2.3: Klór: szerkezet, tulajdonságok; Klór fémmel, hidrogénnel és vízzel; Semmelweis Ignác és a fertőtlenítés; Hidrogén-klorid és sósav
Adattáblázat megtekintése
| Sorrend | Rész |
|---|---|
| 1 | Klór: szerkezet, tulajdonságok |
| 2 | Klór fémmel, hidrogénnel és vízzel |
| 3 | Semmelweis Ignác és a fertőtlenítés |
| 4 | Hidrogén-klorid és sósav |
2.3: Klór: szerkezet, tulajdonságok; Klór fémmel, hidrogénnel és vízzel; Semmelweis Ignác és a fertőtlenítés; Hidrogén-klorid és sósav
Adattáblázat megtekintése
| Sorrend | Rész |
|---|---|
| 1 | Klór: szerkezet, tulajdonságok |
| 2 | Klór fémmel, hidrogénnel és vízzel |
| 3 | Semmelweis Ignác és a fertőtlenítés |
| 4 | Hidrogén-klorid és sósav |
Klór: szerkezet, tulajdonságok
A klór rendszáma 17; elektronszerkezete 1s22s22p63s23p5. A harmadik, külső héján hét elektron van. Két klóratom egy közös elektronpárral egyszeres σ-kötést létesít: Cl–Cl. Mindkét atomon három nemkötő elektronpár marad. Az azonos atomok közötti kötés és a Cl2-molekula apoláris.
Standard körülmények között sárgászöld, szúrós szagú, mérgező gáz; a levegőnél nagyobb sűrűségű. Vízben korlátozottan oldódik és részben reagál is a vízzel; több apoláris oldószerben jobban oldódik. Szilárd állapotban molekularácsát diszperziós kölcsönhatás tartja össze. Az atomon belüli héjszerkezet, a molekulán belüli kovalens kötés és a molekulák közötti vonzás három külön szint.
A klór erős oxidálószer: a Cl2 elektronokat vesz fel, miközben kloridionná redukálódik. A kloridion nem sárgászöld klórgáz: például a tiszta nátrium-klorid vizes oldata színtelen.
A klór redukciós félreakciója
Cl2 + 2 e− → 2 Cl−
A klóratomok oxidációs száma 0-ról −1-re változik.
Klór fémmel, hidrogénnel és vízzel
A nátrium és a klór reakciójában fehér ionvegyület, NaCl keletkezik: a nátrium oxidálódik, a klór redukálódik. Hidrogénnel HCl képződik; a reakció megindításában fény vagy gyújtás játszhat szerepet. Mindkettő redoxireakció.
A klóros vízben a fizikai oldódás mellett egyensúlyi reakció történik. A Cl2 egyik klóratomja −1 oxidációs számú kloriddá, a másik a HClO +1 oxidációs számú klórjává alakul: ez diszproporcionálódás. A hipoklórossav és a vele egyensúlyban levő hipoklorition oxidáló hatása károsíthatja a szerves színezékeket és a mikroorganizmusok alkotóit. Ez magyarázza a fehérítést és fertőtlenítést; nem pusztán a savas kémhatás.
A nedves színes papír klór hatására kifakulhat. A nedvesség szükséges az aktív vizes közeg kialakulásához. Az elemi klór mérgező; a megfigyeléseket tanári bemutatóból vagy videóból értelmezzük.
A klór nátriummal konyhasót képez
2 Na + Cl2 → 2 NaCl
Hidrogénnel fény hatására vagy gyújtásra HCl képződik
H2 + Cl2 → 2 HCl
Vízben oldódás és egyensúlyi kémiai reakció is történik.
Cl2 + H2O ⇌ HCl + HClO
Előfordulás és felhasználás: tulajdonsággal indokolva
A reakcióképes elemi klór helyett a természetben főként kloridiont találunk: tengervízben, kősóban és más kloridásványokban. A Cl2 ipari nyersanyag, többek között PVC és más klórtartalmú vegyületek előállításához; nem pusztán fertőtlenítőszer.
Vízkezelésben és fehérítésben az oxidáló hatást használják. A termék szerepét az adott vegyülethez kapcsoljuk: a kloridiont tartalmazó étkezési só nem ugyanúgy viselkedik, mint a klórgáz vagy a hipoklorition. Egy elem jelenléte önmagában nem határozza meg a vegyület veszélyességét vagy felhasználását.
Semmelweis Ignác és a fertőtlenítés
Semmelweis Ignác 1847-ben a bécsi szülészeten klórmeszes kézmosást vezetett be. Megfigyelései a boncolás és betegvizsgálat közötti szennyeződésátvitelre irányították a figyelmét; az intézkedés után csökkent a gyermekágyi láz miatti halálozás. A fertőtlenítés eredményességét összehasonlító adatokkal támasztotta alá. Történeti forrás: Semmelweis Egyetem.
