元素周期表系列：第17号元素——氯元素
严浩
博士科普元素团队
你知道吗：氯气这种剧毒的气体每天都在守护人们免受水传播疾病的困扰。使用氯气对自来水消毒具有很好的效果，而且费用较低。
氯是什么样一种元素呢？
博科小答：氯（Chlorine），原子量为35.45，是一种非金属元素，它在元素周期表中名列第17，为第VIIA族卤族元素。氯元素的单质为黄绿的氯气，因此得名Chlorine，源自于希腊文“绿色”；很明显，它的中文名称是“绿”的谐音，也是这个原因。氯元素是十分常见的元素。食盐（氯化钠）就是生活中必不可少的含氯化合物。氯以离子形式存在于海水中；在陆地上，氯元素存在于氯盐矿中。氯元素也是生物体不可缺少的元素。
氯元素的单质具有哪些性质呢？
博科小答：氯元素的单质是氯气（Cl2）。这是一种黄绿色的有毒气体，具有强烈的刺激性气味。在一个大气压下，它的熔点为-101.1℃，沸点为-33.4℃。氯气的密度比空气大，可溶于水和碱溶液中。氯气易压缩，可液化为黄绿色的油状液体——液氯1。氯气具有很强的氧化性，具有助燃的性质。很多具有还原性的物质，例如多种金属单质、氢气都可以在氯气中燃烧。在水中加入氯气可起到漂白、消毒等作用。
图一：黄绿色的氯气2
氯元素是怎样被发现的呢？
博科小答：人们早已完成了氯元素的分离，生成氯气，但是却迟迟没有认识到这一种化学元素。13世纪，人们制造出了可以溶解黄金的王水，而王水分解的过程中会产生含有氯气的混合物。1774年，瑞士化学家Carl Wilhelm Scheele通过二氧化锰与盐酸的反应，制造出了纯净的氯气，并对其性质进行了研究。可惜的是，以当时的认知，酸根必定是含有氧原子的，因此，包括Scheele在内的科学家都不认为这种生成的气体是一种单质2。在1809年，科学家们尝试将氧元素从这种黄绿色气体中分离，均以失败告终。于1810年，Sir Humphry Davy宣布了这种黄绿色气体是一种新发现的单质，并对其命名。
有哪些含有氯元素的重要化合物？
博科小答：盐酸是氯化氢（HCl）的水溶液，在化学工业中，有许多重要应用。盐酸可用于酸洗钢材，也是大规模制备许多无机、有机化合物所需的化学试剂，例如PVC塑料的前体氯乙烯。盐酸还有许多小规模的用途，比如用于家务清洁、生产明胶及其他食品添加剂、除水垢试剂、皮革加工等等3。除此之外，次氯酸、氯酸、高氯酸和他们的盐都有各自的用途。
氯的有机化合物也很多。著名的农药——六六六、滴滴涕、氯化苦、敌百虫、乐果、赛力散等，都是含氯的有机化合物。三氯甲烷俗称氯仿，是医院中常用的环境消毒剂。四氯化碳是常用的溶剂和灭火剂4。
聚氯乙烯（PVC），是氯乙烯单体聚合而成的聚合物。它曾是世界上产量最大的通用塑料，应用非常广泛。PVC本来为微黄色半透明状，有光泽，稳定，不易被酸、碱腐蚀，对热比较耐受。可根据需求调整助剂用量，改变硬度、透明度等性质。尽管PVC中残留的单体氯乙烯是致癌物，目前的生产处理技术可以降低这种残留物的浓度，达到卫生标准5。
图二：PVC原胶（左）与PVC管材（右）5
氯与生命活动
氯是一种常量元素，在人体及其他生命体中以氯离子（Cl–）的形式存在。氯离子十分稳定，似乎不直接参与生命体中的化学反应。然而细胞可以通过主动运输来迅速转移氯离子，这样可以维持电荷的平衡，也可以用来调节渗透压和膨压（细胞内的水分对细胞壁的压力），分别实现调节根系对水的吸收，或者进行气孔的开闭等活动。氯离子还能够促进光合作用和一些酶促反应6。
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参考文献
1 百度百科 氯气
2 Chlorine, Wikipedia
3 百度百科 盐酸
4《化学元素的故事》编写组编著.化学元素的故事(青少年科学馆丛书.中国出版集团，世界图书出版公司.KindleEdition.
5 百度百科 聚氯乙烯
6 百度百科 氯
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