گاز کلر

گاز کلر

 

گاز کلر  را با علامت اختصاری Cl نشان می‌دهند.

کلر آتش گیر نبوده و به صورت مایع یا گاز با بسیاری از مواد قابلیت ترکیب شدن دارد.

کلر عنصری غیر فلزی و جزء هالوژن‌ها، دارای عدد اتمی ۱۷، در گروه هفت جدول تناوبی است.

کلر دارای خاصیت الکترونگاتیوی قوی است.

کلر عنصر شیمیایی مهمی در تصفیه آب، مواد گندزدا در سفیدکننده و گاز خردل به شمار می‌رود.

همچنین کلر در ساخت طیف وسیعی از اقلام روزمره کاربرد دارد.

برای از بین بردن باکتری و سایر میکروب‌های موجود در ذخائر آب آشامیدنی بکار می‌رود. امروزه حتی به ذخائر کوچک آب همواره کلر افزوده می‌گردد. در تولید محصولات کاغذی، مواد ضد عفونی کننده، رنگدانه‌ها، مواد غذائی، حشره‌کش‌ها، رنگ‌ها، فراورده‌های نفتی، پلاستیک، دارو، منسوجات، حلال‌ها و محصولات مصرفی بسیار زیاد دیگری کاربرد دارد.

در ترکیبات آلی درصورتی‌که کلر جایگزین هیدروژن شود «لاستیک مصنوعی» اغلب باعث ایجاد خصوصیات مورد نیاز در این ترکیبات می‌گردد لذا در ترکیب آلی از این عنصر بعنوان عامل اکسیدکننده و جانشین، به طور گسترده استفاده می‌گردد. سایر موارد کاربرد کلر در تولید کلرات‌ها، کلروفرم، تتراکلراید کربن و در استخراج برم می‌باشد.

گاز کلر ، خصوصیات و ویژگی‌ها، تاثیرات، مزایا و معایب

تاریخچه

این گاز حدود ۲.۵ قرن پیش در سوئد کشف گردید. نخستین باردر سال ۱۸۹۶ گاز کلر در مصرف گندزدایی در تصفیه آب آشامیدنی استفاده شد، و مخصوصا در سال ۱۸۹۷ به دلیل شیوع بیماری تیفوئید در انگلستان بود که کلر برای استریل نمودن خطوط انتقال آب آشامیدنی مورد استفاده قرار گرفت.

در سال ۱۹۱۵ در جنگ جهانی اول به عنوان سلاح شیمیایی توسط نازیها مورد استفاده قرار گرفت.

اطلاعات کلی

کلر، عنصر شیمیایی با عدد اتمی ۱۷ و نشان Cl می‌باشد . هالوژن است و در جدول تناوبی در گروه IV قرار دارد. گاز کلر، زرد مایل به سبز است، دو و نیم مرتبه از هوا سنگین‌تر، دارای بوی بسیار بد و خفه کننده و بسیار سمی است. این عنصر، عاملی اسید کننده، سفیدکننده و گندزدا می‌باشد . کلر، به‌عنوان بخشی از نمک‌های طعام و ترکیبات دیگر به مقدار زیادی در طبیعت و لزوماً در بیشتر جانداران وجود دارد.

اشکال مختلف کلر

کلر  هم بصورت گازی و هم بصورت مابع قابل استفاده می باشد.

کلر را به دو طریق می توان به صورت مایع در آورد:

1.  عمل تبرید ، یعنی آنرا تحت تأثیر برودت شدید قرار دهیم.
2. عمل تراکم ، یعنی این گاز را تحت شرایطی درهم می فشرند.

کلر مایع را بوسلیه ی تانکرهای مخصوص یا درون استوانه های آهنی حمل و نقل می کنند.

کلر برای سفید کردن اجسام و نیز برای تهیه ی گردرنگ بری بکار می رود.

در صنعت کاغذ سازی نیز کلر را برای سفید کردن کاغذ مصرف کنند و این مهم ترین مورد استفاده از کلر است.

در رنگسازی هم از کلر استفاده می شود. همچنین ترکیبی از آن با اکسیژن و پتاسیم در آتش بازی و تهیه ی کبریت بی خطر به کار می رود.

