ક્લોરિન

ક્લોરિન (Cl₂) : આવર્તકોષ્ટકના 17મા (અગાઉના VIIમા) સમૂહમાં આવતું વાયુમય રાસાયણિક તત્વ. 1774માં શીલેએ મ્યુરિયાટિક ઍસિડ (HCl) સાથે મૅંગેનીઝ ડાયૉક્સાઇડને ગરમ કરી સૌપ્રથમ ક્લોરિન વાયુ મેળવ્યો. આ વાયુનો આછો લીલો રંગ (લીલાશ પડતો પીળો) હોવાથી હમ્ફ્રી ડેવીએ તેને ક્લોરિન (chloros = greenish yellow) નામ આપેલું.

પૃથ્વીની સપાટી ઉપરના 16 કિમી. સુધીના પોપડા(lithosp-here)માં 0.045 % જેટલું ક્લોરિન હોય છે. બીજાં તત્વો તરફના તેના પ્રબળ આકર્ષણને કારણે તે કદી મુક્ત અવસ્થામાં હોતું નથી (સિવાય કે જ્વાળામુખીમાંથી નીકળતા વાયુઓમાં).

ક્લોરિન મેળવવાના મુખ્ય સ્રોતો : રૉક સૉલ્ટ (NaCl); સિલ્વાઇટ (KCl); તથા કાર્નેલાઇટ (MgCl₂KCl.6H₂O).

દરિયાના પાણીમાં લગભગ 2 % ક્લોરિન Cl^– આયન-સ્વરૂપે હોય છે. પૃથ્વીના પોપડામાં બધા આલ્કલીના ધાતુક્ષાર કરતાં સોડિયમ ક્લોરાઇડ વધુ માત્રામાં હોવાથી તેને કૉમન સૉલ્ટ પણ કહે છે. માનવીના ખોરાકમાં તેની અનિવાર્ય જરૂરત હોવાથી, ટેબલ-સૉલ્ટ તરીકે પણ તે જાણીતું છે. ઘણા સૈકા અગાઉ મીઠું ચલણ તરીકે વિનિમય માટે વપરાતું જેના ઉપરથી ‘salary’ શબ્દ ઉદભવ્યો મનાય છે. ઉદ્યોગમાં છેલ્લાં 60 વર્ષથી આલ્કલી ધાતુના ક્લોરાઇડના વિદ્યુત વિભાજન દ્વારા ક્લોરિન મેળવવામાં આવે છે. લગભગ 90 %થી વધુ ક્લોરિન સોડિયમ ક્લોરાઇડના વિદ્યુતવિભાજનથી બને છે. આ પ્રક્રિયા દરમિયાન કૉસ્ટિક સોડા પણ બનતો હોવાથી ક્લોર-આલ્કલી અથવા ક્લોરિન-કૉસ્ટિક ઉદ્યોગ ખૂબ વિકાસ પામ્યો છે. મીઠું, ચૂનો, સલ્ફ્યુરિક ઍસિડ અને સોડા ઍશ પછી ઔદ્યોગિક ઉત્પાદનમાં તેનો પાંચમો ક્રમ આવે છે.

સામાન્ય તાપમાને તથા દબાણે ક્લોરિન લીલાશ પડતો પીળા રંગનો વાયુ છે. તેની તીવ્ર (pungent) વાસ હોય છે. તે દ્વિપરમાણુક અણુ છે.

પરમાણુ-આંક : 17

પરમાણુભાર : 35.453

ઇલેક્ટ્રૉન-સંરચના : 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁵

ઘટત્વ : હવા કરતાં 2.5 ગણું.

તેના બે સમસ્થાનિકો Cl³⁵તથા Cl³⁷નું કુદરતમાંથી મળતાં સંયોજનોમાં પ્રમાણ અનુક્રમે 75.4 તથા 24.6 % હોય છે. હવાથી ભારે હોવાથી તે જમીન ઉપર ફેલાય છે. તેથી વધુ જોખમી બને છે.

તેનું ઉત્કલનબિંદુ 34° સે. છે. 25° સે. તાપમાને તેના ઉપર 7.86 વાતાવરણનું દબાણ આપતાં તે પ્રવાહી બને છે. પ્રવાહી ક્લોરિનની ઘનતા 1.4 ગ્રા./ઘ.સેમી. હોઈ સ્ટોરેજ માટે તથા હેરફેર માટે પ્રવાહી વધુ અનુકૂળ છે. સામાન્ય તાપમાને તે પાણીમાં અલ્પદ્રાવ્ય છે (100 ગ્રા. પાણીમાં 20°સે.એ 0.72 ગ્રા.). પાણીમાં તેનું સમતોલન નીચે મુજબ થાય છે :

આ રીતે 1 લિટર શુદ્ધ પાણીમાં 1 વાતાવરણના દબાણે તથા 25° સે. તાપમાને આશરે 0.06 મોલમુક્ત ક્લોરિન, 0.03 મોલ હાઇડ્રોક્લોરિક ઍસિડ તથા 0.03 મોલ હાઇપૉક્લોરસ ઍસિડ હોય છે.

