Хлор

История

Свойства

Применение

 
    Хлор относится к газам, имеющим довольно интенсивную окраску, однако она становится хорошо заметна только при толщине слоя хлора в несколько сантиметров. В ампуле размером меньше сантиметра (которые я использовал для маленького набора), зеленовато-желтый цвет хлора можно увидеть только при хоршо подбранном освещении и фоне. Поскольку мне хотелось получить хорошо различимый образец хлора, я довольно долго думал, как сделать цвет более интенсивным. Один из вариантов – увеличить давление в ампуле (в принципе ампула с такими размерами и толщиной стенок, какие я использовал для остальных элементов, может выдержать давление больше 10 атмосфер) но во первых, запас прочности такой ампулы будет небольшим, а во вторых запаять ампулу под давлением это очень непростая задача, если же заморозить хлор в ампуле, то его количество будет сложно контролировать и после оттаивания в ампуле может остаться жидкий хлор..... Хм, а почему бы и нет...

 
   На фото образец хлора для небольшого набора-таблицы. О его изготовлении можно прочитать ниже.

 
    В общем, я решил сделать образец жидкого хлора. Ампула изготовлена из кварцевого капиляра. Внешний диаметр – 4 мм, толщина стенок – 1 мм. Рассчетное рабочее давление 200-300 атмосфер (если ампула не имеет дефектов). Пару грамм хлора из баллона я конденсировал в ловушке (так годаздо удобнее его дозировать). Затем перегнал в вакууме небольшое колличество хлора в кварцевую ампулу с перетяжкой (для удобства отпайки, диаметр шейки был меньше милиметра), заморозил хлор в жидком азоте и отпаял перетяжку кислородной горелкой. В качестве меры предосторожности, ампулу сразу поместил в пузырек с пробкой, где она и отаяла. Потом, аккуратно нагрел банку с ампулой в горячей воде до кипения, ампула выдержала. Взвесил ампулу и отпаянную часть капиляра. Масса хлора в ней оказалась – 32 мг.
    Для окончательной уверенности в прочности ампулы, я нагрел её в вакуумированном сосуде вместе с термометром на масляной бане до критической температуры ;) в случае взрыва, весь хлор оказался бы в в сосуде и не вышел бы наружу. При нагревании, жидкость в ампуле начала расширяться, а граница жидкость-газ становиться менее заметной, в конце концов, при температуре около 140 градусов, граница перестала быть видимой. Обратный процесс – конденсацию, видно гораздо лучше. При критической температуре, давление паров хлора составляет 76 атмосфер (при комнатной около 6), то есть запас прочности – как минимум десятикратный.

 
    Для большей безопасности я залил ампулу в прозрачную смолу. Так же, поскольку показатель преломления смолы близок к таковому у кварца, ампула смотрится гораздо лучше.

 
    На третьем фото - спектральная трубка с хлором. Электрический разряд в нем, имеет довольно слабое фиолетовое свечение.

 
    Ну и почему бы не сделать "классический" образец хлора. Запаянную ампулу с газом при атмосферном давлении. Для заполнения я взял ампулу шарообразной формы, такую же как для брома и иода, просто чтобы все три образца галогенов выглядели похоже. Хлор в шарике хорошо виден на белом фоне при хорошем освещении.

 
    Когда я случайно получил кристаллы брома, я удивился, насколько они похожи на кристаллы иода и мне стало интересно, а как же будет выглядить кристаллический хлор, если его возогнать при низком давлении.

    Ни в шарике с фотографии выше ни в маленьких ампулках с жидким хлором выращивание кристаллов пригодных для фотографирования провести нельзя (в них слишком мало хлора). Поэтому я специально сделал ампулу содержашую около двухх грамм хлора под давлением. На фото видно, что он частично сжижился, а газ имеет очень интенсивную окраску (из-за того, что давление в ампуле в семь раз больше атмосферного).
    Первый опыт по выращиванию кристаллов оказался неудачным. Я заморозил нижнюю часть ампуды в жидком азоте, а потом, когда весь хлор сконденсировался и замерз там, я пепевернул ампулу. То есть теплую часть ампулы окунул в жидкий азот, а замороженную, с хлором, стал медленно нагревать. Хлор действительно стал перегоняться (точнее пересублимироваться) в холодную половину ампулы, но там он стал оседать не в виде кристаллов, а в виде плотного осадка. Скорее всего это произошло из за того, что давлене в ампуле было слишком низким, а скорость сублимации очень высоко. К тому же при низких давлениях газы подчиняется молукулярным законам, а не вязкостным (при этом выгоднее образование плотного осадка, а не кристаллов).

 
    После этого я решил немного поменять условия сублимации и уменьшить разницу температур. На этот раз я поместил ампулу не в жидкий азот (-196°C), а в спиртовую баню с температурой -110°C, налитую в прозрачный термос. При этой температуре давление паров хлора составляет несколько миллибар, что дает возможность образовываться кристаллам, а не плотному налету. Ампулку погружал медленно, чтобы сначала весь хлор сконденсировался в одном конце ампулы, а уже потом она вся охладилась до -110°C. После охлаждения, аккуратно нагрел твердый хлор лучем фиолетового лазера (стекло и спирт полностью прозрачны для него, а хлор очень хорошо поглощает фиолетовый свет и нагревается). Нагретый хлор медленно испаряется и оседает на более холодных стенках ампулы. В результате получились кристаллы, которые можно увидеть на фото выше. Форма кристалликов такая же ромбовидная как и у брома с иодом, но кристаллы получились меньше и в основном в виде сростков. Наверное позже попробую повторить этот опыт еще раз и сделать фотографии лучщего качества.