كلورات الصوديوم

(تم التحويل من Sodium chlorate)
كلورات الصوديوم
الصيغية الهيكلية لكلورات الصوديوم.
مسحوق كلورات الصوديوم.
بطارية وحدة كلورات الصوديوم.
بطارية وحدة كلورات الصوديوم.
الأسماء
اسم أيوپاك
كلورات الصوديوم
أسماء أخرى
Sodium chlorate(V)
المُعرِّفات
رقم CAS
3D model (JSmol)
ChEBI
ChemSpider
ECHA InfoCard 100.028.989 Edit this at Wikidata
رقم EC
  • 231-887-4
KEGG
عناوين مواضيع طبية MeSH {{{value}}}
رقم RTECS
  • FO0525000
UNII
UN number 1495, 2428
الخصائص
الصيغة الجزيئية NaClO3
كتلة مولية 106.44 g mol−1
المظهر Colorless or white solid, hygroscopic
الرائحة Odorless
الكثافة 2.49 g/cm3 (15 °C)[1]
2.54 g/cm3 (20.2 °C)[2]
نقطة الانصهار
نقطة الغليان
قابلية الذوبان في الماء 79 g/100 mL (0 °C)
89 g/100 mL (10 °C)
105.7 g/100 mL (25 °C)
125 g/100 mL (40 °C)
220.4 g/100 mL (100 °C)[3]
قابلية الذوبان Soluble in glycerol, hydrazine, methanol
Slightly soluble in ethanol, ammonia[1]
قابلية الذوبان في acetone Sparingly soluble[1]
قابلية الذوبان في glycerol 20 g/100 g (15.5 °C)[1]
قابلية الذوبان في ethanol 14.7 g/100 g[1]
ضغط البخار <0.35 mPa[2]
القابلية المغناطيسية −34.7·10−6 cm3/mol
معامل الانكسار (nD) 1.515 (20 °C)[4]
البنية
البنية البلورية cubic
ثابت العقد a = 6.57584 Å
الكيمياء الحرارية
الإنتالپية المعيارية
للتشكل
ΔfHo298
-365.4 kJ/mol[1]
Standard molar
entropy
So298
129.7 J/mol·K[1]
سعة الحرارة النوعية، C 104.6 J/mol·K[1]
المخاطر
صفحة بيانات السلامة ICSC 1117
ن.م.ع. مخطط تصويري GHS03: مؤكسِدThe exclamation-mark pictogram in the Globally Harmonized System of Classification and Labelling of Chemicals (GHS)رمز البيئة في النظام المنسق عالمياً لتصنيف وعنونة الكيماويات (GHS)[5]
ن.م.ع. كلمة الاشارة Danger
H271, H302, H411[5]
P220, P273[5]
NFPA 704 (معيـَّن النار)
نقطة الوميض Non-flammable
الجرعة أو التركيز القاتل (LD, LC):
600 mg/kg (rats, oral)
700 mg/kg (dogs, oral)[1]
مركبات ذا علاقة
برومات الصوديوم
يودات الصوديوم
كلورات الأمونيوم
كلورات البوتاسيوم
كلورات الباريوم
ما لم يُذكر غير ذلك، البيانات المعطاة للمواد في حالاتهم العيارية (عند 25 °س [77 °ف]، 100 kPa).
X mark.svgN verify (what is YesYX mark.svgN ?)
مراجع الجدول

كلورات الصوديوم هو مركب صيغته الكيمائية NaClO3، يكون على شكل بلورات عديمة اللون والرائحة، أو على شكل مسحوق بلوري أبيض، وهو سريع الذوبان في الماء. إنه ممتص للرطوبة. يتحلل عند درجة حرارة أعلى من 300 درجة مئوية ليطلق الأكسجين[4] ويترك كلوريد الصوديوم. تُنتج مئات الملايين من الأطنان سنوياً،، وتستخدم بشكل رئيسي في تبييض لب الورق وإنتاج ورق عالي السطوع.[6]

الخواص

ينحل مركب كلورات الصوديوم بشكل جيد جداً بالماء 100 جم/ 100 مل ماء، كما أنه ينحل بشكل جيد أيضاً بالگلسيرين، لكنه ضعيف الانحلال بالإيثانول.

وجود كلوريد الصوديوم يقلل من انحلالية كلورات الصوديوم بالماء بشكل كبير.


