گاز کلر (Cl₂): از استخر تا تصفیه‌خانه
کلر چیست و چه ویژگی‌هایی دارد؟
کلر یک عنصر شیمیایی با نماد Cl و عدد اتمی 17 در جدول تناوبی است. اما این عنصر در طبیعت به صورت یک گاز دو اتمی با فرمول Cl₂ یافت می‌شود. این گاز برای اولین بار در سال ۱۷۷۴ توسط شیمیدانی سوئدی به نام کارل ویلهلم شیله کشف شد.
ویژگی‌های فیزیکی کلر باعث می‌شود به راحتی قابل شناسایی باشد:
- رنگ: زرد مایل به سبز
- بو: بوی تند و خفه‌کننده‌ای شبیه به وایتکس دارد.
- چگالی: از هوا سنگین‌تر است، به همین دلیل در صورت نشت، نزدیک به زمین پخش می‌شود.
- حالت فیزیکی: در دمای اتاق به صورت گاز است، اما به راحتی تحت فشار و سرما به مایعی زردرنگ تبدیل می‌شود.
اما مهم‌تر از ویژگی‌های فیزیکی، ویژگی‌های شیمیایی کلر است که آن را هم مفید و هم خطرناک می‌کند. کلر یک عامل اکسیدکننده بسیار قوی است. این یعنی تمایل زیادی برای گرفتن الکترون از سایر مواد دارد. این خاصیت باعث می‌شود کلر با بسیاری از مواد دیگر واکنش دهد و ترکیبات جدیدی بسازد. برای مثال، وقتی کلر با سدیم واکنش می‌دهد، ترکیب یونی و بسیار پایدار نمک خوراکی (NaCl) را تشکیل می‌دهد. این واکنش را می‌توان به صورت زیر نشان داد:
همین خاصیت اکسیدکنندگی قوی است که به کلر توانایی از بین بردن باکتری‌ها، ویروس‌ها و سایر میکروارگانیسم‌های بیماری‌زا را می‌دهد و آن را به یک ضدعفونی‌کننده عالی تبدیل می‌کند.
کلر چگونه تولید می‌شود؟
عمده کلر در جهان به روش الکترولیز تولید می‌شود. الکترولیز به معنای تجزیه یک ماده با استفاده از جریان برق است. ماده اولیه برای این کار، آب دریا یا محلول غلیظ نمک طعام (سدیم کلرید) است که به آن آب نمک یا Brine می‌گویند.
در این فرآیند، جریان برق مستقیم از داخل محلول آب نمک عبور داده می‌شود. این کار باعث می‌شود مولکول‌های نمک و آب تجزیه شوند. محصولات اصلی این واکنش سه ماده هستند:
- گاز کلر (Cl₂): در قطب مثبت (آند) تولید می‌شود.
- گاز هیدروژن (H₂): در قطب منفی (کاتد) تولید می‌شود.
- سود سوزآور (NaOH): که در محلول باقی می‌ماند.
معادله کلی این واکنش شیمیایی مهم به صورت زیر است:
جالب است بدانید که هر سه محصول این فرآیند (کلر، هیدروژن و سود سوزآور) در صنایع مختلف بسیار پرکاربرد و ارزشمند هستند.
کاربردهای شگفت‌انگیز کلر در زندگی روزمره
شاید فکر کنید کلر فقط برای ضدعفونی کردن استخرها به کار می‌رود، اما این گاز و ترکیبات آن آنقدر در زندگی ما نقش دارند که اگر نباشند، زندگی مدرن به کلی متوقف می‌شود! حدود 85\% از داروها و 95\% از محصولات کشاورزی به نوعی وابسته به کلر هستند.
| حوزه کاربرد | توضیح و مثال |
|---|---|
| ضدعفونی و بهداشت | ضدعفونی کردن آب آشامیدنی شهرها (از بین بردن میکروب‌های خطرناکی مثل وبا و حصبه)، گندزدایی استخرهای شنا، تولید مواد ضدعفونی‌کننده خانگی مانند وایتکس (سدیم هیپوکلریت). |
| پزشکی و داروسازی | تولید بسیاری از داروها از جمله مسکن‌ها، آنتی‌هیستامین‌ها و آنتی‌بیوتیک‌ها. ضدعفونی کردن وسایل و محیط‌های پزشکی. |
| صنایع و کشاورزی | تولید PVC1 (برای ساخت لوله، کفپوش، پنجره)، حلال‌ها، رنگ‌ها، تولید کاغذ (سفید کردن خمیر کاغذ). همچنین در تولید آفت‌کش‌ها برای محافظت از محصولات کشاورزی. |
| محصولات روزمره | در ساخت صفحه نمایش گوشی‌های هوشمند و تلویزیون، قطعات خودرو، لباس‌های ورزشی، بسته‌بندی مواد غذایی و حتی فیلترهای تصفیه آب خانگی به کار می‌رود. |
مثال عینی: دفعه بعد که شیر آب خانه را باز کردید و یک لیوان آب زلال نوشیدید، بدانید که احتمالاً کلر باعث شده است که این آب سالم و عاری از میکروب‌های خطرناک باشد. یا وقتی در استخر شنا می‌کنید، وجود کلر است که از انتشار بیماری‌های پوستی و عفونی بین شناگران جلوگیری می‌کند.
خطرات و نکات ایمنی بسیار مهم
با وجود تمام فواید کلر، این گاز می‌تواند بسیار خطرناک باشد. استنشاق حتی مقدار کمی گاز کلر می‌تواند به دستگاه تنفسی آسیب جدی بزند زیرا با رطوبت درون ریه واکنش داده و اسید تولید می‌کند.
علائم مسمومیت با کلر:
- سرفه، خس خس سینه و تنگی نفس
- سوزش و آبریزش چشم و بینی
- درد قفسه سینه
- تهوع و استفراغ
نکات ایمنی برای استفاده از مواد bleach (وایتکس):
در صنایع بزرگ، کلر در مخازن مخصوص و تحت فشار نگهداری می‌شود و پرسنل از تجهیزات حفاظت فردی کامل مانند ماسک‌های گاز و دستکش‌های مقاوم استفاده می‌کنند.
اشتباهات رایج و پرسش‌های مهم
پاورقی
1PVC (Polyvinyl Chloride): پلی‌وینیل کلراید، یک نوع پلاستیک بسیار پرکاربرد و همه‌جانبه که از ترکیب کلر با نفت خام تولید می‌شود. از آن برای ساخت لوله‌های آب، کابل‌های برق، کفپوش، پنجره‌های UPVC و بسیاری از محصولات دیگر استفاده می‌شود.
2Brine: آب نمک یا محلول غلیظ نمک (سدیم کلرید) در آب که به عنوان ماده اولیه در فرآیند الکترولیز برای تولید کلر استفاده می‌شود.