氯

1774年，瑞典化學家舍勒在從事軟錳礦的研究時發現：軟錳礦與鹽酸混合后加熱就會生成一種令人窒息的黃綠色氣體。當時，大化學家拉瓦錫認為氧是酸性的起源，一切酸中都含有氧。舍勒及許多化學家都堅信拉瓦錫的觀點，認為這種黃綠色的氣體是一種化合物，是由氧和另外一種未知的基所組成的，所以舍勒稱它為“氧化鹽酸”。但英國化學家戴維卻持有不同的觀點，他想盡了一切辦法也不能從氧化鹽酸中把氧奪取出來，均告失敗。他懷疑氧化鹽酸中根本就沒有氧存在。1810年，戴維以無可辯駁的事實證明了所謂的氧化鹽酸不是一種化合物，而是一種化學元素的單質。他將這種元素命名為“Chlorine”。它的希臘文原意是“綠色”。中文譯名為氯。

自然界中遊離狀態的氯存在於大氣層中，是破壞臭氧層的主要單質之一。氯氣受紫外線分解成兩個氯原子（自由基）。大多數通常以氯化物（Cl-）的形式存在，常見的主要是氯化鈉（食鹽，NaCl）。

氯單質由兩個氯原子構成，化學式為Cl₂。氣態氯單質俗稱氯氣，液態氯單質俗稱液氯。

英文名稱chlorine來自於希臘文khlros（χλωρó'，淡綠色），中文取該氣體為綠色之意造了“氯”字，日文與韓文則因為氯是鹽的主要成分之一而稱為“鹽素”（日本漢字寫作“塩素”）。

無機（括弧內為化合價）：氯化物（-1）、次氯酸（+1）、次氯酸鹽（+1）、亞氯酸（+3）、亞氯酸鹽（+3）、氯酸（+5）、氯酸鹽（+5）、高氯酸（+7）、高氯酸鹽（+7）

有機氯化合物。

氯元素有 Cl和 Cl兩種穩定同位素。核外電子構型都為3S 3P 。相對原子質量分別為34.968 852和36.965 903。天然丰度分別為75.77%和24.23%。

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入硝酸酸化的銀離子（如硝酸銀）（加入酸性硝酸銀可以排除其他離子干擾），銀離子和氯離子反應會生成氯化銀白色沉澱，反應式：

Ag +Cl →AgCl↓

1、操作注意事項

嚴加密閉，提供充分的局部排風和全面通風。操作人員必須經過專門培訓，嚴格遵守操作規程。建議操作人員佩戴空氣呼吸器，穿帶面罩式膠布防毒衣，戴橡膠手套。遠離火種、熱源，工作場所嚴禁吸煙。遠離易燃、可燃物。防止氣體泄漏到工作場所空氣中。避免與醇類接觸。搬運時輕裝輕卸，防止鋼瓶及附件破損。配備相應品種和數量的消防器材及泄漏應急處理設備。

2、儲存注意事項

儲存於陰涼、通風的庫房。遠離火種、熱源。庫溫不超過30℃，相對濕度不超過80%。應與易燃物（可燃物）、醇類、食用化學品分開存放，切忌混儲。儲區應備有泄漏應急處理設備。應嚴格執行極毒物品“五雙”管理制度。

氯氣為黃綠色氣體，密度比空氣大（3.214g/L），熔點−101.0℃，沸點−34.4℃，有強烈的刺激性氣味。

氯氣分子由兩個氯原子組成，微溶於水，易溶於鹼液，易溶於四氯化碳、二硫化碳等有機溶劑。

氯有26種同位素，其中只有 Cl和 Cl是穩定的，其餘同位素均具有放射性。

原子半徑：100 pm

核外電子排布： [Ne]3s 3p

化合價： ±1, 3, 5, 7

晶體結構：斜方晶系

電負性： 3.16 （鮑林標度）

第一電離能： 1251.2 kJ/mol

在光合作用中，氯作為錳的輔助因子參與水的光解反應。水光解反應是光合作用最初的光化學反應，氯的作用位點在光系統II。研究工作表明，在缺氯條件下，植物細胞的增殖速度降低，葉面積減少，生長量明顯下降（大約60%），但氯並不影響植物體中光合速率。由此可見，氯對水光解放O反應的影響不是直接作用，氯可能是錳的配合基，有助於穩定錳離子，使之處於較高的氧化狀態。氯不僅為希爾反應放O所必需，它還能促進光合磷酸化作用。