التحضير

صناعياً، يحضر كلورات الصوديوم بالتحليل الكهربائي لمحلول مركز من كلوريد الصوديوم في خلايا تحليل كهربائي لا تحوي على حجاب (Diaphragm) أو غشاء (Membrane) بين كل من قطبي الخلية الأنود والكاثود، بحيث أن غاز الكلور المتشكل عند الأنود يتفاعل بشكل مباشر مع شوارد (أيونات) الهيدروكسيل، فينتج لدينا كلورات الصوديوم بالإضافة إلى هيبوكلوريت الصوديوم وذلك حسب التفاعلات التالية

لا ينبغي الخلط بين عملية كلورات الصوديوم وعملية الكلور-القلوي، وهي عملية صناعية لإنتاج هيدروكسيد الصوديوم وغاز الكلور بالكهرباء.

ويمكن توضيح التفاعل بشكل مبسط عن طريق المعادلة التالية:

NaCl + 3 H2O → NaClO3 + 3 H2

أولاً، يؤكسد الكلوريد لتكوين هيپوكلوريت وسيط، ClO، والذي يخضع لمزيد من الأكسدة إلى الكلورات على طول مسارين متنافسين للتفاعل: (1) تكوين كلورات مصعدية عند الطبقة الحدودية بين الكهرل والمصعد، و(2) الأكسدة الذاتية للهيپوكلوريت في الكهرل السائب.

أثناء التحليل الكهربائي، يتشكل الهيدروجين وهيدروكسيد الصوديوم عند المهبط، وتُفرَّغ أيونات الكلوريد عند المصعد (غالباً ما يُستخدم قطب أكسيد الفلز المختلط). لا يتسرب الكلور المتصاعد كغاز، بل يخضع للتحلل المائي:

Cl2 + H2O ⇋ HClO + H+ + Cl

يُعتبر التحلل المائي للكلور سريعاً. يُفترض أن يجعل تكوين أيونات الهيدروجين H+ الطبقة الحدودية عند المصعد حمضية بشدة، ويُلاحظ ذلك عند تركيزات الكلوريد المنخفضة. ومع ذلك، فإن التركيزات الكبيرة من الكلوريد، عند حدوثها في خلايا الكلورات الصناعية، تُغير توازن التحلل المائي إلى اليسار. عند الطبقة الحدودية، لا يكون تركيز H+ مرتفعاً بما يكفي للسماح بالانتشار في الكهرل السائب. لذلك، يُنقل الهيدروجين بعيداً عن المصعد غالباً على شكل حمض الهيپوكلوريك بدلاً من H+. يتفكك حمض الهيپوكلوريك في الكهرل السائب حيث يكون الأس الهيدروجيني مرتفعاً، وينتشر أيون الهيپوكلوريت عائداً إلى المصعد. يُستهلك أكثر من ثلثي الهيپوكلوريت عن طريق التخزين المؤقت قبل وصوله إلى المصعد. ويُفرّغ الباقي عند المصعد لتكوين الكلورات والأكسجين:

3 ClO + 1.5 H2O → ClO3 + 3 H+ + 2 Cl + 0.75 O2

تتم عملية الأكسدة الذاتية لحمض الهيپوكلوريك في الكهرل السائب وفقاً للمعادلة الشاملة المبسطة التالية:

3 HClO → ClO3 + 2 Cl + 3 H+

ويسبق ذلك تفكك جزء من حمض الهيپوكلوريك المعني:

HClO → ClO + H+

يتطلب التفاعل مسافة معينة من المصعد ليحدث بدرجةٍ كبيرة، حيث يُخزَّن الكهرل بشكلٍ كافي بواسطة الهيدروكسيل المتكون عند المهبط. ثم يتفاعل الهيپوكلوريت مع باقي الحمض:

2 HClO + ClO → ClO3 + 2 Cl + 2 H+

بالإضافة إلى مسافة المصعد، تعتمد الأكسدة التلقائية أيضاً على درجة الحرارة ودرجة الحموضة. تعمل الخلية النموذجية عند درجات حرارة تتراوح بين 80 و90 درجة مئوية، ودرجة حموضة تتراوح بين 6.1 و6.4.

بغض النظر عن مسار التفاعل، يلزم تفريغ 6 مول من الكلوريد لإنتاج مول واحد من الكلورات. ومع ذلك، يتطلب مسار الأكسدة المصعدية 50% طاقة كهربائية إضافية. لذلك، تُحسّن الخلايا الصناعية لتعزيز الأكسدة الذاتية. يُعامل تكوين الكلورات عند المصعد كتفاعل فاقد، ويُقلل تصميمه إلى أدنى حد.

