염소 : 역사, 특성, 구조, 위험, 용도 - 화학 - 2026

염소 심볼 (CL)로 표시되는 화학 소자. 할로겐 두번째 불소 아래에 위치되고, 모든 세 번째 가장 전성 소자이다. 그 이름은 불소보다 강렬한 황록색에서 유래되었습니다.

일반적으로 누군가가 당신의 이름을 들었을 때 가장 먼저 생각하는 것은 옷의 표백 제품과 수영장의 물입니다. 염소는 이러한 예에서 효과적으로 작용하지만 가스가 아니라 표백 및 소독 작용을하는 화합물 (특히 차아 염소산염)입니다.

내부에 가스 염소가있는 둥근 플라스크. 출처 : Larenmclane

상단 이미지는 염소 가스가 담긴 둥근 플라스크를 보여줍니다. 그것의 밀도는 공기의 밀도보다 커서 그것이 플라스크에 남아 있고 대기로 빠져 나가지 않는 이유를 설명합니다. 헬륨이나 질소와 같은 다른 가벼운 가스에서도 발생합니다. 이 상태에서는 폐에서 염산을 생성하기 때문에 매우 독성이 강한 물질입니다.

그렇기 때문에 원소 또는 가스 염소가 일부 합성을 제외하고는 많이 사용되지 않습니다. 그러나 그 화합물은 염분이든 염소화 유기 분자이든 수영장과 극도로 흰 옷을 넘어 좋은 사용 레퍼토리를 다루고 있습니다.

마찬가지로, 염화 음이온 형태의 원자는 우리 몸에서 발견되어 나트륨, 칼슘 및 칼륨의 수준을 조절하고 위액에서도 조절됩니다. 그렇지 않으면 염화나트륨 섭취가 훨씬 더 치명적일 것입니다.

염소는 염화나트륨이 풍부한 염수를 전기 분해하여 생산되며, 수산화 나트륨과 수소도 얻어지는 산업 공정입니다. 그리고 바다는이 소금의 거의 무한한 공급원이기 때문에 수권에서이 원소의 잠재적 매장량은 매우 큽니다.

역사

첫 번째 접근

염소 가스의 높은 반응성으로 인해 고대 문명은 그 존재를 의심하지 않았습니다. 그러나 그 화합물은 고대부터 인류 문화의 일부였습니다. 그 역사는 일반적인 소금과 관련이 있기 시작했습니다.

반면에 염소는 화산 폭발로 인해 발생했고 누군가가 왕수에 금을 녹 였을 때 발생했습니다. 그러나 이러한 첫 번째 접근법 중 어느 것도 황 녹색 가스가 원소 또는 화합물이라는 아이디어를 공식화하기에 충분하지 않았습니다.

발견

염소의 발견은 1774 년에 미네랄 pyrolusite와 염산 (당시에는 muriatic acid라고 함) 사이의 반응을 수행 한 스웨덴 화학자 Carl Wilhelm Scheele에 기인합니다.

Scheele은 염소의 특성을 연구 한 최초의 과학자 였기 때문에 공로를 인정 받았습니다. 비록 Jan Baptist van Helmont에 의해 이전에 인정 (1630)되었지만.

Scheele이 관찰 한 실험은 흥미 롭습니다. 그는 붉은 빛과 푸른 빛을 띤 꽃잎뿐만 아니라 즉시 죽은 식물과 곤충의 잎에 대한 염소의 표백 작용을 평가했습니다.

마찬가지로 그는 금속에 대한 높은 반응성, 숨막히는 냄새 및 폐에 대한 바람직하지 않은 영향을보고했으며 물에 용해되면 산도가 증가했다고보고했습니다.

옥시 무라트 산

그때까지 화학자들은 산소가있는 모든 화합물에 대해 산을 고려했습니다. 그래서 그들은 염소가 가스 산화물이어야한다고 잘못 생각했습니다. 이것이 바로 유명한 프랑스 화학자 Antoine Lavoisier가 만든 이름 인 'oxymuriático acid'(muriatic acid oxide)라고 부르는 방법입니다.

그런 다음 1809 년 Joseph Louis Gay-Lussac과 Louis Jacques Thénard는 목탄으로이 산을 줄이려고했습니다. 산화물에서 금속을 얻는 반응. 이런 식으로 그들은 추정되는 옥시 무라트 산 ( 'muriatic acid deflogsticated air'라고 불렀던)의 화학 원소를 추출하기를 원했습니다.

