क्लोरीन (Cl) - गुणधर्म, अभिक्रियाएँ और महत्व

परिचय

क्लोरीन (Cl) आवर्त सारणी के समूह 17 (हैलोजन) से संबंधित एक अत्यधिक अभिक्रियाशील अधातु तत्व है। यह विभिन्न औद्योगिक प्रक्रियाओं और जैविक प्रणालियों में महत्वपूर्ण है। एक हरे-पीले रंग की गैस (Cl₂) के रूप में, इसके प्रबल ऑक्सीकरण गुण इसे जल उपचार, स्वच्छता और कई कार्बनिक तथा अकार्बनिक यौगिकों के संश्लेषण में एक अनिवार्य कारक बनाते हैं। इसके व्यापक अनुप्रयोग आधुनिक रसायन विज्ञान और दैनिक जीवन में इसके महत्व को रेखांकित करते हैं।

सीबीएसई/जेईई त्वरित पुनरीक्षण नोट्स

• परमाणु संख्या (Z): 17
• परमाणु द्रव्यमान: 35.45 u
• इलेक्ट्रॉनिक विन्यास: [Ne] 3s² 3p⁵
• आवर्त: 3
• समूह: 17 (हैलोजन)
• ब्लॉक: p-ब्लॉक
• संयोजकता: सामान्यतः -1; ऑक्सोअम्लों और ऑक्साइडों में +1, +3, +5, +7 दर्शाता है।
• विद्युतऋणात्मकता (पॉलिंग): 3.16 (उच्च)
• भौतिक अवस्था (कमरे का तापमान): हरे-पीले रंग की गैस (Cl₂)
• प्रकृति: अत्यधिक अभिक्रियाशील अधातु, प्रबल ऑक्सीकारक।
• समस्थानिक: दो मुख्य स्थिर समस्थानिक, ³⁵Cl (75%) और ³⁷Cl (25%)।

इलेक्ट्रॉन विन्यास और आबंध व्यवहार

क्लोरीन का इलेक्ट्रॉनिक विन्यास [Ne] 3s² 3p⁵ है। सात संयोजी इलेक्ट्रॉनों के साथ, यह एक स्थिर अष्टक प्राप्त करने के लिए आसानी से एक इलेक्ट्रॉन ग्रहण करता है, जिससे क्लोराइड आयन (Cl⁻) बनता है।

ऑक्सीकरण अवस्थाएँ

क्लोरीन विभिन्न ऑक्सीकरण अवस्थाएँ दर्शाता है:

• -1: सबसे आम, जैसे धातु क्लोराइडों में (उदाहरण के लिए, NaCl, HCl)।
• +1: हाइपोक्लोरस अम्ल (HOCl) और हाइपोक्लोराइट्स (उदाहरण के लिए, NaOCl), और क्लोरीन मोनोऑक्साइड (Cl₂O) में।
• +3: क्लोरस अम्ल (HClO₂) और क्लोराइट्स (उदाहरण के लिए, NaClO₂), और क्लोरीन ट्राइफ्लोराइड (ClF₃) में।
• +5: क्लोरिक अम्ल (HClO₃) और क्लोरेट्स (उदाहरण के लिए, NaClO₃) में।
• +7: परक्लोरिक अम्ल (HClO₄) और परक्लोरेट्स (उदाहरण के लिए, NaClO₄), और डाइक्लोरीन हेप्टाऑक्साइड (Cl₂O₇) में।

आबंध के प्रकार

1. आयनिक आबंध: अत्यधिक विद्युतधनी धातुओं के साथ (उदाहरण के लिए, NaCl)।
2. सहसंयोजक आबंध:
   • द्विपरमाणुक अणु (Cl₂): दूसरे क्लोरीन परमाणु के साथ एक एकल सहसंयोजक आबंध बनाता है।
   • अधातुओं के साथ: सहसंयोजक यौगिक बनाता है (उदाहरण के लिए, HCl, CCl₄, PCl₅)।
   • अंतरहैलोजन यौगिक: ClF, ClF₃, ClF₅ जैसे यौगिक बनाता है जहाँ क्लोरीन धनात्मक ऑक्सीकरण अवस्थाओं के साथ केंद्रीय परमाणु हो सकता है।

महत्वपूर्ण रासायनिक अभिक्रियाएँ

1. क्लोरीन गैस (Cl₂) का निर्माण

• डीकन प्रक्रिया:

  4HCl(g) + O₂(g) --(CuCl₂, 723 K)--> 2Cl₂(g) + 2H₂O(g)
  

• विद्युत अपघटनी प्रक्रिया (ब्राइन के विद्युत अपघटन के लिए कास्टनर-केलनेर सेल):

  2NaCl(aq) + 2H₂O(l) --(electrolysis)--> 2NaOH(aq) + Cl₂(g) + H₂(g)
  

• HCl और ऑक्सीकारक अभिकर्मकों से:

  MnO₂(s) + 4HCl(aq) → MnCl₂(aq) + Cl₂(g) + 2H₂O(l)
  2KMnO₄(s) + 16HCl(aq) → 2KCl(aq) + 2MnCl₂(aq) + 5Cl₂(g) + 8H₂O(l)
  