氯對氣孔的開張和關閉有調節作用。當某些植物葉片氣孔開張時，K 流入是由有機酸陰離子（主要是蘋果酸根）作為陪伴離子，這些離子在代謝過程中是靠消耗澱粉產生的；但是對某些澱粉含量不多的作物（如洋蔥），當K 流入保衛細胞時，由於缺少蘋果酸根則需由Cl 作為陪伴離子。缺氯時，洋蔥的氣孔就不能自如地開關，而導致水分過多地損失。由於氯在維持細胞膨壓、調節氣孔運動方面的明顯作用，從而能增強植物的抗旱能力。

以往人們了解較多的是原生質上的H -ATP酶，它受K 的激活。而在液泡膜上也存在有H -ATP酶。與原生質上的H -ATP酶不同，這種酶不受一價陽離子的影響，而專靠氯化物激活。該酶可以把原生質中的H 轉運到液泡內，使液泡膜內外產生pH梯度（胞液，pH>7；液泡，pH<<6）。缺氯時，植物根的伸長嚴重受阻，這可能和氯的上述功能有關。因為缺氯時，影響活性溶質滲入液泡內，從而使根的伸長受到抑制（Hagerh和Helrnle，1981）。

施用含氯肥料對抑制病害的發生有明顯作用。據報道，2013以前年至少有10種作物的15個品種，其葉、根病害可通過增施含氯肥料而明顯減輕。例如冬小麥的全蝕病、條鏽病，春小麥的葉鏽病、枯斑病，大麥的根腐病，玉米的莖枯病，馬鈴薯的空心病、褐心病等。根據研究者的推論，氯能抑制土壤中銨態氮的硝化作用。當施入銨態氮肥時，氯使大多數銨態氮不能被轉化，而迫使作物吸收更多的銨態氮；在作物吸收銨態氮肥的同時，根系釋放出H 離子，使根際酸度增加。許多土壤微生物由於適宜在酸度較大的環境中大量繁衍，從而抑制了病菌的滋生，如小麥因施用含氯肥料而減輕了全蝕病病害的發生。還有一些研究者從Cl 和NO 存在吸收上的競爭性來解釋。施含氯肥料可降低作物體內NO 的濃度，一般認為NO 含量低的作物很少發生嚴重的根腐病。

在許多陰離子中，Cl 是生物化學性質最穩定的離子，它能與陽離子保持電荷平衡，維持細胞內的滲透壓。植物體內氯的流動性很強，輸送速度較快，能迅速進入細胞內，提高細胞的滲透壓和膨壓。滲透壓的提高可增強細胞吸水，並提高植物細胞和組織束縛水分的能力。這就有利於促進植物從外界吸收更多的水分。在乾旱條件下，也能減少植物丟失水分。提高膨壓后可使葉片直立，延長功能期。作物缺氯時，葉片往往失去膨壓而萎蔫。氯對細胞液緩衝體系也有一定的影響。氯在離子平衡方面的作用，可能有特殊的意義。

氯對酶活性也有影響。氯化物能激活利用谷氨醯胺為底物的天冬醯胺合成酶，促進天冬醯胺和谷氨酸的合成。氯在氮素代謝過程中有重要作用。

適量的氯有利於碳水化合物的合成和轉化。

氯原子的最外電子層有7個電子，在化學反應中容易結合一個電子，使最外電子層達到8個電子的穩定狀態，因此氯氣具有強氧化性，能與大多數金屬和非金屬發生化合反應。

氯氣遇水歧化為鹽酸和次氯酸，次氯酸不穩定易分解放出遊離氧，所以氯氣具有漂白性（比SO強且加熱不恢復原色）。

氯氣也能和很多有機物發生加成或取代反應，在生活中有廣泛應用。

氯氣具有較大的毒性，曾被用作軍用毒氣。

檢驗水中是否含有氯離子可以向其中加入可溶的銀離子（硝酸銀）（加入酸性硝酸銀可以排除其他離子干擾），銀離子和氯離子反應會生成氯化銀白色沉澱。再取白色沉澱，加入稀硝酸，沉澱不溶解，則說明含氯離子。

