क्लोरीन (Cl) - गुणधर्म, अभिक्रिया आणि महत्त्व

परिचय

क्लोरीन (Cl) हा आवर्त सारणीतील गट 17 (हॅलोजेन्स) मधील अत्यंत क्रियाशील अधातू घटक आहे. विविध औद्योगिक प्रक्रिया आणि जैविक प्रणालींमध्ये ते महत्त्वाचे आहे. हिरवट-पिवळा वायू (Cl₂) असल्याने, त्याचे तीव्र ऑक्सिडीकरण गुणधर्म जलशुद्धीकरण, स्वच्छता आणि अनेक सेंद्रिय व असेंद्रिय संयुगे तयार करण्यासाठी ते एक आवश्यक घटक बनवतात. त्याचे व्यापक उपयोग आधुनिक रसायनशास्त्र आणि दैनंदिन जीवनातील त्याचे महत्त्व अधोरेखित करतात.

CBSE/JEE द्रुत उजळणी नोट्स

• अणुअंक (Z): 17
• अणु वस्तुमान: 35.45 u
• इलेक्ट्रॉनिक संरूपण: [Ne] 3s² 3p⁵
• आवर्त: 3
• गट: 17 (हॅलोजेन्स)
• खंड (ब्लॉक): p-ब्लॉक
• संयुजा: सामान्यतः -1; ऑक्सोऍसिड आणि ऑक्साईड्समध्ये +1, +3, +5, +7 दर्शवते.
• विद्युत ऋणता (पॉलिंग): 3.16 (उच्च)
• भौतिक अवस्था (खोलीच्या तापमानावर): हिरवट-पिवळा वायू (Cl₂)
• स्वरूप: अत्यंत क्रियाशील अधातू, तीव्र ऑक्सिडीकरण कारक.
• समस्थानिके: दोन मुख्य स्थिर समस्थानिके, ³⁵Cl (75%) आणि ³⁷Cl (25%).

इलेक्ट्रॉन संरूपण आणि बंधन वर्तन

क्लोरीनचे इलेक्ट्रॉनिक संरूपण [Ne] 3s² 3p⁵ आहे. सात संयुजा इलेक्ट्रॉन असल्यामुळे, ते स्थिर अष्टक पूर्ण करण्यासाठी एक इलेक्ट्रॉन सहजपणे स्वीकारते आणि क्लोराईड आयन (Cl⁻) तयार करते.

ऑक्सिडीकरण अवस्था

क्लोरीन विविध ऑक्सिडीकरण अवस्था दर्शवते:

• -1: सर्वात सामान्य, जसे धातूंच्या क्लोराईड्समध्ये (उदा., NaCl, HCl).
• +1: हायपोक्लोरस ऍसिड (HOCl) आणि हायपोक्लोराईट्समध्ये (उदा., NaOCl), तसेच क्लोरीन मोनोऑक्साइड (Cl₂O) मध्ये.
• +3: क्लोरस ऍसिड (HClO₂) आणि क्लोराईट्समध्ये (उदा., NaClO₂), तसेच क्लोरीन ट्रायफ्लोराईड (ClF₃) मध्ये.
• +5: क्लोरिक ऍसिड (HClO₃) आणि क्लोराईट्समध्ये (उदा., NaClO₃) मध्ये.
• +7: परक्लोरिक ऍसिड (HClO₄) आणि परक्लोराईट्समध्ये (उदा., NaClO₄), तसेच डायक्लोरीन हेप्टॉक्साईड (Cl₂O₇) मध्ये.

बंधन प्रकार

1. आयनिक बंधन: अत्यंत विद्युतधर्मीय धातूंशी (उदा., NaCl).
2. सहसंयुज बंधन:
   • द्विअणू रेणू (Cl₂): दुसऱ्या क्लोरीन अणूबरोबर एक सहसंयुज बंधन तयार करतो.
   • अधातूंशी: सहसंयुज संयुगे तयार करतो (उदा., HCl, CCl₄, PCl₅).
   • इंटरहॅलोजन संयुगे: ClF, ClF₃, ClF₅ सारखी संयुगे तयार करतो जिथे क्लोरीन सकारात्मक ऑक्सिडीकरण अवस्थेसह मध्यवर्ती अणू असू शकतो.

महत्त्वाच्या रासायनिक अभिक्रिया

1. क्लोरीन वायू (Cl₂) तयार करणे

• डीकॉन प्रक्रिया:

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

• विद्युत अपघटन प्रक्रिया (ब्राइनच्या विद्युत अपघटनासाठी कॅस्टनर-केलनर सेल):

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

• HCl आणि ऑक्सिडीकरण कारकांकडून:

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

2. धातूंशी अभिक्रिया

क्लोरीन धातूंशी अभिक्रिया करून त्यांचे संबंधित क्लोराईड्स तयार करते.

