Cloro
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Generalità | |||||||||
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Nome, simbolo, numero atomico | cloro, Cl, 17 | ||||||||
serie chimica | alogeni | ||||||||
Gruppo, Periodo, Blocco | 17 (VIIA), 3, p | ||||||||
Densità, Durezza | 3,214 kg/m3 a 273 K, NA | ||||||||
Aspetto | verde giallastro |
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Proprietà atomiche | |||||||||
Peso atomico | 35,453 amu | ||||||||
Raggio atomico (calc.) | 100 pm (79) pm | ||||||||
Raggio covalente | 99 pm | ||||||||
Raggio di van der Waals | 175 pm | ||||||||
Configurazione elettronica | [Ne]3s2 3p5 | ||||||||
e- per livello energetico | 2, 8,7 | ||||||||
Stati di ossidazione | ±1,3,5,7 (acido forte) | ||||||||
Struttura cristallina | ortorombico | ||||||||
Proprietà fisiche | |||||||||
Stato fisico | gas (non magnetico) | ||||||||
Punto di fusione | 171,6 K (-101,55°C) | ||||||||
Punto di ebollizione | 239,11 K (-34,1°C) | ||||||||
Volume molare | 17,39 × 10-6 m3/mol | ||||||||
Calore di vaporizzazione | 10,2 kJ/mol | ||||||||
Calore di fusione | 3,203 kJ/mol | ||||||||
pressione di vapore | 1300 Pa | ||||||||
Velocità del suono | no data | ||||||||
Varie | |||||||||
Elettronegatività | 3,16 (scala di Pauling) | ||||||||
Calore specifico | 480 J/(kg*K) | ||||||||
Conducibilità elettrica | no data | ||||||||
Conducibilità termica | 0,0089 W/(m*K) | ||||||||
Energia di prima ionizzazione | 1251,2 kJ/mol | ||||||||
Energia di seconda ionizzazione | 2298 kJ/mol | ||||||||
Energia di terza ionizzazione | 3822 kJ/mol | ||||||||
Energia di quarta ionizzazione | 5158,6 kJ/mol | ||||||||
Energia di quinta ionizzazione | 6542 kJ/mol | ||||||||
Energia di sesta ionizzazione | 9362 kJ/mol | ||||||||
Energia di settima ionizzazione | 11018 kJ/mol | ||||||||
Energia di ottava ionizzazione | 33604 kJ/mol | ||||||||
Nono potenziale di ionizzazione | 38600 kJ/mol | ||||||||
Decimo potenziale di ionizzazione | 43961 kJ/mol | ||||||||
Isotopi stabili | |||||||||
iso | NA | TD | DM | DE | DP | ||||
35Cl | 75,77% | Cl è stabile con 18 neutroni | |||||||
36Cl | sintetico | 301.000 anni | β- ε |
0,709 1,142 |
36Ar 36S |
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37Cl | 24,23% | Cl è stabile con 20 neutroni | |||||||
iso = isotopo |
Il cloro (dal greco chloros, "verde pallido"), è l'elemento chimico della tavola periodica con numero atomico 17 e simbolo Cl. È un alogeno, situato nel gruppo 17 della tavola periodica. Il gas cloro è verde giallastro, due volte e mezzo più pesante dell'aria, ha un odore soffocante estremamente sgradevole ed è molto velenoso. È un potente agente ossidante, sbiancante disinfettante. È un componente del comune sale da cucina e di molti altri composti, e molto abbondante in natura e necessario a quasi tutte le forme di vita, compreso l'organismo umano.
Indice |
[modifica] Applicazioni
Il cloro è un importante agente chimico utilizzato nella depurazione dell'acqua, nei disinfettanti, come sbiancante; è stato fra le prime armi chimiche impiegate su vasta scala, in forma gassosa. Si usa inoltre nella fabbricazione di molti oggetti di uso quotidiano, come carta, antisettici, tinture, alimenti, insetticidi, vernici, prodotti petroliferi, plastica, medicinali, tessuti, solventi. Si usa come battericida (acido ipocloroso) nell'acqua potabile e nelle piscine. Anche piccoli depositi d'acqua potabile sono abitualmente trattati con questo composto.
