اولین و مهم ترین سوال که لازم است پاسخ داده شود این است که کلر چیست و در جدول عناصر شیمیایی چه جایگاهی دارد؟ کلر یکی از پرکاربردترین هالوژن های موجود در گروه IV جدول عناصر شیمیایی می باشد که با نام CL و عدد اتمی 17 شناخته شده است. عنصری با رنگ زرد مایل به سبز می باشد که بسیار فرار بوده و مهم ترین خاصیت آن، اکسید کنندگی بالا و توانایی از بین بردن باکتری، قارچ و ذرات آلوده کننده در آّب و فاضلاب می باشد. نوع خالص کلر به شکل گاز با رنگ سبز می باشد و نه تنها به منظور سفید کنندگی و ضدعفونی استفاده می گردد، بلکه بخش مهمی از مواد آلی در صنعت و تولید مواد شیمیایی و پلاستیکی را تشکیل می دهد.

یکی از اصلی ترین موارد مصرف کلر، تصفیه و گند زدایی آب می باشد که به دلیل تولید اسید هیپوکلرو HOCL در واکنش کلر با آب است. اسید هیپوکلرو یا کلر آزاد قدرت بسیار بالایی در حمله به میکروب ها و پاتوژن های موجود در آب داشته و به همین دلیل در کمترین زمان می تواند آنها را حذف نماید.

تاریخچه پیدایش کلر :

از دوران باستان رایج ترین ترکیب کلر، کلرید سدیم شناخته شده بود. باستان شناسان بر اساس شواهدی کشف کردند که در  ۳۰۰۰ سال قبل از میلاد از نمک سنگ و  در اوایل ۶۰۰۰ سال قبل از میلاد از آب نمک استفاده می کردند.

گاز کلر خالص اولین بار در سال ۱۷۷۴ توسط یک شیمیدان سوئدی به نام کارل شِیلِه کشف شد. کلر که از واژه یونانی χλωρος گرفته شده است و به معنی قهوه ای می باشد.  کارل شِیلِه در ابتدا تصورش بر این بود که کلر حاوی اکسیژن است، اما تصور او اشتباه بود. در سال ۱۸۱۰ هامفری دیوی، نام کلر را برای این ماده انتخاب کرد .

ایزوتوپ های کلر :

دو ایزوتوپ پایدار اصلی برای کلر با جرم ۳۵ و ۳۷ وجود دارد این تنها دو ایزوتوپ طبیعی آن است که که به نسبت‌های به ترتیب ۳:۱ یافت شده است .با ^۳۵ کلر ۷۶٪ کلر طبیعی و ^۳۷ کلر ۲۴٪ باقیمانده را تشکیل می دهد. هر دو در فرآیند های سوزاندن اکسیژن و سیلیکون در ستاره ها سنتز می شوند .

کلر دارای ۹ ایزوتوپ با عدد جرمی بین ۳۲ و ۴۰ می‌باشد . از میان این ایزوتوپ ها تنها سه عدد از این ایزوتوپ‌ها به‌صورت طبیعی یافت می‌شوند. کلر پایدار ۳۵، کلر ۳۷، کلر رادیواکتیو ۳۶ است.

 

نشانه شیمیایی کلر

کلر که گازی زرد رنگ متمایل به سبز می باشد، دارای نشانه شیمیایی cl بوده و عدد اتمی آن 17 می باشد. نام این عنصر شیمیایی از رنگ سبز آن گرفته شده (chloros) گفته شده و یکی از مهم ترین و اصلی ترین هالوژن هایی می باشد که از آن نمک تولید می گردد. این عنصر شیمیایی دارای 9 ایزوتوپ می باشد و تنها کلر با عدد جرمی 35، 37 و 36 پایدار بوده و مابقی ناپایدار هستند. دیگر نشانه شیمیایی کلر می توان به نقطه جوش -34 درجه سانتی گراد و جرم اتمی 35.453 گرم بر مول اشاره نمود.

روش تولید کلر چیست؟

نکته بسیار مهم برای پاسخ دادن به این سوال که روش تولید کلر چیست این است که این عنصر شیمیایی را می توان به صورت ترکیب با سایر عناصر در نمک طعام و ترکیبات با کلسیم مشاهده نمود. به همین دلیل، برای تولید انواع کلر لازم است با فرآیند الکترولیز محلول آب نمک، عمل جدا سازی کلر از سدیم را انجام داد. در حالت کلی به سه روش می توان الکترولیز را برای تولید کلر انجام داد که عبارتند از:

الکترولیز سلول جیوه که بیشتر برای تولید کلر در محیط های صنعتی با مقدار زیاد کاربرد دارد.

الکترولیز سلول دیافراگم که نسبت به الکترولیز لول جیوه نیاز به انرژی کمتری دارد.

