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Chlore
Le chlore est un élément chimique de la famille des halogènes, de symbole Cl, et de numéro atomique 17.
Il est abondant dans la nature, son dérivé le plus important est le « sel de table » ou chlorure de sodium (NaCl). Ce dernier est nécessaire à de nombreuses formes de vie.
Le chlore, à l'état de corps simple se présente sous la forme de la molécule de dichlore Cl2, qui est un gaz jaune-vert 2,5 fois plus dense que l'air, aux conditions normales de température et de pression. Ce gaz a une odeur suffocante très désagréable et est extrêmement toxique.
L'ion hypochlorite de l'eau de Javel contenant un atome de chlore, on dit souvent d'une eau traitée à la Javel qu'elle est « chlorée ». Il s'agit toutefois d'un abus de langage, source fréquente de confusions entre l'élément chlore, le gaz dichlore et l'ion hypochlorite... On parle aussi de chlore lorsqu'il s'agit en fait de dichlore. C'est sous le nom de chlore que le dichlore est en effet répertorié pour le transport des matières dangereuses par exemple.
Sommaire
Découverte
Le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele l'isola en 1772. Il lui donna le nom d'acide muriatique déphlogistiqué. Il croyait que c'était un gaz composé, mais en 1809 le chimiste britannique Humphry Davy découvrit que c'était un gaz simple et lui donna son nom actuel.
Caractéristiques notables
échantillon de chlore gazeux.
L'élément chimique pur a la forme d'un gaz jaune-verdâtre diatomique Cl2, le dichlore cité plus haut, dans les conditions normales de température et de pression. Le nom de chlore vient du grec chloros qui signifie « vert pâle », en référence à sa couleur.
Le chlore est produit à partir des chlorures, par oxydation et principalement par électrolyse. Avec des métaux, il forme des sels appelés les chlorures.Il se liquéfie aisément, il bout à -34 °C à pression atmosphérique. Il est transporté (ou conservé) liquide, sous pression, aux températures ambiantes.
échantillon de chlore liquide.Avec le fluor, le brome, l'iode et l'astate, le chlore est un membre de la série des halogènes qui constitue le groupe 17 de la table périodique - le groupe d'éléments le plus réactif. Il se combine aisément avec presque tous les éléments. En effet, la liaison entre les deux atomes est relativement faible (seulement de 242,580 ±0.004 kJ/mol) qui fait du Cl2 une molécule fortement réactive. Il est produit à partir des chlorures par oxydation, et plus souvent par électrolyse. Le chlore est un élément qui se combine aisément avec presque tous autres éléments.
Des composés avec l'oxygène, l'azote, le xénon, et le krypton sont connus, mais ne se forment pas par réaction directe entre ces élements[2], mais doit être initiée par un agent externe, catalyseur ou ionisation. Bien que très réactif, le chlore n'est pas aussi extrêmement réactif que fluor.
Le gaz de chlore pur, cependant, est (comme l'oxygène) un comburant et peut soutenir la combustion des composés organiques tels que les hydrocarbures, bien que le carbone composant le carburant tende à brûler qu'incomplètement, avec une grande partie demeurant sous forme de suie[3]. Ce qui montre l'affinité (relative) extrème du chlore pour l'hydrogène (comme tous les halogènes), produisant du chlorure d'hydrogène, un corps plus lié que l'eau (l'oxyde d'hydrogène).À 10 °C (et à pression atmosphérique), 1 L d'eau dissout 3,10 L de chlore et 1,77 L à 30 °C[4].
En solution, le chlore se trouve généralement sous forme d'ion chlorure Cl−.
L'ion chlorure, Cl−, est également le principal ion dissout dans l'eau de mer. Environ 1,9 % de la masse de l'eau de mer est celle des ions chlorure.Utilisations
Le chlore est un produit chimique important dans la purification de l'eau, dans les désinfectants, les agents de blanchissement ainsi que dans le gaz moutarde.
En raison de sa toxicité, le dichlore a été un des premiers gaz employés lors de la Première Guerre mondiale comme gaz de combat. Les premiers masques à gaz inventés pour s'en protéger étaient en fait des compresses ou des cagoules de toiles imbibées de thiosulfate de sodium.
