Structure
Il ne s’agit pas d’un diagramme de points sur des anneaux — mais d’un échantillon de Monte-Carlo de la véritable densité de probabilité |ψ|² pour chaque sous-couche occupée. Faites glisser pour faire pivoter. Le bleu et le violet indiquent les signes opposés de la fonction d’onde, ce qui rend la liaison possible.
Valeurs mesurées
Chaque barre indique où se situe chlore parmi les 118 éléments pour cette propriété.
Sources : masses atomiques standard de l’IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. Les valeurs marquées ~ sont prédites plutôt que mesurées.
Taille, à l’échelle
Rayon de 100 pm — soit 0,1 nm ; il en faudrait donc environ 5 millions côte à côte pour couvrir un millimètre.
Plage thermique
Chlore est liquide dans une plage de 68 K, de 172 K à 239 K.
Où il se trouve
Chlore se trouve dans la période 3, groupe 17. Tous les éléments du groupe 17 possèdent le même nombre d’électrons externes, ce qui explique qu’ils se comportent de manière si similaire.
Autres Halogènes
Tous les halogènesL’histoire
Le chlore est le Dr Jekyll et Mr Hyde des éléments: un poison mortel qui vous maintient en bonne santé. À l’état gazeux, c’est une arme chimique jaune verdâtre si toxique qu’elle a été utilisée dans les tranchées de la Première Guerre mondiale. Mais combiné au sodium, il devient du sel de table, essentiel à la vie. Cet élément schizophrène désinfecte les piscines et l’eau potable, épargnant à des millions de personnes des maladies hydriques, mais sous sa forme pure, il attaque vos poumons et peut tuer en quelques minutes. L’eau de Javel chlorée blanchit vos vêtements et tue 99,9 % des germes, ce qui en fait l’un des plus grands outils de santé publique de l’humanité. Votre acide gastrique contient du chlore sous forme d’acide chlorhydrique, suffisamment puissant pour dissoudre le métal. Des tuyaux en PVC aux pesticides, des médicaments aux micropuces, le chlore est partout dans la vie moderne — mais jamais sous sa forme pure et terrifiante.
L’histoire du Chlore commence avec Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), un pharmacien suédois travaillant dans son petit laboratoire à Köping, en Suède. Un jour d’hiver en 1774, Scheele chauffa de la pyrolusite (dioxyde de manganèse) avec de l’acide muriatique (acide chlorhydrique) et observa un gaz âcre, jaune verdâtre, qui décolorait les fleurs et brûlait ses poumons. Il appela cette substance mystérieuse « acide muriatique désélectronisé », pensant qu’il s’agissait d’acide muriatique débarrassé de son phlogistique.
Dans son carnet, Scheele nota en décembre 1774 : « Un gaz de couleur jaune verdâtre s’est dégagé ; il avait une odeur très suffocante et brûlait terriblement les poumons. » Sa réaction (MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂) avait produit le premier échantillon consigné de gaz de Chlore pur.
Claude Louis Berthollet (1748-1822), le célèbre chimiste français, étudia intensivement le gaz de Scheele de 1785 à 1789. Soutenant d’abord la théorie d’un composé de Scheele, Berthollet découvrit les remarquables propriétés blanchissantes du gaz et établit la production commerciale de poudre blanchissante. Il resta toutefois convaincu que le gaz contenait de l’oxygène et l’appela « acide muriatique oxygéné ».
La controverse s’intensifia lorsque Antoine Lavoisier (1743-1794) affirma que tous les acides devaient contenir de l’oxygène (du grec « oxys genes » — producteur d’acide). Cela déclencha un débat scientifique de 30 ans sur la véritable nature du Chlore.
Le mystère fut résolu par Sir Humphry Davy (1778-1829) à la Royal Institution de Londres. À l’aide de son appareil d’électrolyse nouvellement inventé, Davy tenta de décomposer le gaz vert et d’en extraire son prétendu composant oxygène. Malgré des mois d’expériences menées de 1807 à 1810, il ne parvint à extraire aucun oxygène.
Le 12 juillet 1810, Davy présenta sa conclusion révolutionnaire à la Royal Society : « Je suis porté à croire que le corps que nous avons examiné n’est pas un composé, mais une substance simple. » Il le nomma « Chlore », d’après le grec « chloros » (vert pâle), reconnaissant enfin qu’il s’agissait d’un élément fondamental.
Le collègue de Davy, Michael Faraday (1791-1867), apporta un soutien crucial en liquéfiant avec succès le Chlore en 1823, démontrant ses propriétés physiques distinctes et confirmant sa nature élémentaire.
Charles Tennant (1768-1838), chimiste et homme d’affaires écossais, révolutionna l’industrie textile en mettant au point la poudre blanchissante en 1799. Son usine de St. Rollox, à Glasgow, devint le plus grand complexe chimique du monde et produisait de l’hypochlorite de calcium [Ca(ClO)₂] en faisant passer du gaz de Chlore sur de la chaux éteinte.