La chimica organica usa estesamente questo elemento come ossidante e per sostituire atomi di idrogeno nelle molecole, come nella produzione della gomma sintetica; il cloro infatti conferisce spesso molte proprietà utili ai composti organici con cui viene combinato. Altri usi sono la produzione di clorati, cloroformio, tetracloruro di carbonio e nell'estrazione del bromo.
[modifica] Storia
Il cloro fu scoperto nel 1774 da Carl Wilhelm Scheele, che erroneamente però lo ritenne un composto dell'ossigeno. Fu battezzato cloro come elemento chimico nel 1810 da Humphry Davy, che lo riconobbe finalmente come tale.
[modifica] Abbondanza
In natura il cloro si trova soltanto combinato sotto forma di ione cloruro. I cloruri costituiscono la gran parte di tutti i sali sciolti nei mari e negli oceani della Terra; in effetti, l'1,9% della massa di tutti gli oceani è dovuta agli ioni cloruro. Concentrazioni ancora più alte di cloruro si trovano nel Mar Morto e in depositi sotterranei.
La gran parte dei cloruri è solubile in acqua, perciò i cloruri allo stato solido si trovano soltanto nelle regioni più aride o in giacimenti sotterranei profondi. Minerali comuni di cloro sono la halite (cloruro di sodio), silvite (cloruro di potassio) e la carnallite (cloruro esaidrato di potassio e magnesio).
Industrialmente, il cloro elementale è prodotto solitamente per elettrolisi di cloruro di sodio sciolto in acqua. Insieme al cloro, il processo genera anche idrogeno e idrossido di sodio, secondo l'equazione chimica
[modifica] Composti
I composti utili o utilizzati del cloro sono tantissimi: le famiglie più usate sono i cloruri, gli ipocloriti, i clorati, i perclorati e le cloramine.
[modifica] Isotopi
La massa atomica del cloro è 35,4527. I due principali isotopi stabili del cloro, 35Cl (75.77%) e 37Cl (24.23%), si trovano rispettivamente nella proporzione 3:1 e conferiscono al cloro un apparente peso atomico di 35,5. Il cloro ha 9 isotopi con numeri di massa che variano da 32 a 40. È presente un isotopo radioattivo, il 36Cl.
Nuclide | Abbondanza | Massa | Spin | Emivita | Decadimento |
32Cl | - | 31.9857 | 1 | 298ms | ε |
33Cl | - | 32.9775 | 3/2 | 2.51s | ε |
34Cl | - | 33.9738 | 0 | 1.53s | ε |
35Cl | 75.77 | 34.9689 | 3/2 | - | - |
36Cl | - | 35.9683 | 2 | 301000y | β- |
37Cl | 24.23 | 36.9659 | 3/2 | - | - |
38Cl | - | 37.9680 | 2 | 37.2m | β- |
39Cl | - | 38.9680 | 3/2 | 55.6m | β- |
40Cl | - | 39.9704 | 2 | 1.38m | β- |
41Cl | - | 40.9707 | n.m. | 34s | β- |
42Cl | - | 41.9732 | n.m. | 6.8s | β- |
43Cl | - | 42.9742 | n.m. | 3.3s | β- |
Sono solo tre gli isotopi del cloro che si trovano in natura: gli stabili 35Cl (75,77%) e 37Cl (24,23%) ed il radioattivo 36Cl, che rappresenta circa il 7×10-15% del cloro totale. Nell'atmosfera, 36Cl viene prodotto per reazione tra 36Ar ed i raggi cosmici; a livello del suolo il 36Cl è invece prodotto per cattura neutronica dal 35Cl o per cattura muonica dal 40Ca. 36Cl decade in 36S e 36Ar con una emivita di circa 308.000 anni. Una così lunga emivita rende questo isotopo utile per la datazione geologica di reperti di età compresa tra i 60.000 anni ed il milione di anni. Grandi quantità di 36Cl si sono inoltre formate per irraggiamento della acque marine durante le esplosioni nucleari condotte in atmosfera negli anni tra il 1952 ed il 1958. Il 36Cl permane nell'atmosfera per circa una settimana, quindi il tenore di 36Cl nei suoli e nelle acque è utile per datare reperti recenti - fino a 50 anni. 36Cl trova uso anche in altre applicazioni, quali la datazione di ghiacci e sedimenti.
