Klorát

Szerkezete és kötései

A klorátion
Más nevek Klorát(V)
Kémiai azonosítók
CAS-szám 14866-68-3
PubChem 104770
ChemSpider 94578
ChEBI 49709
SMILES
O=Cl(=O)[O-]
InChIKey XTEGARKTQYYJKE-UHFFFAOYSA-M
Gmelin 1491
UNII 08Z8093742
Kémiai és fizikai tulajdonságok
Kémiai képlet ClO3-
Moláris tömeg 83,4512 g/mol
Kristályszerkezet
Molekulaforma Trigonális piramis
Veszélyek
Főbb veszélyek oxidáns
Rokon vegyületek
Azonos kation
Ha másként nem jelöljük, az adatok az anyag standardállapotára (100 kPa) és 25 °C-os hőmérsékletre vonatkoznak.

A klorát a ClO3 anion elterjedt neve, ahol a klór oxidációs száma 5. Az elnevezés utalhat a klorátiont tartalmazó vegyületekre is – a klorátok a klórsav sói és észterei. A klór többi oxoanionjának szabályos neve „klorát”, melyet zárójelben a klór oxidációs száma követ zárójelben, például a perklorát (ClO4) esetén klorát(VII).

A vegyértékelektronpár-taszítási elméletnek megfelelően a klorátionok trigonális piramis alakúak.

A klorátok erős oxidálószerek, és szerves anyagoktól vagy könnyen oxidálható anyagoktól távol tartandók. A klorátok éghető anyaggal (például cukorral, fűrészporral, szénnel, szerves oldószerekkel, fémekkel) való keveréke könnyen deflagrálhat. Egykor pirotechnikai célra is használták ezért, de instabilitásuk miatt a stabilabb perklorátokat használják helyettük.

A klorátion nem írható le megfelelően 1 Lewis-szerkezettel, mivel minden Cl–O kötés hossza azonos (kálium-klorátban 1,49 Å),[1] és a klór hipervalens. Ehelyett több rezonanciaszerkezet hibridje.  

Előállítás

szerkesztés

Laboratóriumi

szerkesztés

A fém-klorátok klór forró fém-hidroxidokhoz, például kálium-hidroxidhoz adásával állítható elő:

 

E reakcióban a klór diszproporcionál, redukálódik és oxidálódik is. A 0 oxidációs számú klór Cl-ra (oxidációs szám: –1) és ClO3-ra (oxidációs szám: 5) bomlik. A hideg fém-hidroxid-oldatok reakciója klorid mellett hipokloritot ad.[2]

Az ipari nátrium-klorát-előállítás vizes nátrium-klorid-oldatból indul ki, nem klórból. Ha az elektrolízis-felszerelés lehetővé teszi a klór és a nátrium-hidroxid keverését, a fent leírt diszproporcionáció történik. A reagensek 50–70 °C-ra hevülnek az elektrolízishez használt elektromos energia révén.[3]

Természetes előfordulás

szerkesztés

Egy 2010-es tanulmány természetes klorátlerakódásokat mutatott ki világszerte, viszonylag magas koncentrációkkal a száraz és hiperszáraz területeken.[4] Esőmintákban is mérték a klorátszintet, ez a perklorátéhoz hasonlónak bizonyult. Feltehetően a klorát és perklorát természetes keletkezési mechanizmusa hasonló és a klór biogeokémiai ciklusának része lehet. Mikrobiális nézőpontból a természetes klorát magyarázhatja a klorátot kloridra redukáló mikroorganizmusok sokféleségét.

Klorátlégzés

szerkesztés

A klorátredukció ősi jelenség lehet, mivel minden perklorátredukáló baktérium klorátot is használ terminális elektronakceptorként.[5] Nem ismert klorátdomináns ásvány, vagyis a klorát az ismert ásványokban csak helyettesítőként vagy a póruskitöltő oldatokban szerepel.[6] Klóroxoanion-bontó enzimek például a klorit-dizmutáz, a klorát- és a perklorát-reduktáz.

A klorátlégző egysejtűek feltehetően használhatók szennyeződések eltávolítására, észlelésére például kemosztátokban,[7]

A Földön kívül

szerkesztés

2011-ben a Georgia Institute of Technology magnézium-klorátot mutatott ki a Marson.[8]

Klorátok például:

  • kálium-klorát (KClO3)
  • nátrium-klorát (NaClO3)
  • magnézium-klorát (Mg(ClO3)2)

Egyéb oxoanionok

szerkesztés

Ha a klorátot zárójelbe tett római szám követi, az a megfelelő oxidációs számú klórt tartalmazó oxoaniont jelenti:

Elterjedt név Szabályos név Oxidációs szám Képlet
Hipoklorit Klorát(I) +1 ClO
Klorit Klorát(III) +3 ClO2
Klorát Klorát(V) +5 ClO3
Perklorát Klorát(VII) +7 ClO4

Ennek megfelelően a klorát bármely klóroxoaniont jelentheti. Általában a klorát az 5-ös oxidációs számú klórt tartalmazóra utal.

Toxicitás

szerkesztés

A klorátok viszonylag mérgezők, azonban általában nem mérgező kloridokká redukálódnak.

  1. (1981) „The structure of potassium chlorate at 77 and 298 K”. Acta Crystallogr. B 37 (4), 913–915. o. DOI:10.1107/S0567740881004573.  
  2. Chatenet M, Pollet BG, Dekel DR, Dionigi F, Deseure J, Millet P, Braatz RD, Bazant MZ, Eikerling M, Staffell I, Balcombe P, Shao-Horn Y, Schäfer H (2022. június 6.). „Water electrolysis: from textbook knowledge to the latest scientific strategies and industrial developments”. Chem Soc Rev 51 (11), 4583–4762. o. DOI:10.1039/d0cs01079k. PMID 35575644. PMC 9332215.  
  3. Thompson, M. de Kay. Applied Electrochemistry. The MacMillan Company, 89-90. o. (1911) 
  4. Rao, B. (2010). „Natural Chlorate in the Environment: Application of a New IC-ESI/MS/MS Method with a Cl18O3 Internal Standard”. Environ. Sci. Technol. 44 (22), 8429–8434. o. DOI:10.1021/es1024228. PMID 20968289.  
  5. Coates, J. D. (2004). „Microbial perchlorate reduction: rocket-fuelled metabolism”. Nature Reviews Microbiology 2 (July), 569–580. o. DOI:10.1038/nrmicro926. PMID 15197392.  
  6. Home. mindat.org
  7. Ouwei Wang, John D. Coates (2017. november 24.). „Biotechnological Applications of Microbial (Per)chlorate Reduction”. Microorganisms 5 (4), 76. o. DOI:10.3390/microorganisms5040076. PMID 29816812. PMC 5748585. (Hozzáférés: 2023. szeptember 17.)  
  8. De l'EAU liquide répérée sur les pentes martiennes”, Le Temps , 2015. szeptember 28.. [2017. január 18-i dátummal az eredetiből archiválva] (Hozzáférés: 2024. április 24.) 

További információk

szerkesztés
A Wikimédia Commons tartalmaz Klorát témájú médiaállományokat.
  • Chisholm, Hugh. Chlorates, Encyclopaedia Britannica Vol. 6, 11. (1911)