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Chlore (symbole chimique Cl, numéro atomique 17) est un non-métal qui appartient à un groupe d'éléments chimiques appelés halogènes. Aux températures et pressions ordinaires, le chlore pur est un gaz toxique très réactif avec une couleur jaune verdâtre et une odeur désagréable. Sa formule chimique est Cl2. Compte tenu de sa forte réactivité, l'élément libre ne se retrouve pas dans la nature.

En revanche, le chlorure (Cl), les ions sont abondants dans la nature et nécessaires à la plupart des formes de vie, y compris la vie humaine. Ils font partie de divers sels et se trouvent en solution dans les eaux naturelles. Le sel de table ou sel de table est le composé composé de chlorure de sodium (NaCl).

Le chlore, ses ions et ses composés sont largement utilisés dans la fabrication de nombreux produits, notamment le papier, l'eau de javel, les antiseptiques, les colorants, les pesticides, les peintures, les solvants, les plastiques, les médicaments et les textiles. L'approvisionnement en eau potable et les piscines sont généralement chlorés pour tuer les bactéries.

Occurrence

Comme indiqué ci-dessus, le chlore élémentaire ne se trouve pas dans la nature. Au contraire, le chlore se trouve principalement sous la forme de l'ion chlorure, un composant des sels déposés dans la terre ou dissous dans les océans. Environ 1,9% de la masse d'eau de mer est constituée d'ions chlorure. Des concentrations plus élevées de chlorure se trouvent dans la mer Morte et dans les dépôts souterrains de saumure.

Étant donné que la plupart des sels de chlorure sont solubles dans l'eau, l'abondance de minéraux contenant du chlorure est plus élevée dans les régions à climat sec et profondément souterrain, où les sels entrent rarement en contact avec l'eau. Les minéraux de chlorure communs incluent halite (chlorure de sodium), Sylvite (chlorure de potassium), et carnallite (chlorure de potassium magnésium hexahydraté).

Découverte

Le chlore a été découvert en 1774 par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele, qui a observé le gaz jaune verdâtre lors d'expériences avec de l'eau de mer. Il pensait à tort qu'il s'agissait d'un composé d'oxygène et d'acide chlorhydrique (HCl), et il l'a appelé acide marin déphlogistiqué. Il a utilisé le terme «déphlogistiqué» pour indiquer que le matériau ne pouvait pas brûler, et le terme «acide marin» était le nom de l'acide chlorhydrique. (Selon la "théorie du phlogiston" couramment utilisée à l'époque, le phlogiston était une substance invisible et en apesanteur libérée par la combustion de matériaux. Lorsqu'un matériau ne pouvait plus brûler, il était dit "déphlogistiqué".)

En 1810, les expériences de Sir Humphry Davy ont indiqué que ce gaz était un élément, pas un composé. Il l'a appelé chlore, du mot grec χλωρóς (chloros), ce qui signifie jaune verdâtre.

Caractéristiques notables

Dans le tableau périodique, le chlore se situe dans le groupe 17 (ancien groupe 7A), la famille des halogènes, entre le fluor et le brome. De plus, il se situe dans la troisième période, entre le soufre et l'argon. Le chlore gazeux est environ 2,5 fois plus dense que l'air.

Chlore élémentaire (Cl2) se combine facilement avec presque tous les autres éléments. Il n'est cependant pas aussi extrêmement réactif que le fluor. Il réagit avec divers métaux pour former des sels de chlorure, qui contiennent l'anion chlorure (Cl). Un exemple familier est le sel de table, ou chlorure de sodium, avec la formule chimique NaCl. Dans l'eau, le NaCl se dissout pour produire du Na+ et Cl des ions.

Le chlore forme également des composés dans lesquels il est lié par covalence à divers non-métaux. Par exemple, il est lié de manière covalente aux atomes de carbone dans de nombreux composés organiques. Dans des conditions appropriées, il se combine avec d'autres halogènes - fluor, brome et iode - pour former des composés «interhalogènes» tels que ClF, ClF3, ClF5, ClBr et ICl.

Un litre d'eau dissout 3,10 litres de chlore gazeux à dix ° C, mais la même quantité d'eau ne dissout que 1,77 litre de chlore gazeux à 30 ° C. Dans l'eau, il existe sous forme de mélange de chlore (Cl2), l'acide chlorhydrique (HCl) et l'acide hypochloreux (HOCl).