تُقلل تفاعلات الفقد الأخرى أيضاً من كفاءة التيار، ويجب الحد منها في الأنظمة الصناعية. يحدث الفقد الرئيسي عن طريق الاختزال العكسي للهيپوكلوريت عند المهبط. يُكبح التفاعل بإضافة كمية صغيرة من ثنائي الكرومات (1-5 جم/لتر) إلى الكهرل. يتكون غشاء مسامي من هيدروكسيد الكروم عن طريق الترسيب المهبطي. يعيق الغشاء انتشار الأنيونات إلى المهبط، بينما يُسهّل وصول الكاتيونات واختزالها. يتوقف الغشاء عن النمو تلقائياً بعد أن يصل إلى سُمك معين.[6]

نتيجة وجود شوارد الصوديوم في المحلول نحصل على كلورات الصوديوم.

الاستخدامات

الاستخدام التجاري الرئيسي لكلورات الصوديوم هو إنتاج ثاني أكسيد الكلور (ClO2). ويُعدّ تبييض اللب هو الاستخدام الأكبر لثاني أكسيد الكلور، الذي يُمثل حوالي 95% من استخدامات الكلورات. أما الكلورات الأخرى الأقل أهمية، فتُشتق من كلورات الصوديوم، عادةً عن طريق تفاعل استبدال الملح مع الكلوريد المقابل. وتُنتج جميع مركبات الپركلورات صناعياً عن طريق أكسدة محاليل كلورات الصوديوم بالتحليل الكهربائي.[6]

مبيدات الأعشاب

تُستخدم كلورات الصوديوم كمبيد أعشاب غير انتقائي. ويتعتبر مادة سامة لجميع أجزاء النبات الخضراء. كما يُمكن أن تقتل من خلال امتصاص الجذور.


يمكن استخدام كلورات الصوديوم لمكافحة مجموعة متنوعة من الأعشاب، بما في ذلك مجد الصباح، شوك كندا، عشبة جونسون، الخيزران، اليعقوبية، ونبتة القديس يوحنا. يُستخدم مبيد الأعشاب هذا بشكل رئيسي في الأراضي غير المزروعة للمعالجة الموضعية وللمكافحة الشاملة للأعشاب في مناطق تشمل جوانب الطرق والأسوار والخنادق. كما يُستخدم كلورات الصوديوم كنازع للأوراق ومجفف في النباتات التالية:

عند استخدامه مع الأترازين، فإنه يزيد من استمرارية التأثير. عند استخدامه مع 2,4-D، يتحسن الأداء. لكلورات الصوديوم تأثير معقم للتربة. يمكن خلطها مع مبيدات أعشاب أخرى في محلول مائي إلى حد ما، طالما أنها غير قابلة للأكسدة.

حُظر بيع كلورات الصوديوم كمبيد للأعشاب في الاتحاد الأوروپي عام 2009 بسبب المخاطر الصحية، وستُستخدم المخزونات الحالية خلال العام التالي.[7]

التوليد الكيميائي للأكسجين

تُوفّر مولدات الأكسجين الكيميائية، كتلك الموجودة في الطائرات التجارية، الأكسجين للركاب في حالات الطوارئ لحمايتهم من انخفاض ضغط المقصورة. يُنتَج الأكسجين عن طريق تحلل كلورات الصوديوم في درجات حرارة مرتفعة:[8]

2 NaClO3 → 2 NaCl + 3 O2

تتولد الحرارة المطلوبة لبدء هذا التفاعل عن طريق أكسدة كمية صغيرة من مسحوق الحديد المخلوط بكلورات الصوديوم، ويستهلك التفاعل كمية أقل من الأكسجين مما ينتج. يستخدم پروكسيد الباريوم (BaO2) لامتصاص الكلور الذي يُعد ناتجاً ثانوياً في عملية التحلل.[9] تُنشط شحنة الإشعال بسحب قناع الطوارئ. وبالمثل، يستخدم نظام لحام سوليدوكس حبيبات من كلورات الصوديوم ممزوجة بألياف قابلة للاشتعال لتوليد الأكسجين.

