Путешествие в Страну элементов

Фреоны — это соединения, содержащие, кроме фтора и углерода, хлор, иногда и водород. Фреоны употребляются в мощных холодильных установках в качестве рабочего вещества; они обладают низкой температурой кипения, как и аммиак. CCl₂F₂ кипит при –30 °C.

Почему фторуглероды так устойчивы?

Во-первых, атомы водорода, расположенные вокруг атомов углерода малы; они не прикрывают полностью атомы углерода и связи между ними. Атомы же фтора обладают оптимальной величиной, они полностью перекрывают углеродный скелет и образуют устойчивую конфигурацию, защищая силовое поле атомов углерода, их связи и их самих от внешних влияний. К тому же сама связь С—F очень устойчива. Чтобы ее разорвать, требуется энергия в 107 больших калорий, для связи С—H всего 87,3 большой калории.

По образному выражению одного ученого, «фторуглероды обладают как бы алмазным сердцем и шкурой носорога».

Сейчас химия фтора и его органических соединений — одна из наиболее бурно развивающихся областей химии.

Враг или друг?

В один из дней первой мировой войны к окопам французских солдат со стороны немецких позиций подползло тяжелое серо-белое облако. Оно плотно прилегало к земле, входило в любые щели, врывалось в легкие людей. Люди падали, хрипя, бились в агонии и умирали от удушья с кровавой пеной у рта. Это был хлор.

Немцы тайно подвезли тысячи баллонов с жидким хлором и установили их на передовых позициях, во время попутного ветра открыли вентили, и облака хлора поползли к окопам противника. Так хлор стал первым боевым отравляющим веществом.

В промышленности хлор получают исключительно электролизом раствора поваренной соли:

2NaCl + 2H₂O = 2NaOH + Н₂ + Cl₂.

Хлор выделяется на аноде. Сухой хлор не действует на железо, и его можно транспортировать в железных баллонах. Удобность перевозки хлора была, по-видимому, основным поводом для употребления его в качестве отравляющего вещества.

Хлор первым из газов был превращен в жидкость. Взаимное притяжение между молекулами хлора гораздо сильнее, чем у других газов, известных во времена Фарадея. Фарадей сблизил молекулы хлора давлением, уменьшив скорость их движения понижением температуры. Жидкий хлор — это зеленоватая маслянистая жидкость.

На лекциях по химии обычно производят опыт: на демонстрационный столик ставят колбу, закрытую пробкой. Колба как колба; может показаться совершенно пустой, если смотреть на нее с дальних рядов аудитории. Но стоит неподалеку зажечь стружку магния, как раздается взрыв. Колба наполнена смесью хлора с водородом. В темноте реакция между газами идет очень медленно. Чтобы получить заметное количество хлористого водорода, надо ждать столетия…

Но вот на колбу упал свет магниевой вспышки или прямой солнечный луч… Взрыв! Почему? Квант света, попадая в смесь, разбивает молекулу хлора на атомы. Атом хлора, в свою очередь, разбивает молекулу водорода, образуя молекулу хлористого водорода и т. д.

Происходит цепной процесс…

За счет каждой первоначально возбужденной молекулы хлора образуется до ста тысяч молекул хлористого водорода. За неуловимую долю секунды лавина взаимодействий превращается во взрыв.

В промышленности хлористый водород получают прямым синтезом. В реакционную башню подводятся две трубы: по одной из них подается хлор, по другой — водород. Там, где трубы соединяются, получившуюся смесь газов поджигают. Она горит ярким, красивым пламенем, но не взрывается. Образующийся хлористый водород поднимается вверх; навстречу ему разбрызгивается вода, которая жадно поглощает хлористый водород; получается соляная кислота. Здесь используется принцип противотока, позволяющий достигнуть наиполнейшего растворения хлористого водорода. Один объем воды поглощает 400 объемов газа.

Соляная кислота — одна из наиболее сильных кислот; она отлично растворяет металлы, стоящие в ряду напряжений левее водорода, за исключением свинца.

Хлор обесцвечивает цветы и листья — это заметил еще Шееле. В 1785 году Бертолле решил применить хлор, вернее — его раствор в воде, для отбеливания тканей. Опыт прекрасно удался в лаборатории, но когда он перешел в помещение фабрики, то раздались жалобы промышленников. Хлорная вода отлично отбеливала ткани, но портила металлические части машин и отравляла помещение фабрики.

Бертолле еще ранее заметил, что раствор хлора в щелочи, отбеливая ткани, выделяет хлор менее интенсивно, чем хлорная вода. Первые опыты отбелки тканей раствором хлора в щелочи имели место в городе Жавелли. Новая жидкость была названа «жавелевой водой». Вскоре она была заменена белильной известью CaOCl₂. Это белый порошок, обладающий сильным окислительным действием, применяется для отбелки, дезинфекции, дегазации. Иприт, соприкасаясь с хлорной известью, сгорает со взрывом.

Хлор образует пять кислот. В одной из них, соляной, он обладает отрицательной валентностью. Четыре другие содержат кислород: валентность хлора в них равна соответственно 1+, 3+, 5+, 7+. Хлорная кислота HClO₄, где он находится в высшей степени окисления, является самой сильной кислотой.