الكلور Chlorine (من الأصل اليوناني "كلاروس" Χλώριο والذي يعني الأخضر الشاحب)، هوعنصر كيميائي له العدد الذري 17، والرمز Cl. وهومن الهالوجينات ويوجد في المجموعة 17 في الجدول الدوري للعناصر. ونظرا لأنه جزء من ملح الطعام ومركبات أخرى، فإنه متوفر طبيعيا، وهام لمعظم أشكال الحياة، بما فيها الجسم البشري. وغاز الكلور أصفر مخضر، وهوذوخواص لا معدنية، وهوأقل كثافة من الهواء بمرة ونصف، وله رائحة كريهة، كما أنه سام للغاية. وهوعامل مؤكسد قوي، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)، كما أنه عامل مطهر.

الصفات المميزة

الخصائص الفيزيائية

الكلور في حالته العنصرية النقية، غاز أصفر مخضر ثنائي الذرة Cl₂.

للكلور البنية الإلكترونية الآتية [Ne] 3S23P5، وتدل [Ne] على البنية الإلكترونية للغاز الخامل النيون، كهرسلبية الكلور (وفق مقياس بولينغ) 3، نقطة انصهاره - 101 ْس، درجة غليانه - 43 ْس، طاقة تأينه 1251 كيلوجول/مول، الإلفة الإلكترونية 388 كيلوجول/مول، نصف القطر الذري (بيكومتر) 99، كمونه النظامي (x2/x) يساوي 1.36 فلط.

يستعمل في كيمياويات عضوية كثيرة، مثال ذلك كلوريد البولي فينيل، بولي كلوريثين. ولمحاليل الكلور أوالمسحوق القاصر استعمالات منـزلية عديدة كما تستعمل في خلق المواد القاصرة التجارية. وتعالج مياه الشرب بالكلور لقتل البكتيريا]]. وهوأول غاز سام استخدم في الحرب العالمية الأولى]]، كما اصطنع منه غاز الخردل السام ClCH2CH2SCH2CH2Cl الذي استخدم للغرض نفسه. ويستعمل في تحضير مبيدات الحشرات مثل D.D.T، كما يدخل في هجريب كثير من المركبات الطبية مثل الكلورال CCl3CHO والكلوروفورم CH3Cl.

الخصائص الكيميائية

وهذا العنصر من سلسلة الهالوجينات المكونة للأملاح، ويتم استخلاص الكلور عن طريق الأكسدة وأيضا بكيفية التحليل الكهربي الشائعة. ويتفاعل الكلور بسرعة تقريبا مع جميع العناصر الأخرى. وفي درجة 10° C فإن لتر من الماء يمكن حتى يذاب فيه 3.1 لتر من الكلور وفي درجة 30° C يمكن إذابة 1.77 لتر فقط.

حمض الكلور (I) ذوخواص حمضية ضعيفة ولا يوجد إلا في محلوله المائي ويتفكك ببطء مطلقاً الأكسجين. وهومؤكسد قوي. أما محلول الكلور في محلول قلوي - مثل ماءات الصوديوم أوماءات البوتاسيوم - فيحوي هيبوكلوريت الصوديوم NaOCl.

يؤكسد محلول الهيبوكلوريت الصباغات العضوية ويزيل ألوانها، ويؤكسد المواد العضوية التي تلون عجينة الورق والخيوط النباتية، فيستعمل لقصر هذه المواد وجعلها بيضاء ناصعة. ولا يمكن استعماله في قصر الأنسجة الصوفية والحريرية لأنه يخربها.

يستعمل المسحوق القاصر bleaching powder صناعياً لتحضير محلول هيبوكلوريت للقصر، ويحضر هذا المسحوق وصيغته Ca(OCl)Cl بتفاعل الكلور مع الكلس المطفأ Ca(OH)2. ويعطي عند حله بالماء تحت كلوريت (هيبوكلوريت) الكالسيوم وكلوريد الكالسيوم.

