消毒剂氯

氯
氯是水消毒中最常用的消毒剂之一。氯可以用于灭活大多数微生物，而且相对便宜。

氯是什么时候被发现的?
氯气大概是在13世纪被发现的。氯(Cl₂)在1774年由瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒首次制备成纯形式。舍勒热棕石(锰二氧化碳;MnO₂)加盐酸(HCl)。当这些物质被加热时，键被破坏，产生氯化锰(MnCl)₂)，水(H₂O)和氯气(Cl₂)的形式。

反应机理:
MnO₂+ 4HCl -> MnCl₂+氯₂+ 2 h₂O

图1:卡尔·威廉·舍勒在1774年发现了氯

舍勒发现氯气是水溶性的，可以用来漂白纸张、蔬菜和鲜花。它还能与金属和金属氧化物发生反应。1810年，英国化学家汉弗莱·戴维爵士测试了氯气的基本反应，发现舍勒发现的气体一定是一种元素，因为这种气体是不可分离的。他将这种气体命名为“氯”(Cl)，取自希腊单词“chloros”，意思是黄绿色，指的是氯气的颜色(白色,1999。瓦,2002)

哪里可以找到氯?

氯可以在世界上许多不同的地方找到。氯总是存在于化合物中，因为它是一种非常活泼的元素。氯通常是成键的钠(钠)，或在厨房盐(氯化钠;氯化钠)。大多数氯都溶解在海洋和咸湖中。在地下可以以岩盐或岩盐的形式发现大量的氯。

氯的性质

氯(Cl₂)是反应性最强的元素之一;它很容易与其他元素结合。在周期表氯可以在卤素中找到。其他卤素氟(F),溴(Br),iodene(我),砹(在)。所有的卤素都以同样的方式与其他元素发生反应，并能形成大量的物质。卤素常与金属反应形成可溶盐。

氯原子包含17个负电子(带负电的粒子)。这些电子在原子的重核周围分三层移动。内层有两个电子，中层有八个，外层有七个。在外层有留给另一个电子的空间。这导致了自由带电原子，即离子的形成。它还能导致一个额外的电子形成(共价键;一个氯键)，导致外层完成。

图2:氯原子包含17个电子

氯可以形成非常稳定的物质，如厨房用盐(NaCl)。氯也可以形成反应性很强的产物，比如氢氯化(HCl)。氯化氢溶于水就变成盐酸。氢原子给氯原子一个电子，形成氢离子和氯离子。这些离子能与任何与之接触的物质发生反应，甚至能与金属发生反应腐蚀正常情况下可以抵抗。浓盐酸甚至可以腐蚀不锈钢。这就是为什么它被储存在玻璃或塑料。

氯是如何运输的?

氯气是一种非常活泼和具有腐蚀性的气体。在运输、储存或使用时，必须采取安全预防措施。例如，在荷兰，氯是通过单独的氯火车运输的。

氯是如何储存的?

含水的氯应避免阳光照射。氯在阳光的作用下被分解。紫外线阳光中的辐射提供了能量，有助于低氯酸(HOCl)分子的分解。首先,水分子(H₂O)被分解，导致电子被释放，使下氯酸中的氯原子还原为氯(Cl^-)．在这个反应中氧气原子被释放出来，它会被转化成一个氧分子:
2 hocl - > 2 h⁺+ 2氯^-+ O₂

氯是如何产生的?

氯是由氯键通过电解或化学氧化。这通常是通过电解海水或岩盐。盐溶解在水中，形成盐水。在电解池中，盐水能传导强大的直流电。由于这种电流，氯离子(源于溶于水的盐)转化为氯原子。盐和水被分成钠氢氧化(氢氧化钠)氢气体(H₂)在阴极上，氯气在阳极上。这些阴极和阳极产物应该分离，因为氢气与氯气反应非常激烈。

哪些方法可以用来生产氯?

