KLORIN: SEJARAH, PROPERTI, STRUKTUR, RISIKO, PENGGUNAAN - KIMIA - 2025

The klorin adalah suatu unsur kimia yang diwakili oleh simbol Cl. Kedua dari halogen, yang terletak di bawah fluor, dan merupakan unsur yang paling elektronegatif sepertiga dari semua. Namanya berasal dari warna hijau kekuningan, yang lebih pekat dari fluorida.

Populer, ketika seseorang mendengar nama Anda, hal pertama yang mereka pikirkan adalah produk pemutih untuk pakaian, dan air di kolam renang. Meskipun klorin bekerja secara efektif dalam contoh-contoh seperti itu, bukan gasnya, tetapi senyawanya (terutama hipoklorit) yang melakukan pemutihan dan desinfektan.

Labu bundar dengan gas klorin di dalamnya. Sumber: Larenmclane

Gambar atas menunjukkan labu bundar dengan gas klor. Kepadatannya lebih besar dari pada udara, yang menjelaskan mengapa ia tetap berada di dalam labu dan tidak lepas ke atmosfer; seperti yang terjadi dengan gas yang lebih ringan lainnya, katakanlah helium atau nitrogen. Dalam keadaan ini itu adalah zat yang sangat beracun, karena menghasilkan asam klorida di paru-paru.

Itulah mengapa unsur atau gas klor tidak memiliki banyak kegunaan, selain dalam beberapa sintesis. Namun, senyawanya, baik itu garam atau molekul organik terklorinasi, mencakup penggunaan yang baik, melampaui kolam renang dan pakaian yang sangat putih.

Demikian pula, atomnya dalam bentuk anion klorida ditemukan di dalam tubuh kita, mengatur kadar natrium, kalsium, dan kalium, serta jus lambung. Jika tidak, konsumsi natrium klorida akan lebih mematikan.

Klorin dihasilkan dengan elektrolisis air garam, kaya akan natrium klorida, suatu proses industri di mana natrium hidroksida dan hidrogen juga diperoleh. Dan karena laut merupakan sumber garam yang hampir tidak ada habisnya, potensi cadangan unsur ini di hidrosfer sangat besar.

Sejarah

Pendekatan pertama

Karena reaktivitas gas klorin yang tinggi, peradaban kuno tidak pernah menduga keberadaannya. Bagaimanapun, senyawa-senyawa itu telah menjadi bagian dari budaya umat manusia sejak zaman kuno; sejarahnya mulai dikaitkan dengan garam biasa.

Di sisi lain, klorin muncul dari letusan gunung berapi dan ketika seseorang melarutkan emas dalam aqua regia; Tetapi tidak satupun dari pendekatan pertama itu bahkan cukup untuk merumuskan gagasan bahwa gas hijau kekuningan adalah suatu unsur atau senyawa.

Penemuan

Penemuan klorin dilakukan oleh ahli kimia Swedia Carl Wilhelm Scheele, yang pada tahun 1774 melakukan reaksi antara mineral pyrolusite dan asam klorida (yang kemudian disebut asam muriatic).

Scheele mendapat pujian karena dia adalah ilmuwan pertama yang mempelajari sifat-sifat klorin; meskipun sebelumnya telah diakui (1630) oleh Jan Baptist van Helmont.

Eksperimen yang diperoleh Scheele dari pengamatannya menarik: dia mengevaluasi aksi pemutihan klorin pada kelopak bunga yang kemerahan dan kebiruan, serta pada daun tanaman dan serangga yang mati seketika.

Demikian juga, dia melaporkan tingkat reaktifnya yang tinggi untuk logam, baunya yang mencekik dan efek yang tidak diinginkan pada paru-paru, dan ketika dilarutkan dalam air, keasamannya meningkat.

Asam oxymuratic

Saat itu, ahli kimia menganggap asam untuk setiap senyawa yang memiliki oksigen; jadi mereka keliru mengira bahwa klorin pasti gas oksida. Begitulah cara mereka menyebutnya 'asam oxymuriático' (asam muriatic oksida), nama yang diciptakan oleh kimiawan Prancis terkenal Antoine Lavoisier.

