什麼是氯元素
在上一篇文章當中，我們講述了最恐怖的化學元素——氟元素的一些知識和發現史，同時也讓我們了解了這個被詛咒元素的前世今生。而今天咱們要介紹另外一位滷族元素的成員，被稱之為「綠色元素」的氯元素。作為滷素一族的成員，其危險係數自然不必多說，相比於恐怖的氟元素來說，氯的危險程度絲毫不呈多讓。
氯元素屬於滷素元素之一。氯氣在常溫常壓下為黃綠色氣體，具有極其強烈的刺激性味道。有時我們打開自來水龍頭，甚至偶爾會聞到一股刺鼻的味道，就是氯。其化學性質不如氟元素那麼活潑，但在滷素家族裡也算數一數二的了，同樣具有強大的毒性。氯以化合態的形式廣泛分布於自然界當中。另外氯元素對於人體的生理活動和植物的光合作用有著極其重要的意義。氯元素鉀和鈉結合，可以保持體液和電解質的平衡，人體當中的氯元素大多集中在腦脊髓液和胃中的消化液裡。對於人體來說，大部分的氯元素來自於食鹽，也就是氯化鈉。
氯元素的性質
氯氣的密度比空氣大（3.214g/L），其熔點為-101度，沸點在34.4度。有非常刺鼻的味道。氯氣分子由兩個氯原子所組成，微溶於水，極易溶於鹼液、四氯化碳、二硫化碳等有機溶液劑當中。氯有26種同位素，其中只有35cl和37cl是比較穩定的。其餘的同位素全部都具有放射性。
氯的晶體結構為斜方晶系，氯原子的最外電子層有7個電子。由於在各種不同的化學反應當中極易結合到一個電子，使最外層的電子數達到8個電子的最穩定狀態，所以氯氣具有極強的氧化性。除了極少元素和惰性氣體之外，可以與所有的元素直接化合生成氯化物。而且氯還能跟其他的一些化合物再次發生反應。氯氣遇水岐化為鹽酸和次氯酸，因為次氯酸不穩定，所以很容易被分解放出遊離氧。其中次氯酸具有漂白性，且加熱不恢復原色。另外氯氣也能和很多的有機物發生加成或者是取代反應，因此在生活當中有著極其廣泛的應用。
值得一提的是關於氯氣的毒性還有一段「趣聞」。由於含有極高的毒性，因此在一戰當中，德軍於1915年4月的伊普雷戰役上用氯氣當做生化武器，造成英法聯軍超過5000名士兵中毒死亡。這也是人類首次使用化學武器的記錄。除了人員死亡之外，戰場周邊的動物們也因為中毒而死，唯獨野豬安然無恙。後來專家經過考察研究發現，野豬在聞到強烈刺激的味道之後，本能的用嘴拱地，將長鼻子埋入疏鬆的泥土之下起到了過濾吸附的作用。因此人們受到啟發，以豬嘴外形仿製泥土的多孔物質，做出了初代的防毒面具。這也是為什麼當時的防毒面具看起來特別像豬鼻子的原因。
氯的發現史
早在1774年的時候，瑞典的化學家舍勒（沒錯又是他）在從事軟錳礦的研究時，就發現軟錳礦與鹽酸混合加熱之後，會出現一種令人感到窒息的黃綠色氣體。當時在化學界有一種普遍的說法，就是大化學家拉瓦錫提出的氧是酸性的起源，一切酸性物質當中都含有氧。這個說法一直得到了眾多化學家的大力支持，也包括舍勒在內。所以當時的舍勒也認為這種黃綠色的氣體就是一種氧氣和另外一種未知元素的化合物。甚至還煞有介事的起了個名字叫做「氧化鹽酸」。
但當時來自英國的化學家戴維卻堅決否定這種觀點。他用了各種各樣的辦法，也沒能將氧化鹽酸從氧氣當中分離出來，因此他懷疑氧化鹽酸裡面根本就沒有氧氣。後來他以現場實驗的方式證明了這種所謂的氧化鹽酸並不是一種化合物，而是一種單質的化學元素。他把這種元素起名叫做chlorine，在希臘文當中的意思是指綠色。中文翻譯過來的名字叫做氯。
在人類的科研發展史上，一項偉大的發現足以讓一位科學家永垂史冊。而對於戴維來說，他卻有很多個這樣的發現。日本著名的化學家山岡望就曾經評價道：從整個化學史來看，戴維可以享受很高的榮譽，而配得上永記史冊的就是關於氯的相關研究，也就是1810年7月12日發現氯的這一天。
