آنچه در خصوص گاز کلر می خوانید:
عناصر و گازها در صنایع، استفاده‌های مختلفی دارند و گازها معمولاً در داخل سیلندرهای تحت فشار و به شکل مایع ذخیره می‌شوند. یکی از گازهای پرکاربرد در صنایع مختلف، گاز کلر است که به دلیل خاصیت ضدعفونی کننده و سفیدکنندگی بالا، در صنایع مختلف، کاربردهای فراوانی دارد.
آیا شما با این صنایع آشنایی دارید؟ آیا ویژگی‌های این گاز را می‌شناسید؟ این گاز چه خواص فیزیکی و شیمیایی دارد؟ اگر قصد دارید به طور کامل این عنصر را بشناسید، تا انتهای این مطلب با ما همراه باشید.
گاز کلر چیست؟
کلر یک عنصر شیمیایی است که با عدد اتمی 17 در گروه چهارم جدول مندلیف یعنی گروه هالوژن‌ها قرار دارد. این عنصر با نماد Cl شناخته شده و در شرایط طبیعی، گازی شکل است. گاز کلر زرد مایل به سبز است و در صورتی که به مایع تبدیل شود، رنگ کهربایی به خود می‌گیرد.
این گاز به دلیل خاصیت اکسیدکنندگی بسیار و توانایی بالا در ضدعفونی کردن، در صنعت کاربردهای مختلفی دارد. همچنین خاصیت سفیدکنندگی این گاز باعث شده است از آن در تولید محصولات مختلفی استفاده شود.
تاریخچه پیدایش کلر
کلر در شرایط استاندارد به صورت مولکول‌های دو اتمی یافت می‌شود که حالت گازی شکل دارد. این گاز اولین بار در سال 1774 توسط دانشمندی به نام «کارل ویلهلم شیله» کشف شد اما این دانشمند بر این باور بود که این عنصر همان اکسیژن است.
چندین سال بعد یعنی در سال 1810 توسط دانشمندی به نام «هامفری دیوی» ثابت شد این عنصر چیزی غیر از اکسیژن بوده و نام کلر را برای آن انتخاب کرد.
اگر کمی به تاریخ نگاه کنیم، متوجه می‌شویم از زمان بسیار قدیم استفاده از کلر برای ضدعفونی کردن، امری رایج بوده است. از زمان باستان، از محلول آب و نمک استفاده می‌کردند، بدون آن که از وجود عنصر کلر مطلع باشند. در حقیقت کشف کلر به آن زمان‌ها بازمی‌گردد، اما در آن زمان کسی نام این عنصر را نمی‌دانست.
ویژگی های گاز کلر
این گاز مانند سایر عناصر، دارای ویژگی‌های خاصی است که آن را از سایر مواد متمایز می‌کند. این عنصر در شرایط استاندارد گازی شکل است و رنگ زرد مایل به سبزی دارد. به دلیل رنگ و بوی بسیار زننده این گاز، تشخیص آن در محیط به راحتی انجام می‌شود.
گاز کلر به شدت فرار است؛ بنابراین باید در مخازنی نگهداری شود که درب آن‌ها قابل بسته شدن باشند. این گاز در نزدیکی سطح زمین قرار می‌گیرد، زیرا چگالی آن حدود 2.5kg/m³ بوده و اصطلاحاً گفته می‌شود سنگین‌تر از هوا است.
واکنش‌پذیری این گاز با مواد آلی، بسیار بالا است و به شدت خاصیت اکسید کنندگی دارد. در محیط‌هایی که این گاز وجود دارد، باید تهویه مناسبی وجود داشته باشد. زیرا این گاز به شدت سمی بوده و در اثر استنشاق اثرات مخربی بر روی ریه می‌گذارد.
خواص فیزیکی و شیمیایی کلر
گاز کلر با عدد جرمی 35.45 گرم بر مول، دارای 9 ایزوتوپ است. این گاز با نقطه ذوب 103- درجه سانتی گراد و نقطه جوش 34- درجه سانتی گراد، به خودی خود اشتعال‌زا نیست اما می‌تواند در اثر ترکیب با مواد دیگر انفجارهای مهیبی را پایه‌ریزی کند. این ماده واکنش پذیری بالایی با مواد آلی، روغن‌ها و … دارد. به همین دلیل به صورت عنصر تکی در طبیعت یافت نمی‌شود.