2. धातुओं के साथ अभिक्रियाएँ

क्लोरीन धातुओं के साथ अभिक्रिया करके उनके संबंधित क्लोराइड बनाता है।

• सोडियम के साथ:

  2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)
  

• लोहे के साथ:

  2Fe(s) + 3Cl₂(g) → 2FeCl₃(s) (निर्जल फेरिक क्लोराइड)
  

3. अधातुओं के साथ अभिक्रियाएँ

• हाइड्रोजन के साथ:

  H₂(g) + Cl₂(g) --(diffused sunlight)--> 2HCl(g)
  

• फास्फोरस के साथ:

  P₄(s) + 6Cl₂(g) → 4PCl₃(l) (सीमित Cl₂)
  P₄(s) + 10Cl₂(g) → 4PCl₅(s) (अतिरिक्त Cl₂)
  

• सल्फर के साथ:

  S₈(s) + 4Cl₂(g) → 4S₂Cl₂(l)
  

4. यौगिकों के साथ अभिक्रियाएँ

• जल के साथ (जल-अपघटन):

  Cl₂(g) + H₂O(l) ⇌ HCl(aq) + HOCl(aq) (हाइपोक्लोरस अम्ल)
  

  यह अभिक्रिया क्लोरीन के विरंजन और कीटाणुनाशक क्रिया के लिए जिम्मेदार है (HOCl के कारण)।
• ठंडे, तनु NaOH के साथ:

  Cl₂(g) + 2NaOH(aq) → NaCl(aq) + NaOCl(aq) + H₂O(l) (सोडियम हाइपोक्लोराइट - विरंजक अभिकर्मक)
  

• गर्म, सांद्र NaOH के साथ:

  3Cl₂(g) + 6NaOH(aq) → 5NaCl(aq) + NaClO₃(aq) + 3H₂O(l) (सोडियम क्लोरेट)
  

• बुझे चूने (कैल्शियम हाइड्रॉक्साइड) के साथ:

  Ca(OH)₂(s) + Cl₂(g) → CaOCl₂(s) + H₂O(l) (विरंजक चूर्ण)
  

• हाइड्रोजन सल्फाइड के साथ:

  H₂S(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) + S(s)
  

• मीथेन के साथ प्रतिस्थापन अभिक्रिया (प्रकाशरासायनिक):

  CH₄(g) + Cl₂(g) --(hv)--> CH₃Cl(g) + HCl(g)
  

  आगे प्रतिस्थापन CH₂Cl₂, CHCl₃ और CCl₄ बनाने के लिए हो सकता है।
• एथीन के साथ योगात्मक अभिक्रिया:

  C₂H₄(g) + Cl₂(g) → C₂H₄Cl₂(l) (1,2-डाइक्लोरोएथेन)
  

औद्योगिक और जैविक महत्व

औद्योगिक महत्व

• जल शुद्धिकरण: क्लोरीन और इसके यौगिक (उदाहरण के लिए, विरंजक चूर्ण, सोडियम हाइपोक्लोराइट) बैक्टीरिया और वायरस को मारने की अपनी क्षमता के कारण पेयजल और स्विमिंग पूल के लिए कीटाणुनाशक के रूप में व्यापक रूप से उपयोग किए जाते हैं।
• विरंजक अभिकर्मक: कागज और वस्त्र उद्योगों में लुगदी और कपड़ों के विरंजन के लिए नियोजित।
• कार्बनिक यौगिकों का निर्माण: पॉलिमर (उदाहरण के लिए, PVC - पॉलीविनाइल क्लोराइड), रेफ्रिजरेंट, विलायक (उदाहरण के लिए, CCl₄, क्लोरोफॉर्म), कीटनाशक (उदाहरण के लिए, DDT, हालांकि बड़े पैमाने पर बंद कर दिया गया है), और फार्मास्यूटिकल्स के संश्लेषण में आवश्यक।
• हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) का उत्पादन: एक प्रमुख औद्योगिक अम्ल।
• धातुओं का निष्कर्षण: सोना और प्लेटिनम के निष्कर्षण में प्रयुक्त होता है।
• विरंजक चूर्ण (CaOCl₂) का संश्लेषण: एक ठोस विरंजक और कीटाणुनाशक अभिकर्मक।

जैविक महत्व

• इलेक्ट्रोलाइट संतुलन: क्लोराइड आयन (Cl⁻) मानव शरीर के बाह्यकोशिकीय द्रव में सबसे प्रचुर ऋणायन हैं, जो परासरणी दाब और अम्ल-क्षार संतुलन बनाए रखने में महत्वपूर्ण भूमिका निभाते हैं।
• जठर अम्ल: क्लोराइड आयन पेट में हाइड्रोक्लोरिक अम्ल (HCl) के उत्पादन के लिए आवश्यक हैं, जो पाचन और पाचक एंजाइमों को सक्रिय करने के लिए महत्वपूर्ण है।
• तंत्रिका आवेग संचरण: कोशिका झिल्ली में क्लोराइड चैनल तंत्रिका आवेग संचरण और मांसपेशियों के संकुचन को विनियमित करने में शामिल होते हैं।
• विषाक्तता: गैसीय क्लोरीन (Cl₂) अत्यधिक विषैला और श्वसन ऊतकों के लिए संक्षारक होता है, जो एक प्रबल फुफ्फुसीय उत्तेजक के रूप में कार्य करता है।