氯
      氯原子结构示意图
  氯,卤族的一种普遍非金属一价和高价元素,其最熟知的形式是重的、绿黄色、难闻的刺激性有毒气体。化学符号:Cl ,原子序数17,原子量35.4527。元素名来源于希腊文,原意是“黄绿色”。1774年瑞典化学家舍勒通过盐酸二氧化锰的反应制得氯,但他错误的认为是氯的含氧酸,还定名为“氧盐酸”。1810年,英国化学家戴维证明氧盐酸是一种新的元素,并定名。氯在地壳中的含量为0.031%,自然界的氯大多以氯离子形式存在于化合物中,氯的最大来源是海水。天然氯有两种稳定同位素:氯35和氯37。它能和其他元素化合的数目,差不多和氟一样多,只是略逊一筹而已。它有足够的强烈作用力,能用来制造漂白剂,本身是一种消毒剂和有毒的气体。纯氯通常是由电解食盐(NaCl)所收集来的。

基本信息

    中文名:氯  颜色:黄绿色  状态:气体  元素原子量:35.45  密度:3.214克/升  熔点:-100.98℃  沸点:零下34.6摄氏度  化合价:-1、+1、+3、+4、+5、+6和+7  毒性:有毒  气味:剧烈窒息性臭味  电离能:12.967电子伏特  氧化能力:强,能与有机物和无机物进行取代和加成反应,同许多金属和非金属能直接起反应  元素族:卤族的一种普遍非金属  形式:重的、绿黄色、难闻的刺激性有毒气体  折射率: 1.00077(gas)
氯元素
                 氯元素
  原子化焓:121.8 kJ /mol @25℃  热容:33.949 J /(mol· K)(Cl2)  导热系数:8.9 W/(m·K)  熔化热:3.203 (千焦/摩尔)  汽化热: 10.20 (千焦/摩尔)  原子半径:0.099nm(纳米)  原子体积:16.9 (立方厘米/摩尔)  元素在宇宙中的含量:1 (ppm)  元素在太阳中的含量:8 (ppm)  地壳中含量:130 (ppm)  元素在海水中的含量:18000 (ppm)  晶体结构:晶胞为正交晶胞
  危险标记:6(有毒气体)  主要用途:用于漂白,制造氯化合物、盐酸聚氯乙烯

发现历史

    在1774年,瑞典化学家舍勒(Scheele K W,1742-1786)在从事软矿的研究时发现:软锰矿与盐酸混合后加热就会生成一种令人窒息的黄绿色气体,这种气体微溶于水,使水显酸性。能漂白有色花朵和绿叶,还能和各种金属发生反应。当时,大化学家拉瓦锡认为氧是酸性的起源,一切酸中都含有氧。舍勒及许多化学家都坚信拉瓦锡的观点,认为这种黄绿色的气体是一种化合物,是由氧和另外一种未知的基所组成的,所以舍勒称它为“氧化盐酸”。但英国化学家戴维(Davy S H,1778-1829)却持有不同的观点,他想尽了一切办法也不能从氧化盐酸中把氧夺取出来,他怀疑氧化盐酸中根本就没有氧存在。1810年,戴维以无可辩驳的事实证明了所谓的氧化盐酸不是一种化合物,而是一种化学元素的单质。他将这种元素命名为“Chlorine”。它的希腊文原意是“绿色”。中文译名为氯。

氯单质简介

  氯气Cl2是一种黄绿色的气体,标准状况下,1LCl2重3.21g大约是同体积空气质量的倍。Cl2极易液化,如果使之冷却至239K或常温时在0.6MPa下,氯气就会变成黄绿色油状液体。液氯在172K还可以凝固成黄色固体。
  氯气具有强烈的窒息气味,有毒!吸入少量时会刺激鼻腔和喉头黏膜,引起胸部疼痛和咳嗽,吸入大量就会窒息死亡。发生氯气中毒时可吸入酒精和乙醚的混合蒸气作为解毒剂。吸入氨水蒸气也有效。
  氯气可用于纸浆和棉布的漂白,也可用于饮水的消毒。大量的氯用于制取盐酸、农药、染料以及对碳氢化合物的氯化,如制取氯仿、聚氯乙烯等聚合物。
  氯在地壳中的质量分数为0.031%,主要以氯化物的形式蕴藏在海水里,海水中含氯大约为1.9% 。在某些盐湖、盐井和盐床中也含有氯。
  氯是一种非常活泼的非金属,在化学反应中Cl原子显著地表现出结合电子的能力,这种能力是氯最典型的化学性质。因此它的单质Cl2气是很强的氧化剂。
  在化学反应中,氯可以表现出由-1到+7的多种氧化态。