تتراکلرورکربن یکی دیگر از ترکیبات کلر است . « تتراکلرورکربن » مادّه ای غیرقابل احتراق است و مصرف خشک شویی دارد . این ماده در برخی شیوه های آتش نشانی نیز بکار می رود.کلر به تنهایی یکی از مهم ترین وسایل ضدعفونی امروزی است.

رابطه حجم کلر مایع و گاز کلر

در اثر تبخیر یک حجم کلر مایع ۴۶۰ حجم گاز کلر ایجاد می شود.

در اثر تبخیر کلرمایع روی پوست یا لباس، دما به شدت کاهش‌یافته و سرما‌زدگی موضعی ایجاد می‌شود.

ویژگی‌های قابل توجه کلر

خصوصیات فیزیکی:

در دما و فشار استاندارد دو اتم کلر تشکیل مولکول ۲ اتمی کلر را می‌دهند Cl2 گاز سبز، زرد رنگی است که بوی قوی متمایزی دارد (بوی سفید کننده). پیوند بین ۲ اتم کلر نسبتاً ضعیف است، که مولکول را بسیار واکنش پذیر می‌کند. نقطه جوش آن در حدود ℃۳۴ – است اما در دمای اتاق تحت فشار بالای اتمسفر می‌تواند مایع شود. بویی تند و تحریک کننده دارد و حلالیت آن در آب ۰.۶۴ گرم در ۱۰۰ آب است. وزن مخصوص آن ۳.۲۱ گرم بر لیتراست. (این فاکتور در مورد هوا ۱.۲۹ می باشد).

خصوصیات شیمیایی:

همراه با فلور، برم، ید و استاتین، کلر عنصری است از سری هالوژن‌ها (گروه ۱۷) است. کلر تقریباً با همه عناصر تشکیل ترکیب می‌دهد و ترکیبات کلریدها را می‌سازد. گاز کلر با بیشتر ترکیبات آلی واکنش می‌دهد، حتی به صورت غیرفعال سوختن هیدرو کربن‌ها را تحت تأثیر قرار می‌دهد. نام کلر برگرفته از واژه chloros  به معنی سبز مایل به زرد است، که اشاره به رنگ این گاز دارد. در ۱ لیتر آب ۱۰ درجه، ۳٫۱۰ لیتر ودر آب ۳۰ درجه تنها ۷۷/۱ لیتر کلر حل می‌شود.

ویژگی‌های کلی
نام، نماد، عدد	کلر، Cl، ۱۷
تلفظ به انگلیسی	‎/ˈklɔəriːn/‎ KLOR-een
نام گروهی برای عناصر مشابه	Halogen
گروه، دوره، بلوک	۱۷, ۳, p
جرم اتمی استاندارد	۳۵.۴۵۳ g·mol−۱
آرایش الکترونی	[Ne] 3s۲ ۳p۵
الکترون به لایه	۲, ۸, ۷

روش‌های تولید

۱- الکترولیز محلول کلرید سدیم

۲- الکترولیز نمک مذاب

۳- الکترولیز اسید کلریدریک

۴- اکسیداسیون کلرید هیدروژن

روش حمل و نقل سیلندرهای کلر مایع

۱ـ حداقل ظرفیت جرثقیل ۲ تن باشد.

۲ـ زنجیرها باید سالم باشند.

۳ـ در موقع جابجایی حتما با ید مطمئن باشیم که تیرهای بسته و سرشیر روی آنها محکم شده باشد.

۴ـ سیلندرهای را از ارتفاع رها نکنیم.

۵ـ مکان تخلیه به وسایل ایمن مجهز باشد.

۶ـ رانندگان باید آزمون و آموزش لازم برای رعایت ایمنی کلر را گذرانده باشند.

۷ـ راننده باید ماسک ضدگاز کلر (برای فرار) داشته باشد.

۸-وجود خاموش کننده های دستی (پودری ) در خودرو الزامی ست.

۹ـ کنار سیلندرها نباید آتش روشن شود و کامیون نباید در زیر نور آفتاب توقف نماید.