Isotopes

Le chlore a neuf isotopes, avec des nombres de masse atomique allant de 32 à 40. Parmi ceux-ci, les deux principaux isotopes stables sont 35Cl (75,77%) et 37Cl (24,23%). Comme les proportions relatives de ces deux isotopes sont respectivement de trois pour un, les atomes de chlore en vrac ont un poids atomique apparent de 35,5 unités de masse atomique.

L'environnement contient également des traces de l'isotope radioactif 36Cl. Il se désintègre en soufre-36 et en argon-36, avec une demi-vie combinée de 308 000 ans. En raison de sa demi-vie, de sa solubilité élevée dans l'eau et de sa nature non réactive, cet isotope convient à la datation géologique de l'ordre de 60 000 à un million d'années.

Sécurité

Le chlore est un gaz toxique qui irrite les systèmes respiratoires. Plus lourd (plus dense) que l'air, il a tendance à s'accumuler au fond des espaces mal ventilés. De plus, le chlore gazeux est un oxydant potentiel qui peut réagir avec des matières inflammables.

Production de chlore gazeux

Le chlore gazeux peut être produit par plusieurs méthodes. Trois méthodes industrielles impliquent l'électrolyse du chlorure de sodium (NaCl) dissous dans l'eau.

Électrolyse des cellules au mercure

La première méthode électrolytique de production de chlore à l'échelle industrielle impliquait l'utilisation d'une cellule à mercure. Du mercure liquide a formé la cathode, du titane a été utilisé pour un ensemble d'anodes et une solution de chlorure de sodium a été positionnée entre les électrodes. Lorsqu'un courant électrique était appliqué, du chlore était libéré aux anodes et le sodium dissous dans le mercure pour former un amalgame.

Le mercure a été régénéré à partir de l'amalgame en le faisant réagir avec de l'eau. La réaction a produit de l'hydrogène et de l'hydroxyde de sodium-deux sous-produits utiles. Cette méthode, cependant, a consommé de grandes quantités d'énergie, et elle a suscité des inquiétudes concernant les émissions de mercure.

Électrolyse des cellules à diaphragme

Dans cette méthode, l'électrolyse de la solution de chlorure de sodium est effectuée dans une cellule avec une cathode en grille de fer avec un diaphragme en amiante. Le diaphragme empêche le chlore (qui se forme à l'anode) et l'hydroxyde de sodium (qui se forme à la cathode) de se mélanger. Cette méthode évite l'utilisation de mercure et consomme moins d'énergie que la cellule à mercure. L'hydroxyde de sodium, cependant, n'est pas aussi facilement concentré et précipité en une substance utile.

Électrolyse cellulaire à membrane

La cellule électrolytique est divisée en deux par une membrane faisant office d'échangeur d'ions. Une solution saturée de chlorure de sodium passe dans le compartiment anodique, laissant à une concentration plus faible. La solution d'hydroxyde de sodium circule à travers le compartiment cathodique et sort à une concentration plus élevée. Le processus électrolytique génère du chlore dans le compartiment anodique et de l'hydrogène et de l'hydroxyde de sodium dans le compartiment cathodique. Une partie de la solution d'hydroxyde de sodium concentrée sortant de la cathode est détournée en tant que produit, tandis que le reste est dilué avec de l'eau désionisée et passé à nouveau dans l'électrolyseur.

L'équation chimique globale est:

2NaCl + 2H20 ---> Cl2 + H2 + 2 NaOH

Cette méthode est presque aussi efficace que la cellule à diaphragme et produit de l'hydroxyde de sodium très pur, mais elle nécessite une solution très pure de chlorure de sodium.

Autres méthodes

  • Avant l'utilisation de méthodes électrolytiques, le chlore était produit par le procédé Deacon, dans lequel le chlorure d'hydrogène était oxydé avec de l'oxygène ou de l'air, en présence de CuCl2 utilisé comme catalyseur. Dans ce cas, le mélange réactionnel est extrêmement corrosif et l'utilisation industrielle de cette méthode est difficile. La réaction est:
4HCl + O2 → 2Cl2 + 2H2O
  • Lorsque Carl Wilhelm Scheele a isolé le chlore dans un laboratoire, il a chauffé de la saumure avec de l'acide et du dioxyde de manganèse. La réaction peut s'écrire:
2NaCl + 2H2ALORS4 + MnO2 → Na2ALORS4 + MnSO4 + 2H2O + Cl2
  • De petites quantités de chlore gazeux peuvent être produites en laboratoire en ajoutant de l'acide chlorhydrique concentré à une solution de chlorate de sodium.

Composés

Le chlore forme une large gamme de composés avec des métaux et des non-métaux.

