Cl · Elemento 17 · Alogeno
Un gas verde pallido che uccide i batteri, sbianca i tessuti e, legato al sodio, si trova sulla vostra tavola da pranzo.
Struttura
Non è un diagramma di punti su gusci — è un campione Monte Carlo dell'effettiva densità di probabilità |ψ|² per ogni sottoguscio occupato. Trascinate per ruotare. Il blu e il violetto indicano i segni opposti della funzione d'onda, che rendono possibile la formazione dei legami.
Valori misurati
Ogni barra mostra dove si colloca cloro tra tutti i 118 elementi per quella proprietà.
Fonti: masse atomiche standard IUPAC 2021 · CRC Handbook of Chemistry and Physics · NIST. I valori contrassegnati con ~ sono previsti anziché misurati.
Dimensioni, in scala
Raggio 100 pm — cioè 0,1 nm, quindi ne servirebbero circa 5 milioni affiancati per coprire un millimetro.
Intervallo termico
Cloro è liquido in un intervallo di 68 K, da 172 K a 239 K.
Dove si trova
Cloro si trova nel periodo 3, gruppo 17. Tutti gli elementi del gruppo 17 hanno lo stesso numero di elettroni esterni, per questo si comportano in modo così simile.
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Il cloro è il Jekyll e Hyde degli elementi: un veleno letale che contribuisce a mantenervi in salute. Allo stato gassoso, è un'arma chimica giallo-verdastra, così tossica da essere stata usata nelle trincee della Prima guerra mondiale. Ma combinato con il sodio, diventa il sale da cucina, essenziale per la vita. Questo elemento schizofrenico disinfetta le piscine e l'acqua potabile, salvando milioni di persone dalle malattie trasmesse dall'acqua; tuttavia, nella sua forma pura, aggredisce i polmoni e può uccidere in pochi minuti. La candeggina al cloro sbianca i vestiti e uccide il 99,9% dei germi, rendendolo uno dei più importanti strumenti di salute pubblica dell'umanità. L'acido dello stomaco contiene cloro sotto forma di acido cloridrico, abbastanza potente da dissolvere il metallo. Dai tubi in PVC ai pesticidi, dai medicinali ai microchip, il cloro è ovunque nella vita moderna: semplicemente, mai nella sua forma pura e terrificante.
La storia del cloro inizia con Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), un farmacista svedese che lavorava nel suo piccolo laboratorio a Köping, in Svezia. In una giornata invernale del 1774, Scheele riscaldò la pirolusite (diossido di manganese) con acido muriatico (acido cloridrico) e osservò un gas pungente, di colore giallo-verde, che sbiancava i fiori e gli bruciava i polmoni. Chiamò questa sostanza misteriosa "acido muriatico deflogisticato", ritenendo che fosse acido muriatico privato del suo flogisto.
Nel suo quaderno, alla data di dicembre 1774, Scheele annotò: "Si sviluppò un gas di colore giallo-verde, che aveva un odore molto soffocante e bruciava terribilmente i polmoni." La sua reazione (MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂) aveva prodotto il primo campione documentato di gas di cloro puro.
Claude Louis Berthollet (1748-1822), il celebre chimico francese, studiò a fondo il gas di Scheele dal 1785 al 1789. Inizialmente sostenitore della teoria del composto di Scheele, Berthollet scoprì le notevoli proprietà sbiancanti del gas e avviò la produzione commerciale della polvere sbiancante. Tuttavia, rimase convinto che il gas contenesse ossigeno e lo chiamò "acido muriatico ossigenato".
La controversia si intensificò quando Antoine Lavoisier (1743-1794) sostenne che tutti gli acidi dovessero contenere ossigeno (dal greco "oxys genes" - produttore di acidi). Ne derivò un dibattito scientifico trentennale sulla vera natura del cloro.
Il mistero fu risolto da Sir Humphry Davy (1778-1829) presso la Royal Institution di Londra. Utilizzando l'apparecchio per l'elettrolisi da lui appena inventato, Davy tentò di decomporre il gas verde e di ottenere il presunto componente ossigeno. Nonostante mesi di esperimenti tra il 1807 e il 1810, non riuscì a estrarre ossigeno.
Il 12 luglio 1810, Davy presentò alla Royal Society la sua rivoluzionaria conclusione: "Sono propenso a credere che la sostanza che abbiamo esaminato non sia un composto, ma una sostanza semplice." La chiamò "cloro", dal greco "chloros" (verde pallido), riconoscendola finalmente come un elemento fondamentale.
Il collega di Davy, Michael Faraday (1791-1867), fornì un sostegno essenziale riuscendo a liquefare il cloro nel 1823, dimostrandone le proprietà fisiche distintive e confermandone la natura elementare.