Kemudian, pada tahun 1809 Joseph Louis Gay-Lussac dan Louis Jacques Thénard mencoba mereduksi asam ini dengan arang; reaksi yang mereka peroleh logam dari oksida mereka. Dengan cara ini, mereka ingin mengekstraksi unsur kimia yang dianggap asam oxymuratic (yang mereka sebut 'udara deflogstikasi asam muriatic'.

Namun, Gay-Lussac dan Thénard gagal dalam eksperimen mereka; tetapi mereka benar dalam mempertimbangkan kemungkinan bahwa gas hijau kekuningan tersebut harus merupakan unsur kimia dan bukan senyawa.

Pengakuan sebagai elemen

Pengakuan klorin sebagai unsur kimia berkat Sir Humphry Davy, yang pada tahun 1810 melakukan eksperimennya sendiri dengan elektroda karbon dan menyimpulkan bahwa oksida asam muriatic tidak ada.

Dan lebih jauh lagi, Davy lah yang memberikan nama 'chlorine' untuk elemen ini dari kata Yunani 'chloros', yang berarti hijau kekuningan.

Ketika mereka mempelajari sifat-sifat kimiawi klorin, banyak senyawanya ditemukan bersifat garam di alam; oleh karena itu mereka menamakannya sebagai 'halogen', yang berarti bekas garam. Kemudian istilah halogen digunakan dengan unsur-unsur lain dari kelompok yang sama (F, Br dan I).

Michael Faraday bahkan berhasil mencairkan klorin menjadi padatan yang karena terkontaminasi air membentuk hidrat Cl ₂ · H ₂ O.

Sisa sejarah klorin terkait dengan sifat desinfektan dan pemutihannya, hingga perkembangan proses industri elektrolisis air garam untuk menghasilkan klorin dalam jumlah besar.

Sifat fisik dan kimia

Penampilan fisik

Ini adalah gas padat, buram-hijau kekuningan dengan bau tajam yang mengiritasi (versi super dari klorin komersial) dan juga sangat beracun.

Nomor atom (Z)

17

Berat atom

35,45 u.

Kecuali disebutkan lain, sisa properti sesuai dengan kuantitas yang diukur untuk molekul klorin, Cl ₂ .

Titik didih

-34,04 ºC

Titik lebur

-101,5 ºC

Massa jenis

-Dalam kondisi normal, 3,2 g / L

-Hanya pada titik didih, 1,5624 g / mL

Perhatikan bahwa klorin cair kira-kira lima kali lebih padat daripada gasnya. Selain itu, massa jenis uapnya 2,49 kali lebih besar daripada massa jenis udara. Itulah sebabnya pada gambar pertama, klor tidak cenderung keluar dari labu bundar, karena lebih padat daripada udara, klorin terletak di bagian bawah. Karakteristik ini membuatnya menjadi gas yang lebih berbahaya.

Panas fusi

6.406 kJ / mol

Panas penguapan

20,41 kJ / mol

Kapasitas panas molar

33,95 J / (mol K)

Kelarutan air

1,46 g / 100 mL pada 0 ºC

Tekanan uap

7,67 atm pada 25 ° C. Tekanan ini relatif rendah dibandingkan dengan gas lainnya.

Elektronegativitas

3.16 pada skala Pauling.

Energi ionisasi

-Pertama: 1251,2 kJ / mol

-Kedua: 2298 kJ / mol

-Ketiga: 3822 kJ / mol

Konduktivitas termal

8,9 10 ^-3 W / (m K)

Isotop

Klorin terdapat di alam terutama sebagai dua isotop: ³⁵ Cl, dengan kelimpahan 76%, dan ³⁷ Cl, dengan kelimpahan 24%. Jadi, berat atom (35,45 u) adalah rata-rata massa atom kedua isotop ini, dengan persentase kelimpahannya masing-masing.

