Chlore

Chlore

Caractéristiques du chlore

Symbole: Cl
Masse atomique: 35,453 ± 0,002u¹
Numéro CAS: 7782-50-5⁵
Configuration électronique: [Ne] 3s² 3p⁵
Numéro atomique: 17
Groupe: 17
Bloc: Bloc P
Famille d’éléments: Halogène
Électronégativité: 3,04
Point de fusion: −101,5 °C¹

Le chlore, élément atomique n°17 de symbole CI : sa découverte, ses caractéristiques, ses utilisations, son histoire et sa provenance.

Les informations essentielles à connaître

De symbole Cl, le chlore est l’élément chimique portant le numéro atomique 17 dans le tableau périodique des éléments. Il appartient à la famille des halogènes. Il est abondant dans la nature. Son dérivé le plus important est le chlorure de sodium (NaCl) qui est nécessaire à de nombreuses formes de vie.

Le chlore est un gaz jaune-vert et son odeur est suffocante. On retrouve souvent ce produit chimique dans la purification de l’eau, les désinfectants, les agents de blanchiment et le gaz moutarde. L’exposition au chlore peut impacter la santé d’une personne ou d’un animal. Toutefois, l’effet dépend de la quantité de chlore présente, ainsi que de la durée et de la fréquence de l’exposition. Certaines bactéries et certains virus tels que le norovirus peuvent résister au chlore.

Étymologie et découverte du chlore

Le chlore vient du grec ancien « khlôros » signifiant vert pâle (jaune légèrement verdâtre). La première personne à avoir isolé du dichlore fut Carl Wilhelm Scheele, bien qu’il l’identifia d’abord comme un acide. Ce chimiste suédois réalisa des expériences de façon simple, sans recourir à des instruments compliqués. En 1774, il versa quelques gouttes d’acide chlorhydrique sur du dioxyde de manganèse, et la réaction se produisit. Scheele lui donna alors le nom d’acide muriatique déphlogistiqué en pensant avoir affaire à un gaz composé. Sur la base de la théorie du phlogistique, il était naturel de croire que ce dernier contenait de l’oxygène.

Pourtant, il a fallu attendre 1809 pour que Humphry Davy prouve qu’il s’agissait d’un corps simple. En effet, ce chimiste et physicien britannique a démontré qu’il était question en réalité de dichlore. Il donna ensuite à cet élément sa dénomination actuelle en raison de sa couleur vert jaunâtre.

Isotopes

Le chlore possède deux isomères nucléaires (^34 mCl et ^38 mCl) ainsi que 24 isotopes connus ayant un nombre de masse allant de 28 à 51. Le chlore naturellement présent est essentiellement constitué de deux isotopes stables, notamment le ³⁵Cl et le ³⁷Cl. Ces derniers représentent respectivement 75,77 % et 24,23 % de l’isotope présent sur Terre. Ces proportions permettent d’attribuer à cet élément une masse atomique standard de 35,453(2) u. Le reste du chlore naturel est composé de chlore 36 (³⁶Cl) et de traces de radio-isotope cosmogénique.

Les caractéristiques essentielles du chlore

Le chlore appartient à la famille des halogènes, porte le numéro atomique 17 et a comme symbole Cl. À l’état de corps simple, il se présente sous forme de la molécule de dichlore Cl₂ qui est un gaz jaune-vert. Aux conditions normales de température et de pression, il est 2,5 fois plus dense que l’air. Ce gaz diatomique a une odeur désagréable et est extrêmement toxique.

On obtient le chlore par oxydation des chlorures, principalement par électrolyse. Cet élément chimique est aisément liquéfiable par compression sous 7 à 10 bars, ou encore par refroidissement au-dessous de -35 °C. Un litre d’eau dissout 3,10 l de chlore à 10 °C et à pression atmosphérique, et 1,77 l à 30 °C. Le chlore est transporté et conservé à l’état liquide, sous pression (vers 7 bars) et à température ambiante (sous 6,95 bars à 21 °C).

Tout comme les autres éléments appartenant aux halogènes (fluor, brome et iode), le chlore est très électronégatif, et ainsi hyper réactif. En effet, la liaison entre les deux atomes est relativement faible avec une énergie de 242,580 ± 0,004 kJ/mol. Le chlore se combine facilement avec la plupart des éléments chimiques. Il forme des sels dénommés chlorures avec des métaux. D’ailleurs, il est abondant dans la nature et son dérivé le plus important est le chlorure de sodium (NaCl), notamment le sel de table. En solution, le chlore se présente souvent sous forme d’ion chlorure Cl^– qui est le principal dissous dans l’eau de mer. En effet, les ions chlorure occupent environ 1,9 % de la masse de l’eau de mer.

