什么是氯元素
在上一篇文章当中，我们讲述了最恐怖的化学元素——氟元素的一些知识和发现史，同时也让我们了解了这个被诅咒元素的前世今生。而今天咱们要介绍另外一位卤族元素的成员，被称之为“绿色元素”的氯元素。作为卤素一族的成员，其危险系数自然不必多说，相比于恐怖的氟元素来说，氯的危险程度丝毫不呈多让。
氯元素属于卤素元素之一。氯气在常温常压下为黄绿色气体，具有极其强烈的刺激性味道。有时我们打开自来水龙头，甚至偶尔会闻到一股刺鼻的味道，就是氯。其化学性质不如氟元素那么活泼，但在卤素家族里也算数一数二的了，同样具有强大的毒性。氯以化合态的形式广泛分布于自然界当中。另外氯元素对于人体的生理活动和植物的光合作用有着极其重要的意义。氯元素钾和钠结合，可以保持体液和电解质的平衡，人体当中的氯元素大多集中在脑脊髓液和胃中的消化液里。对于人体来说，大部分的氯元素来自于食盐，也就是氯化钠。
氯元素的性质
氯气的密度比空气大（3.214g/L），其熔点为-101度，沸点在34.4度。有非常刺鼻的味道。氯气分子由两个氯原子所组成，微溶于水，极易溶于碱液、四氯化碳、二硫化碳等有机溶液剂当中。氯有26种同位素，其中只有35cl和37cl是比较稳定的。其余的同位素全部都具有放射性。
氯的晶体结构为斜方晶系，氯原子的最外电子层有7个电子。由于在各种不同的化学反应当中极易结合到一个电子，使最外层的电子数达到8个电子的最稳定状态，所以氯气具有极强的氧化性。除了极少元素和惰性气体之外，可以与所有的元素直接化合生成氯化物。而且氯还能跟其他的一些化合物再次发生反应。氯气遇水岐化为盐酸和次氯酸，因为次氯酸不稳定，所以很容易被分解放出游离氧。其中次氯酸具有漂白性，且加热不恢复原色。另外氯气也能和很多的有机物发生加成或者是取代反应，因此在生活当中有着极其广泛的应用。
值得一提的是关于氯气的毒性还有一段“趣闻”。由于含有极高的毒性，因此在一战当中，德军于1915年4月的伊普雷战役上用氯气当做生化武器，造成英法联军超过5000名士兵中毒死亡。这也是人类首次使用化学武器的记录。除了人员死亡之外，战场周边的动物们也因为中毒而死，唯独野猪安然无恙。后来专家经过考察研究发现，野猪在闻到强烈刺激的味道之后，本能的用嘴拱地，将长鼻子埋入疏松的泥土之下起到了过滤吸附的作用。因此人们受到启发，以猪嘴外形仿制泥土的多孔物质，做出了初代的防毒面具。这也是为什么当时的防毒面具看起来特别像猪鼻子的原因。
氯的发现史
早在1774年的时候，瑞典的化学家舍勒（没错又是他）在从事软锰矿的研究时，就发现软锰矿与盐酸混合加热之后，会出现一种令人感到窒息的黄绿色气体。当时在化学界有一种普遍的说法，就是大化学家拉瓦锡提出的氧是酸性的起源，一切酸性物质当中都含有氧。这个说法一直得到了众多化学家的大力支持，也包括舍勒在内。所以当时的舍勒也认为这种黄绿色的气体就是一种氧气和另外一种未知元素的化合物。甚至还煞有介事的起了个名字叫做“氧化盐酸”。
但当时来自英国的化学家戴维却坚决否定这种观点。他用了各种各样的办法，也没能将氧化盐酸从氧气当中分离出来，因此他怀疑氧化盐酸里面根本就没有氧气。后来他以现场实验的方式证明了这种所谓的氧化盐酸并不是一种化合物，而是一种单质的化学元素。他把这种元素起名叫做chlorine，在希腊文当中的意思是指绿色。中文翻译过来的名字叫做氯。
在人类的科研发展史上，一项伟大的发现足以让一位科学家永垂史册。而对于戴维来说，他却有很多个这样的发现。日本著名的化学家山冈望就曾经评价道：从整个化学史来看，戴维可以享受很高的荣誉，而配得上永记史册的就是关于氯的相关研究，也就是1810年7月12日发现氯的这一天。
