.

الكلور من المؤكسدات القوية، وهويأتي بعد الفلور في قوة الأكسدة، ولكنه أفضل من البروم واليود؛ وذلك ما يتضح في قيمة الكمون القياسي لأزواج ⁻X₂/X؛ فهي على الترتيب (مقاسة بالفولت) F= +2.866 V وCl= +1.395 V وBr= +1.087 V وI= +0.615 V. لكن هذا الأمر لا ينعكس على طاقة الرابطة عند المقارنة بين مركبات الهالوجينات المتنوعة، لأن الفلور صغير الحجم، وذوقابلية استقطاب ضعيفة، ويفتقد إلى مدارات d المنخفضة طاقياً التي تسهل من الارتباط الكيميائي وهوأمر متوفر في الكلور؛ ومن الفروق الأخرى مع الفلور هومقدرة الكلور على تشكيل حالة أكسدة موجبة، إذ حتى الكلور لا يستطيع ذلك. بالنظر إلى حتى الكمون القياسي E°(1/2O₂/H₂O) = +1.229 V، وذلك أقل من قيمته للكلور، بالتالي فإنه من المتسقط نظرياً حتىقد يكون الكلور قادراً على أكسدة الماء، إلا حتى هذا التفاعل غير مفضل حركياً، كما حتى هناك تأثيرات الجهود الزائدة التي تعيق من حدوثه؛ بالتالي فإن التحليل الكهربائي لمحاليل الكلوريد سيطلق غاز الكلور على المصعد وليس غاز الأكسجين، وهي حقيقة ذات أهمية كبيرة في عملية إنتاج الكلور الصناعي.

بوجود محفز طاقي مناسب يمكن للكلور حتى يتفاعل مع الهيدروكربونات الأليفاتية، فمع الألكانات يحدث تفاعل استبدال جذري نتيجة تشكل جذور حرة من الكلور قادرة على فصم الرابطة C-H مما يفتح الباب لحدوث تفاعلات استبدال. بسبب النشاط الكيميائي الكبير للكلور فإن التفاعل مع الألكانات يعاني من ضعف الانتقائية الموضعية، لذلك يلاحظ حدوث تعدد في الكلورة. باللقاء، فإنه لا يمكن حدوث تفاعل جذري مع الهيدروكربونات العطرية؛ بل تحدث عملية الكلورة وفق آلية استبدال عطري محب للإلكترونات بوجود حفاز ملائم من حمض لويس مثل كلوريد الألومنيوم.

المركبات الكيميائية

يشكل الكلور عدداً كبيراً جداً من المركبات الكيميائية، ويمكن حتى تتفاوت فيها حالة الأكسدة لهذا العنصر من -1 إلى +7؛ بالرغم من ذلك، تعد حالة الأكسدة -1 هي الأكثر استقراراً وشيوعاً، أما حالات الأكسدة الموجبة فهي مع العناصر ذات الكهرسلبية المرتفعة مثل الأكسجين والفلور.

الكلوريدات

تسمى المركبات اللاعضوية التي يقع فيها الكلور بحالة أكسدة مقدارها -1 (أيون سالب) باسم الكلوريدات. إذ يستطيع الكلور حتى يتفاعل مع الهيدروجين ليشكل كلوريد الهيدروجين HCl، وهوغاز نشيط كيميائياً، يؤدي انحلاله في الماء إلى الحصول على حمض الهيدروكلوريك، وهوحمض معدني معروف. يتفاعل الكلور أيضاً مع اللافلزات ويشكل الكلوريدات الموافقة، وهي كلوريدات ذات طابع تساهمي؛ كما يستطيع حتى يشكلها حتى بعض الغازات النبيلة، كما هوالحال في مركب ثنائي كلوريد الزينون XeCl₂.

يستطيع الكلور حتى يشكل أملاح الكلوريدات مع الكثير من الفلزات، وهي كلوريدات ذات طابع أيوني ومن أشهر الأمثلة عليها كلوريدات الفلزات القلوية مثل كلوريد الصوديوم NaCl (ملح الطعام)، وكذلك كلوريد البوتاسيوم KCl. تختلف كيفية التحضير حسب الفلز، وذلك إما بالتفاعل المباشر مع الفلز، ولكن في هذه الحالة سيتم الحصول على كلوريد الفلز بأعلى حالة أكسدة ممكنة، كما هوالحال عند تفاعل الكلور مع القصدير، حيث يتم الحصول على كلوريد القصدير الرباعي؛ أما كلوريدات حالات الأكسدة الأدنى فيمكن تحضيرها من اختزال الكلوريدات الأعلى أوالتفكك الحراري لها، كما يتم عند تحضير كلوريد المضى الأحادي. يمكن تحضير الكلوريدات أيضاً من تفاعل أكسيد أوهيدروكسيد أوكربونات الفلز مع حمض الهيدروكلوريك. إذا الكلوريدات على العموم ذات انحلالية جيدة في الماء، باستثناء البعض منها مثل كلوريد الفضة وكلوريد الرصاص الثنائي غير المنحلة.