Semua radioisotop klorin adalah buatan, di antaranya ³⁶ Cl menonjol sebagai yang paling stabil, dengan waktu paruh 300.000 tahun.

Bilangan oksidasi

Klorin dapat memiliki berbagai bilangan oksidasi atau bilangan oksidasi jika ia merupakan bagian dari suatu senyawa. Menjadi salah satu atom paling elektronegatif dalam tabel periodik, biasanya memiliki bilangan oksidasi negatif; kecuali jika ia mengalir ke oksigen atau fluor, di mana oksida dan fluorida-nya masing-masing, ia harus "kehilangan" elektron.

Dalam bilangan oksidasinya diasumsikan keberadaan atau keberadaan ion dengan besaran muatan yang sama. Jadi, kita memiliki: -1 (Cl ^- , anion klorida terkenal), +1 (Cl ⁺ ), +2 (Cl ²⁺ ), +3 (Cl ³⁺ ), +4 (Cl ⁴⁺ ), +5 ( Cl ⁵⁺ ), +6 (Cl ⁶⁺ ) dan +7 (Cl ⁷⁺ ). Dari semuanya, -1, +1, +3, +5 dan +7 adalah yang paling umum ditemukan dalam senyawa terklorinasi.

Misalnya, dalam ClF dan ClF ₃ bilangan oksidasi untuk klorin adalah +1 (Cl ⁺ F ^- ) dan +3 (Cl ³⁺ F ₃ ^- ). Di Cl ₂ O, ini +1 (Cl ₂ ⁺ O ^2- ); Sedangkan di ClO ₂ , Cl ₂ O ₃ dan Cl ₂ O ₇ adalah +4 (Cl ⁴⁺ O ₂ ^2- ), +3 (Cl ₂ ³⁺ O ₃ ^2- ) dan +7 (Cl ₂ ⁷⁺ Atau ₇ ^2- ).

Sebaliknya, dalam semua klorida, klorin memiliki bilangan oksidasi -1; seperti dalam kasus NaCl (Na ⁺ Cl ^- ), yang sah untuk mengatakan bahwa Cl ^- ada mengingat sifat ionik garam ini.

Struktur dan konfigurasi elektronik

Molekul klorin

Molekul klorin diatomik direpresentasikan dengan model pengisian spasial. Sumber: Benjah-bmm27 melalui Wikipedia.

Atom klorin dalam keadaan dasarnya memiliki konfigurasi elektronik berikut:

3s ² 3p ⁵

Oleh karena itu, masing-masing memiliki tujuh elektron valensi. Kecuali jika mereka kelebihan energi, akan ada atom Cl individu di luar angkasa, seolah-olah mereka adalah kelereng hijau. Namun, kecenderungan alami mereka adalah membentuk ikatan kovalen di antara keduanya, sehingga melengkapi oktet valensinya.

Perhatikan bahwa mereka hanya membutuhkan satu elektron untuk memiliki delapan elektron valensi, sehingga mereka membentuk satu ikatan sederhana; ini, atom yang menggabungkan dua atom Cl untuk membuat molekul Cl ₂ (gambar atas), Cl-Cl. Itulah mengapa klorin dalam kondisi normal dan / atau terestrial adalah gas molekuler; tidak monatomik, seperti halnya gas mulia.

Interaksi antarmolekul

Molekul Cl ₂ adalah homonuklir dan apolar, sehingga interaksi antarmolekulnya diatur oleh gaya hamburan London dan massa molekulnya. Dalam fase gas, jarak Cl ₂ -Cl ₂ relatif lebih pendek dibandingkan dengan gas lain yang jika ditambahkan massanya menjadi gas tiga kali lebih padat dari udara.

Cahaya dapat merangsang dan meningkatkan transisi elektronik di dalam orbital molekul Cl ₂ ; akibatnya muncul warna hijau kekuningan yang khas. Warna ini mengintensifkan dalam keadaan cair, dan kemudian menghilang sebagian saat mengeras.