Charles Tennant (1768-1838), chimico e imprenditore scozzese, rivoluzionò l'industria tessile sviluppando la polvere sbiancante nel 1799. La sua fabbrica a St. Rollox, Glasgow, divenne il più grande stabilimento chimico del mondo, producendo ipoclorito di calcio [Ca(ClO)₂] facendo passare gas di cloro sulla calce spenta.
L'innovazione di Tennant trasformò la produzione tessile: il tradizionale sbiancamento con latticello e luce solare richiedeva 6-8 mesi, mentre lo sbiancamento con il cloro richiedeva solo poche ore. Nel 1815, la sua azienda produceva 9.000 tonnellate all'anno, impiegava oltre 1.000 lavoratori e generava profitti enormi.
L'industria moderna del cloro ebbe inizio con Hamilton Young Castner (1858-1899) e Karl Kellner (1851-1905), che svilupparono indipendentemente processi elettrolitici per produrre cloro e idrossido di sodio dall'acqua salata. La cella a mercurio di Castner del 1892 e la cella a diaframma di Kellner del 1894 entrarono in forte concorrenza, fino a fondersi nella Castner-Kellner Company.
Herbert Henry Dow (1866-1930) rivoluzionò la produzione americana di cloro fondando la Dow Chemical Company nel 1897. Le sue innovative celle elettrolitiche utilizzavano i giacimenti sotterranei di salamoia di Midland, nel Michigan, rendendo Dow il maggiore produttore mondiale di cloro entro il 1920.
Il capitolo più oscuro della storia del cloro iniziò il 22 aprile 1915, durante la Seconda battaglia di Ypres, quando le forze tedesche liberarono 168 tonnellate di gas di cloro, provocando il primo attacco su larga scala con armi chimiche. Fritz Haber (1868-1934), in seguito insignito del Nobel per la sintesi dell'ammoniaca, diresse questo programma nonostante l'opposizione della moglie Clara e il suo successivo suicidio per protesta.
L'attacco uccise 5.000 soldati alleati e ne ferì altri 10.000, inaugurando una nuova era della guerra chimica. Successivamente entrambe le parti svilupparono armi chimiche più sofisticate, sebbene la visibilità del cloro e i metodi rudimentali di diffusione ne limitassero l'efficacia.
La più importante eredità del cloro si manifestò nella disinfezione dell'acqua. John L. Leal (1858-1914) realizzò la prima clorazione continua dell'acqua municipale a Jersey City, nel New Jersey, nel 1908. Nonostante le contestazioni legali degli abitanti, che temevano un "avvelenamento chimico", il sistema di Leal eliminò le morti per febbre tifoide nel giro di due anni.
Abel Wolman (1892-1989) e Linn Enslow perfezionarono la scienza della clorazione, definendo i calcoli del dosaggio e il monitoraggio del cloro residuo, che divennero standard globali. Il loro lavoro rese possibile l'accesso ad acqua potabile sicura per miliardi di persone ed è considerato uno dei più grandi traguardi della salute pubblica del XX secolo.
Applicazioni
Il cloro ha rivoluzionato la salute pubblica come disinfettante dell'acqua più utilizzato al mondo. Il trattamento municipale dell'acqua impiega tre metodi principali di clorazione:
L'Organizzazione mondiale della sanità raccomanda 0,2-0,5 mg/L di cloro residuo per garantire la sicurezza dell'acqua potabile. Tra i principali fornitori figurano Olin Corporation, Occidental Chemical ed ERCO Worldwide, che producono oltre 70 milioni di tonnellate all'anno.
Il cloro funge da elemento costitutivo per innumerevoli sostanze chimiche attraverso l'elettrolisi cloro-alcali:
Il biossido di cloro (ClO₂) ha rivoluzionato lo sbiancamento della carta, sostituendo il cloro elementare per ridurre l'impatto ambientale. Le cartiere Kraft utilizzano sequenze di sbiancamento ECF (Elemental Chlorine Free, prive di cloro elementare) come D₀-E₁-D₁-E₂, dove D rappresenta le fasi con ClO₂ ed E rappresenta l'estrazione alcalina. Aziende come International Paper e Georgia-Pacific consumano 200-300 kg di ClO₂ per tonnellata di pasta sbiancata.
La clorazione delle piscine mantiene livelli di cloro libero pari a 1-3 ppm attraverso diversi sistemi di distribuzione:
I composti del cloro sono essenziali nella produzione farmaceutica:
I composti organoclorurati hanno storicamente dominato il mercato dei pesticidi, anche se molti sono ora soggetti a restrizioni:
La metallurgia del cloro estrae titanio, zirconio e metalli delle terre rare attraverso processi di clorurazione. Il processo Kroll utilizza il cloro per convertire il rutilo (TiO₂) in tetracloruro di titanio (TiCl₄), che viene poi ridotto con il magnesio per produrre titanio metallico destinato alle applicazioni aerospaziali.