ક્લોરિનયુક્ત પાણી અથવા બ્રાઇનને 0° તાપમાને ઠંડું પાડતાં ક્લોરિન હેક્ઝાહાઇડ્રેટ Cl₂6H₂O તથા ઑક્ટાહેડ્રેટ Cl₂8H₂Oના સ્ફટિકો બને છે. ખુલ્લા વાસણમાં આ હાઇડ્રેટ વિઘટન પામીને મુક્ત ક્લોરિન આપે છે. ક્લોરિનનું ઘનીકરણ પણ કરી શકાય છે. ઘન ક્લોરિનનું ગ.બિં. -100.98°સે. તથા ઘટત્વ 2.1 ગ્રા./ઘ.સેમી છે. તેના ઝાંખા પીળા રંગના સ્ફટિકો મળે છે.

પિગાળેલા મીઠા તથા મૅગ્નેશિયમ ક્લોરાઇડ મિશ્રણના વિદ્યુત-વિભાજન દ્વારા ક્લોરિન અલ્પ પ્રમાણમાં બનાવવામાં આવે છે. ક્લોરિનનું ઔદ્યોગિક ઉત્પાદન પીગળેલા NaClનું ડાઉનકોષ (Down cell)માં વિદ્યુતવિભાજન કરીને અથવા સોડિયમ ક્લોરાઇડનાં દ્રાવણ બ્રાઇનનું નેલ્સન કોષ(Nelson cell)માં વિદ્યુતવિભાજન કરીને થાય છે.

ડાઉનકોષમાં પીગળેલ NaClના વિદ્યુતવિભાજનથી ક્લોરિન વાયુ મધ્યસ્થ ધનભારીય કાર્બન ઇલેક્ટ્રૉડ (ઍનૉડ) ઉપર બનતો જાય છે જ્યારે પીગળેલ સોડિયમ ધાતુ ઋણભારીય આયર્ન ઇલેક્ટ્રૉડ (કૅથોડ) ઉપર બને છે.

રાસાયણિક ગુણધર્મો તથા સંયોજનો : ક્લોરિન અધાતુ હોવાથી આવર્તકોષ્ટકમાં તે હેલોજન સમૂહમાં ફ્લૉરિન પછીના સ્થાને છે. કોષ્ટકના જમણે ખૂણે તેનું સ્થાન ઇલેક્ટ્રૉ-ઋણ્વીયતા તથા ઉપચયનશક્તિ (જે માત્ર ફ્લૉરિન તથા ઑક્સિજન પછીના ક્રમે આવે છે.) દર્શાવે છે તેમજ મોટા ભાગનાં તત્ત્વો સાથે તે આંશિક કે પૂર્ણ આયનિક પ્રકૃતિ દર્શાવે છે. તેનું ઇલેક્ટ્રૉ-ઋણત્વ 3 હોવાથી તે નાઇટ્રોજન સાથે પણ જોડાઈ શકે છે. NCl₃ ખૂબ સ્ફોટક છે તથા હાઇડ્રોજનનું ઉપચયન કરી શકે છે.

હાઇડ્રોજન તથા ઑક્સિજન સાથે ક્લોરિન જોડાય ત્યારે તેનો ઉપચયનાંક -1થી + 7 વચ્ચે ગમે તે હોઈ શકે;
દા. ત.,

-1      :       Cl^– HCl

0       :       Cl₂

+1      :       HClO, Cl₂O

+2     :       કોઈ સંયોજન જાણીતું નથી.

+3      :    

+4     :       ClO₂

+5     :     

+6     :       Cl₂O₆(l), ClO₃(g)

+7      :    

[એ નોંધપાત્ર છે કે ફ્લૉરિન એકમાત્ર હેલોજન છે જે ઑક્સિજન સંયોજનોમાં ઋણ (-ve) ઉપચયનાંક ધરાવે છે. ક્લોરિનનાં વિવિધ સંયોજનોમાં ધન (+ve) ઉપચયનાંક જોઈ શકાય છે.]

