Физические свойства хлора: плотность, теплоемкость, теплопроводность — таблицы значений

Основные физические свойства хлора

Хлор входит в VII группу третьего периода периодической системы элементов под номером 17. Он относится к подгруппе галогенов, имеет относительные атомную и молекулярные массы 35,453 и 70,906, соответственно. При температурах выше -30°С хлор представляет собой зеленовато-желтый газ с характерным резким раздражающим запахом.

Из-за своей высокой химической активности свободный хлор не встречается в природе, а существует только в форме соединений. Он содержится главным образом в минерале галите (хлорид натрия NaCl), также входит в состав таких минералов, как: сильвин (KCl)

, карналлит (KCl·MgCl2·6H2O) и сильвинит (KCl·NaCl). Содержание хлора в земной коре приближается к 0,02% от общего числа атомов земной коры, где он находится в виде двух изотопов 35Cl и 37Cl в процентном соотношении 75,77% 35Cl и 24,23% 37Cl.

Физические свойства хлора — таблица основных показателей
Свойство Значение
Температура плавления, °С -100,5
Температура кипения, °С -30,04
Критическая температура, °С 144
Критическое давление, Па 77,1·105
Критическая плотность, кг/м3 573
Плотность газа (при 0°С и 1,013·105 Па), кг/м3 3,214
Плотность насыщенного пара (при 0°С и 3,664·105 Па), кг/м3 12,08
Плотность жидкого хлора (при 0°С и 3,664·105 Па), кг/м3 1468
Плотность жидкого хлора (при 15,6°С и 6,08·105 Па), кг/м3 1422
Плотность твердого хлора (при -102°С), кг/м3 1900
Относительная плотность по воздуху газа (при 0°С и 1,013·105 Па) 2,482
Относительная плотность по воздуху насыщенного пара (при 0°С и 3,664·105 Па) 9,337
Относительная плотность жидкого хлора при 0°С (по воде при 4°С) 1,468
Удельный объем газа (при 0°С и 1,013·105 Па), м3/кг 0,3116
Удельный объем насыщенного пара (при 0°С и 3,664·105 Па), м3/кг 0,0828
Удельный объем жидкого хлора (при 0°С и 3,664·105 Па), м3/кг 0,00068
Давление паров хлора при 0°С, Па 3,664·105
Динамическая вязкость газа при 20°С, 10-3 Па·с 0,013
Динамическая вязкость жидкого хлора при 20°С, 10-3 Па·с 0,345
Теплота плавления твердого хлора (при температуре плавления), кДж/кг 90,3
Теплота парообразования (при температуре кипения), кДж/кг 288
Теплота сублимации (при температуре плавления), кДж/моль 29,16
Молярная теплоемкость Cp газа (при -73…5727°С), Дж/(моль·К) 31,7…40,6
Молярная теплоемкость Cp жидкого хлора (при -101…-34°С), Дж/(моль·К) 67,1…65,7
Коэффициент теплопроводности газа при 0°С, Вт/(м·К) 0,008
Коэффициент теплопроводности жидкого хлора при 30°С, Вт/(м·К) 0,62
Энтальпия газа, кДж/кг 1,377
Энтальпия насыщенного пара, кДж/кг 1,306
Энтальпия жидкого хлора, кДж/кг 0,879
Показатель преломления при 14°С 1,367
Удельная электропроводность при -70°С, См/м 10-18
Сродство к электрону, кДж/моль 357
Энергия ионизации, кДж/моль 1260

Вычислите относительную плотность хлора а) по водороду; б) по воздуху; в) по кислороду. ответ: а) 35,5; б) 2,448; в) 2,219 — знания.site

Mr(H2)=2
Mr(O2)=32
Mr(воздух)=29

DH2(Cl2)= Mr(Cl2)/Mr(H2)=71/2=35,5
Mr(Cl2)=35,5*2=71
DO2(Cl2)=Mr(Cl2)/Mr(O2)=71/32=2,218
Dвозд(Cl2)= Mr(Cl2)/Mr(воздух)=71/29=2,448

Вязкость хлора

Коэффициент динамической вязкости газообразного хлора в интервале температуры 20…500°С можно приближенно вычислить по формуле:

где ηT — коэффициент динамической вязкости хлора при заданной температуре T, К;ηT0 — коэффициент динамической вязкости хлора при температуре T0=273 К (при н. у.);С — константа Сюзерленда (для хлора С=351).