  • Sels: dans les sels à cations métalliques, le chlore peut prendre la forme de divers anions, dont le chlorure (Cl), chlorate (ClO3), chlorite (ClO2), hypochlorite (ClO) et le perchlorate (ClO4).
  • Fluorures: le chlore peut se combiner avec le fluor pour former du monofluorure de chlore (ClF), du trifluorure de chlore (ClF3) et le pentafluorure de chlore (ClF5).
  • Oxydes: le chlore forme des composés avec l'oxygène, y compris le dioxyde de chlore (ClO2), monoxyde de dichlore (Cl2O) et l'heptoxyde de dichlorine (Cl2O7).
  • Acides: Les acides contenant du chlore comprennent l'acide chlorhydrique (HCl), l'acide chlorique (HClO3) et d'acide perchlorique (HClO4).
  • Organochlorures: de nombreux composés organiques contiennent un ou plusieurs atomes de chlore. Ils comprennent des solvants tels que le tétrachlorure de carbone, des plastiques tels que le chlorure de polyvinyle (PVC) et des pesticides tels que le DDT (dichloro diphényl trichloroéthane).

Applications

Le chlore, ses ions et ses composés sont largement utilisés dans la fabrication de nombreux produits, notamment le papier, l'eau de javel, les antiseptiques, les colorants, les pesticides, les peintures, les solvants, les plastiques, les médicaments et les textiles. Certaines utilisations spécifiques sont mentionnées ci-dessous.

  • Le chlore gazeux, également appelé bertholite, a été utilisé pour la première fois comme arme chimique contre les humains pendant la Première Guerre mondiale. Le conglomérat chimique allemand IG Farben avait produit du chlore comme sous-produit de leur processus de fabrication de colorants. En coopération avec Fritz Haber de l'Institut Kaiser Wilhelm pour la chimie à Berlin, ils ont développé des méthodes de décharge de chlore gazeux contre l'ennemi retranché.
  • Sous forme d'acide hypochloreux (HOCl), le chlore est utilisé pour tuer les bactéries et autres microbes des sources d'eau potable et des piscines. Même les petits approvisionnements en eau sont désormais systématiquement chlorés. Cependant, le chlore persiste dans l'eau après le traitement et peut former des composés organochlorés. Certaines municipalités utilisent donc l'ozone pour tuer les bactéries dans les réserves d'eau.
  • Le chlore est largement utilisé comme agent oxydant dans les réactions chimiques.
  • Il est utilisé dans le processus d'extraction du brome de l'eau de mer.
  • Les atomes de chlore peuvent être substitués aux atomes d'hydrogène dans les composés organiques, générant ainsi des produits aux propriétés diverses. Des exemples sont le chloroforme, le tétrachlorure de carbone, le chlorure de polyvinyle et le caoutchouc synthétique.
  • Les ions chlorures ont des rôles physiologiques importants. Par exemple, dans le système nerveux central, l'action inhibitrice de la glycine et une partie de l'action du neurotransmetteur GABA (acide gamma-aminobutyrique) reposent sur l'entrée d'ions chlorure dans des neurones spécifiques. De plus, la protéine de transport biologique de l'échangeur chlorure-bicarbonate s'appuie sur l'ion chlorure pour augmenter la capacité du sang en dioxyde de carbone (sous la forme de l'ion bicarbonate).

Voir également

Les références

  • Los Alamos National Laboratory - Chlorine Récupéré le 20 février 2008.
  • WebElements.com - Chlorine Récupéré le 20 février 2008.
Numéros E
Couleurs (E100-199) • Conservateurs (E200-299) • Antioxydants et régulateurs d'acidité (E300-399) • Épaississants, stabilisants et émulsifiants (E400-499) • Régulateurs de pH et agents antiagglomérants (E500-599) • Rehausseurs de saveur (E600-699) • Divers (E900-999) • Produits chimiques supplémentaires (E1100-1599)

Cires (E900-909) • Emaux synthétiques (E910-919) • Agents améliorants (E920-929) • Gaz d'emballage (E930-949) • Édulcorants (E950-969) • Agents moussants (E990-999)

L-cystéine (E920) • L-cystine (E921) • Persulfate de potassium (E922) • Persulfate d'ammonium (E923) • Bromate de potassium (E924) • Chlore (E925) • Dioxyde de chlore (E926) • Azodicarbonamide (E927) • Carbamide (E927b) • Peroxyde de benzoyle (E928) • Peroxyde de calcium (E930)

Voir la vidéo: Estivage : l'analyse du pH et du Chlore 2 l Tutos Caron Piscines (Juillet 2020).

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