Seperti tetes suhu (-34 ºC), Cl ₂ molekul kehilangan energi kinetik dan Cl ₂ -Cl ₂ jarak menurun; oleh karena itu, ini bergabung dan akhirnya membentuk klorin cair. Hal yang sama terjadi ketika sistem menjadi lebih dingin (-101 ºC), sekarang dengan molekul Cl ₂ yang begitu berdekatan sehingga membentuk kristal ortorombik.

Fakta bahwa kristal klorin ada menunjukkan bahwa gaya dispersifnya cukup terarah untuk menciptakan pola struktural; yaitu, lapisan molekul Cl ₂ . Pemisahan lapisan-lapisan ini sedemikian rupa sehingga strukturnya tidak dimodifikasi bahkan di bawah tekanan 64 GPa, juga tidak menunjukkan konduksi listrik.

Di mana menemukan dan memperoleh

Garam klorida

Kristal halit yang kuat, lebih dikenal sebagai garam dapur atau garam meja. Sumber: Parent Géry

Klorin dalam bentuk gasnya tidak dapat ditemukan di manapun di permukaan bumi, karena sangat reaktif dan cenderung membentuk klorida. Klorida ini tersebar dengan baik ke seluruh kerak bumi dan, lebih jauh lagi, setelah jutaan tahun terhanyut oleh hujan, mereka memperkaya lautan dan samudra.

Dari semua klorida, NaCl dari mineral halit (gambar atas) adalah yang paling umum dan melimpah; diikuti oleh mineral silvin, KCl, dan karnalit, MgCl ₂ · KCl · 6H ₂ O. Ketika massa air menguap oleh aksi Matahari, mereka meninggalkan danau garam gurun, yang darinya NaCl dapat langsung diekstraksi sebagai bahan mentah untuk produksi klorin.

Elektrolisis air garam

NaCl larut dalam air menghasilkan air garam (26%), yang dielektrolisis di dalam sel klor-alkali. Ada dua setengah reaksi yang terjadi di kompartemen anoda dan katoda:

2Cl ^- (aq) => Cl ₂ (g) + 2e ^- (Anoda)

2H ₂ O (l) + 2e ^- => 2OH ^- (aq) + H ₂ (g) (Katoda)

Dan persamaan global untuk kedua reaksi tersebut adalah:

2NaCl (aq) + 2H ₂ O (l) => 2NaOH (aq) + H ₂ (g) + Cl ₂ (g)

Saat reaksi berlangsung, ion Na ^{+ yang} terbentuk di anoda bermigrasi ke kompartemen katoda melalui membran asbes permeabel. Oleh karena itu, NaOH berada di ruas kanan persamaan global. Kedua gas, Cl ₂ dan H ₂ , masing-masing dikumpulkan dari anoda dan katoda.

Gambar di bawah mengilustrasikan apa yang baru saja ditulis:

Diagram untuk produksi klorin dengan elektrolisis air garam. Sumber: Jkwchui

Perhatikan bahwa konsentrasi brine sampai ujungnya berkurang sebesar 2% (lolos 24 menjadi 26%), yang berarti bagian dari anion Cl ^- molekul asli menjadi Cl ₂ . Pada akhirnya, proses industrialisasi ini telah menghasilkan metode untuk menghasilkan klor, hidrogen, dan natrium hidroksida.

Pembubaran asam pirolusit

Seperti yang disebutkan pada bagian sejarah, gas klor dapat diproduksi dengan melarutkan sampel mineral pirolusit dengan asam klorida. Persamaan kimia berikut menunjukkan produk yang diperoleh dari reaksi:

MnO ₂ (s) + 4HCl (aq) => MnCl ₂ (aq) + 2H ₂ O (l) + Cl ₂ (g)

Paduan

Paduan klorin tidak ada karena dua alasan sederhana: molekul gasnya tidak dapat terperangkap di antara kristal logam, dan juga sangat reaktif, sehingga segera bereaksi dengan logam untuk menghasilkan klorida masing-masing.

