維基百科,自由的百科全書
跳至導覽 跳至搜尋

氯   17Cl
氫(非金屬) 氦(惰性氣體)
鋰(鹼金屬) 鈹(鹼土金屬) 硼(類金屬) 碳(非金屬) 氮(非金屬) 氧(非金屬) 氟(鹵素) 氖(惰性氣體)
鈉(鹼金屬) 鎂(鹼土金屬) 鋁(貧金屬) 矽(類金屬) 磷(非金屬) 硫(非金屬) 氯(鹵素) 氬(惰性氣體)
鉀(鹼金屬) 鈣(鹼土金屬) 鈧(過渡金屬) 鈦(過渡金屬) 釩(過渡金屬) 鉻(過渡金屬) 錳(過渡金屬) 鐵(過渡金屬) 鈷(過渡金屬) 鎳(過渡金屬) 銅(過渡金屬) 鋅(過渡金屬) 鎵(貧金屬) 鍺(類金屬) 砷(類金屬) 硒(非金屬) 溴(鹵素) 氪(惰性氣體)
銣(鹼金屬) 鍶(鹼土金屬) 釔(過渡金屬) 鋯(過渡金屬) 鈮(過渡金屬) 鉬(過渡金屬) 鎝(過渡金屬) 釕(過渡金屬) 銠(過渡金屬) 鈀(過渡金屬) 銀(過渡金屬) 鎘(過渡金屬) 銦(貧金屬) 錫(貧金屬) 銻(類金屬) 碲(類金屬) 碘(鹵素) 氙(惰性氣體)
銫(鹼金屬) 鋇(鹼土金屬) 鑭(鑭系元素) 鈰(鑭系元素) 鐠(鑭系元素) 釹(鑭系元素) 鉕(鑭系元素) 釤(鑭系元素) 銪(鑭系元素) 釓(鑭系元素) 鋱(鑭系元素) 鏑(鑭系元素) 鈥(鑭系元素) 鉺(鑭系元素) 銩(鑭系元素) 鐿(鑭系元素) 鎦(鑭系元素) 鉿(過渡金屬) 鉭(過渡金屬) 鎢(過渡金屬) 錸(過渡金屬) 鋨(過渡金屬) 銥(過渡金屬) 鉑(過渡金屬) 金(過渡金屬) 汞(過渡金屬) 鉈(貧金屬) 鉛(貧金屬) 鉍(貧金屬) 釙(貧金屬) 砈(類金屬) 氡(惰性氣體)
鍅(鹼金屬) 鐳(鹼土金屬) 錒(錒系元素) 釷(錒系元素) 鏷(錒系元素) 鈾(錒系元素) 錼(錒系元素) 鈽(錒系元素) 鋂(錒系元素) 鋦(錒系元素) 鉳(錒系元素) 鉲(錒系元素) 鑀(錒系元素) 鐨(錒系元素) 鍆(錒系元素) 鍩(錒系元素) 鐒(錒系元素) 鑪(過渡金屬) 𨧀(過渡金屬) 𨭎(過渡金屬) 𨨏(過渡金屬) 𨭆(過渡金屬) 䥑(預測為過渡金屬) 鐽(預測為過渡金屬) 錀(預測為過渡金屬) 鎶(過渡金屬) 鉨(預測為貧金屬) 鈇(貧金屬) 鏌(預測為貧金屬) 鉝(預測為貧金屬) 鿬(預測為鹵素) 鿫(預測為惰性氣體)