این عنصر به دلیل خواص ویژه خود، باید با مقادیر استاندارد در محیط‌های مختلف مانند استخرها استفاده شود. زیرا استفاده بی‌رویه از آن می‌تواند سبب بروز حساسیت‌های پوستی، ریزش مو و سوزش چشم شود.
ایزوتوپ های کلر
کلر دارای 9 ایزوتوپ بوده که دارای عدد جرم 32 تا 40 هستند. همان طور که می‌دانید عدد اتمی ایزوتوپ‌ها یکسان است، اما عدد جرمی آن‌ها باهم متفاوت است. علت تفاوت اعداد جرمی وجود تفاوت بین تعداد نوترون‌های داخل هسته است.
کلر به صورت اتمی و آزاد در طبیعت یافت نمی‌شود و همیشه در حال تشکیل ترکیبات مختلف با عناصر گوناگون در طبیعت است اما کلر موجود در طبیعت تنها دو مورد از ایزوتوپ‌های این عنصر را تشکیل می‌دهد. یعنی تنها ایزوتوپ 37 و 35 کلر به صورت طبیعی یافت می‌شوند. البته کلر رادیواکتیو 36 نیز در طبیعت یافت شده و جزئی از ایزوتوپ‌های این عنصر به حساب می‌آید.
نحوه تولید گاز کلر
این گاز مصارف بسیار گوناگونی دارد و صنایع مختلف برای انجام کار یا تولید محصولات خود به آن نیاز دارند؛ بنابراین باید تولید آن پاسخگوی این نیاز باشد. شرکت‌های مختلفی وجود دارند که به تولید این گاز مشغول هستند، این شرکت‌ها از روش‌های زیر برای تولید گاز کلر استفاده می‌کنند.
1. الکترولیز سلول جیوه
در این سلول جیوه‌ای، برای تولید گاز کلر از محلول اشباع شده آب و نمک استفاده می‌کنند. در این سلول از قطعات کاتدی و قطعات آندی استفاده می‌شود تا بتوانند این محلول را الکترولیز کنند. به محض برقراری جریان الکتریسیته، محلول آب و نمک شروع به تجزیه شدن می‌کند.
در اثر برقراری جریان الکتریسیته، کلر از محلول جدا شده و برروی قطعات آند به کلر تبدیل می‌شود. این گاز از طریق لوله‌هایی راهی دیگر مراحل می‌شود تا به درصد خلوص مدنظر برسد.
یون‌های مثبت باقی مانده، با جیوه واکنش داده و ترکیبات amalgam تولید می‌کنند. (به ترکیب فلز جیوه و فلزات دیگرamalgam می‌گویند.) این جیوه در ادامه مسیر مجدد از مواد دیگر جدا شده تا بتواند دوباره به سلول بازگردد.
2. الکترولیز دیافراگمی
تولید گاز کلر با این روش، نسبت به دیگر روش‌ها، اقتصادی‌تر است. در این روش نیز از یک کاتد و یک آند برای جداسازی کلر از محلول آب و نمک استفاده می‌کنند. تفاوت این سلول با انواع دیگر، این است که برای جلوگیری از ترکیب شدن هیدروژن و کلر با یکدیگر و تولید گاز هیدروژن کلرید از یک بخش جداکننده از جنس آزبست در سلول استفاده می‌کنند.
در صورتی که این دیافراگم وجود نداشته باشد یا کارایی خود را از دست بدهد، کلر و هیدروژن به سرعت وارد واکنش شده و سبب آتش سوزی در سلول می‌شوند. در گذشته دیافراگم‌هایی از جنس گرافیک مورد استفاده قرا می گرفتند که به سرعت کارایی خود را از دست می‌دادند و طی نهایتاً 100 روز سوراخ شده و نیاز به جایگزینی داشتند. اما به مرور زمان نوع دیگری از دیافراگم که از جنس آزبست بود، تولید شد و بعد از آن هم تولید دیافراگم‌هایی از جنس آزبست و پلیمرهای فلوروکربن برای بهبود عملکرد، تولید و عرضه گشتند.
3. سلول غشایی
این روش پیشرفته‌ترین روش جداسازی کلر از محلول سدیم کلرید و آب است. در این روش بخش‌های آند و کاتد توسط یک غشای سلولی جدا شده‌اند. این غشا تنها نسبت به سدیم نفوذپذیری دارد. در حین برقراری جریان الکتریسته سدیم از غشا عبور کرده و به سمت کاتدها می‌رود.