При нормальных условиях динамическая вязкость хлора равна 0,0123·10-3 Па·с. При нагревании такое физическое свойство хлора, как вязкость, принимает более высокие значения.

Динамическая вязкость газообразного хлора
t, °С η, 10-3 Па·с t, °С η, 10-3 Па·с
0 0,0123 200 0,0209
20 0,0133 250 0,0229
25 0,0136 300 0,0249
50 0,0147 400 0,0287
100 0,0168 500 0,0333
150 0,0189 600 0,0373

Жидкий хлор имеет вязкость на порядок выше, чем газообразный. Например, при температуре 20°С динамическая вязкость жидкого хлора имеет величину 0,345·10-3 Па·с и при росте температуры снижается.

Вязкость жидкого хлора при различных температурах
t, °С η, 10-3 Па·с t, °С η, 10-3 Па·с
-53 0,569 20 0,345
-45 0,53 35 0,323
-35 0,494 50 0,3
0 0,385 75 0,275
10 0,365 100 0,249

Краткая характеристика химических свойств и плотность хлора

Сущность химической активности хлора проявляется в способностях его атома присоединять электроны и превращаться в отрицательно заряженный ион.

Химическая активность хлора очень велика – он соединяется почти со всеми металлами (иногда лишь в присутствии следов воды или при нагревании) и со всеми металлоидными элементами, кроме C, N и O. Важно отметить, что при полном отсутствии влаги хлор не действует на железо. Это и позволяет хранить его в стальных баллонах.

Взаимодействие хлора с водородом по реакции

H2 Cl2 = 2HCl 44 ккал

Протекает крайне медленно, но нагревании смеси газов или её сильное освещение (прямым солнечным светом, горящим магнием и т.д.) сопровождается взрывом.

Среди сложных веществ, с которыми реагирует хлор: воды, щелочи и галогениды металлов.

Найдите плотность ( массу 1л ) аргона, хлора, кислорода, и озона при н.у. сколько молекул каждого вещества будет содержаться — знания.site

1. Найдем химические количества газов:

n

n (Ar) = n (Cl2) = n (O2) = n (O3) = V : Vm = 1 : 22,4 = 0,0446 моль;

n

2. рассчитаем массы газов:

n

m (Ar) = n (Ar) * M (Ar) = 0,0446 * 40 = 1,784 г;

n

m (Cl2) = n (Cl2) * M (Cl2) = 0,0446 * 71 = 3,1666 г;

n

m (O2) = n (O2) * M (O2) = 0,0446 * 32 = 1,4272 г;

n

m (O3) = n (O3) * M (O3) = 0,0446 * 48 = 2,1408 г;

n

3. найдем плотности газов:

n

ρ = m : V;

n

ρ (Ar) = 1,784 : 1 = 1,784 г/л;

n

ρ (Cl2) = 3,1666 : 1 = 3,1666 г/л;

n

ρ (O2) = 1,4272 : 1 = 1,4272 г/л;

n

ρ (O3) = 2,1408 : 1 = 2,1408 г/л.

n

4. вычислим число молекул для каждого вещества:

n

N = n * Na;

n

N (Ar) = 1.784 * 6,02 * 1023 = 1,074 * 1024;

n

N (Cl2) = 3,1666 * 6,02 * 1023 = 1,906 * 1024;

n

N (O2) = 1,4272 * 6,02 * 1023 = 8,592 * 1023;

n

N (O3) = 2,1408 * 6,02 * 1023 = 1,289 * 1024.

n

Ответ: 1,784 г/л Ar, 3,1666 г/л Cl2, 1,4272 г/л O2, 2,1408 г/л O3; 1,074 * 1024 молекул Ar, 1,906 * 1024 молекул Cl2, 8,592 * 1023 молекул O2, 1,289 * 1024 молекул O3.

Плотность газообразного хлора

В таблице представлены значения плотности хлора в газообразном состоянии при различных температурах (в интервале от -30 до 140°С) и нормальном атмосферном давлении (1,013·105 Па). Плотность хлора меняется с изменением температуры — при нагревании она уменьшается.