ویژگی های کلر کدامند؟

کلر مانند سایر عناصر جدول تناوبی دارای ویژگی ها و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متعددی می باشد که در استفاده از انواع کلر لازم است به آن توجه گردد. مهم ترین و قابل توجه ترین ویژگی های انواع کلر عبارتند از:

کلر بسیار ناپایدار بوده و لازم است در ظروف و مخازن ویژه نگهداری گردند.

گازی با رنگ زرد متمایل به سبز می باشد که بسیار بد بو است.

گاز کلر سمی بوده و استفاده از آن در محیط های بسته منجر به خفگی و مشکلات سیستم تنفسی میشود.

دارای خاصیت اکسید کنندگی بسیار بالا می باشد.

نقطه جوش کلر -34 درجه سانتی گراد می باشد و می توان آن را با قرار دادن در محیطی که فشار بیشتر از اتمسفر دارد به حالت مایع تبدیل کرد.

قدرت واکنش پذیری بسیار بالایی داشته و با مواد آلی به راحتی واکنش انجام می دهد.

کاربرد کلر چیست؟

همان طور که در بخش کلر چیست اشاره کردیم، این عنصر شیمیایی خاصیت سفید کنندگی و ضدعفونی بسیار بالایی دارد و با مواد آلی دیگر به راحتی واکنش انجام می دهد. به همین دلیل کاربرد کلر بسیار گسترده بوده و در مصارف خانگی و صنعتی استفاده می گردد. مهم ترین کاربردهای کلر عبارتند از:

تصفیه آب آشامیدنی

گند زدایی فاضلاب صنعتی و بهداشتی

ضدعفونی آب استخرهای خانگی و عمومی با پکیج کلر زنی

استفاده از ترکیبات کلر برای تولید مواد سفید کننده

استفاده از کلر در صنعت نساجی، رنگرزی

تولید مواد ضد عفونی کننده

گند زدایی و ضد عفونی فرآیندهای تولید مواد غذایی

استفاده از کلر در تولید پلاستیک و فرآورده های نفتی

مورد استفاده در صنعت استخراج برم و تولید کلرات ها و کلر فرم ها

انواع کلر

کلر ترکیبات بسیار زیادی داشته و هر یک را می توان در صنایع مختلف مورد استفاده قرار داد. با توجه به اینکه رایج ترین کاربرد این عنصر شیمیایی، تصفیه آب استخر می باشد

هیپوکلریت سدیم یا آب ژاول

وایتکس یا آب ژاول که با نام علمی هیپوکلریت سدیم (Sodium Hypochlorite) شناخته میشود، از اصلی ترین ترکیبات کلر (کلر مایع) می باشد که در مصارف خانگی و صنعتی استفاده میشود. این ترکیب دارای خاصیت ضدعفونی و سفید کنندگی بسیار بالایی بوده و می توان در صنعت نساجی و رنگرزی و تولید کاغذ نیز از آن استفاده نمود. برای بهبود واکنش پذیری هیپوکلریت سدیم با آلودگی های موجود در آب، بهتر است PH کاهش داده شود. لازم به ذکر است که آب ژاول یا وایتکس منجر به کاهش PH می گردد و برای استانداردسازی خاصیت اسیدی و قلیایی آب لازم است پس از انجام فرآیند تصفیه و ضدعفونی، مقدار PH افزایش پیدا کند. در میان سایر انواع کلر هیپوکلریت سدیم به صورت مایع تولید می گردد و استفاده از آن بدون دستکش و ماسک بسیار خطرناک خواهد بود.

هیپوکلریت کلسیم

از دیگر انواع کلر می توان به هیپوکلریت کلسیم اشاره نمود که به شکل پودر یا قرص برای تصفیه آب استخر می توان از آن استفاده نمود. هیپوکلریت کلسیم دارای خاصیت واکنش پذیری بالایی بوده و بهتر است در کنار سایر مواد شیمیای نگهداری نشود. این ترکیب پرکاربرد کلر، مانند هیپوکلریت سدیم منجر به افزایش خاصیت قلیایی آب شده و بهتر است پس از اتمام فرآیند تصفیه، PHاندازه گیری شود و در صورت نیاز برای افزایش آن اقدام گردد.

اسید هیپوکلرو یا گاز کلر

اصلی ترین نوع کلر که در فرآیند تصفیه و ضدعفونی آب استخر و تصفیه خانه ها استفاده میشود، گاز کلر یا اسید هیپوکلرو یا کلر آزاد می باشد. برخلاف سایر انواع کلر نوع گاز آن منجر به افزایش خاصیت اسیدی محیط می گردد و لازم است پس از اتمام فرآیند گند زدایی، نسبت به حذف ترکیبات جانبی تولید شده در محیط اقدام شود. گاز کلر دارای قدرت نشتی بسیار بالایی بوده و قدرت انفجار بالایی دارد. به همین منظور، از کپسول های ویژه برای نگهداری از آن استفاده میشود.