그러나 Gay-Lussac과 Thénard는 실험에 실패했습니다. 그러나 황록색 가스는 화합물이 아닌 화학 원소 일 가능성을 고려한 결과 옳았다.

요소로 인식

염소를 화학 원소로 인식하게 된 것은 1810 년 탄소 전극으로 자신의 실험을 수행하고 그러한 muriatic acid 산화물이 존재하지 않는다는 결론을 내린 Humphry Davy 경 덕분이었습니다.

또한, 황록색을 의미하는 그리스어 'chloros'에서이 원소에 '염소'라는 이름을 만든 사람은 Davy였습니다.

그들이 염소의 화학적 성질을 연구하면서 그 화합물의 대부분은 자연적으로 염분으로 밝혀졌습니다. 따라서 그들은 그것을 소금 형성 제를 의미하는 '할로겐'이라고 명명했습니다. 그런 다음 용어 할로겐은 동일한 그룹의 다른 요소 (F, Br 및 I)와 함께 사용되었습니다.

Michael Faraday는 심지어 물로 오염되어 수화물 Cl ₂ · H ₂ O를 형성하는 고체로 염소를 액화 시켰습니다 .

염소의 나머지 역사는 대량의 염소를 생산하기 위해 염수를 전기 분해하는 산업 공정이 개발 될 때까지 소독 및 표백 특성과 관련이 있습니다.

물리 화학적 특성

외모

자극적 인 매운 냄새 (상용 염소의 초 강화 버전)가있는 조밀하고 불투명 한 황록색 가스이며 또한 매우 유독합니다.

원자 번호 (Z)

17

원자량

35.45 u.

달리 명시되지 않는 한, 나머지 특성은 분자 염소 Cl _2에 대해 측정 된 양에 해당합니다 .

비점

-34.04 ºC

녹는 점

-101.5ºC

밀도

-정상적인 조건에서 3.2g / L

-비등점에서 바로 1.5624g / mL

액체 염소는 가스 밀도의 약 5 배입니다. 또한 증기의 밀도는 공기의 밀도보다 2.49 배 더 큽니다. 그렇기 때문에 첫 번째 이미지에서 염소는 공기보다 밀도가 높기 때문에 둥근 플라스크에서 빠져 나가지 않는 경향이 있습니다. 이 특성으로 인해 더욱 위험한 가스가됩니다.

융합 열

6.406 kJ / 몰

기화열

20.41 kJ / 몰

몰 열용량

33.95 J / (몰 K)

수용성

0ºC에서 1.46g / 100mL

증기압

25 ° C에서 7.67 atm 이 압력은 다른 가스에 비해 상대적으로 낮습니다.

전기 음성도

3.16 폴링 척도.

이온화 에너지

-첫 번째 : 1251.2 kJ / mol

-초 : 2298 kJ / mol

-셋째 : 3822 kJ / mol

열 전도성

8.9 10 ^-3 W / (m · K)

동위 원소

염소는 자연에서 주로 두 개의 동위 원소로 발생합니다 : ³⁵ Cl (풍부도 76 %) 및 ³⁷ Cl (풍부도 24 %). 따라서 원자량 (35.45u)은이 두 동위 원소의 원자 질량의 평균이며 각각의 존재 비율입니다.

모든 염소 방사성 동위 원소는 인공적이며 그중 ³⁶ Cl이 가장 안정적이며 반감기가 300,000 년입니다.

산화 번호

염소는 화합물의 일부일 때 다양한 산화수 또는 상태를 가질 수 있습니다. 주기율표에서 가장 전기 음성 인 원자 중 하나이기 때문에 일반적으로 음의 산화수를 가지고 있습니다. 산소 나 불소에 도달 할 때를 제외하고는 각각 산화물과 불화물이 전자를 "잃어 버려"야합니다.

그들의 산화수에서 동일한 크기의 전하를 가진 이온의 존재 또는 존재가 가정됩니다. 따라서, 우리가 : 27 (CL ^- 유명한 클로라이드 음이온), +1 (CL ⁺ ) +2 (CL ²⁺ ) +3 (CL ³⁺ ) +4 (CL ⁴⁺ ) +5 ( Cl ⁵⁺ ), +6 (Cl ⁶⁺ ) 및 +7 (Cl ⁷⁺ ). 이들 중 -1, +1, +3, +5 및 +7은 염소화 화합물에서 가장 흔하게 발견됩니다.

