Le chlore (Z = 17)

Le chlore fait partie du 17^ème groupe (17^ème colonne) de la classification périodique, appelé groupe des halogènes (du grec "hals" signifiant "sels"), auquel appartiennent également le fluor, le brome, l'iode et l'astate. Il possède 24 isotopesOn appelle isotopes des atomes ayant le même nombre de protons, mais qui différent par leur nombre de neutrons. connus, mais seuls deux d'entre eux sont stables: le chlore 35 (³⁵Cl), pour 75,8 %, et le chlore 37 (³⁷Cl), pour 24,2 %. Il s'agit de l'halogène le plus commun sur Terre, puisqu'en terme de masse il arrive en troisième position dans les océans (après l'oxygène et l'hydrogène), avec une moyenne de 19 g/L.

Origine du chlore

Le chlore est synthétisé par de vieilles massives (au moins huit masses solaires) arrivées au stade de la fusion de l'oxygène, lorsque la température centrale est proche de deux milliards de kelvins et la densité d'environ 10 tonnes / cm³. Une foule de particules alpha, de protons et de neutrons sont alors libérés (de gros noyaux sont brisés par les photons gammas très énergétiques), qui participent ensuite à la synthèse d'éléments tels que le chlore, l'argon, le potassium, le calcium... Du chlore sera également produit lors de l'explosion de l'étoile (supernova).

Un peu d'histoire

Le dichlore (Cl₂) a été produit pour la première fois en 1774, par le chimiste suédois Carl Wilhelm Scheele (1742-1786), mais ce dernier pensait qu'il s'agissait d'un corps composé contenant de l'oxygène. Il faut attendre l'année 1810 pour que le l'anglais Humphry Davy (1778-1829) comprenne qu'il s'agit en réalité d'un nouvel élément, qu'il appelle chlore, à partir du grec "khlôros" signifiant "vert".

Propriétés du chlore

A l'état de corps simple, le chlore se présente sous la forme d'un gaz de couleur jaune verdâtre (ci-dessous à gauche), constitué de molécules ayant pour formule Cl₂ (dichlore). Il s'agit d'un gaz très toxique et irritant pour les voies respiratoires, environ 2,5 fois plus dense que l'air dans les CNTPLes CNTP ou conditions normales de température et de pression sont considérées de façon arbitraire comme étant les conditions d'expérimentation et de mesure en laboratoire, définies par une température de 0°C (273,15 K) et une pression de 1 atmosphère (soit 101 325 Pa ou 1,013 bars).. Toujours dans les conditions normales, il passe à l'état liquide (ci-dessous à droite) en dessous de -34°C.

Dans la nature, le chlore forme principalement des sels avec d'autres éléments (chlorure de sodium, chlorure de potassium...). Bien qu'il soit moins réactif que le fluor, il n'en demeure pas moins susceptible de former facilement de nombreux composés. Il présente notamment une très grande affinité pour l'hydrogène, avec lequel il réagit vigoureusement, un mélange de dichlore et de dihydrogène pouvant même s'avérer explosif lorsqu'il est exposé à la lumière. Au cours de cette réaction, il se forme du chlorure d'hydrogène (HCl), gaz très soluble dans l'eau, à partir duquel on obtient de l'acide chlorhydrique (qui n'est autre qu'une solution aqueuse de chlorure d'hydrogène). Le dichlore est également considéré comme un comburant, en particulier avec les hydrocarbures, dont il entretient la combustion.

Le chlore est indispensable au bon fonctionnement de notre organisme : il intervient dans les mécanismes d'hydratation (en répartissant l'eau dans notre corps), et il participe au maintien de l'équilibre acido-basique ainsi qu'à la fabrication des sucs gastriques indispensables à la digestion. Et bien d'autres choses encore, mais je ne suis pas médecin...