دی اکسید کلر (Chlorine Dioxide)

دی اکسید کلر از دیگر ترکیبات این عنصر شیمیایی می باشد که برای استفاده از آن در تصفیه و گند زدایی آب استخرها، به شکل قرص یا ژل تولید می گردد. این ترکیب شیمیایی دارای خاصیت گند زدایی بسیار بالایی بوده و به دلیل هزینه بالای آن، کمتر مورد استفاده قرار میگیرد.

مزایا و معایب استفاده از کلر

مهم ترین مزیت استفاده از انواع کلر در مصارف خانگی و صنعتی می توان به قدرت بسیار بالای آنها در از بین بردن جلبک، میکروب، پاتوژن ها و سایر آلاینده های موجود در آب اشاره نمود. علاوه براین، کلر دارای خاصیت اکسید کنندگی بسیار بالایی می باشد و به همین دلیل می توان از آن در تولید فراورده های نفتی و پلاستیکی استفاده نمود. علیرغم تمام مزایای ذکر شده، این عنصر شیمیایی چند عیب عمده دارد  و به همین دلیل روش های حذف کلر از آب معرفی شده اند. برخی از معایب کلر که عبارتند از:

کلر به شدت سمی بوده و استشمام آن در محیط های بسته منجر به خفگی می گردد.

تماس ترکیبات مختلف کلر با پوست منجر به سوزش می گردد.

به دلیل واکنش پذیری بالا، در تماس با سایر مواد شیمیایی احتمال انفجار وجود دارد

استفاده از کلر در ضدعفونی آب منجر به تولید ترکیبات جانبی و مضر می گردد

خواص عنصر کلر

خواص عنصر کلر مانند دیگر عناصر جدول تناوبی بسیار زیاد و بسیاری هم شناخته شده است. کلر دارای ویژگی ها و خصوصیات فیزیکی و شیمیایی متعدد است. در مصرف و کاربرد این ماده باید به خواص انواع کلر توجه نمود. در ادامه به برخی از ویژگی و خواص انواع کلر اشاره شده است.

از ویژگی عنصر کلر ناپایداری آن است. بنابراین باید در ظروف و مخازن ویژه نگهداری شود.

این ماده بسیار بد بو و گازی با رنگ زرد متمایل به سبز است.

توجه شود که گاز کلر، گازی سمی است. بنابراین کاربرد این ماده در محیط های بسته می تواند منجر به خفگی و مشکلات سیستم تنفسی شود.

خاصیت اکسید کنندگی این ماده بسیار بالا است.

نقطه جوش این ماده منفی ۳۴ درجه سانتی گراد است. بنابراین می توان آن را با قرار دادن در محیطی که فشار بیشتر از اتمسفر دارد به مایع تبدیل نمود.

واکنش پذیری این ماده بسیار بالا بوده و به راحتی با مواد آلی واکنش می دهد.

 

تاثیر کلر روی سلامت جانداران

تاثیرات منفی

این گاز بسیار سمی است. در دوزهای کم، بینی و گلو را تحریک می کند. فردی که در معرض کلر قرار دارد ممکن است عطسه کند و بینی و چشم هایش قرمز شود.

در دوزهای بالاتر کلر میتواند کشنده باشد. در حقیقت، این گاز در جنگ جهانی اول توسط نیروهای آلمانی به عنوان یک سلاح استفاده شد. هزاران سرباز با تنفس گاز کلر کشته و یا به طور جدی زخمی شدند. کسانی که از حملات گاز جان سالم به در بردند اغلب زندگی های بسیار سختی داشتند. آن ها به علت آسیب به گلو و ریه ها به طور معمول نمی توانستند نفس بکشند.

تاثیرات مثبت

ترکیبات آن در حفظ سلامت انسان و حیوانات بسیار اهمیت دارند. در بدن هر انسان به طور متوسط حدود 95 گرم (حدود 3.5 اونس) کلر موجود است. به عنوان مثال، اسید هیدروکلریک (HCl) در معده، به هضم غذا کمک می کند. کلرید سدیم (نمک خوراکی) و کلرید پتاسیم (KCl) نقش مهمی در نحوه ارسال پیام های عصبی در سراسر بدن دارند. از آن جا که انسان ها نمک زیادی مصرف می کنند، کمبود ترکیبات کلر در بدن به ندرت برای انسان به وجود می آید.

ترکیبات آن برای ادامه ی حیات گیاهان ضروری است. در گیاهان، کلر به عنوان مواد مغذی محسوب می شود، هرچند مقدار اندکی از آن نیاز است اما بدون آن گیاهان از بین خواهند رفت.