예를 들어, CLF 및 CLF에서 ₃ 염소 산화 번호 +1 (CL이다 ⁺ F ^- 및 +3 (CL) ³⁺ F ₃ ^- ). Cl ₂ O에서 이것은 +1 (Cl ₂ ⁺ O ^2- ); ClO ₂ 에서 Cl ₂ O ₃ 및 Cl ₂ O ₇ 은 +4 (Cl ⁴⁺ O ₂ ^2- ), +3 (Cl ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ) 및 +7 (Cl ₂ ⁷⁺ 또는 ₇ ^2- ).

반면에 모든 염화물에서 염소의 산화수는 -1입니다. 염화나트륨 (NA의 경우에서와 같이 ⁺ CL ^- 이 해당 CL 말할 유효) ^- 존재 이 염의 이온 특성상.

구조 및 전자 구성

염소 분자

공간 충전 모델로 표현되는 이원자 염소 분자. 출처 : Benjah-bmm27 via Wikipedia.

바닥 상태의 염소 원자는 다음과 같은 전자 구성을 갖습니다.

3 초 ² 3 페이지 ⁵

따라서 그들 각각은 7 개의 원자가 전자를 가지고 있습니다. 에너지가 과부하되지 않는 한, 마치 녹색 구슬처럼 공간에 개별 Cl 원자가있을 것입니다. 그러나 그들의 자연스러운 경향은 그들 사이에 공유 결합을 형성하여 원자가 옥텟을 완성하는 것입니다.

8 개의 원자가 전자를 갖기 위해서는 하나의 전자 만 필요하므로 단일 결합을 형성합니다. 이것은 두 개의 Cl 원자를 결합하여 Cl ₂ 분자 (상단 이미지) 인 Cl-Cl을 생성하는 것입니다. 이것이 정상 및 / 또는 지상 조건에서 염소가 분자 가스 인 이유입니다. 고귀한 가스처럼 단원자가 아닙니다.

분자간 상호 작용

Cl ₂ 분자는 동핵 및 무극성이므로 분자간 상호 작용은 런던 산란 력과 분자 질량에 의해 좌우됩니다. 기체 상태에서 Cl ₂ -Cl ₂ 거리는 다른 기체에 비해 상대적으로 짧기 때문에 질량에 더해 공기보다 3 배 더 밀도가 높은 기체가됩니다.

빛은 Cl ₂ 의 분자 궤도 내에서 전자 전이를 자극하고 촉진 할 수 있습니다 . 결과적으로 그 특징적인 황록색이 나타납니다. 이 색은 액체 상태에서 진해졌다가 고화되면 부분적으로 사라집니다.

온도가 내려 가면 (-34ºC), Cl ₂ 분자 는 운동 에너지를 잃고 Cl ₂ -Cl ₂ 거리가 감소합니다. 따라서 이들은 합쳐져 액체 염소를 정의합니다. 시스템이 훨씬 더 냉각 될 때 (-101ºC) 동일한 현상이 발생합니다. 이제는 Cl ₂ 분자가 너무 가깝기 때문에 사방 정계 결정을 정의합니다.

염소 결정이 존재한다는 사실은 그 분산력이 구조적 패턴을 생성하기에 충분한 방향성을 가지고 있음을 나타냅니다. 즉, Cl ₂ 의 분자 층 . 이러한 층의 분리는 64GPa의 압력에서도 구조가 변경되지 않으며 전기 전도를 나타내지 않습니다.

찾아서 얻을 수있는 곳

염화물 염

일반적인 암염 또는 식염으로 더 잘 알려진 암염 결정체. 출처 : Parent Géry

기체 상태의 염소는 반응성이 매우 높고 염화물을 형성하는 경향이 있기 때문에 지구 표면 어디에서도 찾을 수 없습니다. 이 염화물은 지각 전체에 잘 퍼져 있으며 수백만 년 동안 비에 의해 씻겨 나간 후 바다와 바다를 풍요롭게합니다.

모든 염화물 중에서 미네랄 암염 (위 이미지)의 NaCl이 가장 흔하고 풍부합니다. 그 다음 미네랄 인 silvin, KCl, carnalite, MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O. 태양의 작용에 의해 질량의 물이 증발하면 사막의 소금 호수가 남게되며, 여기서 NaCl을 원료로 직접 추출 할 수 있습니다. 염소 생산을 위해.