يشتعل الهدروجين في جومن الكلور وينتج من ذلك كلوريد الهدروجين HCl. ويؤدي شره الكلور إلى الهدروجين إلى تخليص مركباته مثل التربنتين C10H18 ليكوّن HCl وكربون.

لا ينقل كلوريد الهدروجين التيار الكهربائي سواء كان في حالته الغازية أم السائلة، ويعود ذلك إلى حتى الرابطة H−Cl مشهجرة أكثر منها أيونية. محلوله في الماء ذوخواص حمضية واضحة ويتأين في المحلول حسب المعادلة الآتية:

الحلمأة

ينحل الكلور في الماء ويتفاعل معه مكوناً حمض كلور الماء HCl وحمض الكلور HOCl (I) الذي كان يسمى حمض تحت الكلوري:

مركبات الكلور

انظر أيضا تصنيف: مركبات الكلورد

مركبات الكلور تتضمن الكلوريد، الهيبوكلوريتات، الكلوريتات، البيركلورات، كلورامينات.

بتسخين محلول هيبوكلوريت الصوديوم يحصل أكسدة وإرجاع ذاتيان ويتكوَّن أيون الكلورات فيه الكلور بدرجة أكسدة +5، وأيون كلوريد بدرجة أكسدة -1.

وأيون الكلورات مؤكسد قوي مثل الهيبوكلوريت، والحمض الذي ينتج منه حمض الكلور (V)، حمض قوي ولا يوجد إلا في المحلول ولا يمكن عزله، وتؤدي محاولة تكثيف محلوله إلى انفجار شديد وتكوّن غاز ثنائي أكسيد الكلور ClO2. ويتفكك ClO2 الناتج بانفجار متحولاً إلى كلور وأكسجين.

كلورات البوتاسيوم KClO3 من أبرز أملاح حمض الكلور، وهي تنحل جيداً بالماء الساخن، لكن انحلالها بالماء البارد محدود. وهي تتفكك بدرجة معتدلة من الحرارة:

ويقوم ثنائي أكسيد المنجنيز MnO2 بدور وسيط (حفّاز) لتسريع هذا التفاعل. كما يمكن حتى يتفكك بالحرارة ومن دون وسيط معطياً فوق الكلورات:

فوق الكلورات مؤكسد قوي تبلغ درجة أكسدة الكلور فيه +7.

أما مع المركبات العضوية، فيتفاعل الكلور بطريقتين. الأولى الإبدال إذ تحل ذرة الكلور مكان ذرة هدروجين مثال ذلك تفاعل الكلور مع الميتان:

والثانية الإضافة، مثل تفاعل الكلور مع الإتلين:

أكاسيد الكلور

التفاعل	Electrode potential
Cl− + 2 OH− → ClO− + H2O + 2 e−	+0.89 volts
ClO− + 2 OH− → ClO−2 + H2O + 2 e−	+0.67 volts
ClO−2 + 2 OH− → ClO−3 + H2O + 2 e−	+0.33 volts
ClO−3 + 2 OH− → ClO−4 + H2O + 2 e−	+0.35 volts

الكلور مؤكسد قوي فهويؤثر في المعادن، باستثناء المضى والبلاتين، ولابد من وجود قليل من الماء ليجري التفاعل بشدة. أما إذا كان الكلور جافاً تماماً فيصبح التفاعل بطيئاً جداً، ولهذا فإن الكلور الجاف ينقل في أسطوانات من الفولاذ. فالصوديوم، على سبيل المثال، يحترق مكوناً سحباً من أبخرة بيضاء هي دقائق من كلوريد الصوديوم (ملح الطعام) والتفاعل الحاصل:

فذرة الصوديوم تخسر إلكتروناً وذرة الكلور تضم إلكتروناً، أي إذا الكلور قد أكسد الصوديوم. وكلوريد الصوديوم أحد الأمثلة النموذجية على الأجسام الصلبة الأيونية (الشاردية).

