查看“︁氯气”︁的源代码

{{Refimprove|time=2024-07-01}}{{Otheruses|subject=氯氣（{{化學式|氯|2}}）的性質|other=[[氯]][[元素]]的性質|氯}}
{{Chembox
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'''氯气'''是[[卤族元素]][[氯]]的[[单质]]形式，[[化学式]]为<chem>Cl2</chem>。[[氯]]元素在元素周期表中位于[[氟]]和[[溴]]之间，氯气的性质也大多处于氟单质和溴单质之间。

== 历史 ==
[[瑞典]]化学家[[卡尔·威廉·舍勒]]（{{lang|sv|Carl Wilhelm Scheele}}）在1774年使用[[盐酸]]与[[软锰矿]]通過下述反应制得[[氯氣]]：
: <math>\rm MnO_2 + 4\ HCl(conc.) \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} MnCl_2 + 2\ H_2O + Cl_2 \uparrow </math> （此反应中盐酸为浓盐酸，二氧化锰和稀盐酸不反应）

继舍勒之后，贝托雷对氯气进行了更加深入的研究。发现将氯气通入[[水]]中会有盐酸生成，同时还伴随着有能使带火星木条复燃的气体（[[氧气]]）放出。

所以他认为氯气中含有氧，但尝试用当时已知的还原剂像[[金属]]、[[木炭]]、[[磷]]等还原剂来还原氯气却没能得到相应的氧化产物，这又强有力地说明氯气中不含氧元素。后来戴维用白热的木炭仍不能使氯气分解，而且从盐酸和金属的反应中也不能得到氧化物，所以上面提到的氧气应该是由水提供了氧元素，并且他认为应该将这种绿色的气体视为一种新的元素，氯元素就这样被发现了。

==性质==
=== 物理性質 ===
在常温下，氯氣是一种黃綠色、刺激性氣味、有毒的[[气体]]。[[压力]]为1.01×10<sup>5</sup>[[帕斯卡|Pa]]时，氯單質的沸點為−34.4℃，熔点为−101.5℃。氯氣可溶於水和碱性溶液，易溶於[[二硫化碳]]和[[四氯化碳]]等有機溶劑，难溶于饱和氯化钠溶液，飽和時1體積水最多可溶解2體積氯氣。

氯氣溶於水，生成氫氯酸跟[[次氯酸]]，化學式如下：

'''<Math>\rm Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO</Math>

此反應為[[可逆反應]]。

=== 化学性质 ===
氯气的[[化学性质]]很活泼，它是一种活泼的[[非金属元素|非金属]]單質。

氯[[原子]]的最外[[电子层]]有7个[[电子]]，在[[化学反应]]中容易结合一个电子，使最外电子层达到8个电子的稳定状态，因此氯气具有强[[氧化性]]。氯氣的強氧化性表現為以下幾個方面：

[[File:Iron Reacting with Chlorine.JPG|thumb|right|[[铁]]和氯气的反应]]
==== 與金屬反應 ====
氯氣可與[[钠]]等活泼金属直接化合。也能跟[[铜]]等不活泼金属起反应。
:<Math>\rm 2\ Na + Cl_2 \rightarrow 2\ NaCl</Math>（生成白烟）
:<Math>\rm Cu + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CuCl_2</Math>（生成棕黄色的烟）
当氯气和[[铁系元素]]反应时，只有铁能被氧化至+3价，其余为+2价（[[氯化亚铁|FeCl₂]]不能由单质直接化合生成）：
:<Math>\rm 2\ Fe + 3\ Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} 2\ FeCl_3</Math>（生成棕褐色的烟）
:<Math>\rm Co + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} CoCl_2</Math>
:<Math>\rm Ni + Cl_2 \stackrel{\Delta}{\longrightarrow} NiCl_2</Math>

==== 與非金屬反應 ====
[[氢气]]可在氯气中点燃并产生[[氯化氢]]。反应的化学方程式：
:<Math>\rm Cl_2 + H_2 \rightarrow 2\ HCl</Math>

值得一提的是反应条件对上述反应的现象有很大影响：
# 如果氢气与氯气事先充分混合，在光照条件下发生爆炸；
# 如果氢气在氯气中安静地燃烧，现象为蒼白色火焰，同時伴有白霧（氯化氢溶解于空气中的水形成的盐酸小液滴）生成。

==== 和有机物反应 ====
氯可以和烷烃发生[[取代反应]]，如氯和甲烷在光照下反应，生成[[氯甲烷]]，随着反应的进行，还会生成[[二氯甲烷]]、[[三氯甲烷]]，直至[[四氯化碳]]。<ref>王金龙. 甲烷与氯气取代反应实验光照条件的探究[J]. 化学教学, 2006(10):8-10.</ref>

==== 漂白性 ====
湿润的氯气可用于[[纸浆]]和棉布的[[漂白]]，不同於[[二氧化硫|SO<sub>2</sub>]]的漂白性，氯氣的漂白性為不可還原且較為強烈，因此不宜以此作為絲綢的漂白劑。

之所以强调湿润的是因为
:<Math>\rm Cl_2 + H_2O \rightleftharpoons HCl + HClO</Math>
:<Math>\rm HClO \rightleftharpoons HCl + [O]</Math>（生成的<Math>\rm [O]</Math>是游离氧，正是这个游离氧氧化了有机染料使之褪色）次氯酸的分解反应在光照或受热时速度加快。