مركبات بين هالوجينية

يشكل الكلور عدداً من المركبات بين الهالوجينية، خاصة مع الفلور، فتعهد هناك فلوريدات للكلور، مثل مركب أحادي فلوريد الكلور ClF وثلاثي فلوريد الكلور ClF₃، وهي مركبات ذات قدرة كبيرة على الفلورة والأكسدة.قد يكون الكلور في هذه المركبات في حالة أكسدة موجبة، قد تصل إلى +5، كما هوالحال في خماسي فلوريد الكلور ClF₅. باللقاء فإن المركبات بين الهالوجينية مع البروم واليودقد يكون فيها الكلور بحالة أكسدة سالبة؛ ويعهد من تلك المركبات ثلاثة فقط، وهي أحادي كلوريد البروم BrCl، وأحادي كلوريد اليود ICl، وثلاثي كلوريد اليود ICl₃.

مركبات لا عضوية أخرى

يعد فلوريد الكلوريل ClO₂F واحداً من خمسة فلوريدات أكسجينية للكلور؛ وهي تتراوح بين المركب ClOF غير المستقر إلى فلوريد البيركلوريل ClO₃F؛ أما المركبين المتبقيين فهما F₃ClO وF₃ClO₂؛ وجميعها عوامل مؤكسدة ومفلورة جيدة.

تعهد بعض الهاليدات الزائفة للكلور، مثل كلوريد السيانوجين ClCN، وبالإضافة إلى أملاح أخرى مثل السيانات ClNCO والثيوسيانات ClSCN والأزيد ClN₃.

الأكاسيد

هناك سلسلة من أكاسيد الكلور، ولها الصيغة العامة ClO_x (حيث x تتراوح بين 1–4) وCl₂O_x (حيث x تتراوح بين 1–7). تعد أكاسيد الكلور ذات نشاط كيميائي كبير، وهي تتفكك إلى عنصريها المكونين لها بشكل انفجاري؛ من أشهر هذه الأكاسيد أحادي أكسيد ثنائي الكلور Cl₂O وثنائي أكسيد الكلور ClO₂.

الأحماض الأكسجينية

هناك أربعة أحماض أكسجينية للكلور، وهي حمض الهيبوكلوروز HOCl، وحمض الكلوروز HOClO، وحمض الكلوريك HOClO₂وحمض البيركلوريك HOClO₃؛ وتعد أملاح هذه الأحماض معروفة وشائعة ومستقرة بشكل أكبر من الأحماض نفسها. يعد حمذ البيركلوريك الوحيد منها الذي يمكن استحصاله على شكل مركب نقي مستقر، أما الأحماض المتبقية فتوجد فقط على شكل محلول. تنخفض قيمة ثابت تفكك الحمض مع ازدياد عدد ذرات الأكسجين في الحمض، وهومؤشر على ازدياد قوة الحمض؛ وذلك يفسر تصنيف حمض البيركلوريك ضمن الأحماض الفائقة.

مركبات الكلور العضوية

تعد الرابطة الكيميائية كربون-كلور شائعة في الكيمياء العضوية؛ إذ يوجد عدد كبير جداً من مركبات الكلور العضوية التي جرى اصطناعها وتحضيرها على شكل كلوريدات عضوية سواء الأليفاتية منها أوالعطرية منها، وذلك بعدة طرق، منها وفق تفاعل هالوفورم، أوبتفاعل إضافة الكلور إلى الرابطة المضاعفة أوعبر عوامل مكلورة مثل خماسي كلوريد الفوسفور أوكلوريد الثيونيل. لهذه المركبات تطبيقات واسعة تضم المذيبات وووسائط التبريد والسوائل الهيدروليكية والمبيدات، وكذلك في صناعة الدواء. تؤدي الكلورة إلى تغيير الخواص الفيزيائية للهيدروكربونات، فهي تجعلها أكثف من الماء؛ كما أنها مؤلكلات جيدة، إذ حتى الكلوريد مجموعة مغادرة. من جهة أخرى، تتميز الرابطة بين الكلور والكربون بقوتها، لذلك فإن هذه المركبات لا تتفكك بسهولة، لذلك فإن البعض منها سام ومقاوم للتحلل العضوي وقابل للتراكم داخل الكائنات الحية، مما يشكل خطراً بيئياً؛ ومن الأمثلة على ذلك مركبات ثنائي بنزوالديوكسين متعددة الكلور، وهي بالإضافة إلى ثنائي كلوروثنائي فينيل ثلاثي كلوروالإيثان (DDT) ضمن عدة مركبات كلور عضوية ممنوعة وفق اتفاقية استكهولم بشأن الملوثات العضوية الثابتة.