Interhalogen compounds

المركبات الكلورية العضوية

الكلوريدات

تدعى المركبات التي يتحد فيها الكلور مع عنصر آخر ذي كهرجابية عالية مركبات الكلوريد مثل ضروب كلوريد المعادن القلوية، وضروب كلوريد المعادن القلوية الترابية، وكلوريد اللانتانيدات، تكون الرابطة فيها أيونية، وتكون على شكل بلورات. وهي غير ناقلة للكهرباء في الحالة الصلبة ولكنها جيدة النقل في الحالة المصهورة، كما حتى لها نقاط غليان ونقاط انصهار مرتفعة، وهي تذوب جيداً في الماء مما يؤدي إلى تفككها التام.

وهناك كلوريدات تكون الرابطة فيها مشهجرة (تساهمية) مثل مركبات كلوريد بعض المعادن الثقيلة، وكذلك كلوريدات أشباه المعادن مثل السيليسيوم والتلور.

مع اللامعادن، بالرغم من كونه لا معدنًا، يتحد الكلور معها، ولا يستثنى من ذلك إلا الكربون والآزوت (النتروجين) والأكسجين والغازات النادرة إذ لايتحد معها مباشرة، إلا أنه يمكن بصورة غير مباشرة تحضير كلوريدات العناصر الثلاثة الأولى. يتحد على سبيل المثال مع الفسفور مكوّناً ثلاثي كلوريد الفسفور PCl3، وبوجود كمية كافية من الكلور يكوّن PCl5. والرابطة في هذه المركبات مشهجرة وليست أيونية. ولا تنحل هذه المركبات في الماء وإنما في المحلات غير القطبية مثل CCl4، أوتتفكك بالماء مثل ثلاثي كلوريد الفسفور، أوتكون غير ثابتة مثل NCl3 سريع الانفجار.

يؤكسد الكلور الأيونات اللامعدنية التي هي مؤكسدات أضعف منه:

تواجد الكلور

انظر أيضا تصنيف: Halide minerals

يتواجد الكلور في الطبيعة فقط على هيئة أيون كلوريد. وتمثل الكلوريدات حجم كبير من الأملاح الذائبة في المحيطات، تقريبا 1.9 % من كتلة ماء البحر تعبير عن أيونات كلوريد. كما أنه توجد نسب أعلى من أيونات الكلوريد ذائبة في البحر الميت وفي ترسبات الماء شديد الملوحة.

معظم الكلوريدات ذائبة في الماء، ولذلك فإن الكلوريدات الصلبة تتواجد في الأماكن ذات المناخ الجاف، أوفي عمق الأرض. ومن الأملاح المعروفة للكلور "الهالايت" (كلوريد الصوديوم)، "سيلفايت" (كلوريد البوتاسيوم) ، "كارنالايت" كلوريد بوتاسيوم منجنيز سداسي الهيدرات.

وفي الصناعة يتم إنتاج الكلور غالبا بالتحليل الكهربي لكلوريد الصوديوم الذائب في الماء. وينتج مع الكلور في عملية ألكلة الكلور غاز الهيدروجين، هيدروكسيد الصوديوم، طبق للمعادلة الآتية:

