Глава 13. Хлор

1. Синонимы

2. Историческая справка

    Хлор и отщепляющие хлор соединения, главным образом хлорная известь, начали использоваться в медицине как дезинфицирующее средство уже в начале XIX века. Особенно сенсационным был успех Земмельвайса, достигнутый им в 1847 году в борьбе с родильной горячкой, - он дезинфицировал руки и инструменты хлором⁵⁹.

    Позднее хлор стали использовать для обеззараживания оборудования при производстве и хранении пищевых продуктов, а также питьевой и технической воды. Обеззараживание питьевой воды с помощью хлора вытеснило более старый, но более дорогой способ, использующий озон⁶⁰.

3. Товарные формы, производные

    Хлор используется как сам по себе, так и в форме выделяющих хлор соединений, главным образом гипохлоритов натрия и калия, а иногда и дихлоризоциануратов этих элементов. Хлор поступает в продажу в сжиженном виде в болонах. Диоксид хлора проявляет самостоятельное антимикробное действие.

4. Свойства

    Хлор Cl₂  при обычных условиях представляет собой зеленовато-жёлтый газ, который можно обнаружить в воздухе по запаху уже при концентрации 0,001 мг/л. Плотность хлора примерно в 2,5 раза выше плотности воздуха. При 0°С под давлением 3,76 атм он сжижается. В 1 л воды при

0 °С растворяется 4,6 л, а при 20°С - 2,3 л хлора.

    Гипохлорит натрия NaClO представляет собой расплывающиеся на воздухе, легко растворимые в воде кристаллы. В продажу поступает в виде водного раствора (лаббаракова вода).

    Из других солей хлорноватистой кислоты применяются: гипохлорит кальция Са(СlО)₂, хлорная известь СаОС1₂ и гипохлорит магния Мg(СlO)₂. Все они представляют собой белые пахнущие хлором порошки.

    Диоксид хлора С1О₂ представляет собой жёлтый газ, легко растворимый в воде.

5. Аналитические сведения

    Хлор вытесняет иод из иодидов. При добавлении хлорсодержащих жидкостей к раствору иодида калия с крахмалом появляется синее окрашивание. Растворы о-толуидина под действием хлора приобретают окраску от жёлтой до оранжевой. Это окрашивание можно измерить колориметрически. Быстрое полуколичественное определение хлора можно проводить с помощью специальных тестовых трубок |1|.

6. Получение

    Хлор получают электролизом соляной кислоты или растворов хлоридов щелочных металлов⁶¹. Диоксид хлора из-за трудностей обращения с ним⁶² получают на месте употребления из раствора хлорита⁶³ натрия и соляной кислоты.

7.  Токсиколого-гигиеническая оценка

    Свободный хлор обладает сильным раздражающим действием на кожу и слизистые оболочки. Вдыхание воздуха, содержащего 2 г хлора на 1 м³, приводит к быстрой смерти, так как альвеолы лёгких необратимо повреждаются образующейся соляной кислотой⁶⁴. Вдыхание воздуха с концентрацией хлора 60 мг/м в течение четверти часа опасно для жизни. Значение ПДК для хлора⁶⁵ составляет 1,5мг/м³.

8. Законодательные аспекты применения в пищевых продуктах

    Во многих странах для обеззараживания питьевой воды и других пищевых продуктов разрешены свободный хлор и выделяющие его соединения: гипохлориты натрия, кальция и магния, хлорная известь, диоксид хлора; в случае войны и катастрофических событий - дихлоризоцианураты натрия и калия⁶⁶. Предельно допустимые концентрации для хлора и гипохлоритов в воде составляют 1 2 мг/л, а для диоксида хлора - 0,4 мг/л.

9. Действие на микроорганизмы

    Общие критерии действия. Хлор в соответствующей концентрации быстро убивает микроорганизмы; поэтому он скорее является дезинфицирующим агентом, чем консервантом.

