L'àcid clorhídric era conegut pels alquimistes amb noms comacidum salis ospiritus salis, mentre que els primers químics l'anomenavenàcid muriàtic, un nom que es conservà en algunes indústries fins ben entrat el segle xx. El mateix element gasós, però, fou produït per primera vegada el 1774 pel químic suecCarl Wilhelm Scheele (1742-1786), de 32 anys, aUppsala,Suècia, fent reaccionar àcid clorhídric amb un mineral en pols que coneixia com abrunsten (avui es coneix com apirolusita i ésdiòxid de manganès natiu, MnO₂). Es produí un gas dens de color groc verdós que Scheele anotà que tenia una olor asfixiant i que es dissolia en aigua per donar una solució àcida. Scheele assenyalà que blanquejava elpaper de tornassol i les fulles i les flors de les plantes. Atacà gairebé tots els metalls que estaven exposats al gas.[3] La reacció és:
Scheele suposà que contenia oxigen i l'anomenà «àcid muriàtic deflogisticat», i fou conegut amb aquest nom durant més de 30 anys, fins que el químic anglèsHumphry Davy (1778-1829), de 29 anys, començà a investigar-lo el 1807 i finalment arribà a la conclusió que era unelement químic. Anuncià aquesta conclusió a laRoyal Society de Londres el novembre de 1810 i li donà el nom de «clor», del grec χλωρός,khlorós, ‘verd clar’, a causa del seu color. No obstant això, trigà deu anys més perquè tots els químics finalment acceptessin que era un element químic.[3]
El blanqueig amb clor dissolt a l'aigua fou demostrat per primera vegada perJames Watt (1736-1819) deBirmingham,Anglaterra, l'any 1786. Al cap d'uns anys aquest s'havia convertit en el mètode estàndard de blanquejar tant ellli com elcotó, que fins ara s'havien posat en tires als camps per ser blanquejat per la llum del sol, un procés que durava unes quantes setmanes i depenia del clima. Es millorà la solució de blanqueig dissollent el gas en una solució d'hidròxid de sodi per formar una solució d'hipoclorit de sodi (NaOCl), i aquest es convertí en el reactiu general utilitzat. Encara s'utilitza habitualment a les llars amb finalitats domèstiques de blanqueig i neteja. La indústria preferí utilitzar la pols blanquejant com a reactiu més convenient, sobretot perquè era més fàcil de transposar; això es va fer mitjançant l'absorció de clor sobre calç apagada,hidròxid de calci, Ca(OH)₂.[3]
Quasi tots els gasos tòxics emprats en laPrimer Guerra Mundial (1914-1918) eren clor o composts de clor. El primer atac amb gasos fou llançat per l'exèrcit alemany en el sector d'Ieper, aBèlgica, el 22 d'abril de 1915, deixant escampar-se una gran quantitat de clor amb vent favorable, que l'arrossegà en forma de boira densa a ran de terra fins a lestrinxeres de les tropes aliades. Més endavant, el clor fou substituït per altres composts clorats (fosgen,gas mostassa...).[4]
La sal de cuina ésclorur de sodi, conté un 60,6 % de clor.
A l'escorça terrestre el clor és el vintè element en abundància, amb una concentració mitjana de 130 ppm. A l'aigua de la mar hi és present en una concentració del 1,8 % i al sòls la seva concentració és molt variable, entre 50 i 2 000 ppm. L'atmosfera té poc clor, excepte una petita contaminació deguda a la fuita decomposts organoclorats i a les gotetes en suspensió de l'aigua de la mar.[3]
És pràcticament impossible trobar el clor sense combinar amb altres elements, a causa de la seua alta reactivitat. S'han descrit 353minerals que el contenen, essent els que en contenen en més d'un 60 %:cloromagnesita MgCl₂ (74,5 %), salammoniac NH4Cl (66,3 %),molisita FeCl₃ (66,6 %), hidrofilita CaCl₂ (63,9 %) ihalita NaCl (60,6 %).[5]
El clor s'obté principalment (més del 95 % de la producció) per mitjà de l'electròlisi declorur de sodi en dissolució aquosa (salmorra), denominat procés del clor-àlcali. La salmorra s'obté a partir de l'aigua de mar o de roca salina, mitjançant un procés delixivació. Aquest producte ha de ser impurificat d'anionssulfat i de cationscalci imagnesi. En el cas d'utilitzar el mètode de membrana, la salmorra no ha de tenir més de 2 ppm de catió calci. La reacció es realitza encel·les electrolítiques formant clor gas,hidròxid de sodi i hidrogen:[6]
Esquema del procés clor-àlcali per electròlisi de membrana.