2NaCl + 2 O → Cl₂ + + 2 NaOH

نظائر الكلور

يوجد نظيران أساسيان وثابت للكلور، ولهما كتلة 35، 37، ويوجدا بنسبة 1:3 على الترتيب، مما يعطى ذرة الكلور في الإجمالي الكتلة 35.5. وللكلورتسعة نظائر بكتل تتراوح من 32 إلى 40. ويتواجد ثلاثة فقط من هذه النظائر بصورة طبيعية: النظير Cl-35 (75.77%)، Cl-37 (24.23%)، النظير نشيط إشعاعي Cl-36. نسبة Cl-36 للكلور الثابت في الطبيعة تقريبا تساوي 700*10^-15 إلى 1. ويتم إنتاج Cl-36 في الغلاف الجوي عن طريق تشظي الأرجون-36 بالتفاعل مع بروتونات الأشعة الكونية. وفي الطبقات السفلى للغلاف الجوي يتكون Cl-36 في المقام الأول كنتيجة لأسر النيوترون بواسطة Cl-35 أوعن طريق أسر الميون بواسطة الكالسيوم-40. ويضمحل Cl-36 إلى الكبريت-36 والأرجون-36، وبعمر نصف مشهجر يبلغ 308،000 عام. وعمر النصف لهذه النظائر المحبة للماء وغير النشيطة يجعلها مناسبة تحديد زمن جيولوجي في المدى من 60،000 إلى مليون سنة. كما حتى الكميات الكبيرة من Cl-36 أنتجت عن طريق تعرض ماء البحر للإشعاع الناتج من الأسلحة النووية التي تم استخدامها في الفترة من 1952 إلى 1958. وزمن تواجد Cl-36 في الغلاف الجوي تقريبا أسبوع واحد. وعلى هذا، فإنه يستخدم لتحديد الماء الموجود في التربة والماء الجوفي في فترة الخمسينات من القرن العشرين. وعلى هذا فإن Cl-36 يستخدم للتعهد على الماء الأحدث من هذا التاريخ. ويستخدم الجيولوجين Cl-36 للتعهد على زمن الثلوج والرسوبيات.

تاريخ الكلور

الكلور (حدثة إغريقية χλωρος، ، تعني أصفر مخضر) تم اكتشافه عام 1774 م عن طريق كارل وليهلم شيلي، الذي افترض بطريق الخطأ أنه يحتوى على الأكسجين. وتم تسمية الكلور عام 1810 بواسطة همفرى دايفي، الذي أصر في ذلك الوقت أنه عنصر كيميائي.

الإنتاج

العمليات الكيميائية لاستخلاص غاز الكلور

يمكن استخلاص غاز الكلور عن طريق التحليل الكهربي لمحلول كلوريد الصوديوم، مثلا من الماء شديد الملوحة. وهناك ثلاثة طرق لاستخلاص الكلور بالتحليل الكهربي في الصناعة.

يحضر الكلور بتحليل مزيج من مصهور كلوريد الصوديوم وكلوريد الكالسيوم عند الدرجة 600 س، إذ يضاف كلوريد الكالسيوم لخفض درجة انصهار المزيج. ينطلق الصوديوم عند القطب السالب المصنوع من الحديد أوالنحاس، وينطلق الكلور عند القطب الموجب المصنوع من الجرافيت، وتصنع خلية cell التحليل بشكل يمنع التقاء الصوديوم مع الكلور. وخلية من هذا الشكل تدعى خلية داونز Downs.

تتألف خلية كاستنر - كلنر Kastner-Kellner المستعملة لتحليل محلول كلوريد الصوديوم من ثلاث غرف منفصلة عن بعضها من الأعلى ولكن تتصل ببعضها من الأسفل بوساطة الزئبق الذي يقوم بدور المهبط (كاثود) cathode. يوضع في الغرفتين الأولى والثالثة محلول كلوريد الصوديوم، أما الغرفة الثالثة فتحوي ماء نقياً، وأما المصعد (أنود) anode فمصنوع من الجرافيت. يحصل على المهبط التفاعل الآتي:

تُهَز هذه الخلية ميكانيكياً فتأتي ملغمة الصوديوم بتماس مع الماء الموجود في الغرفة المتوسطة ويحصل التفاعل الآتي:

ويتم في هذه الخلية الحصول على صود كاوغير مشوب بكلوريد الصوديوم، وينطلق الكلور على المصعد لحصول التفاعل الآتي:

ويحضر الكلور مخبرياً بأكسدة الكلوريد بمادة مؤكسِدة مثل ثنائي أكسيد المنجنيز MnO2:

التحليل الكهربي عن طريق خلية الزئبق

التحليل الكهربي عن طريق خلية الزئبق كانت أول الطرق المستخدمة لإنتاج الكلور في الصناعة. ويتم وضع أنود تيتانيوم فوق كاثود زئبق، ووضع محلول كلوريد الصوديوم بينهما. وعند تمرير التيار الكهربي، ينطلق الكلور عند أنود التيتانيوم، بينما يذوب الصوديوم في كاثود الزئبق مكونا ملغم.

ويمكن تحويل الملغم إلى زئبق مرة أخري بتفاعله مع الماء، مما ينتج الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم. وهما منتجان ثاونيان نافعان.

وهذه الكيفية تتطلب طاقة كبيرة، كما توجد محاذير بخصوص انبعاثات الزئبق.

التحليل الكهربي الحجابي

يتم استخدام حجاب من الحرير الصخري كراسب على كاثود من الحديد ليمنع الكلور المتكون على الأنود وهيدروكسيد الصوديوم المتكون على الكاثود من الاتحاد مرة أخرى.

وتستهلك هذه الطريقة طاقة أقل من خلية الزئبق، ولكن هجريز هيدروكسيد الصوديوم لاقد يكون كاف للاستفادة به.

التحليل الكهربي الغشائي

يتم تقسيم خلية التحليل الكهربي إلى قسمين عن طريق غشاء يعمل كمبادل أيوبي. يتم وضع محلول كلوريد الصوديوم المشبع في قسم الأنود، بينما الماء المقطر يوضع في قسم الكاثود.

وهذه الطريقة فعالة تقريبا مثل التحليل الكهربي الحجابي، ولكنها تنتج هيدروكسيد صوديوم نقي للغاية.

الاستخدامات

المنتجات الصناعية والمنتجات 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).

الصرف الصحي العامة، والتطهير، والتعقيم

الكلور من الكيماويات المهمة في تنقية الماء، مبيد جراثيم، مبيض (للأقمشة وما إلى ذلك)، غاز الخردل.

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، الصبغات، الطعام، مبيد حشرات، الدهانات، منتجات النفط، اللدائن، الطب، الأقمشة، المذيبات، وعديد من المنتجات الاستهلاكية.

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

التعفن

للوقاية من الإصابة والعدوى

سيملويس والتجارب التعقيم

استخدم الكلور كسلاح

استخدم الكلور في الحرب العالمية الأولى

حرب العراق

تكسير الكلور

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 الغزية في الحرب العالمية الثانية كسلاح كيميائي. شاهد استخدام غاز سام في الحرب العالمية الأولي.

ولذلك لا 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.

انظر أيضاً

• كلوريد
• Polymer degradation
• [[كلوروفلوروكربون]]

المصادر

المراجع

• معمل لوس ألاموس القمومي- فلور
• Greenwood, Norman N (1997). Chemistry of the Elements (2 ed.). Oxford: Butterworth-Heinemann. ISBN . Unknown parameter |coauthor= ignored (|author= suggested) (help)
• Wiberg, Egon (2001). Inorganic Chemistry. Academic Press. ISBN . Unknown parameter |coauthor= ignored (|author= suggested) (help)

وصلات خارجية

• العناصر على شبكة المعلومات –كلور
• Agency for Toxic Substances and Disease Registry: Chlorine
• Electrolytic production
• Production and liquefaction of chlorine
• Chlorine Production Using Mercury, Environmental Considerations and Alternatives
• National Pollutant Inventory – Chlorine
• National Institute for Occupational Safety and Health – Chlorine Page
• Chlorine Institute – Trade association representing the chlorine industry
• Chlorine Online – the web portal of Eurochlor – the business association of the European chlor-alkali industry