موارد مصرف

• کلر، عنصر شیمیایی مهمی در تصفیه آب، (برای از بین بردنباکتری و سایر میکروب­های موجود در ذخائر آب آشامیدنی به کار می‌رود.
• به عنوان مواد گندزدا در سفیدکننده و نیز در گاز خردل به‌شمار می‌رود. همچنین کلر در ساخت طیف وسیعی از اقلام روزمره کاربرد دارد. برای تصفیه آب استخرهای شنا و فاضلاب‌ها نیز از آن استفاده می‌شود.
• در کارخانجات پارچه­بافی، در صنعت کاغذسازی برای سفید کردن خمیر کاغذ، صنایع صابون­سازی و مواد پاک­کننده و سفیدکننده، ساخت حلال­ها، تولید پی وی سی، تولید نئوپرن، مواد ضد یخ، تولید مواد شیمیایی معدنی و بسیاری مواد دیگر مورد استفاده قرار می­گیرد.
• در تولیدمحصولات کاغذی، مواد ضدعفونی کننده، رنگدانه‌ها، مواد غذائی، حشره کش­ها، رنگ­ها، فرآورده‌های نفتی، پلاستیک، دارو، منسوجات، حلال­ها و محصولات مصرفی بسیار زیاد دیگری کاربرد دارد. در ترکیبات آلی در صورتی ‌که کلر جایگزین هیدروژنشود، (لاستیک مصنوعی) اغلب باعث ایجاد خصوصیات مورد نیاز در این ترکیبات می‌گردد، لذا در ترکیب آلی از این عنصر بعنوان عامل اکسید کننده و جانشین، به طور گسترده استفاده می‌گردد.
• یکی دیگر از موارد مصرف گاز کلر به دلیل ماهیت سمی آن، در مقاصد نظامی و به عنوان سلاح شیمیایی است. گاز کلر به عنوان یک سلاح شیمیایی جزء عوامل خفه‌کننده می­‌باشد.

سیستم‌های کلرزنی:

کلر به دو صورت گاز و مایع وجود دارد. در شرایط محیط به صورت گاز بوده و دارای رنگ سبز متمایل به زرد می‌باشد. کلر به خودی خود غیر قابل اشتعال است. اما چون اکسید کننده قوی است می‌تواند در معرض بعضی از مواد باعث اشتعال گردد. کلر به میزان جزئی در آب حل شده و محلول اسیدی ضعیفی شامل هیپوکلرو و اسیدکلریدریک تولید می‌کند. کلر با بسیاری از مواد آلی وارد واکنش می‌گردد که برخی از این واکنش‌ها شدید یا انفجاری هستند. لذا دور نگه‌داشتن مواد آلی نظیر روغن‌ها، حلال‌ها و سایر هیدروکربن‌ها از محل ذخیره و مصرف کلر از جمله اقدامات ایمنی است.

واکنش با آب

کلر به میزان جزئی در آب حل شده و محلول اسیدی ضعیفی شامل هیپو کلرو و اسید کلریدریک تولید میکند.کلر با بسیاری از مواد آلی وارد واکنش می گردد که برخی از این واکنشها شدید یا انفجاری هستند.لذا دور نگه داشتن مواد آلی نظیر روغنها ، حلالها و سایر هیدرو کربنها از محل ذخیره و مصرف کلر از جمله اقدامات ایمنی است.

مقایسه گاز کلر و ازن در تصفیه و گندزدایی

اگر ازن را با کلر مقایسه کنیم ، ازن ۹۹% از ۶۰۰۰۰ میلی لیتر / کلی فرم‌های آب آلوده را در ۲.۸ ثانیه با دوز ۰.۱ PPM  از بین می‌برد کلر با دوز مشابه به ۱۵۰۰۰ ثانیه (حدوداً چهارساعت و پانزده دقیقه) نیاز دارد.

ژنراتور ازن در تمام انواع استاندارد رینزر مورد استفاده قرار می‌گیرد و دارای طراحی منحصر به فرد و مرتب و نصب آسان است. غلظت مورد استفاده ازن عبارتند از  PPM 0.5-1 و حجم آب تزریقی برای انجام کار به طور متوسط ۳۵-۱۰۶ .(ft^۳/h1-3 m^۳/h).

