Kemičar u kući (#21): klor - kućni bojni otrov

U serijalu „Kemičar u kući“ objavljujemo kemijske zanimljivosti iz svakodnevnog života. Želimo vam pokazati kako znanje kemije može svakome, pa i ne-kemičaru, pomoći u svakodnevnom životu.

Nenad Raos nedjelja, 29. studenog 2020. u 06:00

Klor se dobiva oksidacijom klorovodične kiseline ili, točnije, klorovodika, HCl. Ta jednostavna i rekli bismo sasvim obična konstatacija ima, međutim, mnogo implikacija. Prva je da klor, Cl2, dugo vremena nije bio prepoznat kao kemijski element. Povodeći  se za Lavoisierovom teorijom kiselina, po kojoj su kiseline kisele zbog kisika (pa je stoga najvažnijem sastojku zraka francuski kemičar nadjenuo ime oxygène, dakle „onaj koji stvara kiseline“), solnoj je kiselini pripisana formulu HO3, a njezinom „oksidu“ HO4. Shvaćanje da „oksidirana rasolna (murijatična) kiselina“ nije kemijski spoj nego element ne samo da je srušilo Lavoisierovu teoriju (ne onu nego ovu!) nego je utrlo put suvremenoj definiciji kiselina kao spojeva koji elektrolitičkom disocijacijom daju vodikove ione (H+) ili, točnije, oksonijeve ione, H3O+.

Druga posljedica činjenice da klor nastaje oksidacijom klorovodika tiče se tehnologije. Prvi, Leblancov postupak za proizvodnju sode, Na2CO3, koristio je kao polaznu sirovinu Glauberovu sol, Na2SO4. No Glauberova sol ili natrijev sulfat dobivala se reakcijom natrijeva klorida i sumporne kiseline. Kao nusprodukt nastaje klorovodik. Ne znajući što će s njime, tvorničari su ga ispuštali kroz dimnjak. Užas! No onda je pronađeno rješenje: klorovodik su oksidirali u klor, a klor otapali u gašenom vapnu, Ca(OH)2, i tako dobivali klorno vapno, kalcijev hipoklorit, Ca(ClO)2, ili, točnije, njegovu smjesu s kalcijevim kloridom, Ca(ClO)Cl. Tako su se s jedne strane riješili klora i klorovodika, a s druge dobili prvo sredstvo za bijeljenje tekstila. Dotada se platno bijelilo uzastopnim pranjem i sušenjem na suncu – što je Biljana radila „na ohridskite izvori“?

Treća posljedica oksidacije klorovodika nije za pohvalu. Klor je bio prvi bojni otrov. Izuzetno je otrovan a usto i vrlo težak plin: 2,5 puta je teži od zraka, a 1,6 puta od ugljikova dioksida. To znači da se lako zadržavao u udolinama i još lakše prodirao u rovove i bunkere. A četvrta posljedica, eh, četvrta…

Zarana  naučivši da se klor može dobiti reakcijom solne kiseline i hipermangana (kalijeva permanganta, KMnO4) prošao sam s klorom sva čuda kemije. Uvodeći ga u otopinu kalijeva bromida dobio sam brom, uvodeći ga u rastaljeni sumpor dobio sam sumporov diklorid, kojeg sam namjeravao upotrijebiti kao polaznu sirovinu za iperit (pokus srećom nije uspio). Palio sam u kloru željeznu i bakrenu žicu, a na kraju i zlatni listić, od kojeg sam dobio zlato(III)klorid, a od njega koloidnu otopinu zlata prekrasne boje. Neki moj prijatelj napravio je korak dalje. U čašu je stavio malo hipermangana, odnio je u podrum, a onda u nju ulio solnu kiselinu. Rezultat: u podrum nitko nije mogao niti se usudio ući sedam dana (ah, klor je 2,5 puta teži od zraka!), a kad su konačno otvorili vrata od podruma našli su u njemu hrpu crknutih štakora. Nema boljeg deratizacijskog sredstva od klora! (Samo da nema ljudi u blizini.)