باللقاء، توجد هناك أيضاً في المحيط الحيوي مركبات كلور عضوية طبيعية المنشأ، وذلك من عدة كائنات حية مثل البكتريا والعفن والأعشاب البحرية والأشنيات. تضم هذه المركبات هاليدات الألكيل مثل كلوروالميثان وهاليدات الأريل؛ بالإضافة إلى مشتقات الأحماض الأمينية الكلورية. تصطنع هذه المركبات حيوياً بعدة طرق منها أثر هالوالبيروكسيداز بوجود بيروكسيد الهيدروجين.

الكشف عن الكلور

لغاز الكلور لون أصفر مخضر مميز، كما أنه لديه رائحة مميزة أيضاً، وذلك يمكّن من الكشف عنه ظاهرياً بشكل فيزيائي؛ أمّا كيميائياً فيتم الكشف عنه اعتماداً على خواصه المؤكسدة، إذ حتى الكلور قادر على أكسدة أيونات اليوديد والبروميد إلى العناصر الموافقة؛ كما حتى زوال لون كاشف برتنطقي الميثيل يستخدم دليلاً على وجود الكلور. لكن هذه الأساليب المذكورة ليست انتقائيةً بالشكل الكافي، إذ تتداخل مع مؤكسدات أخرى. من الأساليب الانتقائية للكشف عن الكلور القيام بالتفاعل مع التوليدين؛ حيث يتشكل صباغ أصفر، والذذي يمكن قياسه لونياً.

أما أيونات الكلوريد فيتم الكشف عنها بإجراء تفاعل ترسيب بوجود أيونات الفضة، حيث يترسب راسب أبيض من كلوريد الفضّة ضعيف الانحلالية، وهويتميز بلونه عن بروميد الفضة ويوديد الفضة، اللذان يملكان لوناً أقرب للأصفر. باستخدام أسلوب المعايرة بالفضة يمكن قياس محتوى الكلوريد بالعينة.

الاستخدامات

الكلور من الكيميائيات المهمة في تنقية الماء، مبيد جراثيم، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)

يستخدم الكلور في تصنيع كثير من المنتجات التي تستخدم بصفة يومية.

• يستخدم (في شكل حمض تحت الكلور) لقتل البكتريا والأشكال الأخرى من الجراثيم في ماء الشرب وأحواض الاستحمام. وحتى مصادر الماء الصغيرة يتم كلورتها بصفة دورية.
• يستخدم بكثرة في المنتجات الورقية، المواد المطهرة، صبغات الطعام، مبيد حشرات، الدهانات، منتجات النفط، اللدائن، الطب، الأقمشة، المذيبات، وعديد من المنتجات الاستهلاكية.

يتم استخدام الكلور بكثرة في الكيمياء العضوية كعامل مؤكسد وكمجموعة استبدال لأن الكلور غالبا ما ينتج عنه الخصائص المطلوبة للمركبات العضوية عند استبداله للهيدروجين (كما في إنتاج المطاط الصناعي).

الاستخدامات الأخرى تتضمن إنتاج الكلورات الكلوروفورم، رباعي كلوريد الكربون، كما يستخدم في إنتاج البروم.

الاحتياطات

يسبب الكلور تهيج في الجهاز التنفسي وخاصة للأطفال وكبار السن. وفي حالته الغازية فإنه يسبب تهيج الغشاء المخاطي وفي حالته السائلة يسبب حروق للجلد. ويتطلب وجود 3.5 جزء في المليون منه للتعهد على رائحته، ولكنه يحتاج وجود 1000 جزء في المليون أوأكثر ليصبح خطر. ولذلك تم استخدام الكلور في حالته الغازية في الحرب العالمية الثانية كسلاح كيميائي.

ولذلك يجب حتى لا تتعدى نسبة الكلور 0.5 جزء في المليون (للشخص البالغ لفترة عمل تبلغثمانية ساعات – 40 ساعة عمل في الأسبوع تقريبا).

التعرض الكثير للهجريز العالي (ليس مميتا) من الكلور يسبب وجود مياه في الرئة. والتعرض للهجريزات المنخفضة لفترات طويلة لغاز الكلور يؤدى لضعف الرئة، ويجعلها أسهل تأثرا بأمراض الرئة الأخرى.

ويمكن تكون غازات سامة عند خلط المبيضات مع البول، الأمونيا أوأي منتجات تنظيف أخرى. وتتكون هذه الغازات من خليط من غازات الكلور، الكلورامين، ثلاثي كلوريد النيتروجين: وعلى هذا يجب الاحتياط لعدم حدوث مثل هذه الهجريبات.

طالع أيضاً

• 6،4،2-ثلاثي كلوروأنيسول

مراجع