[modifica] Precauzioni
Il cloro irrita il sistema respiratorio, soprattutto in bambini e anziani. Allo stato gassoso irrita le mucose, e allo stato liquido provoca ustioni cutanee. L'odore di cloro viene avvertito a concentrazioni di 3.5 ppm, ma la concentrazione letale è di circa 1000 ppm o più (il cloro fu per questo impiegato nella prima guerra mondiale come arma chimica). L'esposizione a questo gas non dovrebbe quindi superare concentrazioni di 0.5 ppm (TLV-TWA, tempo medio di 8 ore per 40 ore settimanali).
L'esposizione acuta ad alte (ma non letali) concentrazioni di cloro può dare luogo a edema polmonare, una condizione molto dolorosa. Una esposizione cronica a bassi livelli di cloro indebolisce i polmoni, rendendoli vulnerabili ad altre malattie.
In ambiente domestico, il cloro si sviluppa quando la candeggina viene miscelata con l'acido muriatico. Per contatto tra candeggina ed urina (urea), ammoniaca o altri prodotti sbiancanti possono svilupparsi vapori tossici contenenti gas cloro o tricloruro di azoto.
Vedi anche: Clorofluorocarburi (CFC)
[modifica] Produzione industriale
Il cloro viene prodotto per elettrolisi di soluzioni di cloruro di sodio, dette anche salamoie. A livello industriale l'elettrolisi viene condotta principalmente secondo tre processi.
[modifica] Cella a mercurio
Si tratta del primo metodo usato per la produzione industriale. La cella elettrolitica consiste di un anodo di titanio ed un catodo di mercurio. All'anodo si sviluppa cloro gassoso; al catodo il sodio forma un amalgama con il mercurio: l'amalgama viene poi trattato con acqua per rigenerare il mercurio e convertire il sodio metallico in idrossido di sodio e idrogeno gassoso. A causa del generale abbandono (o addirittura proibizione d'uso) del mercurio, le ultime celle a mercurio sono state dismesse all'inizio degli anni 2000.
[modifica] Cella a diaframma
Un setto di amianto è posto sul catodo, costituito da una griglia di ferro. In questo modo, il cloro che viene a formarsi viene tenuto separato dal resto della salamoia, che si arricchisce di idrossido di sodio.
È un processo più conveniente del precedente, anche se l'idrossido di sodio che si ottiene è diluito. Inoltre ha un elevato contenuto residuo di cloruro di sodio, che costringe ad un costoso trattamento per la separazione via evaporativa. È considerata una tecnologia obsoleta, anche a causa della cessazione dell'impiego dell'amianto, che peraltro viene sostituito da altri materiali fibrosi.
[modifica] Cella a membrana
La cella elettrolitica è divisa in due sezioni da una membrana semipermeabile agli ioni cloruro; nella sezione dell'anodo si trova la salamoia, in quella del catodo acqua distillata.
L'efficienza energetica è simile a quella delle celle a diaframma, col vantaggio di ottenere idrossido di sodio di elevata purezza.
[modifica] Riferimenti
[modifica] Collegamenti esterni
La tavola periodica degli elementi
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