S'empren tres mètodes: electròlisi amb cel·la d'amalgama demercuri, electròlisi amb cel·la de diafragma i electròlisi amb cel·la de membrana. En el mètode d'amalgama s'utilitza un càtode demercuri líquid i un ànode detitani recobert peròxid de ruteni(IV) (RuO₂). El càtode és de mercuri perquè el catió sodi és explosiu al contacte amb l'aigua, cosa que s'evita dissolent-lo amb mercuri (una dissolució anomenadaamalgama). Les semireaccions que es duen a terme són les següents:[6]
En el càtode es redueix el catió sodi i es forma l'amalgama:
En l'ànode s'oxida el clorur per formar clor gas:
Un cop obtinguda l'amalgama, es redirigeix cap a un reactor on es fa reaccionar amb aigua, una reacciócatalitzada per diòxid de níquel (Ni₂O₃):. El mercuri, en ser més dens, s'enfonsa i es redirigeix cap a la cel·la electrolítica per ser reutilitzat. L'hidròxid de sodi obtingut té una puresa del 50 %.[6]
Molècules de clor. En els models de molècules els àtoms de clor són de color verd.[7]
El clor a temperatura ambient és un gas format per molècules diatòmiques de diclor (Cl₂), de color verd clar. El seu punt de fusió és de –101,5 °C i el seu punt d'ebullició –34,04 °C. Les seves molècules s'atreuen perforces intermoleculars devan der Waals del tipus dipol instantani-dipol induït (forces de dispersió de London), que són les més febles; per aquesta raó, malgrat la seva elevadamassa molar (70,9 g/mol) és gas a temperatura ambient. La molècula Cl₂ té dos àtoms de clor enllaçats mitjançantenllaç covalent senzill oenllaç σ. La sevaenergia de dissociació a 25 °C valDo (Cl–Cl) = 242,85 kJ/mol, la més alta de tots els halògens:Do (F–F) = 158,67 kJ/mol,Do (Br–Br) = 193,86 kJ/mol i lDo (I–I)= 152,25 kJ/mol.[8]
És soluble en aigua, a 10 °C un volum d'aigua dissol 3,10 volums de clor, a 30 °C només 1,77 volums.[8] La constant de lallei de Henry a 25 °C és 0,0104 atm m³/mol. La seva densitat és 2,48 vegades la de l'aire, a causa de la seva alta massa molar.[9]
Es combina directament amb tots els elements químics, excepte amb el carboni, el nitrogen i l'oxigen, per la qual cosa no reacciona amb l'aire. Per aconseguir composts de clor amb aquests elements s'han de dur a terme reaccions indirectes. Amb els metalls, el clor és molt actiu. Reacciona ràpidament amb els metalls menys electronegatius (alcalins,alcalinoterris ialumini). Amb elsmetalls de transició, habitualment, es fa necessari escalfar. Amb l'estany, l'antimoni i elbismut, finament dividits, reacciona fàcilment, amb despreniment de calor. Les reaccions amb els metalls es veuen molt afavorides per la humitat, per la qual cosa si està molt sec, en alguns casos, es mostra inactiu. Per aquest motiu pot transportar-se dins recipients de ferro a pressió.[10]
Geometria de la molècula de pentafluorur de clor.
Amb els elements més electronegatius, el clor dona composts volàtils, l'enllaç és covalent, amb existència de molècules. El fluor reacciona amb el clor que, si la temperatura és de 225 °C produeix monofluorur de clor i, en menor percentatge,trifluorur de clor. Si les condicions són més extremes, 350 °C i 225 atm, s'obté elpentafluorur de clor. Les reaccions són:[11]
El clor reacciona amb el brom per a produir el monoclorur de brom, una espècie inestable. I amb el iode dona el monoclorur de iode, també inestable:[11]
Amb els elements menys electronegatius, el clor forma composts iònics, tridimensionals, amb punts de fusió i ebullició elevats.[10]
Elpotencial de reducció del clor és elevat (), la qual cosa indica que ésoxidant. En medi àcid i neutre, el clor és més oxidant que l'oxigen, que té els potencials de reducció inferiors:[10]
Per això, el clor reacciona amb l'aigua amb despreniment d'oxigen:[10]
El clor també és més oxidant que elbrom i eliode. Així reacciona amb els bromurs per donar brom:[10]
Dins l'aigua reacciona per donarhipoclorit, establint-se unequilibri químic que depèn delpH:El clor reacciona amb les bases en dissolució per a donar l'anió clorat:[11]
Posició del clor 36 en un diagrama número de neutronsN vs.nombre atòmicZ
El clor té vint-i-quatre isòtops amb nombres màssics des del 28 al 51. Només tres d'aquests es troben a la natura: el35Cl, estable i amb una abundància del 75,77%; el37Cl, també estable i amb una abundància del 24,23%; i l'isòtop radioactiu36Cl. La relació de36Cl amb el Cl estable en l'ambient és d'aproximadament 0,70 × 10–12:1. El36Cl es produeix en l'atmosfera a partir del36Ar per interaccions ambprotons derajos còsmics. En el subsòl es genera36Cl principalment per mitjà de processos de captura deneutrons del35Cl, o per captura demuons del40Ca. El36Cl es desintegra a36S i a36Ar, amb unperíode de semidesintegració combinat de 308 000 anys.[12]
El clor s'empra principalment en lapotabilització d'aigües, com a blanquejant en la producció depaper i en la preparació de diferents compostos clorats.