外觀
概況
名稱·符號·序數氯(Chlorine)·Cl·17
元素類別鹵素
·週期·17 ·3·p
標準原子質量35.45(1)
電子排布[] 3s2 3p5
2, 8, 7
氯的電子層(2, 8, 7)
歷史
發現卡爾·威廉·舍勒(1774年)
分離卡爾·威廉·舍勒(1774年)
物理性質
物態氣態
密度(0 °C, 101.325 kPa
3.2 g/L
沸點時液體密度1.5625 g·cm−3
熔點171.6 K,-101.5 °C,-150.7 °F
沸點239.11 K,-34.04 °C,-29.27 °F
臨界點416.9 K,7.991 MPa
熔化熱(Cl2) 6.406 kJ·mol−1
汽化熱(Cl2) 20.41 kJ·mol−1
比熱容(Cl2)
33.949 J·mol−1·K−1
蒸氣壓
壓/Pa 1 10 100 1 k 10 k 100 k
溫/K 128 139 153 170 197 239
原子性質
氧化態7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, -1
(強酸性
電負性3.16(鮑林標度)
電離能第一:1251.2 kJ·mol−1

第二:2298 kJ·mol−1
第三:3822 kJ·mol−1

更多
共價半徑102±4 pm
范德華半徑175 pm
雜項
晶體結構正交
磁序抗磁性
電阻率(20 °C)> 10  Ω·m
熱導率8.9×10-3  W·m−1·K−1
聲速(氯氣, 0 °C) 206 m·s−1
CAS號7782-50-5
最穩定同位素
主條目:氯的同位素
同位素 豐度 半衰期 (t1/2) 衰變
方式 能量MeV 產物
35Cl 75.77% 穩定,帶18個中子
36Cl 痕量 3.01×105 y β 0.709 36Ar
ε - 36S
37Cl 24.23% 穩定,帶20個中子

氯(Chlorine)是一種鹵族化學元素,化學符號為Cl,原子序數為17。第二輕的鹵素,在週期表裡出現在之間、它的性質是在他們中間體之間。 氯在室溫呈現是黃綠色氣體,有劇毒。它在元素裡是反應性極強的元素和強氧化劑,在所有元素中,氯擁有最高的電子親和力並且是鮑林電負度中第三高陰電性的元素,僅次於氧和氟。

從遠古時期,人們就知道最常見含氯的化合物氯化鈉莫屬(俗稱鹽)。在1630年,氯氣在一個化學反應中第一次被合成出來,但並不被認為是一個基本重要的物質。卡爾·威廉·舍勒在1774年寫了一個關於氯氣描述,推測它是新元素的氧化物。在1809年,化學學家認為這氣體是純的元素,漢弗里·戴維在1810年為它以本身顏色(古希臘文:χλωρός、羅馬文:khlôros)「淡綠色」命名。

因為它的高度反應性,在地殼中所有的氯皆以氯離子化合物形式存在,包含食鹽。這是含量第二多的鹵素(在元素之後)也是地殼中含量排名第二十一多的元素。這些地殼中氯沉積物與海水中氯化物含量相比則相形見絀。

商業生產的氯是從電解食鹽水中而得。家用漂白水消毒劑以及工業用的一些化學試劑的開發乃是得利於氯的高氧化電位性質。氯廣泛運用在製造消費者產品、三分之二的有機化學品像是聚氯乙烯、許多塑膠製品的中間產物和其他沒有包含氯元素的終端產品。游泳池都是使用含氯化合物以維持水池乾淨和衛生。氯元素在高濃度的情況下對生物體來說是極度危險和有毒的,第一世界大戰曾使用氯氣作為第一個化學戰劑。

各種生物都需要以氯離子形式存在的氯。其他形式的含氯化合物在生物體中則很少存在,人造的含氯化合物有些具有毒性、有些則無。在高層大氣,含氯有機分子像是氟氯碳化物造成臭氧層耗損的元兇。在是嗜中性球中,氧化氯成為次氯酸鹽過程中產生少量氯元素可作為生物體免疫對抗細菌的一部分。

名稱由來[編輯]

英文名稱chlorine來自於希臘文khlôrosχλωρóς',淡色)。19世紀70年代,中國化學家徐壽將其譯為綠氣。1933年,化學家鄭貞文在《化學命名原則》中把這個字改為了「氯」。[1]日文韓文中,因為氯是的主要成分之一而稱為「鹽素」(日本漢字現在寫作「塩素」)。