1. 次氯酸(HClO)及其鹽

(1) 製備

①通氯氣於冰水中：Cl₂ + H₂O = HClO + HCl

②通氯於鹼液中可得次氯酸鹽：Cl₂+ 2NaOH → NaClO + NaCl + H₂O

③工業上用電解冷濃食鹽水並劇烈攪拌來製備NaClO

(2)性質

①是弱酸，但為很強的氧化劑，且具有漂白性

②受熱易發生氧化還原反應　3ClO → ClO₃ + 2Cl

(3) 用途

製造漂白粉Ca(ClO)₂

漂白粉：Cl₂與Ca(OH)₂反應 2Cl₂ + 2Ca(OH)₂ = Ca(ClO)₂ +CaCl₂ +2H₂O

2. 亞氯酸(HClO₂)及其鹽

亞氯酸是唯一的亞鹵酸，非常不穩定。

(1) 製備

①ClO₂在水中分解：2ClO₂ + H₂O = HClO₂ + HClO₃

②通ClO₂於Na₂O₂或NaOH與H₂O₂可得亞氯酸鹽 2ClO₂ + Na₂O₂ =2NaClO₂ + O₂；2ClO₂ + H₂O₂ + OH =2ClO +O₂ + H₂O

(2) 性質與用途

①非常不穩定的化合物，但亞氯酸鹽較穩定。

②具有漂白性

3.氯酸(HClO₃)及其鹽

濃度高於40%則不穩定

(1) 製備

①次氯酸根水溶液加熱，產生自身氧化還原反應（歧化反應）：3ClO → ClO₃ + 2Cl

②電解熱氯化鈉水溶液並加以攪拌：3Cl₂ + 6OH → ClO₃ + 5Cl + 3H₂O

(2) 性質及用途

①氯酸和氯酸鹽皆為強氧化劑

②氯酸鉀用於製造炸藥

③KClO₃受熱反應

A.無催化劑，微熱：4KClO₃ =3KClO₄ + KCl (約100℃)

B.催化劑(MnO₂)：2KClO₃ =2KCl + 3O₂↑ (約300℃)

4. 高氯酸(HClO₄)及其鹽

(1) 製備

①低壓蒸餾KClO₄與H₂SO₄的混合液：KClO₄ + H₂SO₄ = HClO₄ + KHSO₄

②電解食鹽水時，陽極產生的氯氣被氧化：1/2Cl₂ + 4H₂O =ClO₄ + 8H + 7e

③氯酸鹽受熱分解：4KClO₃ = 3KClO₄ + KCl

(2) 性質與用途

①氯最穩定的含氧酸，不易分解

②非常強的酸（高中範圍內最強的酸，強於100%硫酸，但弱於氟銻酸等超強酸）

氯主要用於化學工業尤其是有機合成工業上，以生產塑料、合成橡膠、染料及其他化學製品或中間體，還用於漂白劑、消毒劑、合成藥物等。氯氣亦用作製造漂白粉、漂白紙漿和布匹、合成鹽酸、製造氯化物、飲水消毒、合成塑料和農藥等。提煉稀有金屬等方面也需要許多氯氣。

氯是人體必需常量元素之一，是維持體液和電解質平衡中所必需的，也是胃液的一種必需成分。自然界中常以氯化物形式存在，最普通形式是食鹽。氯在人體含量平均為1.17g/kg，總量約為82～100g，占體重的0.15%，廣泛分佈於全身。主要一氯離子形式與鈉、鉀化合存在。其中氯化鉀主要在細胞內液，而氯化鈉主要在細胞外液中。

膳食氯幾乎完全來源於氯化鈉，僅少量來自氯化鉀。因此食鹽及其加工食品醬油、腌制肉或煙熏食品、醬菜類以及鹹味食品等都富含氯化物。一般天然食品中氯的含量差異較大；天然水中也幾乎都含有氯。

主要生理功能：

1．維持體液酸鹼平衡。

2.氯離子與鈉離子是細胞外液中維持滲透壓的主要離子，二者約佔總離子數的80%左右，調節與控制著細胞外液的容量和滲透壓。

3．參與血液CO二價離子運輸。

4．氯離子還參與胃液中胃酸形成，胃酸促進維生素B和鐵的吸收；激活唾液澱粉酶分解澱粉，促進食物消化；刺激肝臟功能，促使肝中代謝廢物排出；氯還有穩定神經細胞膜電位的作用等。

氯氣對眼、呼吸道粘膜有刺激作用，能引起流淚、咳嗽、咳少量痰、胸悶、氣管炎和支氣管炎、肺水腫等呼吸道癥狀，嚴重的會導致休克、死亡。一戰時曾經被用作化學武器（窒息性毒劑）

氯氣對環境有嚴重危害，對水體可造成污染。

同時，氯氣可助燃，濕潤的氯氣具有強腐蝕性。

所以接觸氯氣時，需注意全身嚴格防護，嚴禁直接嗅聞、接觸氯氣，不得將含氯氣的廢氣直接排放到大氣中。