氯与金属的反应

  氯气能与各种金属作用,反应比较剧烈。例如等能在氯气中燃烧,甚至连不与氧气反应的银、也能与氯气直接化合。
瑞典化学家舍勒
   瑞典化学家舍勒
  Cl2 + 2Na → 2NaCl
  
  Cl + Mg → MgCl2
  3Cl+ 2Al →2AlCl3
 
  Cl+ Cu → CuCl2
  Cl2 + Pt → PtCl2
  3Cl+ 2Au →2AuCl3
  但氯气在干燥的情况下不与铁作用,因此可以把干燥的液氯贮存于铁罐或钢瓶中。

氯与水反应

  常温下一体积的水可以溶解约两个半体积的氯气,这种溶液叫氯水。
  Cl2 + H2OHCl + HClO
  Cl2 与水的反应是歧化反应,但在纯水中该反应进行的程度只约占三分之一,如果在碱性条件下,歧化反应进行得彻底,生成氯化物和次氯酸盐。
  Cl2 + 2NaOH = NaCl + NaClO + H2O

用途及分类

  氯在常温常压下为黄绿色气体,经压缩可液化为金黄色液态氯。具有极强的刺激臭味,性甚毒,即使少量吸入,亦足以损害咽喉及肺脏,故战争时用作毒气之一。氯略溶于水,在阳光下,氯水性不稳定,常放出氧,具有氧化作用,广泛用来消毒和杀菌。氯为活泼元素之一,除氧、、稀有气体、、碳等外,能与一切单质,及多种含氢化合物反应,故用作强氧化剂和氯化剂。
  氯的用途很广,分为无机氯产品和有机氯产品两大类。
  氯最早用于制造漂白粉。含有效氯高且稳定性强的漂粉精(主要组成为次氯酸钙)正逐渐发展,现在世界产量近20万吨。60年代以后,又有氯代异氰尿酸及其盐类高效漂白剂问世,目前世界产量已近8万吨。此外,水消毒用的液氯,及纺织造纸工业用的次氯酸钠和亚氯酸钠,都为常用无机氯产品之一。
  氯产品的第二个大用户是有机氯农药,含氯和通过氯来合成的农药很多,如速灭威、含氯菊酯等。
  聚氯乙烯:国外有机氯产品远比无机氯产品为多,其中最大的耗氯产品为聚氯乙烯(pvc),目前它是仅次于聚乙烯的世界第二大塑料制品,聚氯乙烯的用途日趋广泛,目前其软制品多为日常生活用品和农用薄膜;硬质聚氯乙烯塑料多用于建筑材料,卫生设备等。美国80年代初用于建材的聚氯乙烯塑料已占总量的半数以上。聚氯乙烯能与醋酸乙烯、偏二氯乙烯、丙烯等第二单体共聚,制造塑料、涂料、纤维等用,它的透明度比聚乙烯好,可以注塑。生产聚氯乙烯塑料与同体积产品比,能量消耗仅为钢的1/3,的1/4。以石油为原料,生产1吨聚氯乙烯只需要石油1.9吨,而制聚乙烯要2.3吨,因而聚氯乙烯将来有可能超过聚乙烯,成为最大塑料品种。聚氯乙烯加工过程中的改性剂——氯化聚乙烯,世界年产量近10万吨,用氯7万吨。
  含氯溶剂:这种产品自50年代初开始发展,代替易燃而且能耗大的石油系溶剂,发展最快的是美国。含氯溶剂主要是指三氯乙烷(CHCCl1),又名甲基氯仿,可用于脱脂清洗衣物、印刷电路等,其毒性小于三氯乙烯四氯乙烯,生产每吨产品耗氯1吨左右,因此它是很好的平衡氯的产品。在中国三氯乙烷尚处于发展阶段。
  丙烯系列氯的衍生产品:这一系列的主要产品为环氧丙烷环氧氯丙烷。环氧氯丙烷全世界产量在50万吨以上,是生产环氧树脂的主要原料。环氧丙烷虽不含氯,但间接消耗大量氯。
  氯丁橡胶:现在全世界年产约65万吨,用来制做合成橡胶并以耐氯耐油著称。
  氟氯烃:氟氯烃除用作制冷剂外,还是制聚四氟乙烯的主要原料。
  副产盐酸:在生产氯产品过程中,常伴有副产盐酸,各国多用副产盐酸代替硫酸在钢铁工业中清洗钢板,日本加拿大用盐酸清洗的比例已达75%。中国建设的宝山钢铁公司、武汉钢铁公司亦均用盐酸清洗设备。盐酸还可用来代硫酸分解矿石制湿法磷酸,也可制取饲料级磷酸氢钙。近年来国际上已开发成功从副产品盐酸中回收氯的技术,以缓和氯气紧张的局面。