Da dove proviene
145 mg/kg della crosta terrestre · più abbondante del 85% degli elementi
Il Cloro è il 21º elemento più abbondante nella crosta terrestre, con circa 145 ppm, ma non si trova mai libero in natura a causa della sua estrema reattività. Esiste invece esclusivamente in forma ionica come cloruro (Cl⁻), costituendo la base della chimica dei sali terrestri e dei sistemi oceanici.
Gli oceani del mondo contengono una quantità stimata di 1,9 × 10¹⁶ kg di ioni cloruro, che costituiscono il 55% di tutti i sali disciolti. L'acqua marina contiene in media 19.400 ppm di cloruro (35 parti per mille di salinità totale), equivalenti a circa 35 grammi di sale per litro. Questo vasto serbatoio di cloruri alimenta:
L'evaporazione di antichi mari ha creato enormi depositi di minerali clorurati in tutto il mondo:
Le evaporiti del Bacino Permiano si sono formate 250 milioni di anni fa, quando il Mare Permiano evaporò lasciando depositi di cloruri estesi tra Texas, Oklahoma e Kansas.
Gli ambienti ipersalini concentrano i cloruri a livelli estremi:
Il cloro atmosferico naturale proviene da diverse fonti:
Il cloro stratosferico proveniente da fonti naturali ha una media di 0,6 ppbv, mentre le fonti antropiche hanno aggiunto più di 3 ppbv, contribuendo alla riduzione dell'ozono.
Gli organismi viventi concentrano e trasformano attivamente il cloro:
I minerali clorurati si formano attraverso diversi meccanismi:
Il Cloro si forma nelle stelle massicce attraverso la combustione esplosiva del silicio durante le supernove. L'isotopo ³⁵Cl (75,8% di abbondanza) si forma dalle reazioni tra zolfo-34 e protone, mentre ³⁷Cl (24,2%) deriva dai processi tra argon-36 e protone. I meteoriti contengono cloro sotto forma di lawrencite (FeCl₂) e sodalite (Na₈Al₆Si₆O₂₄Cl₂), indicando la chimica del cloro nel primo sistema solare.
Manipolazione
Il gas di cloro (Cl₂) è estremamente pericoloso, con un livello IDLH (Immediatamente pericoloso per la vita e la salute) di 10 ppm. Effetti sulla salute in base alla concentrazione:
Le raccomandazioni NIOSH sono più rigorose: 0.5 ppm TWA per il gas di cloro, con un limite massimo di 1 ppm.
Protezione delle vie respiratorie:
Protezione della pelle e degli occhi:
Bombole di gas di cloro:
Soluzioni di ipoclorito:
Esposizione al gas di cloro:
Risposta alle fuoriuscite:
Standard per l'acqua potabile: Il livello massimo di disinfettante residuo (MRDL) stabilito dall'EPA è 4.0 mg/L di cloro libero. Sicurezza delle piscine: Mantenere 1-3 ppm di cloro libero, non superare mai 5 ppm. Qualità dell'aria interna: Le clorammine provenienti dalle piscine non devono superare 0.5 mg/m³ per prevenire l'irritazione delle vie respiratorie.
Non miscelare mai il cloro con: Ammoniaca (forma clorammine tossiche), acidi (producono gas di cloro), perossido di idrogeno (reazione violenta), alcoli (pericolo di incendio/esplosione) o materiali organici (possibile combustione).
Risposte rapide
Cloro (simbolo Cl) è l'elemento 17 nella tavola periodica, appartenente a Alogeno nel periodo 3, gruppo 17. Un gas verde pallido che uccide i batteri, sbianca i tessuti e, legato al sodio, si trova sulla vostra tavola da pranzo. A temperatura ambiente è un gas.
[Ne] 3s² 3p⁵, con 3 gusci occupati e la distribuzione 2, 8, 7. Il suo guscio esterno contiene 7 elettroni, e questo determina il suo comportamento nei legami.Cloro fonde a 171.6 K (-101.5 °C) ed entra in ebollizione a 239.1 K (-34 °C).
La massa atomica standard di Cloro è 35.45 u. Si tratta di una media ponderata dei suoi isotopi presenti in natura, per questo raramente è un numero intero.
Cloro è un gas a temperatura ambiente; la sua densità è di circa 3.214 g/L a 0 °C e 1 atm — approssimativamente maggiore di quella dell'aria.
Cloro ha un'elettronegatività di Pauling pari a 3.16. La scala va da 0.70 (francio, il meno incline ad attirare elettroni) a 3.98 (fluoro, il più incline). Un valore così elevato significa che tende ad attirare gli elettroni da quasi tutto ciò con cui forma legami.
Cloro è stato scoperto nel 1774 da Carl Wilhelm Scheele. Prende il nome da dal greco chloros, "verde pallido".
Cloro costituisce informazioni 145 mg/kg della crosta terrestre: è abbastanza comune da poter essere estratto su larga scala.