自然分布[編輯]

自然界中游離狀態的氯存在於大氣層中,是破壞臭氧層的單質之一。氯氣受紫外線分解成兩個氯原子(自由基)。大多數通常以氯化物(Cl-)的形式存在,常見的主要是氯化鈉食鹽,NaCl)。

同位素[編輯]

氯有兩個穩定的同位素氯35和氯37,這兩個同位素為氯在大自然中唯二存在的形式,其中同位素氯35佔了76%,而氯37則占了剩下的24%,這兩個同位素是由恆星經氧氣燃燒以及矽燃燒過程而形成,雖然核自旋幅度大於1/2會造成非球型核電荷分布,以及共振變廣而造成非零值核四極矩與四極性遲緩,但兩個同位素皆有核自旋3/2+,因此可用在核磁共振光譜,其他氯的同位素皆具放射性,且半衰期極短而無法存在自然界中,因此,最常用於實驗室的是氯36(半衰期為3.0×105年)和氯38(半衰期為37.2分鐘),氯36和氯38可藉由自然界中氯的中子活化而製成。

氯最穩定的放射性同位素為氯36,比氯35還輕的同位素主要的衰變模式是電子捕獲而變成硫的同位素,比氯37還重的同位素會經beta衰變形成氬的同位素,而氯36會衰變成穩定的硫36或氬36。作為宇宙源放射性同位素核種,氯36存在於自然界的量與穩定的氯同位素相比,比例約為7× 10−13–1× 10−12比1:它是由氬36接觸宇宙射線中的質子作用後散裂於大氣中而產生,在岩石圈的頂部,氯36主要是透過氯35的熱中子活化以及鉀39和鈣40的散裂所產生,在地底下的環境,鈣40會抓住緲子而產生氯36,此種方式對於產生氯36變得越來越重要。

元素特性[編輯]

氯是鹵素的第二個元素,在元素週期表中為第17族,因此它的特性與氟、溴和碘很相似,它的大部分特性介於氟與溴之間。氯的電子軌域組態為[Ne]3s23p5,在第三以及最外層軌域的電子有七個,其表現為七個價電子,如同所有的鹵素,氯也比完整的八隅體少了一個電子,因此為很強的氧化劑,會與許多元素反應以使它的外層軌域變得完整。對應於週期表的位置,氯的電負度介於氟與溴之間(氟:3.98、氯:3.16、溴:2.96、碘:2.66),活性比氟低,但比溴活躍,氯和氟相比為較弱的氧化劑,和溴相比則為較強的氧化劑,因為氯的原子半徑介於氟與溴之間,因此氯的許多原子特性延續了碘至溴的趨勢,例如第一游離能、電子親和力、X2的分子解離焓(X為氯、溴、碘)、離子半徑以及X和X之間的鍵長度。(氟因為較小所以較為特異)。

四個較穩定的鹵素皆受分子間凡得瓦爾力的吸引,且凡得瓦爾力的強度會隨著同核雙原子分子電子的數目而增加,因此氯的融點與沸點介於氟與溴之間,氯的融點為−101.0 °C且沸點為−34.0 °C,由於鹵素越往週期表下方分子量越高,氯的熔化熱和氣化熱也介於氟和溴之間,拜雙原子分子結構所賜,它們的氣化熱相當的低(造成較易揮發)。鹵素一族越往下顏色越深,氟是淡黃色氣體,氯是明顯的黃綠色,會有這樣的趨勢是因為鹵素越往週期表下方所吸收的可見光波長增加所致,當電子由最高佔有反鍵結πg分子軌域躍遷至最低反鍵結σu分子軌域時便會形成鹵素的顏色,例如:氯,這些顏色會在較低溫下退色,因此在−195 °C固態的氯是幾近無色的。