为了生产氯，使用了三种不同的电解方法。

1.隔膜细胞法，通过隔膜防止产品混合或反应。电解筒内有一个正极，由钛还有一个负极，是钢做的。电极被一个所谓的隔膜隔开，这是一个只允许液体通过的墙，导致在反应过程中形成的气体被分离。逆流原理的应用阻止了氢氧根离子到达正极。然而，氯离子可以通过隔膜，造成钠氢氧根被氯轻微污染。这会导致以下反应发生:
+杆:2氯^-- > Cl₂+ 2 e^-
-杆:2 H₂O + 2 e^-- > 2哦^-+ H₂

2.汞电池法就使用了一个汞电极，使反应产物比隔膜细胞法的产物更纯净。该方法使用电解筒，其中包含一个正钛极和一个负流动汞极。在负极上与钠(Na⁺)，从而形成汞合金钠。当汞合金流经第二个反应桶时，钠与水反应生成氢氧化钠和氢。这使得氢气与形成于正极的氯气保持分离。
在电解桶内会发生以下反应:
+杆:2氯^-- > Cl₂+ 2 e^-
-杆:Na⁺+ e^-- > Na
第二个反应桶:2 na + 2 h₂O -> 2 Na⁺+ 2哦^-+ H₂

3.膜法类似于隔膜法。唯一的区别是，膜只允许正离子通过，导致相对纯净的形式钠氢氧化形成。

在汞电解过程中，形成了含有50质量-%氢氧化钠的溶液。然而，在膜和隔膜过程中，溶液必须用蒸汽蒸发。

欧洲60%的氯生产是通过汞电解的方式进行的，其中20%发生在隔膜法，20%发生在膜法。

氯也可以用氯化氢氧化的方法产生氧气从空气中。铜(2)氯(CuCl₂)在这个所谓的“Deaconprocess”:
4盐酸+ O₂- > 2 h₂O + 2氯₂

最后，氯可以通过熔融盐电解的方式产生，主要在实验室中，也可以通过盐酸和氯气的方式产生锰二氧化物氧化：
MnO₂+ 4HCl -> MnCl₂+ 2 h₂O +氯₂

当向水中加入气态氯时，会发生以下水解反应:
Cl₂+ H₂O = H⁺+氯^-+ HOCl

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氯被大量使用。氯是一种反应性很强的元素，它能迅速与其他物质形成化合物。氯还能在两种通常不会发生反应的物质之间形成化学键。当氯与含有碳原子，有机物形成了。例如塑料、溶剂和油，但也有几种人体体液。当氯与其他元素发生化学结合时，它通常会取代a氢原子在所谓的取代反应中。同一分子中的多个氢原子可以被氯原子取代，导致新的物质一个接一个地形成。

氯在医学上起着重要的作用。它不仅是消毒剂，也是各种药物的成分。我们的大多数药物都含有氯，或者是使用含氯的副产品开发的。草药中也含有氯。手术中使用的第一种麻醉剂是氯仿(CHCl)_3.)．

化学工业使用少量含氯化学品制造出上万种含氯产品。含有氯的产品有胶水，油漆溶剂，泡沫橡胶，2021年欧洲杯 保险杠，食品添加剂，杀虫剂和防冻剂。一种最常用的含氯物质是聚氯乙烯(保利氯乙烯)。聚氯乙烯用途广泛，例如排水管、绝缘电线、地板、窗户、瓶和防水的衣服。

图3:含氯产品

氯基漂白剂被大量用作消毒剂。这种物质也被用来漂白纸张。漂白是氯或次氯酸盐氧化的结果。

大约65%的工业化氯被用于生产有机化学品，如塑料。约20%用于生产漂白剂和消毒剂。剩下的氯被用来由氯和几种不同的元素，如锌(锌),铁(铁),钛(Ti)。

氯消毒剂

氯是使用最广泛的一种消毒剂。对于病原微生物的灭活是非常适用和有效的。氯的使用、措施和控制都很容易。是相当持久和相对便宜的。
氯已被用于应用，如失活2021欧洲杯单场彩票007胜胜病原体在饮用水，游泳池的水而且废水，用于家居区域的消毒和纺织品漂白，已有二百多年的历史。当氯被发现时，我们不知道疾病是由微生物引起的。在19世纪，医生和科学家们发现许多疾病是传染性的，并且可以通过对医院区域的消毒来防止疾病的传播。不久之后，我们开始试验用氯作为消毒剂。1835年，医生兼作家奥利弗·文德尔·霍姆斯建议助产士用次氯酸钙(Ca(ClO))洗手。₂4 h₂O)防止助产士热的传播。
然而，直到19世纪Louis Pasteur发现微生物传播某些疾病后，我们才开始广泛使用消毒剂。
氯在延长人类寿命方面发挥了重要作用。