Il existe également des composés que le chlore forme avec l’oxygène, le xénon, l’azote et le krypton. Toutefois, leur réaction doit être initiée par un agent externe, sous l’effet d’un catalyseur ou par ionisation. Par ailleurs, le gaz de chlore pur est un comburant. Tel est également le cas pour l’oxygène. Tels les hydrocarbures, il a la capacité de soutenir la combustion des composés organiques, même si le carbone contenu dans le carburant ne brûle pas complètement. Une grande partie reste sous forme de suie, ce qui prouve la forte affinité du chlore pour l’oxygène, et produit du chlorure d’hydrogène. Ce dernier est un corps mieux lié que l’oxyde d’hydrogène (l’eau).

Les utilisations de cet élément

En raison de sa toxicité, le dichlore fut utilisé au début du XXe siècle, surtout lors de la Première Guerre mondiale, comme gaz de combat. Pour s’en protéger, on utilisait des masques à gaz qui étaient en réalité des compresses ou des cagoules de toiles imbibées de thiosulfate de sodium. Dès lors, le chlore est largement présent dans divers objets et produits courants :

Pour tuer les bactéries et d’autres microbes, il est utilisé comme biocide dans de l’eau de Javel. Cet élément chimique a des propriétés rémanentes, d’où son action désinfectante valide à tous les stades du réseau de distribution d’eau. Afin de purifier l’eau, il est aussi possible d’utiliser du dioxyde de chlore, un gaz hyper oxydant, décolorant et désodorisant qui a l’avantage de ne pas produire de chlorophénols.
En traitement d’eau de piscine, le chlore est employé comme biocide sous forme d’acide trichloroisocyanurique (solide) ou de chloroisocyanurates.
Cet élément chimique joue un grand rôle en blanchissement industriel du papier, puisqu’il constitue un produit décolorant. Autrefois, on utilisait du chlore gazeux. Toutefois, comme ce procédé est hyper polluant, on utilise désormais du dioxyde de chlore combiné avec du peroxyde d’hydrogène.
D’autres produits de consommation tels que les médicaments, les textiles et les dissolvants contiennent également du chlore. On peut aussi citer les peintures, les insecticides, les produits antiseptiques, les colorants, des plastiques, les produits pétroliers…

Par ailleurs, le chlore intervient également dans l’extraction de brome, et dans la production de chlorate, de chloroforme et de tétrachlorure de carbone.

En chimie organique, le chlore est utilisé comme oxydant et remplace l’hydrogène. Cette substitution est intéressante dans le sens où elle donne généralement des propriétés aux composés organiques tels que le néoprène (caoutchouc synthétique résistant aux hydrocarbures). En paléosismologie et en géomorphologie, l’isotope ³⁶Cl (radioactif) est employé dans la détermination d’un taux d’érosion ou encore dans la datation d’une surface.

Histoire du chlore

En remontant dans l’Histoire, le dichlore a été découvert en 1774 par le chimiste Carl Wilhelm Scheele en versant des gouttes d’acide chlorhydrique sur du dioxyde de manganèse. Il croit à tort que l’élément isolé est un gaz composé contenant de l’oxygène. En 1810, le chimiste et physicien britannique découvrit qu’il s’agit en réalité d’un élément chimique bien distinct et lui donna le nom de chlore.

À partir du XIXe siècle, le chlore sous forme d’eau de Javel est employé comme désinfectant et produit de traitement de l’eau potable. Il joue aussi un rôle en blanchiment de tissus dans l’industrie textile.

À partir de la fin de la Seconde Guerre mondiale, le chlore est beaucoup utilisé dans les processus de désinfection de centres de remise en forme. Tel est également le cas pour le traitement d’eaux de piscines privées et publiques. Il est parfois associé à d’autres produits algicides afin d’arrêter le développement des algues dans les eaux de baignade chaudes et froides.

En 2010, le chlore est utilisé en xénobiologie sous la forme du 5-chloro-uracile à la place de la thymine du code génétique d’une bactérie afin de former un AXN.

Provenance du chlore

Dans la nature, le chlore est toujours combiné avec d’autres éléments chimiques, notamment le sodium, la carnallite et la sylvine.

La production du chlore se réalise principalement par électrolyse chlore-soude. Cette méthode utilise une solution aqueuse de chlorure de sodium. Concrètement, le chlore se dégage à l’anode. Quant à l’eau, elle est décomposée à la cathode en hydrogène et en ions hydroxyde qui forment progressivement une solution de soude. Par ailleurs, il est aussi possible d’électrolyser directement le sel fondu.