L’innovation de Tennant transforma la fabrication textile : le blanchiment traditionnel au babeurre et à la lumière du soleil nécessitait 6 à 8 mois, tandis que le blanchiment au Chlore ne prenait que quelques heures. En 1815, son entreprise produisait 9 000 tonnes par an, employait plus de 1 000 ouvriers et générait d’énormes bénéfices.
L’industrie moderne du Chlore débuta avec Hamilton Young Castner (1858-1899) et Karl Kellner (1851-1905), qui mirent au point indépendamment des procédés électrolytiques pour produire du Chlore et de l’hydroxyde de sodium à partir d’eau salée. La cellule à mercure de Castner, mise au point en 1892, et la cellule à diaphragme de Kellner, mise au point en 1894, se livrèrent une concurrence acharnée avant de fusionner au sein de la Castner-Kellner Company.
Herbert Henry Dow (1866-1930) révolutionna la production américaine de Chlore en fondant Dow Chemical Company en 1897. Ses cellules électrolytiques innovantes exploitaient les gisements souterrains de saumure de Midland, dans le Michigan, faisant de Dow le premier producteur mondial de Chlore en 1920.
Le sombre chapitre de l’histoire du Chlore commença le 22 avril 1915, lors de la deuxième bataille d’Ypres, lorsque les forces allemandes libérèrent 168 tonnes de gaz de Chlore, provoquant la première attaque d’ampleur au moyen d’une arme chimique. Fritz Haber (1868-1934), qui reçut plus tard le prix Nobel pour la synthèse de l’ammoniac, dirigea ce programme malgré l’opposition de son épouse Clara et son suicide ultérieur en signe de protestation.
L’attaque tua 5 000 soldats alliés et en blessa 10 000 autres, ouvrant une nouvelle ère de guerre chimique. Les deux camps mirent ensuite au point des armes chimiques plus perfectionnées, bien que la visibilité du Chlore et les méthodes rudimentaires de dispersion aient limité son efficacité.
Le plus grand héritage du Chlore s’est manifesté dans la désinfection de l’eau. John L. Leal (1858-1914) réalisa la première chloration continue d’une eau municipale à Jersey City, dans le New Jersey, en 1908. Malgré les contestations judiciaires de résidents qui craignaient un « empoisonnement chimique », le système de Leal élimina les décès dus à la fièvre typhoïde en l’espace de deux ans.
Abel Wolman (1892-1989) et Linn Enslow perfectionnèrent la science de la chloration, en établissant des calculs de dosage et une surveillance du chlore résiduel qui devinrent des normes mondiales. Leur travail permit de fournir une eau potable sûre à des milliards de personnes et compte parmi les plus grandes réalisations de santé publique du XXe siècle.
Applications
Le chlore a révolutionné la santé publique en tant que désinfectant de l’eau le plus utilisé dans le monde. Le traitement municipal de l’eau met en œuvre trois principales méthodes de chloration :
L’Organisation mondiale de la santé recommande une teneur en chlore résiduel de 0,2-0,5 mg/L pour une eau potable sûre. Les principaux fournisseurs comprennent Olin Corporation, Occidental Chemical et ERCO Worldwide, qui produisent plus de 70 millions de tonnes par an.
Le chlore sert de bloc de construction pour d’innombrables produits chimiques grâce à l’électrolyse chloralcaline :
Le dioxyde de chlore (ClO₂) a révolutionné le blanchiment du papier en remplaçant le chlore élémentaire afin de réduire l’impact environnemental. Les usines de pâte Kraft utilisent des séquences de blanchiment ECF (sans chlore élémentaire) telles que D₀-E₁-D₁-E₂, où D représente les étapes au ClO₂ et E représente l’extraction alcaline. Des entreprises comme International Paper et Georgia-Pacific consomment 200-300 kg de ClO₂ par tonne de pâte blanchie.
La chloration des piscines maintient des concentrations de chlore libre de 1-3 ppm grâce à différents systèmes de distribution :
Les composés chlorés sont essentiels à la fabrication pharmaceutique :
Les composés organochlorés ont historiquement dominé les marchés des pesticides, bien que beaucoup soient désormais soumis à des restrictions :
La métallurgie du chlore permet d’extraire le titane, le zirconium et les métaux des terres rares par des procédés de chloration. Le procédé Kroll utilise le chlore pour convertir le rutile (TiO₂) en tétrachlorure de titane (TiCl₄), puis le réduit avec du magnésium afin de produire du titane métallique destiné aux applications aérospatiales.