عنصر کلر نیز به سمت آندها حرکت کرده و به گاز تبددیل می‌شود. این گاز وارد مسیری می‌شود که طی آن بتواند مابقی مراحل خالص سازی را بگذراند.
در این نوع سلول گاز هیدروژن نیز تولید می‌شود. همچنین در اثر واکنش یون‌های سدیم با یون‌های هیدروکسید، هیدروکسید سدیم تولید شده و قابل جداسازی است. این سلول بدون استفاده از مواد مضری مانند جیوه و آزبست به تولید گاز کلر می‌پردازد؛ بنابراین آلودگی برای محیط زیست ندارد.
کاربردهای گاز کلر
گاز کلر کاربردهای متنوعی دارد که می‌توان آن‌ها را مربوط به خواص بی‌نظیر این گاز در اکسیدکنندگی و ضدعفونی کننده بودن آن دانست. در ادامه قصد داریم تعدادی از این کاربردها را به شما معرفی کنیم:
تصفیه و ضدعفونی آب
این گاز به عنوان یک گندزدای بسیار قوی شناخته شده است. وجود کلر باعث می‌شود قارچ، باکتری یا هر نوع میکروب دیگری رشد نکند، در نتیجه محیط یا آن ماده ضدعفونی شود.
در دنیای امروز، کمبود آب یک مسئله بسیار بزرگ و مهم به حساب می‌آید. در واقع بیشتر جوامع برای تأمین آب تمیز برای آشامیدن با چالش‌هایی روبرو هستند. کلر یک ضدعفونی کننده بسیار قوی برای آب بوده که بیشتر نقش خود را در تصفیه‌خانه‌ها بازی می‌کند.
یکی دیگر از مکان‌هایی که از کلر برای ضدعفونی کردن آب استفاده می‌کنند، استخرها هستند. استخرها به دلیل آن که یک مکان پر رفت و آمد به حساب می‌آیند، در معرض آلودگی فراوانی قرار دارند. بنابراین در استخرها باید از ماده‌ای برای پاکسازی آب و محیط استفاده کنند؛ این ماده دقیقاً کلر است. کلر با کنترل رشد جلبک‌ها، حذف آهن، منگنز و سولفید هیدروژن آب موجود در استخرها را به بهترین شکل ضدعفونی و پاکسازی می‌کند.
تولید مواد صنعتی مختلف
برای تولید مواد صنعتی مختلف از این گاز استفاده می‌شود. برای مثال برای تولید آفت کش‌ها، رنگ‌ها و مواد غذایی، وجود گاز کلر امری واجب است. در تولید فرآورده‌های نفتی و موادی مانند پلاستیک‌ها نیز کلر به عنوان یک ماده اولیه مورد استفاده قرار می‌گیرد. بنابراین تولیدات مواد مختلف به وجود این گاز وابسته است.
کاغذسازی
یکی از مهم‌ترین کاربردهای گاز کلر، در صنعت کاغذسازی است. برای تولید کاغذ باکیفیت و سفید، نیاز است اول خمیر کاغذ با استفاده از ماده‌ای به رنگ سفید در بیاید. زیرا خمیر کاغذ معمولاً رنگی کرم داشته و نمی‌توان از آن به صورت مستقیم برای تولید ورقه‌های کاغذی باکیفیت استفاده کرد.
گاز کلر به عنوان یک ماده سفیدکننده قوی شناخته می‌شود که می‌تواند خمیر کاغذ را به رنگ سفید دربیاورد و سبب تولید منسوجات کاغذی باکیفیتی شود. لازم به ذکر است از این ماده سفیدکننده در صنایع نساجی به همین منظور استفاده می‌شود.
تولید مواد ضدعفونی کننده
احتمالا شما هم از مواد ضدعفونی کننده مختلف در منزل خود استفاده کرده‌اید. اگر به مواد تشکیل دهنده این مواد ضدعفونی‌کننده یا سفیدکننده دقت کنید نام کلر را مشاهده خواهید کرد.
در واقع کلر به عنوان یک ماده اولیه مهم در این گونه محصولات حضور داشته تا خواص ضدعفونی‌کنندگی و سفیدکنندگی به این محصولات ببخشد. این مواد مانند کلر دارای خاصیت خورندگی هستند؛ بنابراین هنگام استفاده از آن‌ها باید از دستکش استفاده کرد.