Le dichlore est depuis largement utilisé pour fabriquer de nombreux objets et produits courants :
- comme biocide, pour tuer les bactéries et autres microbes, dont pour la potabilisation de l'eau (dichlore, eau de Javel...). Le chlore a des propriétés rémanentes, ce qui signifie que son action désinfectante est valable sur tout le long du réseau de distribution d'eau. Pour purifier l'eau, on peut également utiliser le dioxyde de chlore, gaz très oxydant qui présente l'avantage de ne pas produire de chlorophénols lorsqu'il reste des traces de dérivés phénoliques dans l'eau. Ce produit est en outre décolorant et désodorisant ;
- pour le traitement de l'eau des piscines comme biocide sous la forme de chloro-isocyanurates (par exemple le dichloroisocyanurate de sodium dihydrate pour le chlore choc) ou d'acide trichloroisocyanurique (par exemple pour le chlore lent) qui ont l'avantage de se présenter sous une forme solide[5] ;
- pour le blanchissement du papier : autrefois on utilisait du chlore gazeux mais ce procédé était très polluant. Il a été remplacé par un procédé employant du dioxyde de chlore en combinaison avec du peroxyde d'hydrogène ;
- pour la production d'antiseptiques, de colorants, d'insecticides, de peintures, de produits pétroliers, des plastiques (comme le PVC), des médicaments, des textiles, des dissolvants, et de beaucoup d'autres produits de consommation.
La chimie organique emploie cet élément intensivement comme oxydant et dans la substitution parce que le chlore donne souvent beaucoup de propriétés désirées dans un composé organique quand il est substitué à l'hydrogène (par exemple dans le néoprene un caoutchouc synthétique résistant aux hydrocarbures).
Il existe d'autres emplois dans la production des chlorates, chloroforme, tétrachlorure de carbone, et dans l'extraction de brome.
En géomorphologie et paléosismologie, l'isotope 36Cl, créé par les rayons cosmiques, est utilisé pour la datation par isotopes cosmogéniques de surfaces ou la détermination de taux d'érosion.
Historique
Le mot chlore vient du grec klôros signifiant "vert pâle".
Le dichlore fut découvert en 1772 par le chimiste Carl Wilhelm Scheele, en versant quelques gouttes d'acide chlorhydrique sur du dioxyde de manganèse. Scheele pensait à tort qu'il contenait de l'oxygène. C'est en 1810 que Humphry Davy lui attribua le nom de chlore, en insistant sur le fait que c'était en fait un élément chimique bien distinct.
À partir du XIXe siècle, le chlore, notamment sous forme d'eau de Javel, est utilisé comme désinfectant et pour le traitement de l'eau potable. Il est également utilisé pour le blanchiment des tissus dans l'industrie textile.
Sources
Dans la nature, on ne trouve le chlore que combiné avec d'autres éléments, en particulier du sodium, sous forme de sel (chlorure de sodium : NaCl), mais également avec la carnallite et la sylvine.
L'électrolyse chlore-soude est la principale méthode de production du chlore. Elle a lieu à partir d'une solution aqueuse de chlorure de sodium : le chlore se dégage à l'anode et l'eau est décomposée à la cathode en hydrogène (qui se dégage) et en ions hydroxyde formant progressivement une solution de soude.
On peut aussi électrolyser directement le sel fondu.Composés
chlorures - hypochlorites - chlorites - chlorates - perchlorates
Isotopes
Il existe deux principaux isotopes stables du chlore, de masses 35 et 37, trouvés dans les proportions de 3 pour 1 respectivement et qui donnent aux atomes de chlore en vrac, une masse atomique apparente de 35,5.
Le chlore a 13 isotopes avec des nombres de masse s'étendant de 31 à 43. Seulement 3 de ces isotopes sont présents dans l'environnement terrestre : le 35Cl stable (75,78 %), le 37Cl stable (24,22 %) (sources: Nubase) et le 36Cl radioactif. Le rapport de 36Cl au Cl stable dans l'environnement est d'environ 700×10-15 pour 1 [6]' [7].
Le 36Cl est produit dans l'atmosphère par spallation de l'36Ar grâce à des interactions avec des protons de rayons cosmiques. Au niveau du sol, le 36Cl est produit principalement en raison de la capture de neutrons par le 35Cl ou la capture de muons par le 40Ca.