虽然舍勒是氯气的第1个发现者。但他固执的把氯看成了一种化合物而非单质元素。包括后来的贝托雷，也认为氯就是盐酸和氧化合而成的，完全无视了水的作用。到后来的盖伊吕萨克和泰纳等等所有人都坚信氯就是某种“基”的氧化物。而戴维在经过无数次的分解实验之后，发现只有盐酸生成，没有其他任何杂质。而且氯气和盐酸里也没有氧，只有把氯看作是一种单质的元素，所有的实验数据才能得出一个合理的解释。在同年的11月，英国皇家学会宣读了他的论文，并正式宣布氯是一种元素。后来的事实也充分证明了戴维的这一观点，而关于拉瓦锡提出的所有酸都含氧的论点也得到了及时的纠正。
氯元素的作用
氯产量是衡量工业发展的一个重要指标。在化工工业方面，尤其是有机合成工业领域，以生产塑料合成橡胶、燃料和其他化学制品以及中间体、还有漂白剂、消毒剂、合成药物等等都离不开氯元素。另外每升大气含量超过2.5毫克的氯气，即可在三分钟之内使人死亡。
同时氯元素也是人体所必需的常量元素之一，它的作用是维持体液和电解质的平衡，也是胃液的一种必需成分。自然界中的氯以氯化物的形式存在，比如食盐。如果食盐量摄入不足，会导致体内氯元素水平下降。另外大量排汗和腹泻、呕吐也会使人出现氯元素流失的情况。氯在人体内的平均含量为每千克1.17克左右，总量大概在80~100克，占总体重的0.15%，广泛分布于人体的全身，以一氯离子的形式与钠和钾化合存在。氯化钾主要存在于细胞内液，氯化钠主要在细胞外液。氯离子和钠离子是细胞外液中维持渗透压的主要离子，两者约占总离子数的80%。氯化钠是所有膳食氯的来源，像食盐和加工制品，比如腌肉及酱油等等都含有丰富的氯化物。天然饮用水当中也含有氯。
另外氯元素还参与光合作用，在过程当中作为锰的辅助因子参与水的光解反应。水光解反应是光合作用里最初的光化学反应。有大量的研究表明，在缺氯的条件下植物细胞的增殖速度会大幅降低，叶面面积减少，生长量下降60%，幅度明显。
氯元素对气孔的开张和闭合有一定的调节作用，当某些植物叶片气孔开张时，K+流入是由有机酸阴离子（主要是苹果酸根）作为陪伴离子，这些离子在代谢过程中是靠消耗淀粉产生的；但是对某些淀粉含量不多的作物（如洋葱），当K+流入保卫细胞时，由于缺少苹果酸根则需由Cl-作为陪伴离子。缺氯时，洋葱的气孔就不能自如地开关，而导致水分过多地损失。由于氯在维持细胞膨压、调节气孔运动方面的明显作用，从而能增强植物的抗旱能力。
在农业方面施以含氯元素的肥料可以抑制农作物病害的发生。除此之外将氯气通入二次升华碘，可以得到变体一氯化碘。这个我们之前也有介绍过，可以用于有机合成和强氧化剂使用，另外一氯化碘也是一种很好的碘化剂，用于芳环上的碘代和油脂碘值的测定等等。还有最重要的一个用处就是可以用来制作农药增产灵。从某种程度上来看，不管是碘苯氧乙酸还是一氯化碘，在农业生产方面都与之前的水产碘类消毒品相似，以优质碘元素作为基合。目前全球最优质的碘均来自于智利的新维多利亚碘矿，也是国内碘化学品佼佼者——金海碘化工独家合作的唯一南美地区资源。
最后我们来回看氯元素的发现和发展历程不难总结出：投身于科学研究事业，不但会面临各种不同的危险，还要有不畏惧挑战权威的探索精神。就像哥白尼和布鲁诺一样，推动人类进取和探索的是对真相的求知欲，是对自己理想信念的强大信仰！下一期我们将介绍的卤族元素是唯一在室温下呈液态的非金属元素，又被称之为是“海洋元素”，大家猜到它是谁了吗？