氯的作用

食盐即氯化钠,由钠元素和氯元素组成
食盐即氯化钠,由钠元素和氯元素组成
  氯元素虽然不是人体必需的宏量微量元素之一,但是氯离子和其它离子组成的物质也可以在人体中起一定的作用。
  氯离子和其它离子组成对人体有作用的离子主要有两个:盐酸氯化钠。盐酸主要是存在于胃液中,维持胃液正常的酸度,还有就是在人体内维持酸碱平衡;氯化钠是氯元素主要存在于人体的形式,它的作用主要是维持细胞外液的渗透压,但是,如果人体中氯化钠含量过高的话会引起高血压。另外,氯化物在人体的骨骼和胃酸了也有一定的含量。
  氯除了氯离子在人体内部其作用外,还以其它的形式在外部影响着人们的生活。
  氯的杀菌消毒效果非常好,在生活中也经常用来给自来水消毒。但是这种愿意为了消毒的手段也会带来许多不良的影响。氯过量会破坏食物中的维生素,也会破坏皮肤的角质蛋白,影响皮肤的健康。

健康危害

  侵入途径:吸入。
  健康危害:对眼、呼吸道粘膜有刺激作用。
  急性中毒:轻度者有流泪、咳嗽、咳少量痰、胸闷,出现气管炎的表现;中度中毒发生支气管肺炎或间质性肺水肿,病人除有上述症状的加重外,出现呼吸困难、轻度紫绀等;重者发生肺水肿、昏迷和休克,可出现气胸、纵隔气肿等并发症。吸入极高浓度的氯气,可引起迷走神经反射性心跳骤停或喉头痉挛而发生“电击样”死亡。皮肤接触液氯或高浓度氯,在暴露部位可有灼伤或急性皮炎。
  慢性影响:长期低浓度接触,可引起慢性支气管炎支气管哮喘等;可引起职业性痤疮及牙齿酸蚀症。

毒理学资料及环境行为

  毒性:属高毒类。是一种强烈的刺激性气体。
  急性毒性:LC50850mg/m3,1小时(大鼠吸入)
  亚急性和慢性毒性:家兔吸入2~5mg/m3,5小时/天,1~9个月,出现消瘦、上呼吸道炎、肺炎、胸膜炎及肺气肿等。大鼠吸入41~97mg/m3,2小时/天,3~4周,引起严重但非致死性的肺气肿与气管病变。
  致突变性细胞遗传学分析:人淋巴细胞20ppm。精子形态学分析:小鼠经口20mg/kg(5天),连续。
  污染来源多用食盐电解而得,主要用于冶金、造纸、纺织、染料、制药、农药、橡胶、塑料及其它化工生产的氯化工序,并用于制造漂白粉、光气、颜料,用以鞣皮以及饮用水的消毒等。在氯的制造或使用过程中,若设备管道密闭不严或当检修时均可接触到氯。液氯灌注、运输和贮存时,若钢瓶口密封不良或有故障,可有大量氯气逸散。生产管理不良,也可造成大气污染。
  危险特性:本品不会燃烧,但可助燃。一般可燃物大都能在氯气中燃烧,一般易燃气体或蒸气也都能与氯气形成爆炸性混合物。氯气能与许多化学品如乙炔松节油乙醚、燃料气、烃类、氢气金属粉末等猛烈反应发生爆炸或生成爆炸性物质。它几乎对金属和非金属都有腐蚀作用。
  燃烧(分解)产物氯化氢

监测方法

·现场应急监测方法

  ①便携式气体检测仪器:定电位电解式 
  ②常用快速化学分析方法:萤光黄检测管法、联苯胺指示纸法《突发性环境污染事故应急监测与处理处置技术》万本太主编

·实验室监测方法

  甲基橙分光光度法(HJ/T30-1999,废气)