الاحتراق بدون أكسجين

يمكن خلط كلورات الصوديوم مع سكر السكروز لإنتاج وقود عالي الطاقة، يُشبه وقود البارود، ويحترق في أماكن محكمة الإغلاق. ويكون التفاعل على النحو التالي:

8 NaClO3 + C12H22O11 → 8 NaCl + 12 CO2 + 11 H2O

ومع ذلك تُستبدل كلورات الصوديوم هذه في الغالب بكلورات الپوتاسيوم.[بحاجة لمصدر]

التخليق العضوي

يمكن استخدام كلورات الصوديوم مع حمض الهيدروكلوريك (أو أيضاً حمض الكبريتيك وكلوريد الصوديوم، الذي يُنتج تفاعلهما حمض الهيدروكلوريك) لكلورة المركبات العطرية دون استخدام المذيبات العضوية. في هذه الحالة، وظيفتها هي أكسدة حمض الهيدروكلوريك للحصول على HOCl أو Cl2 (حسب الأس الهيدروجيني) في الموقع، وهما عاملان كلورة فعالان.[10]

عند دمجه مع محفز أكسيد الڤناديوم الخماسي، يعمل كمؤكسد لمجموعة متنوعة من المركبات العضوية. ومن الأمثلة على ذلك أكسدة الهيدروكينون إلى كينون،[11] ومن الفورفورال إلى خليط من حمض الماليك والفوماريك.[12]

السمية في البشر

تعتبر كلورات الصوديوم من المواد السامة: "بضعة جرامات من الكلورات تكون قاتلة".[6] (ld50 عن طريق الفم في الفئران 1200 ملج/كج) يؤدي التأثير التأكسدي على الهيموگلوبين إلى تكوين المثهيموگلوبين، والذي يتبعه إفساد پروتين الگلوبين وتشابك پروتينات غشاء كرات الدم الحمراء، مما يؤدي إلى تلف إنزيمات الغشاء. يؤدي هذا إلى زيادة نفاذية الغشاء، وانحلال دموي حاد. يُثقل إفساد الهيموگلوبين كاهل المسار الاستقلابي للإنزيم G6PD. بالإضافة إلى ذلك، إفساد هذا الإنزيم مباشرةً بواسطة الكلورات.

يؤدي إلى انحلال دموي حاد شديد، مع فشل عضوي متعدد، بما في ذلك التخثر المنتشر داخل الأوعية الدموية والفشل الكلوي. بالإضافة إلى ذلك، هناك سمية مباشرة للأنبوب الكلوي القريب.[13] يتكون العلاج من تبديل الدم، أو الغسيل الكلوي البريتوني، أو الغسيل الكلوي الدموي.[14]

التركيبات

يتوفر كلورات الصوديوم على شكل غبار، رذاذ، وحبيبات. تُشكل مخاليط الكلورات والمركبات العضوية خطر الانفجار الشديد.[15] تحتوي التركيبات المُسوّقة على مادة مثبطة للحرائق. تحتوي معظم مبيدات الأعشاب الكلوراتية المتوفرة تجارياً على ما يقارب 53% من كلورات الصوديوم، بينما يتكون الباقي من مواد مثبطة للحرائق مثل ميتابورات الصوديوم أو فوسفات الأمونيوم.

الأسماء التجارية

كلورات الصوديوم هي المادة الفعالة في مجموعة متنوعة من مبيدات الأعشاب التجارية. من الأسماء التجارية للمنتجات التي تحتوي على كلورات الصوديوم: أتلسيد، ديفول، دي-فول-أت، دروپ-ليف، فول، هارڤست-إيد، كوساتول، ليفكس، وتومبلييف. يمكن استخدام هذا المركب مع مبيدات أعشاب أخرى مثل أترازين، 2،4-دي، بروماسيل، دايورون، وميتابورات الصوديوم.

كانت كلورات الصوديوم مبيداً للأعشاب يُستخدم على نطاق واسع داخل الاتحاد الأوروپي، حتى عام 2009، حين سُحب منه بعد قرارٍ اتُخذ بموجب لوائح الاتحاد الأوروپي. ولا يزال استخدامه كمبيد أعشاب خارج الاتحاد الأوروپي قائماً، وكذلك استخدامه في تطبيقات أخرى غير مبيدات الأعشاب، مثل إنتاج مبيدات ثاني أكسيد الكلور الحيوية، وتبييض اللب والورق.