像固態的溴以及碘、固態的氯在斜方晶系的結晶為氯分子的層狀晶格,它的化學鍵距離是198 pm(相當接近氯氣化學鍵的距離199 pm)且在一層中氯分子與分子的距離為332 pm,而層與層之間的距離是382 pm(相較於氯的凡得瓦爾半徑為180 pm),這結構表示氯是很差的導電體,實際上氯的導電度也確實極低而無法測量。

化學性質[編輯]

單質由兩個氯原子構成,化學式為Cl2,最初由瑞典化學家卡爾·威廉·舍勒Carl Wilhelm Scheele)在用鹽酸處理軟錳礦時發現。氣態氯單質俗稱「氯氣」,液態氯單質俗稱「液氯」。

氯氣具有氧化性,可以和金屬及非金屬反應,如:

2 Na + Cl2 → 2 NaCl
Cu + Cl2 → CuCl2

它也能和有機物反應,如和苯發生取代反應:

C6H6 + Cl2 → C6H5Cl + HCl

化合物[編輯]

氯可以形成多種無機化合物,如氯化物次氯酸鹽亞氯酸鹽氯酸鹽高氯酸鹽等,也能形成眾多有機化合物,有機氯化合物包括各種氯代烴(如三氯甲烷氯苯等)、羧酸衍生物醯氯等。

用途[編輯]

氯可以作為一種較便宜的消毒劑,一般的自來水游泳池就常採用它來消毒。但由於氯氣的水溶性較差、毒性較大、會放出特殊氣味,且容易產生有致癌風險的三鹵甲烷有機氯化合物,故中國、美國等國常改用二氧化氯(ClO2)、氯胺臭氧等代替氯氣作為水的消毒劑。

除了用於消毒,氯氣也是一種重要的化工原料,用於製造鹽酸漂白粉、製造氯代烴。也可以用於製造多種農藥、製造氯仿有機溶劑。此外氯氣還廣泛用於造紙、紡織、有機合成、金屬冶煉等行業,也有作為化學武器的紀錄:氯氣彈在1915年由德國陸軍首次在軍事用途上使用,對比利時境內伊普雷的英法聯軍,使用此武器,造成重大傷亡及戰果。

氯離子[編輯]

氯離子的檢驗[編輯]

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入硝酸酸化的銀離子(如硝酸銀)(加入酸性硝酸銀(即硝酸銀和酸的混合物)可以排除其他離子(如碳酸根、亞硫酸根)干擾),銀離子和氯離子反應會生成氯化銀白色沉澱,反應式:

氯離子的生物角色[編輯]

氯離子為代謝作用很重要的物質,胃中鹽酸的生成和細胞幫浦的功能皆需要氯,飲食中主要的來源是餐桌上的鹽或氯化鈉,血液中過低或高濃度的氯為電解質失調的實例,在沒有其他異常的情況下很少發生低氯血症(太少的氯),它有時與換氣不足有關,它可能與長期呼吸酸中毒有關,高氯血症(太多的氯)通常沒有症狀,當有症狀也與高血鈉症很像(太多鈉),血中氯含量的減少會導致腦缺水,症狀通常起因於快速復水後的腦水腫,高氯血症會影響氧氣的運輸。

註釋[編輯]

  1. ^ 劉懷樂. 化学鉴源与略考. 化學教育. 1994, (04) [2013-02-25]. (原始內容存檔於2013-10-04). 

參考文獻[編輯]

  • Greenwood, Norman N; Earnshaw, Alan. Chemistry of the Elements 2. Oxford: Butterworth-Heinemann. 1997. ISBN 0-08-037941-9. 
  • Wiberg, Egon; Wiberg, Nils and Holleman, Arnold Frederick. Inorganic Chemistry. Academic Press. 2001. ISBN 0-12-352651-5. 

外部連結[編輯]