环境标准

中国(TJ36-79)  车间空气中有害物质的最高容许浓度   1mg/m3      
中国(TJ36-79)     居住区大气中有害物质的最高容许浓度   0.10mg/m3(一次值)
0.03mg/m3(日均值)   
中国(GB16297-1996)   大气污染物综合排放标准   
①最高允许排放浓度(mg/m3):
65(表2);8(表1)
②最高允许排放速率(kg/h):
二级0.52~15(表2);0.60~18(表1)
三级0.78~23(表2);0.90~28(表1)
③无组织排放监控浓度限值(mg/m3):
0.40(表2);0.50(表1)  

应急处理、处置方法

·泄漏应急处理

  迅速撤离泄漏污染区人员至上风处,并立即进行隔离,小泄漏时隔离150米,大泄漏时隔离450米,严格限制出入。建议应急处理人员戴自给正压式呼吸器,穿防毒服。尽可能切断泄漏源。合理通风,加速扩散。喷雾状水稀释、溶解。构筑围堤或挖坑收容产生的大量废水。如有可能,用管道将泄漏物导至还原剂(酸式硫酸钠或酸式碳酸钠)溶液。也可以将漏气钢瓶浸入石灰乳液中。漏气容器要妥善处理,修复、检验后再用。
  废弃物处置方法:建议把废气通入过量的还原性溶液中(亚硫酸氢盐、亚铁盐、硫代亚硫酸钠溶液),中和后用水冲支下水道。废水中的氯气和氯化铝电解中氯气回收。

·防护措施

  呼吸系统防护:空气中浓度超标时,建议佩戴空气呼吸器或氧气呼吸器。紧急事态抢救或撤离时,必须佩戴氧气呼吸器。
  眼睛防护:呼吸系统防护中已作防护。
  身体防护:穿带面罩式胶布防毒衣。
  手防护:戴橡胶手套。
  其它:工作现场禁止吸烟、进食和饮水。工作毕,淋浴更衣。保持良好的卫生习惯。进入罐、限制性空间或其它高浓度区作业,须有人监护。

·急救措施

  皮肤接触:立即脱去被污染的衣着,用大量清水冲洗。就医。
  眼睛接触:提起眼睑,用流动清水或生理盐水冲洗。
  吸入:迅速脱离现场至空气新鲜处。呼吸心跳停止时,立即进行人工呼吸和胸外心脏按压术。就医。
  灭火方法:本品不燃。消防人员必须佩戴过滤式防毒面具(全面罩)或隔离式呼吸器、穿全身防火防毒服,在上风处灭火。切断气源。喷水冷却容器,可能的话将容器从火场移至空旷处。灭火剂:雾状水、泡沫、干粉。

相关研究

  氯原子涂层可大幅提高OLED效率
  http://www.edu.cn 2011-04-18 来源:科技日报
    氯是自然界中广泛存在的一种化学元素,可用于对自来水消毒、制备盐酸、农药、塑料等,在工农业生产中应用极为广泛。加拿大的一组研究人员日前发现,在传统OLED(有机发光二极管)的电极材料上涂上一层氯原子涂层,不但可提高OLED的发光效率,还能大幅简化生产工序,降低生产成本,将加速OLED在主流平板显示和其他发光技术上的应用。相关论文4月14日发表在《科学》杂志网站上。
  据负责该项研究的加拿大多伦多大学迈克尔·赫兰德和王治斌(音译)介绍,这项技术的应用极为简便,只需在现有标准工业化OLED的电极材料氧化铟锡(ITO,也称掺锡氧化铟)上增加一层一个原子厚的氯元素涂层即可。新技术不但能够提高传统OLED的电气性能,还能省去在传统OLED上大量应用的多种昂贵涂层。
  赫兰德表示,在氧化铟锡上涂上一层一个原子厚的氯并非难事,他们已经开发出了一种通过紫外线辅助加氯的技术,可以免去使用氯气过程,从而使整个生产过程更为安全可靠。
  据研究人员介绍,长期以来OLED都以高效闻名,但在提高亮度的情况下其效能就会出现显著的快速下降。为了对新型OLED的发光效能进行验证,研究人员将这种Cl-OLED与传统的OLED进行了对比测试。结果发现,具有氯原子涂层的OLED在提高亮度后可以避免效能下降,在发光亮度非常高的情况下,工作效率可提高一倍多。
  加拿大多伦多大学材料与工程学系教授吕正红称,除提高发光效能外,新技术完全免去了在传统OLED制造中所使用的昂贵涂层,减少了生产步骤和设备以及生产线的安装调试成本。这有效地降低了OLED的生产成本,也为相关设备的大规模生产铺平了道路。他相信,在这项技术的支持下,OLED显示及照明设备将日渐普及,市场占有率也将逐步提高。