صنایع پزشکی و دارویی
اگرچه این گاز به عنوان یک ماده سمی شناخته می‌شود، اما در ساخت داروهای مختلف نقش مهمی دارد. این ماده به عنوان یک عامل ضدعفونی‌کننده و آنتی‌باکتریال برای ساخت بعضی آنتی‌بیوتیک‌ها، واکسن‌ها و … مورد استفاده قرار می‌گیرد.
بعضی داروهای ضدسرطان و مواد شیمیایی که در دیالیز کاربرد دارند، برای تولید به این گاز نیاز دارند. علاوه بر ساخت داروهای مختلف، از کلر برای ساخت انواع محلول‌های ضدغفونی‌کننده تجهیزات و محیط‌های پزشکی استفاده می‌شود. همچنین برای بسته‌بندی محصولات پزشکی و دارویی به نحوی از این ماده استفاد می‌شود تا هیچگونه میکروب و باکتری در خلال بسته‌بندی نتواند دارو یا تجهیزات را آلوده کند.
ساخت صلاح های جنگی
از کلر برای ساخت انواع جنگ‌افزارها استفاده می‌شود. اگرچه استفاده از این گازهای سمی در جنگ‌ها منع شده است، اما اولین بار در سال 1907 توسط «هاپر» که پدر جنگ شیمیایی نامیده می‌شود، از این گاز در خلال جنگ جهانی اول به عنوان یک صلاح شیمیایی استفاده شد.
این گاز می‌تواند تأثیرات بسیار مخربی بر روی سیستم تنفسی افراد بگذارد و باعث مرگ و تأثیرات بسیار خطرناک بر روی ریه و سایر ارگان‌های بدن شود.
نکات ایمنی برای کار با کلر
- گاز کلر قابل اشتعال نیست، اما یک اکسیدکننده قوی به حساب می‌آید. بنابران نباید آن را در کنار موادی نظیر آمونیاک و مواد روغنی نگهداری کرد. زیرا می‌تواند سبب تشکیل مواد منفجره شده و انفجارهای بزرگی را رقم بزند.
- این ماده نباید با پوست بدن تماس پیدا کند، زیرا یک خورنده بسیار قوی است و میزان آسیب رساندن آن به بدن، به خلوص کلر موجود در آن بستگی دارد.
- سیلندرهای این گاز نباید در معرض فشار و ضربه قرار بگیرند زیرا ممکن است باعث نشت کلر به بیرون شوند. این موضوع به دلیل فرار بودن این گاز بسیار مورد اهمیت است، چرا که در اثر خروج مقداری کلر مایع از سیلندر، مقدار قابل توجهی از گاز کلر در محیط پراکنده می‌شود که می‌تواند سبب مسمویت افراد شود.
- اگر در محیطی این گاز نشت پیدا کند، باید به سرعت از ماسک مخصوص به کلر استفاده کرده و سریعاً از محیط دور شوید.
- در صورت تماس کلر با پوست یا چشم‌ها، قبل از رسیدن فوریت‌ها پزشکی، محل مورد نظر را با آب فراوان شست‌وشو دهید تا امدادگران اقدامات بعدی را به محض رسیدن انجام دهند.
- در صورت تنفس این گاز، سریعاً از محیط آلوده دور شده و از کپسول اکسیژن برای تنفس استفاده کنید.
- حین کار با این گاز باید از ماسک، دستکش و عینک ایمنی استفاده کرد.
- محیطی که در آن از کلر استفاده می‌شود یا کلر تهیه و انبار شده است، باید به یک تهویه قوی مجهز باشد تا باعث خفگی و مسمومیت افراد نشود.
کلام پایانی
گاز کلر یک گاز سمی خطرناک است، اما میزان خطرناک بودن آن به خلوص این گاز بستگی دارد. این گاز علاوه بر خطراتی که برای انسان دارد، خواص بی‌نظیری در ضدعفونی کردن داشته به گونه‌ای که بسیاری از صنایع مانند پزشکی، مواد غذایی، تصفیه آب و … از این ماده کاربردی استفاده می‌کنند. همچنین خواص سفیدکنندگی این ماده سبب شده است، در حال حاضر کاغذ و پارچه‌های سفید و باکیفیتی داشته باشیم.
بسیار عالی و مفید بود ممنون.