Плотность газообразного хлора при различных температурах
t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3
-30 3,722 60 2,616
-20 3,502 70 2,538
-10 3,347 80 2,464
0 3,214 90 2,394
10 3,095 100 2,328
20 2,985 110 2,266
30 2,884 120 2,207
40 2,789 130 2,15
50 2,7 140 2,097

При росте давления плотность хлора увеличивается. Ниже в таблицах приведена плотность газообразного хлора в интервале температуры от -40 до 140°С и давлении от 26,6·105 до 213·105 Па. С повышением давления плотность хлора в газообразном состоянии увеличивается пропорционально.

Плотность газообразного хлора при различных температурах и давлении от 0,26 до 1 атм.
t, °С | P, кПа 26,6 53,2 79,8 101,3
-40 0,9819 1,996
-30 0,9402 1,896 2,885 3,722
-20 0,9024 1,815 2,743 3,502
-10 0,8678 1,743 2,629 3,347
0 0,8358 1,678 2,528 3,214
10 0,8061 1,618 2,435 3,095
20 0,7783 1,563 2,35 2,985
30 0,7524 1,509 2,271 2,884
40 0,7282 1,46 2,197 2,789
50 0,7055 1,415 2,127 2,7
60 0,6842 1,371 2,062 2,616
70 0,6641 1,331 2 2,538
80 0,6451 1,292 1,942 2,464
90 0,6272 1,256 1,888 2,394
100 0,6103 1,222 1,836 2,328
110 0,5943 1,19 1,787 2,266
120 0,579 1,159 1,741 2,207
130 0,5646 1,13 1,697 2,15
140 0,5508 1,102 1,655 2,097
Плотность газообразного хлора при различных температурах и давлении от 1,31 до 2,1 атм.
t, °С | P, кПа 133 160 186 213
-20 4,695 5,768
-10 4,446 5,389 6,366 7,389
0 4,255 5,138 6,036 6,954
10 4,092 4,933 5,783 6,645
20 3,945 4,751 5,565 6,385
30 3,809 4,585 5,367 6,154
40 3,682 4,431 5,184 5,942
50 3,563 4,287 5,014 5,745
60 3,452 4,151 4,855 5,561
70 3,347 4,025 4,705 5,388
80 3,248 3,905 4,564 5,225
90 3,156 3,793 4,432 5,073
100 3,068 3,687 4,307 4,929
110 2,985 3,587 4,189 4,793
120 2,907 3,492 4,078 4,665
130 2,832 3,397 3,972 4,543
140 2,761 3,319 3,87 4,426

Плотность жидкого хлора

Жидкий хлор может существовать в относительно узком температурном диапазоне, границы которого лежат от минус 100,5 до плюс 144°С (то есть от температуры плавления до критической температуры). Выше температуры 144°С хлор не перейдет в жидкое состояние ни при каком давлении. Плотность жидкого хлора в этом температурном интервале изменяется от 1717 до 573 кг/м3.

Плотность жидкого хлора при различных температурах
t, °С ρ, кг/м3 t, °С ρ, кг/м3
-100 1717 30 1377
-90 1694 40 1344
-80 1673 50 1310
-70 1646 60 1275
-60 1622 70 1240
-50 1598 80 1199
-40 1574 90 1156
-30 1550 100 1109
-20 1524 110 1059
-10 1496 120 998
0 1468 130 920
10 1438 140 750
20 1408 144 573

Плотность хлора

При нормальных условиях хлор представляет собой тяжелый газ, плотность которого приблизительно в 2,5 раза выше плотности воздуха. Плотность газообразного и жидкого хлора при нормальных условиях (при 0°С) равна, соответственно 3,214 и 1468 кг/м3.

Плотность хлора и другие его физические свойства

Под обычным давлением он сжижается при (-34oС) и затвердевает при (-101oС). Один объем воды растворяет около двух объемов хлора. Образующийся желтоватый раствор часто называют «хлорной водой».

Хлор обладает резким запахом. Вдыхание его вызывает воспаление дыхательных путей. В качестве средства первой помощи при острых отравлениях хлором применяется вдыхание паров смеси спирта с эфиром.

Критическая температура хлора равна 144oС, критическое давление 76 атм. При температуре кипения жидкий хлор имеет плотность 1,6 г/см3, а теплота его испарения составляет 4,9 ккал/моль. Твердый хлор имеет плотность 2,0 г/см3 и теплоту плавления 165 ккал/моль. Кристаллы его образованы отдельными молекулами Cl2 (кратчайшее расстояние между которыми равно 3,34 А).