Le 36Cl se décompose en 36S (à 2 %) et en 36Ar (à 98 %), avec une demi-vie combinée de 301 000 ans[8]' [9]. La demi-vie de cet isotope hydrophile non-réactif en fait un outil intéressant pour dater géologiquement des objets sur une période allant de 60 000 à 1 million d'années.De plus, de grandes quantités de 36Cl ont été produites par irradiation de l'eau de mer durant les tirs sous-marins des armes nucléaires, depuis le tir Baker de l'opération Crossroads en juillet 1946 et surtout entre 1952 et 1958. Le temps de séjour de 36Cl dans l'atmosphère est d'environ une semaine. Ainsi, comme marqueur évènementiel des années 1950 dans les sols et les eaux souterraines, le 36Cl est également utile pour dater les eaux de moins de 50 ans. Le 36Cl a été utilisé dans d'autres secteurs des sciences géologiques, comme la datation de la glace et des sédiments.
Précautions
Des études récentes montrent une influence de la chloration des piscines sur le risque d'asthme et de rhinites allergiques[10].
Le chlore irrite le système respiratoire, spécialement chez les enfants et les personnes âgées. Une forte exposition au chlore peut entraîner un asthme induit ou syndrome de Brooks.
Dans son état gazeux, il irrite les membranes des muqueuses et dans son état liquide, il brûle la peau. Il suffit de 3,5 ppm pour distinguer son odeur, mais ce gaz est mortel à partir de 1 000 ppm pour une bouffée d'environ une minute.
L'exposition à ce gaz ne devrait donc pas excéder 0,5 ppm (valeur d'exposition moyenne pondérée sur 8 heures, 40 heures par semaine).
Sur les sites industriels la détection du chlore est primordiale pour la sécurité des personnes, ainsi des détecteurs sont mis en place. L'INERIS a réalisé une étude indépendante sur 5 détecteurs de chlore à la demande de l'EXERA.
Voir aussi
Sources d'informations et liens externes
- (en) WebElements.com - Chlorine
- (en) EnvironmentalChemistry.com - Chlorine
- (fr) Le livre blanc du chlore
Notes et références
- ↑ a et b (fr) Paul Arnaud, Brigitte Jamart, Jacques Bodiguel, Nicolas Brosse, Chimie Organique 1er cycle/Licence, PCEM, Pharmacie , Cours, QCM et applications, Dunod, 8 juillet 2004, Broché, 710 p. (ISBN 2100070355)
- ↑ Merck Index of Chemicals and Drugs, 9th ed.
- ↑ Lange's Handbook of Chemistry, 10th ed
- ↑ (en) WebElements.com – Chlorine
- ↑ (en) Doug de la Matter, Swimming pool chemistry, www.magma.ca, 24/04/2007 [lire en ligne]
- ↑ Du chlore dans l'eau La radioactivité naturelle et artificielle – Réactions acide-base ; Classe de terminale S2, Évaluation 3 (A partir du bac. France – 09/2004)
- ↑ [pdf] Sujet 1 : du chlore dans les eaux souterraines Thème : La radioactivité (3) - La préparation au Bac ; TD n°9 – PHYSIQUE – TS – Lycée Alfred de Vigny.
- ↑ [pdf] Epreuves du bac STL-CLPI, septembre 2008 (page 2/7)
- ↑ Voir article : Mode de désintégration
- ↑ Bernard A et Al., Risques d’asthme et d'allergies associés à la fréquentation des piscines désinfectées au chlore, 2006 [lire en ligne]
s1 s2 g f1 f2 f3 f4 f5 f6 f7 f8 f9 f10 f11 f12 f13 f14 d1 d2 d3 d4 d5 d6 d7 d8 d9 d10 p1 p2 p3 p4 p5 p6 1 H He 2 Li Be B C N O F Ne 3 Na Mg Al Si P S Cl Ar 4 K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr 5 Rb Sr Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe 6 Cs Ba La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn 7 Fr Ra Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo 8 Uue Ubn * Ute Uqn Uqu Uqb Uqt Uqq Uqp Uqh Uqs Uqo Uqe Upn Upu Upb Upt Upq Upp Uph Ups Upo Upe Uhn Uhu Uhb Uht Uhq Uhp Uhh Uhs Uho ↓ g1 g2 g3 g4 g5 g6 g7 g8 g9 g10 g11 g12 g13 g14 g15 g16 g17 g18 * Ubu Ubb Ubt Ubq Ubp Ubh Ubs Ubo Ube Utn Utu Utb Utt Utq Utp Uth Uts Uto Métalloïdes Non-métaux Halogènes Gaz rares Métaux alcalins Métaux alcalino-terreux Métaux de transition Métaux pauvres Lanthanides Actinides Superactinides Éléments non classés 
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