إشارات ثقافية

كتب المؤرخ جيمس واطسون من جامعة ماسي في نيوزيلندا مقالاً نُشر على نطاق واسع بعنوان "أهمية بنطال السيد رتشارد باكلي المتفجر[16][17] ويتناول الحوادث التي وقعت مع كلورات الصوديوم عند استخدامها كمبيد للأعشاب للسيطرة على عشبة اليعقوبية في الثلاثينيات.[18] وقد فاز لاحقاً بجائزة إگ نوبل عام 2005،[19] وكان أساساً لحلقة بعنوان "السراويل المتفجرة" من مسلسل مدمرو الخرافات.

انظر أيضاً

المصادر

  1. ^ أ ب ت ث ج ح خ د ذ "Sodium chlorate".
  2. ^ أ ب "GPS Safety Summary of Sodium Chlorate" (PDF). arkema.com. Arkema. Retrieved 2014-05-25.
  3. ^ Seidell, Atherton; Linke, William F. (1952). Solubilities of Inorganic and Organic Compounds. Van Nostrand.
  4. ^ أ ب CID 516902 from PubChem
  5. ^ أ ب ت Sigma-Aldrich Co., Sodium chlorate. Retrieved on 2022-02-21.
  6. ^ أ ب ت ث Vogt, Helmut; Balej, Jan; Bennett, John E.; Wintzer, Peter; Sheikh, Saeed Akbar; Gallone, Patrizio (2000). "Chlorine Oxides and Chlorine Oxygen Acids". Ullmann's Encyclopedia of Industrial Chemistry. Weinheim: Wiley-VCH. doi:10.1002/14356007.a06_483. {{cite encyclopedia}}: Cite has empty unknown parameter: |authors= (help)
  7. ^ "Sodium chlorate banned by EC". Horticulture Week. 28 August 2008.
  8. ^ Greenwood, Norman N.; Earnshaw, Alan (1997). Chemistry of the Elements (2nd ed.). Butterworth-Heinemann. ISBN 978-0-08-037941-8.
  9. ^ Yunchang Zhang; Girish Kshirsagar & James C. Cannon (1993). "Functions of Barium Peroxide in Sodium Chlorate Chemical Oxygen". Ind. Eng. Chem. Res. 32 (5): 966–969. doi:10.1021/ie00017a028.
  10. ^ Sharma, Sushil Kumar; Agarwal, D. D. (July 2014). "Oxidative Chlorination of Aromatic Compounds in Aqueous Media" (PDF). International Journal of Scientific and Research Publications. 4 (7). Retrieved August 23, 2021.
  11. ^ Underwood, H.W.; Walsh, W.L. (1936). "Quinone". Organic Syntheses. 17: 63. doi:10.15227/orgsyn.016.0073.
  12. ^ Shao, Jingwen; Ni, Yong; Yan, Lifeng (2021). "Oxidation of furfural to maleic acid and fumaric acid in deep eutectic solvent (DES) under vanadium pentoxide catalysis". Journal of Bioresources and Bioproducts. 6: 39–44. doi:10.1016/j.jobab.2021.02.005.
  13. ^ Oliver J.; MacDowell M., Tracy A (1951). "The Pathogenesis of Acute Renal Failure Associated with Traumatic and Toxic Injury. Renal Ischemia, Nephrotoxic Damage and the Ischemuric Episode 1". J Clin Invest. 30 (12): 1307–439. doi:10.1172/JCI102550. PMC 441312. PMID 14897900.
  14. ^ Goldfrank's Toxicologic Emergencies, McGraw-Hill Professional; 8th edition (March 28, 2006), ISBN 978-0-07-143763-9
  15. ^ Beveridge, Alexander (1998). Forensic Investigation of Explosions. Taylor & Francis Ltd. ISBN 0-7484-0565-8.
  16. ^ "The Significance of Mr. Richard Buckley's Exploding Trousers: Reflections on an Aspect of Technological Change in New Zealand Dairy Farming between the World Wars" Archived 2013-10-23 at the Wayback Machine, Agricultural History magazine
  17. ^ "Histories: Farmer Buckley's exploding trousers", New Scientist
  18. ^ "Trousers Explode, Evening Post, 21 April 1933
  19. ^ James Watson for "The Significance of Mr. Richard Buckley’s Exploding Trousers.", improbable.com

للاستزادة

  • "Chlorate de potassium. Chlorate de sodium", Fiche toxicol. n° 217, Paris:Institut national de recherche et de sécurité, 2000. 4pp.

وصلات خارجية