ક્લોરિનના ધાતુ સાથેનાં સંયોજનોમાં સૌથી વધુ સ્થાયિત્વવાળાં સંયોજનોમાં ઉપચયનાંક -1 હોય છે; દા.ત., LiCl, NaCl, KCl. પીગળેલી સ્થિતિમાં આયન-સ્વરૂપે વિઘટન પામે છે અને  Na+, Li+, K+ના કારણે વિદ્યુતવાહકતા દર્શાવે છે. HCl રંગવિહીન પરંતુ તીવ્ર વાસવાળો અને પાણીમાં અતિદ્રાવ્ય વાયુ છે. તે મ્યુરિયાટિક ઍસિડ તરીકે ઓળખાય છે. તેના ક્ષારને ક્લોરાઇડ કહે છે. તે ચોક્કસ સ્ફટિકરચના અને ઊંચું ગ.બિંદુ ધરાવે છે. (દા.ત. NaCl 800°; KCl સે. 290° સે; FeCl₃ 282° સે.)

ક્લોરાઇડ સંકીર્ણો : મર્ક્યુરસ કે મર્ક્યુરિક ક્લોરાઇડ(Hg₂Cl₂ અથવા HgCl₂)ને NaCl જેવાં આલ્કલી ક્લોરાઇડમાં ઉમેરવાથી ટેટ્રાક્લોરોમરક્યુરેટ આયન Hgબને છે. આ રીતે એક્વારિજિયા (HCl + HNO₃) સોના સાથે AuCl₄^– બનાવે છે.

ઑક્સિજન સંયોજનો : મુક્ત ક્લોરિનને પાણીમાં ઓગાળતાં હાઇપૉક્લોરસ ઍસિડ HClO બને છે;

આલ્કલી દ્રાવણ (NaOH)માં ક્લોરિન પસાર કરીને પણ તે મેળવી શકાય. આ દ્રાવણ વિરંજક (bleaching) દ્રાવણ તરીકે તથા નિર્જીવીકારક (sterilising) દ્રાવણ તરીકે છાંટવા માટે વપરાય છે. કૅલ્શિયમ હાઇડ્રૉક્સાઇડ ઉપર ક્લોરિન પસાર કરીને બ્લીચિંગ પાઉડર મેળવાય છે.

આ કૅલ્શિયમ હાઇપૉક્લોરાઇટ મેળવવા માટે તાપમાનનું નિયંત્રણ કરવું આવશ્યક છે, નહિ તો તે વધુ સ્થાયી ક્લોરેટમાં ફેરવાય છે :

કૅલ્શ્યિમ ક્લોરેટ Ca (ClO₃)₂ તથા સોડિયમ ક્લોરેટ(NaClO₃) નાના છોડનો નાશ કરવા (weed killer) માટે વપરાય છે. દીવાસળી તથા દારૂખાનું બનાવવા માટે NaClO₃ને બદલે KClO₃ વાપરવામાં આવે છે. ક્લોરેટને તેના ગ.બિંદુએ પિગાળવાથી પરક્લોરેટ (KClO₄) બને છે :

ક્લોરેટ દ્રાવણના વિદ્યુતવિભાજનથી પણ પરક્લોરેટ મેળવી શકાય.

પરક્લોરેટ સાથે કાર્બનિક પદાર્થોના સંસર્ગથી આવા પદાર્થો સળગી ઊઠે છે. આથી આગ તથા ધડાકાનો સંભવ રહે છે.

ઍસિડિક પરક્લોરેટ દ્રાવણનું ઓછા દબાણે નિસ્યંદન કરવાથી પરક્લૉરિક ઍસિડ HClO₄ મળે છે, જે સ્ફટિક રૂપે HClO₄H₂O તરીકે મળે છે.

કાર્બનિક સંયોજનો : અનેક કાર્બનિક સંયોજનોમાં ક્લોરિન હોય છે. નિશ્ચેતક તરીકે જાણીતું ક્લૉરોફૉર્મ CHCl₃, દ્રાવક તરીકે જાણીતું કાર્બન ટેટ્રાક્લોરાઇડ CCl₄, ડ્રાયક્લિનિંગ એજન્ટ તરીકે પરક્લોરોઇથીન Cl₂C=CCl₂, જંતુઘ્ન તરીકે જાણીતાં ડી.ડી.ટી તથા ગેમૅક્સિન તેમજ પ્લાસ્ટિક તરીકે જાણીતા (PVC-polyvinyl cloride) ખૂબ પ્રચલિત ક્લોરિનયુક્ત રસાયણો છે.

જ. પો. ત્રિવેદી