A kémiai kapcsolat a klórtartalmú fertőtlenítő oxidáló hatása. A klórmész kalciumtartalmú klórvegyületek keveréke; nem azonos a mai nátrium-hipoklorit-oldattal. A történeti eset a fertőzés átvitelének megszakítását mutatja, és nem mai kézfertőtlenítő recept.
Hidrogén-klorid és sósav
A HCl-molekula poláris, mert a klór erősebben vonzza a kötő elektronpárt. A tiszta hidrogén-klorid színtelen, szúrós szagú gáz; vízben nagyon jól oldódik. A vizes oldat neve sósav. A HCl-gázban molekulák vannak; a sósavban vízmolekulák, hidratált kloridionok és oxóniumionok jellemzők. A vizes oldat savas kémhatását az oxóniumionok adják.
Vízben protonátadás történik
HCl + H2O → H3O+ + Cl−
A sósavszökőkút működése: oldódás, nyomáscsökkenés és savas kémhatás
Ábra szöveges leírása
| Lépés | Magyarázat |
|---|---|
| Oldódás | A HCl nagy része kikerül a gázfázisból. |
| Nyomás | A belső gáznyomás csökken; a külső légnyomás mozgatja a vizet. |
| Indikátor | H3O+ képződik; a lakmusz pirosra változik. |
A fehér füst összetétele
NH3(g) + HCl(g) → NH4Cl(s)
Sav-bázis reakció: a HCl protont ad az NH3-nak. A fehér füst apró ammónium-klorid-részecskékből áll, nem vízgőz; nincs oxidációsszám-változás.
HCl: előállítás, előfordulás és felhasználás
Hidrogén-klorid hidrogén és klór egyesítésével, illetve egyes klórozási folyamatok melléktermékeként is képződhet. A gázt vízben elnyeletve sósavat kapunk. Laboratóriumi összefüggés: NaCl + H2SO4(tömény) → NaHSO4 + HCl; más hőmérsékleten és anyagaránnyal a végtermék szulfát is lehet. Ez nem a NaCl vízben való oldásának egyenlete.
Sósav savas közeg létrehozására, fém-oxidok eltávolítására és vegyipari folyamatokban használható; a gyomornedv savasságát is HCl-eredetű oxóniumionok adják. A gyomor élettani környezete különbözik a tömény vegyszeroldattól. HCl-gáz irritáló, sósav maró; a környezeti hatást az anyag és a kibocsátás koncentrációja alapján értelmezzük.
A sósav jellemző reakciói
Egy megfigyelésből mindig csak a lehetséges reakciót és az ahhoz szükséges körülményeket következtesd ki: a buborék lehet H2 vagy CO2, az anyagoktól függően.
Cinkkel hidrogén fejlődik
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2
Nátrium-hidroxiddal közömbösítés zajlik
HCl + NaOH → NaCl + H2O
Kalcium-karbonáttal szén-dioxid fejlődik
CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + CO2 + H2O
Bázisos fém-oxid oldódása sósavban
CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O
A fekete réz(II)-oxid oldódik, réz(II)-ionokat tartalmazó kékes/zöldes oldat keletkezik; a színt az oldat összetétele is befolyásolja. Cu: +2 → +2; sav-bázis reakció, nem redoxi.
Kidolgozott példa: Buborék, oldódás vagy fehér füst?
Feladat: Három külön megfigyelés: cink sósavban buborékol;
CuO sósavban oldódik;
NH3- és HCl-gáz találkozásánál fehér füst keletkezik.
Mi történik?
Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2.
Zn: 0 → +2;
H: +1 → 0.
A gázfejlődés redoxireakció;
az azonosításhoz a reagáló anyagokat is ismerni kell.
CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O.
Oxidációs szám nem változik, ezért a látványos oldódás sem teszi redoxivá a reakciót.
A rézfém a szokásos, nem oxidáló sósavból nem fejleszt hidrogént.
NH3 + HCl → NH4Cl.
A gáznemű reagensekből finom szilárd részecskék, fehér füst keletkezik.
Protonátadás történik, nem gázfejlődés.
Kősó és ionrács
A kősó fő alkotója a NaCl. Fehér, szagtalan, szilárd, vízben jól oldódó ionvegyület. Kristályában Na+ és Cl− ionok szabályos térbeli rendben helyezkednek el; nem önálló NaCl-molekulák alkotják. Az erős elektrosztatikus vonzás magas olvadáspontot eredményez. Oldódáskor a vízmolekulák hidratálják az ionokat. A kősó fontos nyersanyag a klór-alkáli elektrolízishez, valamint élelmiszeripari alapanyag. A túlzott útsózás növelheti a talaj és a vizek sóterhelését.
Kősó: előfordulás, oldódás és ionvezetés
A NaCl sótelepekben és oldott ionokként tengervízben is előfordul. Bányászattal vagy sóoldatok bepárlásával nyerhető. Kristályosításkor hidratált ionokból ionrács képződik; NaCl-molekulák nem épülnek fel.
