What is Хлор?
Хлор (symbol Cl) is element 17 on the periodic table, a галоген in period 3, group 17. A pale green gas that kills bacteria, bleaches fabric — and, bound to sodium, sits on your dinner table. At room temperature it is a gas.
История
Что такое хлор и как его обнаружили
Хлор — это доктор Джекилл и мистер Хайд среди элементов: смертельный яд, который помогает сохранять здоровье. В виде газа это зеленовато-жёлтое химическое оружие настолько токсично, что его применяли в окопах во время Первой мировой войны. Но в соединении с натрием он превращается в поваренную соль, необходимую для жизни. Этот противоречивый элемент обеззараживает бассейны и питьевую воду, спасая миллионы людей от болезней, передающихся через воду, однако в чистом виде поражает лёгкие и может убить за считанные минуты. Хлорный отбеливатель отбеливает одежду и уничтожает 99,9% микробов, делая хлор одним из величайших инструментов общественного здравоохранения. Желудочная кислота содержит хлор в виде соляной кислоты, достаточно сильной, чтобы растворять металл. От труб из ПВХ до пестицидов, от лекарств до микрочипов — хлор повсюду в современной жизни, только никогда не встречается в своей чистой, устрашающей форме.
The discovery of хлор
Открытие и история хлора
Ранние химические исследования
История хлора начинается с Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), шведского фармацевта, работавшего в своей небольшой лаборатории в Кёпинге, Швеция. Зимой 1774 года Шееле нагрел пиролюзит (диоксид марганца) с соляной кислотой и наблюдал едкий зеленовато-жёлтый газ, который обесцвечивал цветы и обжигал лёгкие. Он назвал это загадочное вещество «дефлогистированной соляной кислотой», полагая, что это соляная кислота, лишённая флогистона.
В записи Шееле в лабораторном журнале за декабрь 1774 года отмечено: «Выделился газ желтовато-зелёного цвета с очень удушливым запахом, который ужасно обжигал лёгкие». В результате его реакции (MnO₂ + 4HCl → MnCl₂ + 2H₂O + Cl₂) была получена первая задокументированная проба чистого газа хлора.
Спор о природе элемента
Claude Louis Berthollet (1748-1822), известный французский химик, подробно изучал газ Шееле в 1785-1789 годах. Поначалу поддерживая теорию соединения Шееле, Бертолле обнаружил замечательные отбеливающие свойства газа и наладил промышленное производство отбеливающего порошка. Однако он продолжал считать, что газ содержит кислород, и называл его «окисленной соляной кислотой».
Спор обострился, когда Antoine Lavoisier (1743-1794) заявил, что все кислоты должны содержать кислород (от греческого «oxys genes» — образующий кислоту). Это положило начало 30-летней научной дискуссии об истинной природе хлора.
Окончательное доказательство Humphry Davy
Загадку разрешил Sir Humphry Davy (1778-1829) в Королевском институте в Лондоне. Используя недавно изобретённый им электролизный аппарат, Дэви попытался разложить зелёный газ и выделить предполагаемый кислородный компонент. Несмотря на месяцы экспериментов в 1807-1810 годах, ему не удалось извлечь кислород.
12 июля 1810 года Дэви представил Королевскому обществу свой основополагающий вывод: «Я склонен полагать, что рассматриваемое нами вещество является не соединением, а простым веществом». Он назвал его «хлором» от греческого «chloros» (бледно-зелёный), окончательно признав его самостоятельным элементом.
Коллега Дэви, Michael Faraday (1791-1867), оказал важную поддержку, успешно сжижив хлор в 1823 году, продемонстрировав его особые физические свойства и подтвердив его элементарную природу.
Промышленная революция и отбеливающий порошок
Charles Tennant (1768-1838), шотландский химик и предприниматель, в 1799 году изменил текстильную промышленность, разработав отбеливающий порошок. Его фабрика в Сент-Роллоксе, Глазго, стала крупнейшим в мире химическим предприятием, производя гипохлорит кальция [Ca(ClO)₂] пропусканием газа хлора над гашёной известью.
Инновация Теннанта преобразила текстильное производство: традиционное отбеливание пахтой и солнечным светом требовало 6-8 месяцев, тогда как хлорное отбеливание занимало всего несколько часов. К 1815 году его компания производила 9 000 тонн в год, нанимала более 1 000 рабочих и получала огромные прибыли.
Рождение хлорно-щелочной промышленности
Современная хлорная промышленность началась с Hamilton Young Castner (1858-1899) и Karl Kellner (1851-1905), которые независимо разработали электролитические процессы получения хлора и гидроксида натрия из солёной воды. Ртутный электролизёр Кастнера 1892 года и диафрагменный электролизёр Келлнера 1894 года соперничали, а в итоге компании объединились в Castner-Kellner Company.
Herbert Henry Dow (1866-1930) совершил переворот в американском производстве хлора, основав Dow Chemical Company в 1897 году. В его инновационных электролизёрах использовались подземные залежи рассола в Мидленде, штат Мичиган, благодаря чему к 1920 году Dow стала крупнейшим в мире производителем хлора.
Первая мировая война и химическое оружие
Мрачная глава истории хлора началась 22 апреля 1915 года во время Второй битвы при Ипре, когда немецкие войска выпустили 168 тонн газа хлора, осуществив первую масштабную атаку с применением химического оружия. Fritz Haber (1868-1934), впоследствии лауреат Нобелевской премии за синтез аммиака, руководил этой программой, несмотря на противодействие своей жены Клары и её последующее самоубийство в знак протеста.
В результате атаки погибли 5 000 солдат союзников и ещё 10 000 получили ранения, что открыло новую эру химической войны. Впоследствии обе стороны разработали более совершенное химическое оружие, хотя заметность хлора и примитивные методы его доставки ограничивали его эффективность.
Революция в общественном здравоохранении
Главное наследие хлора связано с обеззараживанием воды. John L. Leal (1858-1914) в 1908 году провёл первое непрерывное хлорирование муниципальной воды в Джерси-Сити, штат Нью-Джерси. Несмотря на судебные иски жителей, опасавшихся «химического отравления», система Лила устранила смертность от брюшного тифа в течение двух лет.
Abel Wolman (1892-1989) и Linn Enslow усовершенствовали научные основы хлорирования, установив расчёты дозировок и контроль остаточного хлора, которые стали мировыми стандартами. Их работа обеспечила безопасной питьевой водой миллиарды людей и считается одним из величайших достижений общественного здравоохранения XX века.