No, vratimo se našoj svakodnevnici. Klor je sredstvo za čišćenje, bolje rečeno za dezinfekciju. No što je „klor“? Ono što zovemo klorom, a kupujemo pod imenom Varekina ili Varikina zapravo je otopina natrijeva hipoklorita, NaClO, u vodi. Dobiva se istom reakcijom kao i klorno vapno, naime uvođenjem klora u lužinu, ovaj put natrijevu. Jako je oksidacijsko sredstvo, pa se rabi ne samo u kućanstvu i za dezinfekciju vode, nego i u stomatologiji, za dezinfekciju zubnih kanala prije stavljanja ispune.

No u posljednje vrijeme evo novog klornog preparata na tržištu: klorna voda ili hipoklorasta kiselina. O čemu se tu radi? O hipoklorastoj kiselini, barem ne čistoj, sigurno ne, jer kada se klor uvodi u vodu dio plina se disproporcionira na hipoklorastu, HClO, i klorovodičnu kiselinu: Cl2 + H2O → HClO + HCl.  Reakcija je povratna, pa ove dvije kiseline opet daju klor, Cl2, kada se smanji tlak klora iznad otopine. Drugim riječima, klor iz otopine hlapi, a koliko će ga biti u otopini ovisi o tlaku klora (ne zraka!) iznad otopine. Pri normalnom atmosferskom tlaku može se u litri vode otopiti 2,3 litre ili 7,3 grama klora.

Da vam pravo kažem nisam ni znao da tako što postoji – saznao sam tek slučajno kada me je neki obrtnik zamolio da mu pomognem u njegovoj proizvodnji. Dakako da sam znao da se klor otapa u vodi, naravno da sam znao kako nastaje hipoklorasta kiselina, ali da se ona koristi umjesto varikine ili klornog vapna, to mi je doista bila prva vijest. Ne vidim za to ni pravog razloga. U klornoj vodi ima manje „aktivnog klora“ nego u varikini, a usto – reče mi neka korisnica tog proizvoda – moraš je odmah upotrijebiti, jer stajanjem „gubi na jakosti“ (naravno – jer klor hlapi). A onda mi proradi kliker! Pa jasno, kada se elektrolizira otopina natrijeva klorida, radi dobivanja natrijeve lužine, kao nusprodukt nastaje vodik i klor. Vodik i klor se, istina, mogu spajati u klorovodik, ali ako se vodik koristi za nešto drugo, zaostaje klor koji se mora na neki način zbrinuti. A što je onda bolje nego ga otapati u vodi i prodavati kao sredstvo za dezinfekciju. Opet se vraćamo na priču o sodi, Glauberovoj soli i klorovodiku: kemijska industrija teži tome da otpad pretvori u sirovinu, štoviše u gotov proizvod.

I na kraju nekoliko tehničkih (stehiometrijskih) podataka. Iz litre 19%-tne solne kiseline može se dobiti 188 grama klora, iz litre 27%-tne otopine natrijeva hipoklorita (varikine) reakcijom sa solnom kiselinom može nastati 275 grama ili 81 litara klora. Maksimalna dozvoljena koncentracija klora u zraku je 2 mg/m3, a udisanje pola sata zraka sa stotinu puta većom koncentracijom (160 mg/m3) može dovesti do oštećenja (edema) pluća. Koncentracija 2,5 g/m3 može pak u 30 minuta izazvati smrt. Pa sad računajte!  

Nenad Raos, rođen 1951. u Zagrebu, je kemičar, doktor prirodnih znanosti i znanstveni savjetnik, sada u mirovini. Još od studentskih dana bavi se popularizacijom znanosti pišući za časopise Prirodu (kojoj je sedam godina bio i glavni urednik), Čovjek i svemir, ABC tehnike, Smib, Modru lastu te, naravno, Bug online. Autor je više stručnih  i 13 znanstveno-popularnih knjiga, među njima i knjige  „Deset kemijskih pokusa koji su promijenili svijet“ koja je izišla 2000. godine kao prošireni katalog istoimene izložbe u zagrebačkom Tehničkom muzeju Nikola Tesla. Urednik je rubrike „Kemija u nastavi“ u časopisu Kemija u industriji, za koji piše i redovite komentare. Nagrađen je Državnom godišnjom nagradom za promidžbu i popularizaciju znanosti 2003. godine.