雖然舍勒是氯氣的第1個發現者。但他固執的把氯看成了一種化合物而非單質元素。包括後來的貝託雷，也認為氯就是鹽酸和氧化合而成的，完全無視了水的作用。到後來的蓋伊呂薩克和泰納等等所有人都堅信氯就是某種「基」的氧化物。而戴維在經過無數次的分解實驗之後，發現只有鹽酸生成，沒有其他任何雜質。而且氯氣和鹽酸裡也沒有氧，只有把氯看作是一種單質的元素，所有的實驗數據才能得出一個合理的解釋。在同年的11月，英國皇家學會宣讀了他的論文，並正式宣布氯是一種元素。後來的事實也充分證明了戴維的這一觀點，而關於拉瓦錫提出的所有酸都含氧的論點也得到了及時的糾正。
氯元素的作用
氯產量是衡量工業發展的一個重要指標。在化工工業方面，尤其是有機合成工業領域，以生產塑料合成橡膠、燃料和其他化學製品以及中間體、還有漂白劑、消毒劑、合成藥物等等都離不開氯元素。另外每升大氣含量超過2.5毫克的氯氣，即可在三分鐘之內使人死亡。
同時氯元素也是人體所必需的常量元素之一，它的作用是維持體液和電解質的平衡，也是胃液的一種必需成分。自然界中的氯以氯化物的形式存在，比如食鹽。如果食鹽量攝入不足，會導致體內氯元素水平下降。另外大量排汗和腹瀉、嘔吐也會使人出現氯元素流失的情況。氯在人體內的平均含量為每千克1.17克左右，總量大概在80~100克，佔總體重的0.15%，廣泛分布於人體的全身，以一氯離子的形式與鈉和鉀化合存在。氯化鉀主要存在於細胞內液，氯化鈉主要在細胞外液。氯離子和鈉離子是細胞外液中維持滲透壓的主要離子，兩者約佔總離子數的80%。氯化鈉是所有膳食氯的來源，像食鹽和加工製品，比如醃肉及醬油等等都含有豐富的氯化物。天然飲用水當中也含有氯。
另外氯元素還參與光合作用，在過程當中作為錳的輔助因子參與水的光解反應。水光解反應是光合作用裡最初的光化學反應。有大量的研究表明，在缺氯的條件下植物細胞的增殖速度會大幅降低，葉面面積減少，生長量下降60%，幅度明顯。
氯元素對氣孔的開張和閉合有一定的調節作用，當某些植物葉片氣孔開張時，K+流入是由有機酸陰離子（主要是蘋果酸根）作為陪伴離子，這些離子在代謝過程中是靠消耗澱粉產生的；但是對某些澱粉含量不多的作物（如洋蔥），當K+流入保衛細胞時，由於缺少蘋果酸根則需由Cl-作為陪伴離子。缺氯時，洋蔥的氣孔就不能自如地開關，而導致水分過多地損失。由於氯在維持細胞膨壓、調節氣孔運動方面的明顯作用，從而能增強植物的抗旱能力。
在農業方面施以含氯元素的肥料可以抑制農作物病害的發生。除此之外將氯氣通入二次升華碘，可以得到變體一氯化碘。這個我們之前也有介紹過，可以用於有機合成和強氧化劑使用，另外一氯化碘也是一種很好的碘化劑，用於芳環上的碘代和油脂碘值的測定等等。還有最重要的一個用處就是可以用來製作農藥增產靈。從某種程度上來看，不管是碘苯氧乙酸還是一氯化碘，在農業生產方面都與之前的水產碘類消毒品相似，以優質碘元素作為基合。目前全球最優質的碘均來自於智利的新維多利亞碘礦，也是國內碘化學品佼佼者——金海碘化工獨家合作的唯一南美地區資源。
最後我們來回看氯元素的發現和發展歷程不難總結出：投身於科學研究事業，不但會面臨各種不同的危險，還要有不畏懼挑戰權威的探索精神。就像哥白尼和布魯諾一樣，推動人類進取和探索的是對真相的求知慾，是對自己理想信念的強大信仰！下一期我們將介紹的滷族元素是唯一在室溫下呈液態的非金屬元素，又被稱之為是「海洋元素」，大家猜到它是誰了嗎？