Kloori

Kloori on halogeeneihin kuuluva alkuaine, jonka kemiallinen merkki on Cl (lat. chlorum, kreikaksi khloros vaaleanvihreä), järjestysluku 17 ja atomimassa IUPACin standardin mukaisesti [35,446; 35,457] amu^[4]. Puhtaana se esiintyy kaksiatomisena pistävänhajuisena kaasuna (Cl₂).

Rikki ← Kloori → Argon F ↑ Cl ↓ Br       Koko taulukko
Yleistä
Nimi	Kloori
Tunnus	Cl
Järjestysluku	17
Luokka	epämetalli
Lohko	p
Ryhmä	17, halogeeni
Jakso	3
Tiheys	0,0032 · 103 kg/m3
Väri	kellertävän vihreä
Löytövuosi, löytäjä	1774, Carl Wilhelm Scheele
Atomiominaisuudet
Atomipaino (Ar)	35,453
Atomisäde, mitattu (laskennallinen)	100 (79) pm
Kovalenttisäde	100[1] pm
Van der Waalsin säde	175[1] pm
Orbitaalirakenne	[Ne] 3s2 3p5
Elektroneja elektronikuorilla	2, 8, 7
Hapetusluvut	-I, I, III, V, VII
Kiderakenne	ortorombinen
Fysikaaliset ominaisuudet
Olomuoto	kaasu
Sulamispiste	171,6[2] K (−101,5 °C)
Kiehumispiste	239,11[2] K (−34,04 °C)
Moolitilavuus	11,031[2] · 10−3 m3/mol
Höyrystymislämpö	10,2[2][3] kJ/mol
Sulamislämpö	3,203[3] kJ/mol
Höyrynpaine	100 Pa 153 K:ssa
Äänen nopeus	206[2] m/s kaasuna, 273 K:ssa
Muuta
Elektronegatiivisuus	3,16[2][3] (Paulingin asteikko)
Ominaislämpökapasiteetti	0,479 (Cl2) kJ/(kg K)
Sähkönjohtavuus	0,01[2] S/m
Lämmönjohtavuus	(300 K) 0,0089[2] W/(m·K)
CAS-numero	7782-50-5
Tiedot normaalilämpötilassa ja -paineessa

Ominaisuudet

Kloorikaasua lasiampullissa

Fysikaaliset ominaisuudet

Vapaana alkuaineena esiintyessään kloori on vihertävän keltainen, yli kaksi kertaa ilmaa tiheämpi, tukahduttavan hajuinen ja hyvin myrkyllinen kaasu.^[5] Se on voimakas hapettava, valkaiseva ja desinfioiva aine. Sitä voi 10 °C:n lämpötilassa liueta 3,1 litraa yhteen litraan vettä.

Kemialliset ominaisuudet

Kloori on suoloja muodostava halogeeni. Se yhdistyy helposti lähes kaikkien alkuaineiden kanssa. Kloori pystyy muodostamaan useita yhdisteitä anioniensa, kuten hypokloriitin (ClO^-), kloraatin (ClO₃^-), kloridin (Cl^-), kloriitin (ClO₂^-) ja perkloraatin (ClO₄^-), avulla.

Isotoopit

Kloorista tunnetaan yli 20 isotooppia, joista kaksi on pysyviä. Pysyvät isotoopit ovat Cl-35 ja Cl-37, joiden suhteelliset osuudet luonnossa ovat 75,76 % ja 24,24 %.^[6] Luonnosta löytyy myös pieniä määriä radioaktiivista isotooppia Cl-36 suhteessa 7⋅10⁻¹³:1. Ilmakehässä Cl-36-isotooppia syntyy argon-36:sta kosmisten säteiden protonien vaikutuksesta. Maan- tai merenpinnan alla Cl-36-isotooppia syntyy neutronikaappauksella Cl-35:stä tai myonikaappauksella kalsium-40:stä. Cl-36 hajoaa rikki-36:ksi tai argon-36:ksi yhdistetyllä 308 000 vuoden puoliintumisajalla. Tämän hydrofiilisen isotoopin puoliintumisaika tekee sen sopivaksi geologiseen ajoitukseen 60 000 – 1 000 000 vuoden ikäisiin kohteisiin. Suuri määrä Cl-36-isotooppia syntyi myös vedenalaisissa ydinräjäytyksissä vuosina 1952–1958.