مزایای استفاده از کلر:

1. سهولت در تهیه.
2. مقرون به صرفه بودن نسبت به سایر روش‌ها.
3. بهره‌برداری آسان.
4. تأثیرگذاری بالا در گندزدایی.
5. میزان تزریق کلر قابلیت انعطاف و تغییر دوز دارد.
6. کلر باقی‌مانده در پساب تصفیه شده می‌تواند تا مدت بیشتری حتی بعد از تصفیه اولیه عمل گندزدایی را انجام دهد، ولی اگر پساب تصفیه شده برای پرورش آبزیان و یا رودخانه استفاده شود، به دلیل سمی بودن کلر باید گندزدایی در صورت نیاز انجام گردد. کلرزدایی با افزودن ترکیبات گوگردی مانند ، تیوسولفات سدیم، متابی سولفات سدیم و همچنین عبور از فیلتر کربنی انجام می‌شود.

معایب فنی سیستم کلرزنی:

1. قدرت اکسیدکنندگی کلر ۳۶ mvاست، در حالی که این عدد برای ازن برابر با ۲.۰۷ mvمی باشد.
2. در صورتی که گاز مرطوب باشد، به شدّت بر آهن و اکثر فلزات اثر کرده، خورندگی به وجود می آورد و باعث پوسیدگی و سوراخ شدن مخازن و خطوط لوله می گردد.
3. اتاق و مخصوصی برای نگهداری گاز کلر مورد نیاز می باشد.
4. قیمت گاز کلر زیاد است.
5. آموزش و تجهیزات ایمنی (پوشش های حفاظتی) خاصی برای استفاده از وجود دارد.
6. PH آب استخر را پایین می‌آورد و همواره باید جهت افزایش PHاز مواد افزاینده استفاده گردد.
7. نیاز به مصرف زیاد آب و تعویض مداوم آب استخر
8. سرعت پائین‌تر از ازن در فرآیند ضدعفونی کردن
9. کلر با املاح آب تشکیل نمک می دهد و باعث ایجاد رسوب بر روی کاشی ها و دیواره استخر می شود.
10. هزینه مصرفی بالا (خرید روزانه و به طور مداوم).

تاثیرات زیست محیطی:

زمانیکه کلر با آب مخلوط میشود، در آب حل می‌شود. تحت شرایط خاصی کلر می‌تواند از آب خارج شده و وارد هوا شود. قسمت اعظم کلری که آزاد می‌شود، وارد هوا و آب‌های سطحی می‌گردد.

برخی اوقات ممکن است که کلر در هوا و در آب با سایر مواد شیمیایی واکنش کند. کلر با مواد غیر آلی داخل آب واکنش داده و نمکهای کلر را تشکیل میدهد و همراه با مواد آلی آب، سبب تشکیل مواد شیمیایی آلی کلر میشود.
به دلیل واکنش پذیری کلر، این عنصر شیمیایی نمیتواند وارد زمین یا آبهای زیرزمینی شود.

گیاهان و جانوران کلر را در خود ذخیره نمیکنند. اما، مطالعات آزمایشگاهی نشان میدهد که تماس مکرر با کلر در هوا میتواند بر سیستم ایمنی بدن، گردش خون، قلب و دستگاه تنفسی جانوران اثر بگذارد.

تاثیرات منفی استفاده از کلر بر سلامت انسان:

1. عدم توانایی مقابله با برخی از گونه‌های قارچ،جلبک، باکتری و ویروس‌های بیماری‌زا مانند وبا و هپاتیت. استفاده زیاد کلر عامل تشدیدکننده و بروز حساسیت نظیرعطسه، آبریزش بینی، خارش و گرفتگی بینی و در بیماران آسم موجب خس‌خس، تنگی نفس و سرفه است.
2. کلرموجود درآب استخرها در دراز مدت موجب بروز و تشدید علائم بیماری‌های آسم، آلرژی و حساسیت‌های تنفسی و ریوی می‌شود. محققین تری‌کلرید نیتروژن را علت افزایش شیوع آسم در استخرهای سرپوشیده می‌دانند.
3. تظاهرات قلبی از جمله تپش قلب، کاهش اولیه و سپس افزایش فشار خون و ….
4. امکان بروز آسیب بافتی.
5. همان‌طور که کلر با پروتئین‌های باکتری‌ها و دیگر موجودات ترکیب شده و آنها را نابود می‌کند؛ قادر است که با پروتئین‌های پوست نیز واکنش دهد. این واکنش موجب می‌شود که سلول‌های لایه شاخی پیوستگی خود را از دست داده و در نتیجه کارایی خود را از دست بدهد. این امر اساس آسیب به پوست در اثر کلر می‌باشد.
6. اگر غلظت کلر به ‌درستی کنترل نشود، در درازمدت حتّی ممکن است باعث برونشیت شود.
7. کلر همچنین می‌تواند موجب خشکی پوست، ریزش موها و از بین رفتن رنگ در موهای رنگ شده شود.
8. گاز کلر با رطوبت بدن ترکیب شده و تولید اسید می‏نماید. کلر یک ماده خفه‌کننده نیز محسوب می‌شود، زیرا سبب انقباض شدید ماهیچه‏‌های حنجره و تورم مخاط آن می‌‏شود.
9. کلر موجود در استخر مخصوصاً اگر زیاد باشد (بخصوص در افراد مستعد) می‌تواند موجب تحریک، خارش، سوزش و التهاب چشم‌ها شود.
10. ترکیب گاز کلر با سایر مواد شیمیایی از قبیل دایوکسین‌ها (dioxin)، منجر به اثرات مخربی می‌گردد. دایوکسین در برخی ترکیبات از جمله پی‌وی‌سی وجود دارد و ممکن است همین آب استخر وارد دستگاه گوارش شناگران شود.
11. ایجاد ترکیبات کلرینه سرطان زا از جمله THM ، کلروآمین‌ها و AOX ها.

هشدارها

کلر موجب تحریک دستگاه تنفسی می‌شود. در حالت گازی باعث تورم غشای مخاطی و در حالت مایع موجب سوختگی پوست می‌شود. مقدار ۳٫۵ppm  آن لازم است تا به‌ عنوان بویی متمایز شناخته شود و مقدار  ppm۱۰۰۰ آن کشنده‌ است. به همین علت در طول جنگ جهانی اول کلر یکی از گازهایی بود که به‌ عنوان گاز جنگی مورد استفاده قرار گرفت. مواجهه با این گاز نباید از ۰٫۵ppm  فراتر رود (با میانگین وزنی زمان ۸ ساعت –۴۰ ساعت در هفته).

مواجهه شدید با مقدار زیاد کلرغلیظ (نه مقدار کشنده) می‌تواند باعث اِدم ریه یا آب‌آوردن آن (وضعیتی بسیار ناگوار) گردد. تماس دائم با مقادیر کم آن ریه‌ها را ضعیف کرده و آسیب‌پذیری‌ریه‌ها را در برابر بیماری‌های دیگر افزایش می‌دهد. در صورت مخلوط شدن مواد سفیدکننده با آمونیاک، اوره و سایر محصولات شوینده، احتمال تولید گازهای سمی وجود دارد. این گازها حاوی مخلوطی از گاز کلر و تری‌کلریدنیتروژن هستند؛ بنابراین باید از چنین ترکیبی اجتناب کرد.

تاثیرات نشت کلر:

تاثیرات نشت گاز کلر  بر حسب میزان تنفس متفاوت می باشد

PPM 0.4-0.2 : آستانه بو وبدون خط

PPM 1- 3: مرحله ضعیف همراه با سوزش مجاری تنفسی تا یک ساعت

: PPM 15 – ۵ مرحله متوسط همراه با سوزش شدیدتر مجاری تنفسی

: PPM 30 همراه با درد سریع سینه ،استفراغ و سرفه

: PPM 40 – ۶۰مسمومیت شدید

: PPM 430 مرگ بعد از سی دقیقه

: PPM 1000 مرگ بعد از چند دقیقه

اگر فرد درمحل نزدیک به نشت کلر بدون استفاده از وسیله حفاظتی تنفسی مدت کوتاهی بماند مرگ اوحتمی است.