염수의 전기 분해

NaCl은 물에 용해되어 염수 (26 %)를 생성하며, 이는 염소-알칼리 전지 내에서 전기 분해됩니다. 양극 및 음극 구획에서 두 가지 반 반응이 발생합니다.

2Cl ^- (수성) => (CL) ₂ (g) + 2E ^- (양극)

2H ₂ O (l) + 2E ^- => 2OH ^- (수성) + H ₂ (g)를 (음극)

그리고 두 반응에 대한 글로벌 방정식은 다음과 같습니다.

2NaCl (aq) + 2H ₂ O (l) => 2NaOH (aq) + H ₂ (g) + Cl ₂ (g)

반응이 진행됨 에 따라 양극에서 형성된 Na ⁺ 이온 은 투과성 석면 막을 통해 음극 구획으로 이동합니다. 이러한 이유로 NaOH는 글로벌 방정식의 오른쪽에 있습니다. 두 가스, Cl ₂ 및 H ₂ 는 각각 양극과 음극에서 수집됩니다.

아래 이미지는 방금 작성된 내용을 보여줍니다.

염수의 전기 분해에 의한 염소 생산을위한 다이어그램. 출처 : Jkwchui

주 단부에 염수의 농도가 2 % 씩 감소하는 음이온 CL의 일부가되는 것이 수단 (24 % 내지 26 단계) ^- 최초 분자는 Cl되었다 ₍₂₎ . 결국이 공정의 산업화는 염소, 수소 및 수산화 나트륨을 생산하는 방법을 제공했습니다.

pyrolusite의 산 용해

역사 섹션에서 언급했듯이 염소 가스는 염산으로 pyrolusite 미네랄 샘플을 용해하여 생성 할 수 있습니다. 다음 화학 방정식은 반응에서 얻은 생성물을 보여줍니다.

MnO ₂ (s) + 4HCl (aq) => MnCl ₂ (aq) + 2H ₂ O (l) + Cl ₂ (g)

합금

염소 합금은 두 가지 간단한 이유로 존재하지 않습니다. 기체 분자는 금속 결정 사이에 갇힐 수없고 반응성도 매우 높아 금속과 즉시 반응하여 각각의 염화물을 생성합니다.

반면에 염화물은 물에 용해되면 합금의 부식을 촉진하는 식염수 효과를 나타 내기 때문에 바람직하지 않습니다. 따라서 금속은 용해되어 금속 염화물을 형성합니다. 각 합금의 부식 과정은 다릅니다. 일부는 다른 것보다 더 취약합니다.

따라서 염소는 합금에 좋은 첨가제가 아닙니다. 둘 CL로 ₂ 도 CL로 ^- (CL 및 원자 심지어 존재도 반응하지 않을 것이다).

위험

물에 염소의 용해도는 낮지 만 피부와 눈의 수분에서 염산을 생성하는 것으로 충분하여 조직을 부식시켜 심각한 자극과 시력 상실을 유발합니다.

더 나쁜 것은 황록색 증기를 호흡하는 것입니다. 폐에 들어가면 다시 산을 생성하고 폐 조직을 손상시키기 때문입니다. 이로 인해 사람은 폐에 형성된 체액으로 인해 인후염, 기침 및 호흡 곤란을 경험합니다.

염소 누출이있는 경우 특히 위험한 상황에 처하게됩니다. 공기는 단순히 증기를 "스위핑"할 수 없습니다. 그들은 반응하거나 천천히 분산 될 때까지 거기에 남아 있습니다.

이 외에도 산화성이 높은 화합물이기 때문에 다양한 물질이 약간의 접촉에서도 폭발적으로 반응 할 수 있습니다. 스틸 울과 알루미늄 처럼요 그렇기 때문에 염소가 저장되는 곳에 화재 위험을 방지하기 위해 필요한 모든 사항을 고려해야합니다.

아이러니하게도 염소 가스는 치명적이지만 염소 음이온은 독성이 없습니다. 섭취 할 수 있고 (적당하게) 불소 및 기타 시약과 함께 사용하지 않는 한 타지 않으며 반응하지도 않습니다.