Historia

Kloorin löysi vuonna 1774 Carl Wilhelm Scheele^[7], mutta hän ei pitänyt sitä alkuaineena, vaan arveli flogistonin selittävän aineen.^[8] Kloori sai nimensä 1810 Sir Humphry Davyltä^[7], joka vakuutti sen olevan alkuaine.

Esiintyminen ja eristäminen

Suurin osa kloorista on natriumkloridina merivesissä. Maankuoren massasta 0,055 % on klooria.^[9] Yleisimmät klooria sisältävät mineraalit ovat pyromorfiitti (Pb₅(PO₄)₃Cl), sarvihopea eli klooriargyriitti (AgCl) ja vuorisuola eli haliitti (NaCl).

Alkuainemuotoista klooria valmistetaan tavallisesti elektrolyysin avulla. Natriumkloridin vesiliuoksen läpi johdetaan sähkövirta, jolloin syntyy kloorikaasua. Ennen prosessissa on hyödynnetty elohopeakennoja, mutta nämä on korvattu turvallisemmilla materiaaleilla. Klooria voidaan valmistaa myös hapen avulla hapetus-pelkistysreaktiolla suolahaposta käyttäen kuparikatalyyttiä, mutta tämä on melko tehoton keino. Klooria voidaan valmistaa hapetus-pelkistysreaktion avulla antamalla suolahapon reagoida kupari(II)oksidin kanssa kuparikloridiksi, jonka jälkeen sen annetaan reagoida hapen kanssa.^[10]

Käyttö

Kloori voidaan erottaa klorideista hapettamalla tai elektrolysoimalla. Teollisuudessa erotus tehdään tavallisimmin elektrolysoimalla natriumkloridia.^[7] Laboratoriossa klooria valmistetaan antamalla kaliumpermanganaatin reagoida suolahapon kanssa. Kaikki kasvit tarvitsevat hivenaineena pienen määrän klooria, jota ne ottavat maasta Cl^- -ionina. Kloorin tärkein tehtävä kasvissa on osallistua yhteyttämiseen. Kloori osallistuu viherhiukkasissa yhdessä mangaanin kanssa veden hajotukseen, joka tuottaa yhteyttämisessä tarvittavan vedyn. Kloori osallistuu myös kasvin suolatasapainon ylläpitoon ja esimerkiksi ilmarakojen avautumisen ja sulkeutumisen säätelyyn.^[11]

Kloori on tärkeä kemikaali vedenpuhdistuksessa, desinfiointiaineena mm. uimahalleissa ja valkaisuaineena (mm. paperiteollisuudessa). Klooria käytetään myös arkipäivän tuotteiden valmistuksessa. Lisäksi muun muassa PVC-muoveissa, lääkkeissä, tekstiileissä, maaleissa ja hyönteismyrkkyjen valmistuksessa käytetään klooria. Orgaaninen kemia käyttää klooria hapettimena ja korvautumisreaktioissa. Ilotulitteissa ja kiinanpommeissa saatetaan käyttää kloraattipohjaisia räjähteitä.

Klooria on käytetty myös taistelukaasuna ensimmäisessä maailmansodassa (ks. sinappikaasu)^[7] ja esimerkiksi Syyrian hallitus teki vuonna 2016 maan sisällissodassa kloorikaasuiskuja^[12].

Myrkyllisyys

Kloorikaasu ärsyttää hengityselimiä ja silmiä^[13] erityisesti lapsilla ja vanhuksilla. Sen kaasumainen olomuoto ärsyttää limakalvoja ja nestemäisenä se polttaa ihoa. Pitkäaikainen altistus pienellekin määrälle kloorikaasua heikentää keuhkoja ja altistaa muille keuhkovaurioille.^lähde?

Jo 3,5 miljoonasosaa klooria riittää hajun aistimiseen. Kloorille altistuessa ei kaasunpitoisuus saa ylittää 0,5 miljoonasosaa^[14]. Hetkellinen altistus suurelle kloorikaasupitoisuudelle voi johtaa keuhkopöhöön, jossa nestettä kerääntyy keuhkoihin, mikä puolestaan voi johtaa tukehtumiskuolemaan.^lähde?

Suomessa tapahtui kloorionnettomuus Rauma-Raahe Oy:n tehtaalla Raumalla vuonna 1947, jolloin 19 ihmistä kuoli ja yli sata altistui kloorikaasulle.^[15]

Jos kloorivalkaisuainetta sekoittaa virtsa-aineeseen tai ammoniakkiin, voi syntyä myrkyllisiä höyryjä, jotka koostuvat mm. kloorista ja typpitetrakloridista.^lähde?