Di sisi lain, klorida juga tidak diinginkan, karena begitu dilarutkan dalam air, klorida memberikan efek garam yang mendorong korosi pada paduan; dan oleh karena itu, logam larut membentuk logam klorida. Proses korosi untuk setiap paduan berbeda; beberapa lebih rentan dibandingkan yang lain.

Klorin, oleh karena itu, sama sekali bukan aditif yang baik untuk paduan; baik sebagai Cl ₂ maupun sebagai Cl ^- (dan atom Cl akan terlalu reaktif bahkan untuk eksis).

Resiko

Meskipun kelarutan klorin dalam air rendah, namun cukup untuk menghasilkan asam klorida dalam kelembapan kulit dan mata kita, yang pada akhirnya akan merusak jaringan, menyebabkan iritasi serius dan bahkan kehilangan penglihatan.

Lebih buruk lagi adalah menghirup uap kehijauannya yang kekuningan, karena sekali di paru-paru ia menghasilkan asam lagi dan merusak jaringan paru-paru. Dengan ini, orang tersebut mengalami sakit tenggorokan, batuk dan kesulitan bernapas karena cairan yang terbentuk di paru-paru.

Jika ada kebocoran klorin, Anda berada dalam situasi yang sangat berbahaya: udara tidak bisa begitu saja "menyapu" uapnya; mereka tetap di sana sampai bereaksi atau menyebar perlahan.

Selain itu, ini adalah senyawa yang sangat mengoksidasi, sehingga berbagai zat dapat bereaksi secara eksplosif dengan kontak sekecil apa pun; seperti sabut baja dan aluminium. Itulah mengapa di mana klorin disimpan, semua pertimbangan yang diperlukan harus diambil untuk menghindari risiko kebakaran.

Ironisnya, meski gas klorin mematikan, anion klorida-nya tidak beracun; Dapat dikonsumsi (secukupnya), tidak terbakar, juga tidak bereaksi kecuali dengan fluor dan reagen lainnya.

Aplikasi

Perpaduan

Sekitar 81% dari gas klor yang diproduksi setiap tahun digunakan untuk sintesis klorida organik dan anorganik. Bergantung pada derajat kovalensi senyawa ini, klorin dapat ditemukan hanya sebagai atom Cl dalam molekul organik terklorinasi (dengan ikatan C-Cl), atau sebagai ion Cl ^- dalam beberapa garam klorida (NaCl, CaCl ₂ , MgCl ₂ , dll.).

Masing-masing senyawa ini memiliki aplikasinya sendiri. Misalnya, kloroform (CHCl ₃ ) dan etil klorida (CH ₃ CH ₂ Cl) adalah pelarut yang telah digunakan sebagai anestesi inhalasi; diklorometana (CH ₂ Cl ₂ ) dan karbon tetraklorida (CCl ₄ ), pada bagiannya, adalah pelarut yang banyak digunakan di laboratorium kimia organik.

Jika senyawa terklorinasi ini cair, sebagian besar waktu digunakan sebagai pelarut untuk media reaksi organik.

Dalam senyawa lain, keberadaan atom klor menunjukkan peningkatan momen dipol, sehingga dapat berinteraksi lebih jauh dengan matriks polar; satu terdiri dari protein, asam amino, asam nukleat, dll., biomolekul. Dengan demikian, kaporit juga berperan dalam sintesis obat-obatan, pestisida, insektisida, fungisida, dll.

Mengenai klorida anorganik, biasanya digunakan sebagai katalis, bahan mentah untuk memperoleh logam dengan elektrolisis, atau sumber ion Cl ^- .

Biologis

Gas atau unsur klorin tidak memiliki peran dalam makhluk hidup selain menghancurkan jaringan mereka. Namun, ini tidak berarti bahwa atomnya tidak dapat ditemukan di dalam tubuh. Misalnya, ion Cl ^- sangat melimpah di lingkungan seluler dan ekstraseluler, dan membantu mengontrol kadar ion Na ⁺ dan Ca ²⁺ , sebagian besar.