응용

합성

연간 생산되는 염소 가스의 약 81 %가 유기 및 무기 염화물의 합성에 사용됩니다. 이들 화합물의 공유 결합의 정도에 따라, 염소 (C-CL 결합)와 염소화 유기 분자의 단순한 CL 원자로서 발견되거나, CL 등 ^- 이온 몇 클로라이드 염에서 (염화나트륨, 염화칼슘 ₂ ,의 MgCl ₂ , 기타.).

이러한 각 화합물에는 고유 한 응용 프로그램이 있습니다. 예를 들어, 클로로포름 (CHCl ₃ )과 에틸 클로라이드 (CH ₃ CH ₂ Cl)는 흡입 마취제로 사용되는 용매입니다. 디클로로 메탄 (CH ₂ Cl ₂ )과 사염화탄소 (CCl ₄ )는 유기 화학 실험실에서 널리 사용되는 용매입니다.

이러한 염소화 화합물이 액체 인 경우 대부분 유기 반응 매질의 용매로 사용됩니다.

다른 화합물에서 염소 원자의 존재는 쌍극자 모멘트의 증가를 나타내므로 극성 매트릭스와 더 많이 상호 작용할 수 있습니다. 하나는 단백질, 아미노산, 핵산 등 생체 분자로 구성됩니다. 따라서 염소는 약물, 살충제, 살충제, 살균제 등의 합성에도 역할을합니다.

무기 염화물 대해서는, 그들은 일반적으로 촉매, 전기 분해에 의해 금속을 얻기위한 원료, 또는 CL의 소스로서 사용된다 ^- 이온 .

생물학적

기체 또는 원소 염소는 조직을 파괴하는 것 외에는 살아있는 존재 내에서 어떤 역할도하지 않습니다. 그러나 이것이 원자가 몸에서 발견되지 않는다는 것을 의미하지는 않습니다. 예를 들어, CL ^- 이온은 나트륨의 농도를 제어하는 것은 매우 세포와 세포 외 환경에서 풍부하다 도움 ⁺ 및 Ca를 ²⁺ 이온을 주로.

마찬가지로 염산은 음식이 위에서 소화되는 위액의 일부입니다. 이들 CL ^- 이온 , H의 회사에서 ₃ O ⁺ 이러한 분비물 (1)에 가까운 pH를 정의한다.

화학 무기

염소 가스의 밀도는 폐쇄되거나 열린 공간에 흘리거나 쏟아 질 때 치명적인 물질이됩니다. 공기보다 밀도가 높기 때문에 전류는 염소를 쉽게 운반하지 못하기 때문에 최종적으로 분산되기까지 상당한 시간 동안 남아 있습니다.

예를 들어, 제 1 차 세계 대전에서이 염소는 전장에서 사용되었습니다. 일단 풀려 나면 참호 속으로 몰래 들어가 병사들을 질식시키고 강제로 수면에 올렸습니다.

살균제

수영장은 미생물의 번식 및 확산을 방지하기 위해 염소 처리됩니다. 출처 : Pixabay.

염소 가스를 물에 녹인 후 완충액으로 알칼리성으로 만든 염소 용액은 우수한 소독 특성을 가지며 조직 부패를 억제합니다. 그들은 병원성 박테리아를 제거하기 위해 열린 상처를 소독하는 데 사용되었습니다.

수영장 물은 박테리아, 미생물 및 기생충을 제거하기 위해 정확하게 염소 처리됩니다. 이 목적으로 염소 가스가 사용되었지만 그 작용은 매우 공격적입니다. 대신 차아 염소산 나트륨 용액 (표백제) 또는 트리클로 로이 소시아 누르 산 (TCA) 정제가 사용됩니다.

그것은 CL되지 않는 상기 방송 ₂ 살균제 작용하지만 미생물을 파괴 O 라디칼을 생성하는 HClO, 차아 염소산 산을가한다.

표백제

살균 작용과 매우 유사하게 염소는 색상을 담당하는 착색제가 HClO에 의해 분해되기 때문에 물질도 표백합니다. 따라서 염소 처리 된 용액은 흰 옷의 얼룩을 제거하거나 종이 펄프를 표백하는 데 이상적입니다.

폴리 염화 비닐

나머지 염소 가스 생산량의 약 19 %를 차지하는 가장 중요한 염소 화합물은 폴리 염화 비닐 (PVC)입니다. 이 플라스틱은 여러 용도로 사용됩니다. 그것으로 수도관, 창틀, 벽 및 바닥 덮개, 전기 배선, IV 가방, 코트 등이 만들어집니다.

참고 문헌

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