A szilárd rács erős vonzásának felbontása energiát igényel. Oldódáskor hidratáció stabilizálja az elkülönült ionokat, és a rendezettség is változik. A víz oxigén felőli, részlegesen negatív oldala a Na+, hidrogén felőli, részlegesen pozitív oldala a Cl− felé fordul. A jó vízoldhatóság nem jelenti gyenge ionrács jelenlétét.
A szilárd NaCl nem vezet a szabadon vándorló ionok hiánya miatt; olvadéka és oldata vezethet. A klór-alkáli iparban nyersanyag, élelmiszerekben ízesítő és tartósító; útsózáskor a fagypontcsökkenést használják, de a sóterhelés növeli a talaj és vizek környezeti terhelését. Az egészségügyi szempontot a bevitt mennyiséggel kapcsoljuk össze.
Háztartási hipó és biztonság
A háztartási hipó fő oxidáló összetevője a nátrium-hipoklorit (NaClO) vizes oldatban. Fertőtlenítő és fehérítő hatása oxidációhoz kapcsolódik. Savas tisztítószerrel keverve mérgező klórgáz szabadulhat fel; ammóniás tisztítószerrel is veszélyes reakciók történhetnek. A vegyszereket ezért nem keverjük, és a használati előírást követjük. Az előírt töménység túllépése egészségügyi és környezeti terhelést okozhat.
A középszintű összefüggések egyben
Klór: hét vegyértékelektron, apoláris Cl2, szilárdan molekularács. Az elektronfelvétel magyarázza az oxidálást; vízzel HCl és HClO képződhet, ami a fertőtlenítéshez kapcsolódik.
Hidrogén-klorid: poláris, színtelen, szúrós szagú gáz; vizes oldata a sósav. A jó oldhatóság nyomáscsökkenést okozhat a szökőkútban. A vízzel való protonátadás és a sav reakciói egyenlettel is magyarázhatók.
Kősó: Na+ és Cl− ionrácsa; a szilárd rácsban nincs szabad ionvándorlás, oldatában és olvadékában van. Oldódáskor az ionok hidratálódnak.
Hipó: NaClO-tartalmú, lúgos, oxidáló vizes oldat. A fehérítés oxidáció; a savasítás klórgázt szabadíthat fel. Semmelweis klórmeszes kézmosásának jelentőségét a fertőzésátvitel megszakításával magyarázd.
Középszintű követelmények · 2.3
OH részletes követelmények, 19–22. oldal, 2.3
A klór vegyérték-elektronszerkezete, Cl2-molekulája, polaritása, rácstípusa, színe, szaga, halmazállapota és oldhatósága; oxidáló hatása és reakciói fémmel, hidrogénnel, vízzel. Kísérleti tapasztalatok magyarázata, klórfelhasználás és Semmelweis munkásságának kémiai jelentősége. HCl-molekula és sósav megkülönböztetése, a sósav reakciói, előfordulás, előállítás, felhasználás és környezeti hatások. A kősó ionrácsa, tulajdonságai, oldhatóságuk és olvadáspontjuk magyarázata, előfordulás és alkalmazás. A hipó összetétele, lúgos kémhatása, oxidáló hatása és háztartási veszélyei. A többi halogén részletes összehasonlítása és az ezüst-halogenidek a 2.3 pont emelt szintű többletei.
Középszintű érettségi mintafeladat
Saját gyakorlófeladat, 10 pont.
- A HCl-gázzal telt lombikhoz víz ér.
Magyarázd a beáramlást, és írd fel a vízzel való reakciót! (4 pont) - Sósavban fekete CuO oldódik, és réz(II)-ionokat tartalmazó oldat keletkezik.
Írd fel az egyenletet, és döntsd el, redoxireakció-e! (3 pont) - Mi a hipó aktív összetevője, kémhatása, és milyen gáz szabadulhat fel sósavval keverve? (3 pont)
Középszintű mintamegoldás és részletes pontozás
- A HCl-gázzal telt lombikhoz víz ér. Magyarázd a beáramlást, és írd fel a vízzel való reakciót! (4 pont)A HCl jól oldódik a vízben (1 pont);
a gázfázis anyagmennyisége és nyomása csökken (1 pont), ezért a külső légnyomás vizet nyom be (1 pont).
HCl + H2O → H3O+ + Cl− (1 pont). - Sósavban fekete CuO oldódik, és réz(II)-ionokat tartalmazó oldat keletkezik. Írd fel az egyenletet, és döntsd el, redoxireakció-e! (3 pont)CuO + 2 HCl → CuCl2 + H2O: helyes anyagok (1 pont), rendezés (1 pont).
Nem redoxireakció, mert Cu: +2 → +2, és a többi elem oxidációs száma sem változik (1 pont). - Mi a hipó aktív összetevője, kémhatása, és milyen gáz szabadulhat fel sósavval keverve? (3 pont)NaClO, nátrium-hipoklorit (1 pont);
lúgos (1 pont);
mérgező Cl2 fejlődhet (1 pont).
Összesen: 10 pont. A CuO oldódása és a Cu fém sósavval való viselkedése különböző feladat.