因此干燥的氯气并不具有这个性质。

==== 其它反应 ====
氯气和[[四甲基氯化铵]]、[[氧化铋]]在浓[[盐酸]]中反应，可以得到[(CH<sub>3</sub>)<sub>4</sub>N]<sub>3</sub>{[Bi<sub>2</sub>Cl<sub>9</sub>](Cl<sub>2</sub>)}，这是一种稳定的化合物，在180 °C以上才会放出氯气。<ref>{{cite journal|journal=CrystEngComm|volume=24|issue=17|language=en|issn=1466-8033|date=2022|pages=3150–3152|doi=10.1039/D2CE00210H|url=http://xlink.rsc.org/?DOI=D2CE00210H|title=Dichlorine-containing chlorobismuthate( iii ) supramolecular hybrid: structure and experimental studies of stability|accessdate=2022-05-14|author=Nikita A. Korobeynikov, Andrey N. Usoltsev, Boris A. Kolesov, Pavel A. Abramov, Pavel E. Plyusnin, Maxim N. Sokolov, Sergey A. Adonin}}</ref>

=== 毒性 ===
接触低浓度氯主要出现黏膜刺激症状，如眼结膜辛辣感、流泪、咽痛、干咳及胸闷、恶心等。吸入较高浓度的氯，能立即引起持续性咳嗽、胸部紧迫感及呼吸不畅，并有明显的头痛、头昏、烦躁不安、周身无力、欲睡等症状，还伴有恶心、呕吐、腹痛等急性胃肠反应。有时可引起化学性肺炎，一般发热在 38 °C左右。吸入高浓度氯时间较久，可发展为肺水肿，引起昏迷和休克，严重者能引起喉头与支气管痉挛和水肿，造成窒息，甚至“电击样”死亡。
==== 机理 ====
氯易溶于水，吸入时能与[[呼吸道黏膜]]和[[肺泡]]表面的水分迅速反应，生成[[盐酸]]和新生态氧，对局部组织发生烧灼和刺激作用，引起水肿、充血和坏死。呼吸道黏膜中末梢[[感受器]]受刺激，可引起局部平滑肌痉挛，加剧通气障碍，导致缺氧而使心肌损害。新生态氧对组织有强烈的氧化作用，并在氧化过程中形成[[臭氧]]，对细胞原浆产生毒作用。氯气可损害中枢神经系统，引起植物神经功能紊乱，主要是[[副交感神经]]兴奋性增高而出现血压偏低，窦性心动过缓和心律不齐。<ref>{{cite web |title=氯污染 |url=https://www.phsciencedata.cn/Share/wiki/wikiView?id=4699236e-8675-4806-af45-30360d119f11 |website=公共卫生数据中心科学 |publisher=中国疾病预防控制中心 |archiveurl=https://web.archive.org/web/20250315120414/https://www.phsciencedata.cn/Share/wiki/wikiView?id=4699236e-8675-4806-af45-30360d119f11|archivedate= 2025-03-15}}</ref>

== 应用 ==

=== 自来水消毒 ===
自来水过去常用氯气消毒，1L水里约通入0.002g氯气，消毒原理是其与水反应生成了[[次氯酸]]，它的强氧化性能杀死水里的病菌。因为[[次氯酸]]易分解难保存、成本高、毒性较大，用氯气消毒可使水中次氯酸的溶解、分解、合成达到平衡，浓度适宜，水中残余毒性较少，所以不直接用次氯酸为自来水杀菌消毒。自来水现在提倡用[[二氧化氯]]消毒。二氧化氯消毒剂是国际上公认的高效消毒灭菌剂，它可以杀灭一切[[微生物]]，包括[[细菌]]繁殖体，[[细菌]]芽孢，[[真菌]]，[[分枝杆菌属|分枝杆菌]]和[[病毒]]等，并且这些细菌不会产生[[抗藥性|抗药性]]。二氧化氯对微生物[[細胞壁|细胞壁]]有较强的吸附穿透能力，可有效地氧化细胞内含巯基的[[酶]]，还可以快速地抑制微生物[[蛋白质]]的合成来破坏微生物。二氧化氯消毒剂被确认为是医疗卫生、食品加工中的消毒灭菌、食品（肉类、水产品、果蔬）的防腐、保鲜、环境、饮水和工业循环及污水处理等方面杀菌、清毒、除臭的理想药剂，是国际上公认的氯系消毒剂最理想的更新换代产品。

=== 医药工业 ===
常用于制药，常参与含氯基化合物的合成。如：马来酸氨氯地平片；N-(2-甲基-2,3-二氢-1H-吲哚基)-3-氨磺酰基-4-氯-苯甲酰胺。

=== 农药工业 ===
常用作生产高效杀虫剂、杀菌剂、除草剂、植物生长刺激剂的原料。

=== 冶金工业 ===
主要用于生产金属[[钛]]、[[镁]]等。

=== [[化学武器]] ===
[[第二次伊珀尔战役]]中曾被当作化学武器使用。

==参考文献==
{{reflist}}

{{化學武器}}
{{Diatomicelements}}

[[Category:氯| ]]
[[Category:氧化剂]]
[[Category:剧毒化学品]]
[[Category:同核雙原子分子]]
[[Category:有色气体]]
[[Category:1770年代发现的物质]]
[[Category:窒息性毒剂]]
[[Category:化学武器]]