Связь Cl-Cl характеризуется ядерным расстоянием 1,98 А и силовой константой 3,2. Термическая диссоциация молекулярного хлора по уравнению

Cl2 58 ккал = 2Cl

Становится заметной примерно с 1000oС.

Распространенность хлора в природе

По распространенности в природе хлор близок фтору – на его долю приходится 0,02% от общего числа атомов земной коры. Человеческий организм содержит 0,25 (мас.) % хлора.

Первичная форма нахождения хлора на земной поверхности отвечает его чрезвычайному распылению. В результате работы воды, на протяжении многих миллионов лет разрушавшей горные породы и вымывавшей из них все растворимые составные части, соединения хлора скапливались в морях.

Рассчитать плотность, относительную плотность по кислороду, по водороду, по воздуху хлора cl2 — знания.site

D(по кислороду)=M(Сl2/М(O2)=35,5/32=1,11 

D(по водороду)=M(Сl2/М(Н2)=35,5/2=17,75

D(по воздуху)=M(Сl2/М(воздуха)=35,5/29=1,22 

Теплопроводность хлора

В таблице представлены значения коэффициентов теплопроводности газообразного хлора при нормальном атмосферном давлении в интервале температуры от -70 до 400°С.

Коэффициент теплопроводности хлора при нормальных условиях составляет 0,0079 Вт/(м·град), что в 3 раза меньше чем у воздуха при тех же температуре и давлении. Нагревание хлора приводит к повышению его теплопроводности. Так, при температуре 100°С, значение этого физического свойства хлора увеличивается до 0,0114 Вт/(м·град).

Теплопроводность газообразного хлора
t, °С λ, Вт/(м·град) t, °С λ, Вт/(м·град)
-70 0,0054 50 0,0096
-60 0,0058 60 0,01
-50 0,0062 70 0,0104
-40 0,0065 80 0,0107
-30 0,0068 90 0,0111
-20 0,0072 100 0,0114
-10 0,0076 150 0,0133
0 0,0079 200 0,0149
10 0,0082 250 0,0165
20 0,0086 300 0,018
30 0,009 350 0,0195
40 0,0093 400 0,0207

Удельная теплоемкость хлора

Удельная теплоемкость газообразного хлора Cp в размерности кДж/(кг·К) в интервале температуры от 0 до 1200°С и нормальном атмосферном давлении может быть рассчитана по формуле:

где T — абсолютная температура хлора в градусах Кельвина.

Следует отметить, что при нормальных условиях удельная теплоемкость хлора имеет значение 471 Дж/(кг·К) и при нагревании увеличивается. Рост теплоемкости при температурах выше 500°С становится незначительным, и при высоких температурах удельная теплоемкость хлора практически не изменяется.

В таблице приведены результаты расчета удельной теплоемкости хлора по указанной выше формуле (погрешность расчета составляет около 1%).

Удельная теплоемкость газообразного хлора в зависимости от температуры
t, °С Cp, Дж/(кг·К) t, °С Cp, Дж/(кг·К)
0 471 250 506
10 474 300 508
20 477 350 510
30 480 400 511
40 482 450 512
50 485 500 513
60 487 550 514
70 488 600 514
80 490 650 515
90 492 700 515
100 493 750 515
110 494 800 516
120 496 850 516
130 497 900 516
140 498 950 516
150 499 1000 517
200 503 1100 517

При температуре близкой к абсолютному нулю хлор находится в твердом состоянии и имеет низкую величину удельной теплоемкости (19 Дж/(кг·К)). По мере увеличения температуры твердого Cl2 его теплоемкость растет и достигает при минус 143°С величины 720 Дж/(кг·К).

Жидкий хлор имеет удельную теплоемкость 918…949 Дж/(кг·К) в интервале от 0 до -90 градусов Цельсия. По данным таблицы видно, что удельная теплоемкость жидкого хлора выше чем газообразного и при увеличении температуры снижается.

Удельная теплоемкость твердого и жидкого хлора
Твердый хлор Жидкий хлор
t, °С Cp, Дж/(кг·К) t, °С Cp, Дж/(кг·К)
-273 19 -90 949
-269 209 -80 944
-243 315 -70 935
-193 595 -30 929
-143 720 0 918
Оцените статью
Кислород
Добавить комментарий