    Антимикробные свойства хлора основаны на сильном окислительном действии и быстром связывании с белками. Хлор очень легко присоединяется к двойным связям биомолекул. Эти реакции ведут к прекращению обмена веществ в микроорганизмах и их гибели |2|. Кроме того, хлор разрушает клеточные мембраны и вступает в реакции с ДНК |3|.

    Действию хлора сильно мешает присутствие органических веществ, так как последние с ним отчасти реагируют. Аммиак и аминосоединения тоже реагируют с хлором, ослабляя его действие. Это «пожирание хлора» следует учитывать на практике и в случае сильно загрязнённых сред (например, для сточных вод) рассчитывать на действующую часть - «фактический свободный хлор».

    Антимикробное действие хлора значительно усиливается при повышении температуры. Например, при одинаковой концентрации хлора споры бактерий рода Bacillus погибают при 50°С в 10 раз быстрее, чем при 20 ºС |2|.

    Лучше всего хлор действует в нейтральной и слабокислой среде, например при рН 6 в 2-60 раз (в зависимости от вида микробов) быстрее, чем при рН 10 |2|.

    Спектр действия. Хлор имеет очень широкий спектр антимикробного действия. Он эффективен как против бактерий (включая споры), дрожжей и плесневых грибов, так и против водорослей, простейших и многих вирусов. Некоторые бактерии в оптимальных условиях (низкая обсеменённость, рН 7, температура 20-25°С) погибают уже при концентрации хлора 0,05-0,1 мг/кг. Несколько более устойчивы туберкулёзные палочки, бактерии родов Salmonella, Proteus и Pseudomonas. Плесневые грибы примерно в 10 раз устойчивее бактерий |2, 3|.

10. Области применения

    Важнейшая область применения хлора - обеззараживание питьевой воды. Большая её часть обрабатывается «непрямым хлорированием». Оно состоит в том, что газообразный хлор из баллонов в соответствующем устройстве растворяют в воде, получая концентрат с содержанием хлора 1-5 г/л, который добавляют к обрабатываемой воде. Применение растворов гипохлоритов и других выделяющих хлор соединений пока не имеет большого значения.

    При использовании хлора для обеззараживания питьевой воды возможно протекание галоформной реакции. При этом из свободного хлора и органических загряз нений питьевой воды, таких, как аминокислоты и гуминовые вещества, образуются тригалометаны, например канцерогенный хлороформ |4|. Используя диоксид хлора вместо самого хлора, опасность галоформной реакции можно уменьшить.

    Хлор применяют для дезинфекции ёмкостей, аппаратов и другого оборудования и инвентаря, используемого в производстве пищевых продуктов. В последнее время в США водные растворы хлора и диоксида хлора используют для уничтожения бактерий рода Salmonella в мясе птицы |5|. Описано добавление их в промывную воду для фруктов |6| и применение в «slow - release» -форме в полимерных упаковках для пищевых продуктов |7|.

11. Прочие действия

    Хлор и выделяющие хлор соединения являются сильными окислителями и тем самым сильными корродирующими агентами.

    Следует обратить внимание на высокую токсичность свободного хлора. Дозы, используемые при обработке питьевой воды, считаются безвредными, но могут отрицательно влиять на вкус и запах.

Примечания

⁵⁹ Хлорной известью.

⁶⁰ В последнее время наблюдается тенденция замены хлора на озон при обеззараживании воды (см. гл. 11 2).

⁶¹ В настоящее время в промышленности хлор получают исключительно электролизом хлоридов (обычно их водных растворов, но иногда и расплавов).

⁶² Из-за трудностей в транспортировке, поскольку ClO₂, взрывчат.

⁶³ Хлората.

⁶⁴ Повреждение происходит в первую очередь из-за окислительного разрушения легочных тканей.

⁶⁵ В России для хлора установлена ПДК, равная 1 мг/м³.

⁶⁶ В России хлор (Е925) не включён в список пищевых добавок, разрешённых к применению при производстве пищевых продуктов.