• सोडियमशी:

  2Na(s) + Cl₂(g) → 2NaCl(s)
  

• आयर्नशी (लोह):

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

3. अधातूंशी अभिक्रिया

• हायड्रोजनशी:

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

• फॉस्फरसशी:

  P₄(s) + 6Cl₂(g) → 4PCl₃(l) (मर्यादित Cl₂)
  P₄(s) + 10Cl₂(g) → 4PCl₅(s) (जास्त Cl₂)
  

• सल्फरशी:

  S₈(s) + 4Cl₂(g) → 4S₂Cl₂(l)
  

4. संयुगांशी अभिक्रिया

• पाण्यासोबत (जल अपघटन):

  Cl₂(g) + H₂O(l) ⇌ HCl(aq) + HOCl(aq) (हायपोक्लोरस ऍसिड)
  

  ही अभिक्रिया क्लोरीनच्या विरंजन (bleaching) आणि निर्जंतुकीकरण क्रियेसाठी जबाबदार आहे (HOCl मुळे).
• थंड, विरल NaOH सोबत:

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

• गरम, सहत NaOH सोबत:

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

• निवळलेल्या चुन्यासोबत (कॅल्शियम हायड्रॉक्साईड):

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

• हायड्रोजन सल्फाईडसोबत:

  H₂S(g) + Cl₂(g) → 2HCl(g) + S(s)
  

• मिथेनसोबत प्रतिस्थापन अभिक्रिया (प्रकाशरासायनिक):

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

  पुढील प्रतिस्थापन होऊन CH₂Cl₂, CHCl₃ आणि CCl₄ तयार होऊ शकतात.
• इथिनसोबत संयोग (ऍडिशन) अभिक्रिया:

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

औद्योगिक आणि जैविक महत्त्व

औद्योगिक महत्त्व

• जलशुद्धीकरण: क्लोरीन आणि त्याची संयुगे (उदा., विरंजक चूर्ण, सोडियम हायपोक्लोराईट) पिण्याच्या पाण्याची आणि जलतरण तलावांची निर्जंतुकीकरण करण्यासाठी मोठ्या प्रमाणावर वापरली जातात कारण त्यांच्यामध्ये बॅक्टेरिया आणि विषाणू नष्ट करण्याची क्षमता असते.
• विरंजक: कागद आणि कापड उद्योगांमध्ये लगदा (pulp) आणि कापड विरंजन (bleaching) करण्यासाठी वापरले जाते.
• सेंद्रिय संयुगांचे उत्पादन: पॉलिमर (उदा., PVC - पॉलिव्हिनाइल क्लोराईड), रेफ्रिजरंट्स, सॉल्व्हेंट्स (उदा., CCl₄, क्लोरोफॉर्म), कीटकनाशके (उदा., DDT, जरी ते मोठ्या प्रमाणात बंद केले असले तरी), आणि फार्मास्युटिकल्सच्या संश्लेषणासाठी आवश्यक.
• हायड्रोक्लोरिक ऍसिड (HCl) चे उत्पादन: एक प्रमुख औद्योगिक ऍसिड.
• धातूंचे निष्कर्षण: सोने आणि प्लॅटिनमच्या निष्कर्षणामध्ये वापरले जाते.
• विरंजक चूर्णाचे (CaOCl₂) संश्लेषण: एक घन विरंजक आणि निर्जंतुकीकरण कारक.

जैविक महत्त्व

• इलेक्ट्रोलाइट संतुलन: क्लोराईड आयन (Cl⁻) मानवी शरीरातील बाह्यपेशीय द्रवामध्ये (extracellular fluid) सर्वात जास्त प्रमाणात आढळणारे ऋण आयन आहेत, जे ऑस्मोटिक दाब आणि आम्ल-क्षार संतुलन राखण्यात महत्त्वाची भूमिका बजावतात.
• जठर आम्ल: जठरात हायड्रोक्लोरिक ऍसिड (HCl) तयार होण्यासाठी क्लोराईड आयन आवश्यक आहेत, जे पचनासाठी आणि पाचक एन्झाईम्स सक्रिय करण्यासाठी महत्त्वाचे आहे.
• चेता प्रेरणा वहन: पेशींच्या पडद्यातील क्लोराईड चॅनेल चेता प्रेरणा वहन आणि स्नायू आकुंचन नियंत्रित करण्यात समाविष्ट असतात.
• विषारीपणा: वायुरूप क्लोरीन (Cl₂) अत्यंत विषारी आणि श्वसन ऊतींसाठी संक्षारक आहे, जे एक तीव्र फुफ्फुसीय उत्तेजक (pulmonary irritant) म्हणून कार्य करते.