Un procés depotabilització àmpliament utilitzat és la cloració, ja que el clor és unbactericida, per tal com es combina amb els grups α-amínics de les proteïnes. Habitualment s'empraàcid hipoclorós, component principal dellleixiu, que es produeix dissolent clor en aigua i regulant elpH.[13]
El clor s'usa com a descolorant i en el blanqueig de teixits i de la polpa de paper durant la seva producció, encara que tendeix a ser substituït perclorur de dioxigen O₂Cl.
La indústria química en consumeix una proporció com més va més important per a l'obtenció de productes acabats, d'utilització immediata, o per a fabricar composts intermediaris, indispensables per a fer la síntesi de productes de gran consum:clorur de vinil o cloroetilè CH₂CHCl, compost orgànic que s'empra principalment en la síntesi delpoliclorur de vinil, conegut com a PVC;clorur d'hidrogen HCl, que dissolt en aigua es coneix com àcid clorhídric i és d'ús comú als laboratoris químics, a la indústria i com a producte de neteja (salfumant);tetraclorur de carboni CCl4, dissolvent líquid d'extintors; diclorur de disofre S₂Cl₂, agent de cloruració, usat en lavulcanització delcautxú; triclorometà ocloroform CHCl₃, dissolvent ianestèsic general;clorometà CH₃Cl, refrigerant, anestèsic local;diclorodifluorometà CCl₂F₂, líquid refrigerant;cloroetà C₂H5Cl, per a la fabricació delplom tetraetil, Pb(C₂H5)4;1,1,2,2-tetracloroetà CHCl₂-CHCl₂, dissolvent de gran utilització;DDT o 1,1,1-tricloro-2,2-bis(4-clorofenil), (ClC6H4)₂CHCl₃,insecticida molt usat durant el segle xx i actualment d'ús restringit;clorobenzè C6H5Cl, que permet la fabricació delfenol; etc.[13]
Senyal d'isòtop clor 36 al gel de la glacera Upper Fremont aWyoming. Es creu que es deu a la producció d'aquest isòtop per proves atmosfèriques d'armes nuclears a l'oceà.
Elperíode de semidesintegració del clor 36 el fa útil per a ladatació geològica en el rang de 60 000 a 1 milió d'anys. A més, es van produir grans quantitats de36Cl per la irradiació d'aigua de mar durant les detonacions atmosfèriques d'armes nuclears entre1952 i1958. El temps de residència del36Cl en l'atmosfera és d'aproximadament una setmana. Així, és unmarcador per a les aigües superficials i subterrànies dels anys 1950, i també és útil per a la datació d'aigües que tinguen menys de 50 anys. El36Cl s'ha emprat en altres àrees de les ciènciesgeològiques, incloent la datació degel isediments.[14]
El clor té una olor pungent sufocant i el gas irrita els ulls i provoca llàgrimes. L'exposició al clor pot ser oral, per inhalació, per via cutània i ocular. Pot causar irritació i cremades a l'ull. L'exposició a la pell pot causar irritació, dolor,eritema, bombolles i cremades. El contacte amb clor líquid pot cremar la pell i els ulls. Inicialment, es produeix irritació als ulls, al nas i a la gola, seguida de tos i sibilàncies,dispnea, producció d'esput, i dolor al pit. Exposicions més grans poden causaracidosi hiperclorèmica,anòxia i fins i tot arribar a un atur cardíac o respiratori. Pot seguir unapneumonitis química. Els efectes de l'exposició crònica al clor entre treballadors d'una fàbrica depasta de paper mostraren símptomes respiratoris persistents. S'han observat obstrucció bronquial ihiperreactivitat bronquial. També s'han detectat casos ocasionals d'asma precipitat per exposició a aigua clorada. En una sèrie d'experimentsin vitro en un sistema de cultiu delimfòcits humans, es trobà que concentracions de clor entre 2 i 20 vegades més altes del normalment trobades a l'aigua potable induïren fractures cromàtiques i cromosòmiques,translocacions, cromosomes dicèntrics i espais.[9]
Es poden produir fums tòxics quan es mescla hipoclorit de sodi amburea,amoníac o algun altre producte de neteja. Aquests fums consisteixen en una mescla de clor i clorur de nitrogen; per tant, aquestes combinacions haurien de ser evitades.
↑11,011,111,2Winter, Mark. «Chlorine. Reactions». WebElements Periodic Table. The University of Sheffield and WebElements Ltd. [Consulta: 30 novembre 2023].
.svg%26amp%3blang%3dca)
