Chlor – Web o chemii, elektronice a programování

Chlor, Cl, je toxický, žlutý plyn. Je to velmi reaktivní prvek, tvoří sloučeniny s většinou prvků. Má dva stabilní, NMR aktivní izotopy (35 a 37) a v laboratořích se setkáváme s dvěma nestabilními (36 a 38). Jde o dvacátý nejrozšířenější prvek na Zemi, vyskytuje se převážně ve formě chloridů. Ve sloučeninách se vyskytuje v oxidačních číslech -I, +I, +III, +V, +VII.

Obsah

Atomové číslo	17	Počet stabilních izotopů	2
Atomová hmotnost	35,453	Elektronová konfigurace	[Ne] 3s²3p⁵
Teplota tání [°C]	-101,5	Teplota varu [°C]	-34,4
Elektronegativita	3,16	Hustota [kg.m^-3]	3,2

Vlastnosti chloru

Ampule s plynným chlorem. Zdroj: W. Oelen/Commons

Izotopy

Přírodní chlor se skládá ze dvou stabilních izotopů a stopového množství jednoho radioizotopu.

Izotop	Poločas přeměny	Zastoupení [%]
³⁵Cl	stabilní	75,76
³⁶Cl	3,01×10⁵ let	stopové
³⁷Cl	stabilní	24,24

³⁶Cl

³⁶Cl vzniká působením kosmického záření (tříštivou reakcí) na jádro ⁴⁰Ar, jeho poločas rozpadu je 3,01×10⁵ roků. Laboratorně se připravuje ostřelováním chloridu draselného neutrony v reaktoru: ³⁵Cl(n,γ)³⁶Cl.

Poločas přeměny tohoto izotopu umožňuje jeho využití při geologickém datování v rozmezí 60 000 až 1 milión let.

³⁸Cl

³⁸Cl se připravuje ostřelováním ³⁷Cl neutrony: ³⁷Cl(n,γ)³⁸Cl, jeho poločas přeměny je 37,24 minut. Využívá se pro studium reakčních mechanismů.

Výskyt a výroba

Chlor je devatenáctý nejrozšířenější prvek v zemské kůře. Vyskytuje se pouze ve vázaném stavu, nejběžnější sloučeninou je chlorid sodný.

Laboratorně se připravuje reakcí kyseliny chlorovodíkové s manganistanem draselným nebo oxidem manganičitým.

16 HCl + 2 KMnO₄ → 5 Cl₂ + 2 KCl + 2 MnCl₂ + 8 H₂O

Průmyslová výroba je založena na elektrolýze vodných roztoků NaCl, případně jeho taveniny. V případě elektrolýzy roztoku vzniká jako vedlejší produkt NaOH, pokud elektrolyzujeme taveninu vzniká kovový sodík.

2 NaCl + 2 H₂O → Cl₂ + 2 NaOH + H₂

2 NaCl(l) → Cl₂ + 2 Na

Chemické vlastnosti

Při rozpouštění plynného chloru ve vodě dochází k disproporcionaci za vzniku kyseliny chlorovodíkové a chlorné. Kyselina chlorovodíková je jednou ze složek lučavky královské.

Cl₂ + H₂O → HCl^-I + HCl^IO

Průmyslově se vyrábí elektrolýzou roztoku chloridu sodného, společně s hydroxidem sodným.

Oxidační stav chloru	Název	Vzorec	Příklady
-I	Chloridy	Cl^–	NaCl, organické chloridy
+I	Chlornany	ClO^–	NaClO, Ca(ClO)₂
+III	Chloritany	ClO₂^–	NaClO₂
+IV	–	ClO₂	ClO₂ oxid chloričitý
+V	Chlorečnany	ClO₃^–	NaClO₃
	Chloryly	ClO₂⁺	[ClO₂][SbF₆] hexafluoroantimoničnan chlorylu
+VI	–	Cl₂O₆	Cl₂O₆ oxid chlorový – pouze formální ox. stav, molekula obsahuje chlor v oxidačním stavu V a VII
+VII	Chloristany	ClO₄^–	NaClO₄

Oxokyseliny chloru

Chlor vytváří čtyři jednosytné oxokyseliny: chlornou (HClO, hypochlorous acid), chloritou (HClO₂, chlorous acid), chlorečnou (HClO₃, chloric acid) a chloristou (HClO₄, perchloric acid). Od nich známe čtyři řady solí: chlornany, chloritany, chlorečnany a chloristany.

Kyselina chlorná vzniká zaváděním plynného chloru do vody, dochází k disproporcionaci chloru na kyselinu chlornou a chlorovodíkovou.

Cl₂ + H₂O → HClO + HCl

Pokud chceme připravit kyselinu chlornou bez chloridů, lze využít zavádění oxidu chlorného (Cl₂O) do vody za teploty 0 °C. Kyselina chlorná je stabilnější než kyselina bromná nebo jodná.

Kyselina chloritá je nejméně stabilní kyselinou chloru. Stabilní je pouze ve zředěném roztoku. Lze ji připravit vytěsněním ze suspenze chloritanu barnatého.

Ba(OH)₂ + H₂O₂ + Cl₂O → Ba(ClO₂)₂ + 2 H₂O + O₂
Ba(ClO₂)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2 HClO₂

Kyselina chlorečná se je silná kyselina, která je ve vodném roztoku stabilní do koncentrace asi 30 %. Připravuje se vytěsňováním kyselinou sírovou z chlorečnanů.

Ba(ClO₃)₂ + H₂SO₄ → BaSO₄ + 2 HClO₃

Kyselina chloristá je silná kyselina, je nejstabilnější z oxokyselin chloru. V čistém stavu vybuchuje při nárazu.

Chloristan sodný se využívá výchozí látka pro syntézu chloristanu amonného, který je součástí raketových paliv.

NaClO₄ + NH₄Cl → NH₄ClO₄ + NaCl

Chloristan sodný se připravuje elektrolytickou oxidací chlorečnanu sodného:

NaClO₃ + H₂O → NaClO₄ + H₂

NMR

³⁵Cl NMR

Jádro je kvadrupolární, takže i NMR signály jsou široké. ³⁵Cl NMR je citlivější než ³⁷Cl. Je velmi užitečné pro studium anorganických iontových sloučenin. Jako standard se používá NaCl. Organické sloučeniny poskytují velmi široké signály, proto je NMR použitelné pouze pro menší molekuly.

Spin	3/2
Zastoupení v přírodě	75,78 %
Jaderný magnetický moment	+0.8218743
Rozsah chemických posunů	-50 až 1050 ppm
Relativní citlivost k ¹H	3,58×10^-3
Relativní citlivost k ¹³C	21,0

³⁷Cl NMR

Méně citlivé než ³⁵Cl, ale poskytuje užší signály.

Spin	3/2
Zastoupení v přírodě	24,22 %
Jaderný magnetický moment	+0.6841236
Rozsah chemických posunů	-50 až 1050 ppm
Relativní citlivost k ¹H	6,59×10^-4
Relativní citlivost k ¹³C	3,87

35Cl NMR spektrum 20 % roztoku NaCl v D2O — ³⁵Cl NMR spektrum 20 % roztoku NaCl v D₂O

35Cl NMR roztoku EtAlCl2 — ³⁵Cl NMR roztoku EtAlCl₂

Odkazy

Navigace

3 Replies to “Chlor”

Izotopy

36Cl

38Cl