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氯作为漂白剂

表面可通过漂白消毒。漂白剂是由氯气溶解在碱溶液中，如钠氢氧化(氢氧化钠)。当氯溶解在碱性溶液中，次氯酸盐离子(OCl^-)是在自氧化还原反应中形成的。氯与氢氧化钠反应生成次氯酸钠。这是一种很好的消毒剂，效果稳定。
漂白剂不能与酸结合。当漂白剂与酸接触时，次氯酸盐变得不稳定，导致有毒的氯气逸出。伴随的次氯酸不是很稳定。

图4:氯常被用作漂白剂

漂白粉(CaOCl₂)也可以使用。这是通过引导氯通过产生的钙氢氧化(CaOH)。漂白粉的好处是它是固体。这使得它在医疗领域更容易被用作消毒剂，仅次于用作漂白剂。漂白粉溶解时，与水发生反应，产生次氯酸(HOCl)和次氯酸离子(OCl)^-)．

氯消毒是如何工作的?

氯通过破坏细菌和病毒分子中的化学键来杀死病原体。用于此目的的消毒剂由氯化合物组成，它可以与其他化合物交换原子，如细菌和其他细胞中的酶。当酶与氯接触时，分子中的一个或多个氢原子被氯取代。这会导致整个分子改变形状或解体。当酶不能正常发挥作用时，细胞或细菌就会死亡。

当把氯加到水中，就会形成低氯酸:
Cl₂+ H₂O -> HOCl + H⁺+氯^-

根据pH值的不同，次氯酸会部分溶解到次氯酸离子中:
Cl₂+ 2 h₂O -> HOCl + H3O + Cl^-
HOCl + H₂O - H >_3.O⁺+ OCl^-

它分解为氯原子和氧原子:
OCl^-- > Cl^-+ O

次氯酸(HOCl，它是电中性的)和次氯酸离子(OCl^-当结合在一起时，会形成游离氯。这就导致了消毒。这两种物质都有非常独特的行为。次氯酸的反应性更强，是比次氯酸更强的消毒剂。次氯酸可分解为盐酸(HCl)和原子氧(O)。氧原子是一种强力消毒剂。
水中氯的消毒性能取决于游离氧原子的氧化能力和氯取代反应。

图5:中性的次氯酸比带负电荷的次氯酸离子更能穿透病原微生物的细胞壁

病原微生物的细胞壁自然带有负电荷。因此，它可以被中性的次氯酸穿透，而不能被带负电荷的次氯酸离子穿透。低氯酸可以穿透黏液层、细胞壁和微生物的保护层，从而有效地杀死病原体。微生物要么死亡，要么繁殖失败。

消毒效果由水的pH值决定。当pH值在5,5和7,5之间时，用氯消毒效果最佳。次氯酸(HOCl)比次氯酸离子(OCl)反应快^-）;这是80-100%的有效。pH值越高，下氯酸含量越低。pH值为6时，次氯酸浓度为80%，次氯酸离子浓度为20%。当pH值为8时，情况正好相反。
当pH值为7,5时，次氯酸离子和次氯酸离子的浓度同样高。

次氯酸(左):次氯酸离子(右)

什么是游离结合活性氯?

当氯被添加到水中消毒时，它通常开始与水中溶解的有机和无机化合物发生反应。之后氯就不能再用于消毒了，因为它已经形成了其他产物。在这个过程中使用的氯的数量被称为水的“氯询问”。
氯能与氨反应(NH_3.)到氯胺，含有氯的化合物，氮(N)和氢(H).这些化合物被称为“活性氯化合物”(与次氯酸和次氯酸相反，它们被称为“游离活性氯”)，负责水的消毒。然而，这些化合物的反应比自由活性氯慢得多。

应该用多少剂量的氯?