Demikian juga, asam klorida adalah bagian dari sari lambung yang dengannya makanan dicerna di dalam perut; ion Cl ^- mereka , dalam perusahaan H ₃ O ⁺ , menentukan pH mendekati 1 dari sekresi ini.

Senjata kimia

Kepadatan gas klor menjadikannya zat yang mematikan saat ditumpahkan atau dituangkan ke dalam ruang tertutup atau terbuka. Karena lebih padat dari udara, arusnya tidak mudah membawa klorin, jadi ia tetap cukup lama sebelum akhirnya menyebar.

Dalam Perang Dunia I, misalnya, klorin ini digunakan di medan perang. Setelah dilepaskan, itu akan menyelinap ke dalam parit untuk mencekik tentara dan memaksa mereka untuk muncul ke permukaan.

Desinfektan

Kolam diklorinasi untuk mencegah reproduksi dan penyebaran mikroorganisme. Sumber: Pixabay.

Larutan berklorinasi, yang gas klorinnya telah dilarutkan dalam air dan kemudian dibuat basa dengan buffer, memiliki sifat disinfektan yang sangat baik, serta menghambat pembusukan jaringan. Mereka telah digunakan untuk mendisinfeksi luka terbuka untuk menghilangkan bakteri patogen.

Air kolam renang secara tepat diklorinasi untuk menghilangkan bakteri, mikroba dan parasit yang mungkin bersarang di dalamnya. Dulu gas klorin digunakan untuk tujuan ini, namun aksinya cukup agresif. Sebagai gantinya, larutan natrium hipoklorit (pemutih) atau tablet asam trikloroisosianurat (TCA) digunakan.

Hal tersebut di atas menunjukkan bahwa bukan Cl ₂ yang menggunakan aksi disinfektan tetapi HClO, asam hipoklorit, yang menghasilkan radikal O yang menghancurkan mikroorganisme.

Pemutih

Sangat mirip dengan tindakan disinfektannya, klorin juga memutihkan bahan karena pewarna yang bertanggung jawab atas warna didegradasi oleh HClO. Jadi, larutan terklorinasinya ideal untuk menghilangkan noda dari pakaian putih, atau untuk memutihkan bubur kertas.

Polivinilklorida

Senyawa klorin terpenting dari semuanya, yang menyumbang sekitar 19% dari sisa produksi gas klorin, adalah polivinil klorida (PVC). Plastik ini memiliki banyak kegunaan. Dengannya, pipa air, bingkai jendela, penutup dinding dan lantai, kabel listrik, kantung infus, mantel, dll. Dibuat.

Referensi

1. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. (Edisi keempat). Mc Graw Hill.
2. Wikipedia. (2019). Klorin. Dipulihkan dari: en.wikipedia.org
3. Laura H. dkk. (2018). Struktur kaporit padat pada 1,45 GPaZeitschrift für Kristallographie. Bahan Kristal, Volume 234, Edisi 4, Halaman 277–280, ISSN (Online) 2196-7105, ISSN (Cetak) 2194-4946, DOI: doi.org/10.1515/zkri-2018-2145
4. Pusat Nasional untuk Informasi Bioteknologi. (2019). Klorin. Database PubChem. CID = 24526. Diperoleh dari: pubchem.ncbi.nlm.nih.gov
5. Marques Miguel. (sf). Klorin. Diperoleh dari: nautilus.fis.uc.pt
6. Dewan Kimia Amerika. (2019). Kimia Klorin: Pengantar Klorin. Diperoleh dari: chlorine.americanchemistry.com
7. Fong-Yuan Ma. (Nd). Efek Korosif Klorida pada Logam. Departemen Teknik Kelautan, Republik NTOU China (Taiwan).
8. Negara Bagian New York. (2019). Fakta Tentang Klorin. Diperoleh dari: health.ny.gov
9. Dr Doug Stewart. (2019). Fakta Elemen Klorin. Chemicool. Diperoleh dari: chemicool.com