En laboratoire, on obtient du chlore en chauffant un mélange de solutions de dioxyde de manganèse et d’acide chlorhydrique.

Les composés possibles avec du chlore

Une fois dans l’eau ou dans l’air, le chlore réagit avec d’autres produits chimiques. Lorsque l’acide chlorhydrique se combine avec une base, on assiste à la formation des chlorures. À l’état d’oxydation +1, l’atome de chlore peut former des composés chimiques contenant l’anion hypochlorite, appelés hypochlorites. L’ion chlorite ou dioxochlorate est la base conjuguée de l’acide chloreux et peut former des esters ou des sels appelés chlorites (ou dioxochlorates). Les chlorates, quant à eux, sont des sels de l’acide chlorique HClO₃, dont l’anion chlorate ClO^–₃ est la base conjuguée. Les perchlorates, par ailleurs, sont des oxydants contenant du chlore ayant un degré d’oxydation de VII.

L’oxygène et le chlore forment ce qu’on appelle les oxydes de chlore. On cite les oxydes chlore neutres tels que le monoxyde de chlore (ClO), le chloroperoxyle (ClOO), le trioxyde de dichlore (Cl₂O₃), etc. On retrouve également les oxydes de chlore ionisés comme le chloryle (ClO₂⁺), l’hypochlorite (ClO^–), le chlorite (ClO₂^–), etc.

Parmi les composés organochlorés, on peut citer la chloramine, le chloroalcane, le chloroalcène, le chlorure de sulfonyle, le chlorure d’acyle…

En analyse biologique

On appelle chlorémie le taux de chlore présent dans le sang. Chez un adulte de poids moyen à jeun, ce taux doit être compris entre 98 et 107 mEq/L.

Les impacts du chlore

Il est possible qu’on soit exposé au chlore sur un lieu de travail ou dans l’environnement après des rejets dans le sol, l’eau ou l’air. Toutefois, ses effets sur la santé des Hommes et des animaux dépendent de la quantité présente, de la durée et de la fréquence d’exposition. La santé de l’être vivant et les conditions environnementales lors de l’exposition entrent aussi en jeu.

Sur la santé

Selon des études, la chloration des piscines influence le risque d’asthme et de rhinites allergiques. Cela peut être dû au chlore lui-même, mais également à cause des produits secondaires générés par son utilisation. En effet, respirer de petites quantités de chlore pendant de courtes durées irrite le système respiratoire, surtout chez les personnes âgées et les enfants. Cela se traduit généralement par de la toux, une douleur à la poitrine, une rétention d’eau dans les poumons… Toutefois, une exposition chronique à l’air des piscines intérieures risque d’entraîner un asthme induit : le syndrome de Brooks. Cette maladie s’accompagne d’une destruction des cellules de Clara.

Provenance du chlore

À l’état liquide, le chlore brûle la peau. À l’état gazeux, il irrite les membranes des muqueuses. Cependant, bien que 3,5 ppm suffisent pour distinguer son odeur, l’exposition à ce gaz ne devrait pas excéder 0,5 ppm. Cela correspond à la valeur d’exposition moyenne pondérée sur 8 h, à raison de 40 h par semaine. Il est à noter que ce gaz est mortel à partir de 1 000 ppm, valeur d’exposition d’une bouffée d’environ une minute.

Ainsi, des détecteurs de chlore sont mis en place sur les sites industriels afin de préserver la sécurité des personnes.

L’utilisation du chlore en désinfection d’eau potable et de piscine génère des sous-produits dangereux, surtout au contact de l’urine et de la sueur. On peut citer certains gazeux tels que les chloramines. Certains de ces sous-produits sont toxiques, tandis que d’autres sont génotoxiques ou encore cancérigènes.

Comme effets secondaires, l’exposition au chlore peut entraîner des défauts de naissance, des irritations de la peau, une sensation de sécheresse en bouche…

Sur l’environnement

La plupart des rejets directs de chlore dans l’environnement s’effectuent dans les eaux de surface et dans l’air. Une fois dans l’eau ou dans l’air, cet élément réagit avec d’autres produits chimiques. Les animaux et les plantes ne sont pas susceptibles de stocker du chlore. Toutefois, des études montrent que l’exposition chronique au chlore dans l’air affecte le sang, le système immunitaire, le cœur et le système respiratoire des animaux. Cet élément chimique engendre aussi des dommages environnementaux à des concentrations faibles. Il est donc nocif pour les organismes vivant dans le sol et l’eau.

Caractéristiques du chlore

Le chlore, élément atomique n°17 de symbole CI : sa découverte, ses caractéristiques, ses utilisations, son histoire et sa provenance.