当加氯时，必须考虑到氯会与水中的化合物发生反应。剂量必须高到足以让大量的氯留在水中进行消毒。氯的含量取决于水中有机物的含量、水的pH值、接触时间和温度。氯与有机物反应生成消毒副产物，如三卤甲烷(THM)和卤代乙酸(HAA)。
氯可以通过几种不同的方式进行消毒。当使用普通氯化时，氯只是简单地加入水中，不需要事先处理。预加氯和后加氯是指在其他处理步骤之前和之后向水中添加氯。再氯化是指在分配系统的一个或多个点向处理过的水中加入氯，以保持消毒效果。

什么是断点氯化?

断点加氯是指不断向水中加入氯，直到满足氯的要求，所有存在的氨被氧化，因此只剩下游离氯。这通常用于消毒，但它也有其他好处，如控制气味和味道。为了达到断点，要进行超氯化处理。为了达到这一目的，人们使用的氯浓度远远超过消毒所需的1毫克/升浓度。

氯的浓度是多少?

氯气可在10巴压力容器中作为流体气体获得。高水溶性(3 L氯/ 1 L水)。要杀死细菌，几乎不需要氯;关于0 2 - 0 4 mg / L。加入水中的氯浓度通常较高，因为水的氯含量较高。
目前氯气仅用于大型市政和工业水净化装置。对于较小的应用程序，通常2021欧洲杯单场彩票007胜胜是广告钙或钠次氯酸盐。

哪些因素决定氯消毒的有效性?

决定氯消毒效果的因素:
氯浓度，接触时间，温度，pH值，微生物的数量和类型，水中有机物的浓度。

表1:当pH = 7,5, T = 25°C，含氯浓度为1mg /L (1ppm)的氯化水对几种不同类型病原微生物的消毒时间

氯对健康有什么影响?

人体对氯的反应取决于空气中氯的浓度，以及接触氯的时间和频率。影响还取决于个人的健康和接触期间的环境条件。
当短时间内吸入少量氯时，会影响呼吸系统。其影响多种多样，从咳嗽、胸痛到肺部积液。氯也会引起皮肤和眼睛的刺激。这些效应不会在自然条件下发生。当氯进入人体后，由于它的反应性，它不是很持久。
纯氯是剧毒的，即使是少量也会致命。第一次世界大战期间，氯气被大规模用于伤害或杀死敌军士兵。德国人是第一个使用氯气对付敌人的人。
氯的密度比空气大得多，导致它在土壤上方形成有毒气体。氯气会影响粘膜(鼻、喉、眼)。氯对粘膜是有毒的，因为它会溶解粘膜，导致氯气最终进入血管。当人们吸入氯气时，肺部会充满液体，导致某种程度上的溺水。

氯气的法规是什么?

欧盟:
欧洲饮用水指南98/83/EC没有关于氯的指南。

卫生组织(世界卫生组织):
世界卫生组织饮用水标准规定，为了获得满意的消毒和残留浓度，水中应添加2-3毫克/升氯。一个人能使用的最大氯量是5毫克/升。为了更有效地消毒，在pH值为8或更低的情况下，接触时间至少30分钟后，游离氯残留量应超过0.5 mg/L。(世界卫生组织，饮用水质量指南。3 e editie)

美国:
国家饮用水标准规定氯的最大残留量为4mg /L。直到最近，美国还广泛使用氯气废水治疗。今天，氯的使用已经被迫恢复。这样做主要是因为危险的消毒副产物，如三卤甲烷(THM)。
然而，氯仍然是美国的主要消毒剂，因为它相对便宜。美国环境保护署(EPA)对有毒化学品储存实施《清洁空气法》(CAA)风险管理计划(RMP)(1999年6月)氯气被重新注册为农药(EPA, 2001)导致污水处理厂越来越多地从氯气改用次氯酸钠。这是因为企业不愿意为氯气制定风险管理计划，因为这需要花费大量的时间和金钱。

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