D’où il vient
145 mg/kg de la croûte terrestre · plus abondant que 85 % des éléments
Le Chlore est le 21e élément le plus abondant de la croûte terrestre, avec environ 145 ppm, mais il n'existe jamais à l'état libre dans la nature en raison de sa réactivité extrême. Il se trouve exclusivement sous forme ionique, comme chlorure (Cl⁻), constituant la base de la chimie des sels terrestres et des systèmes océaniques.
Les océans du monde contiennent environ 1.9 × 10¹⁶ kg d'ions chlorure, soit 55 % de tous les sels dissous. L'eau de mer contient en moyenne 19 400 ppm de chlorure (35 parties pour mille de salinité totale), ce qui équivaut à environ 35 grammes de sel par litre. Cet immense réservoir de chlorure joue un rôle majeur dans :
L'évaporation des mers anciennes a créé d'immenses gisements de minéraux chlorurés dans le monde entier :
Les évaporites du bassin permien se sont formées il y a 250 millions d'années, lorsque la mer Permienne s'est évaporée, laissant des dépôts de chlorures s'étendant au Texas, en Oklahoma et au Kansas.
Les environnements hypersalins concentrent les chlorures à des niveaux extrêmes :
Le Chlore atmosphérique naturel provient de plusieurs sources :
Le Chlore stratosphérique provenant de sources naturelles atteint en moyenne 0,6 ppbv, tandis que les sources anthropiques ont ajouté plus de 3 ppbv, contribuant à la destruction de la couche d'ozone.
Les organismes vivants concentrent et transforment activement le Chlore :
Les minéraux chlorurés se forment par plusieurs mécanismes :
Le Chlore se forme dans les étoiles massives par combustion explosive du silicium lors des supernovæ. L'isotope ³⁵Cl (75,8 % d'abondance) se forme par des réactions entre le soufre-34 et les protons, tandis que ³⁷Cl (24,2 %) provient de processus impliquant l'argon-36 et des protons. Les météorites contiennent du Chlore sous forme de lawrencite (FeCl₂) et de sodalite (Na₈Al₆Si₆O₂₄Cl₂), ce qui témoigne de la chimie du Chlore dans le système solaire primitif.
Manipulation
Le gaz de Chlore (Cl₂) est extrêmement dangereux, avec un niveau IDLH (présentant un danger immédiat pour la vie et la santé) de 10 ppm. Effets sur la santé selon la concentration :
Les recommandations du NIOSH sont plus strictes : 0.5 ppm TWA pour le gaz de Chlore, avec une limite plafond de 1 ppm.
Protection respiratoire :
Protection de la peau et des yeux :
Bouteilles de gaz de Chlore :
Solutions d’hypochlorite :
Exposition au gaz de Chlore :
Intervention en cas de déversement :
Normes relatives à l’eau potable : le niveau maximal de désinfectant résiduel (MRDL) fixé par l’EPA est de 4.0 mg/L de Chlore libre. Sécurité des piscines : maintenir 1-3 ppm de Chlore libre, ne jamais dépasser 5 ppm. Qualité de l’air intérieur : les chloramines provenant des piscines ne doivent pas dépasser 0.5 mg/m³ afin de prévenir l’irritation des voies respiratoires.
Ne jamais mélanger le Chlore avec : l’ammoniac (formation de chloramines toxiques), les acides (production de gaz de Chlore), le peroxyde d’hydrogène (réaction violente), les alcools (risque d’incendie ou d’explosion) ou les matières organiques (risque potentiel de combustion).
Réponses rapides
Chlore (symbole Cl) est l’élément 17 du tableau périodique, un Halogène de la période 3, du groupe 17. Un gaz vert pâle qui tue les bactéries, blanchit les tissus — et qui, lié au sodium, se trouve sur votre table à dîner. À température ambiante, c’est un gaz.
[Ne] 3s² 3p⁵ ; elle comporte 3 couches occupées, avec la répartition 2, 8, 7. Sa couche externe contient 7 électrons, ce qui détermine son comportement en matière de liaisons.Chlore fond à 171.6 K (-101.5 °C) et bout à 239.1 K (-34 °C).
La masse atomique standard de Chlore est de 35.45 u. Il s’agit d’une moyenne pondérée de ses isotopes présents naturellement, ce qui explique qu’elle soit rarement un nombre entier.
Chlore est un gaz à température ambiante ; sa masse volumique est d’environ 3.214 g/L à 0 °C et 1 atm — il est donc approximativement plus lourd que l’air.
Chlore a une électronégativité de Pauling de 3.16. L’échelle va de 0.70 (le francium, le moins attiré par les électrons) à 3.98 (le fluor, le plus attiré). Une valeur aussi élevée signifie qu’il tend à attirer les électrons de presque tout ce avec quoi il forme une liaison.
Chlore a été découvert en 1774 par Carl Wilhelm Scheele. Il porte le nom de grec chloros, « vert pâle ».
Chlore constitue environ 145 mg/kg de la croûte terrestre — suffisamment courant pour être extrait à grande échelle.