Production industrielle du chlore

Le chlore est, majoritairement, obtenu par électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de sodium : cela permet, moyennant certaines précautions, de récupérer du dichlore à l'anode. Et à la cathode me direz-vous ? Et bien on récupère du sodium, qui est ensuite utilisé pour fabriquer de la soude. C'est la raison pour laquelle la production de ces deux substances est généralement liée : un fabriquant de soude produit également du chlore, et réciproquement. C'est ainsi qu'en France, l'usine électrochimique de Pomblière (en Savoie), spécialisée dans la production du sodium, fournit également près de 42 000 tonnes de chlore par an.
En 2019, ce sont plus de 80 millions de tonnes de dichlore qui ont été produites au niveau mondial, la Chine arrivant largement en tête (avec près de 35 millions de tonnes), devant les Etats-Unis et le Canada.

Quelques exemples d'utilisation du chlore

- Lors de la Première Guerre mondiale, les gaz de combat ont été employés dans une large mesure. L'un des plus connus, l'ypérite, du nom de la ville d'Ypres (Belgique) où il fut utilisé pour la première fois (septembre 1917), répandait une odeur rappelant celle de l'ail ou de la moutarde, d'où son surnom de gaz moutarde. Sa formule : C₄H₈Cl₂S. Du carbone, de l'hydrogène, du chlore, du soufre, et c'est tout. Les effets sur ses malheureuses victimes ? Des cloques très douloureuses sur la peau, des brûlures parfois sévères, les yeux et les paupières irrités au point de rendre momentanément aveugle, des oedèmes pulmonaires souvent mortels, des prédisposition aux cancers, et j'en passe.

L'inventeur de cette merveille ? Le chimiste allemand Fritz Haber (1868-1934), plus connu pour avoir mis au point un procédé de synthèse de l'ammoniac (NH₃), grâce auquel on put produire des engrais en grandes quantités (il reçut pour cela le prix Nobel de chimie en 1918). Alors, bienfaiteur de l'humanité ou criminel de guerre ? A vous de juger...

- Le chlore, connu pour ses vertus bactéricides, est employé sous forme de dichlore (Cl₂) ou de dioxyde de chlore (ClO₂) pour désinfecter et potabiliser l'eau, car il s'avère efficace même lorsque celle-ci doit voyager sur de longues distances dans le réseau de distribution.

- Le dichloroisocyanurate de sodium (excusez du peu) est utilisé pour désinfecter l'eau des piscines. Dans l'eau, il se décompose en acide hypochloreux (HClO), puissant antibactérien, qui se décompose lui-même partiellement en ions hypochlorites (ClO^-), ces mêmes ions que l'on trouve dans l'eau de javel.

- Le dioxyde de chlore (ClO₂), associé au peroxyde d'hydrogène (H₂O₂), est également utilisé comme agent de blanchiment de la pâte à papier (qui à la base a une teinte jaunâtre).

- Le polychlorure de vinyle, plus connu sous le nom de PVC, résulte de la polymérisation du chlorure de vinyle (CH₂=CHCl). Il est fabriqué à partir de pétrole et de chlorure de sodium (NaCl) extrait de l'eau de mer. Le PVC est utilisé pour fabriqué des tuyaux de canalisation, des revêtements muraux, des encadrements de portes ou de fenêtres, etc...

- Le sel de table, ou chlorure de sodium, est utilisé pour fabriquer la soude caustique, l'acide chlorhydrique, et le dichlore.

- Le chlore est également employé dans la fabrication d'antisceptiques, d'insecticides, de peintures...

- Les perchlorates, ions de formule ClO₄^-, sont de puissants oxydants capable de former facilement des mélanges déflagrants, raison pour laquelle on les utilise souvent en pyrotechnie. C'est ainsi que le perchlorate d'ammonium est employé dans les munitions d'armes à feu, dans les feux d'artifices, comme propulseur de missiles ou encore dans les boosters du lanceur Ariane 5.

- L'eau de Javel est une solution aqueuse de chlorure et d'hypochlorite de sodium, utilisée comme agent désinfectant et décolorant. Son nom vient de l'ancien village de Javel (qui fait aujourd'hui partie du quinzième arrondissement de Paris), où elle a vu le jour en 1784, dans une manufacture de produits chimiques située près du "Moulin de Javel". Son invention est attribuée au chimiste français Claude-Louis Berthollet (1748-1822), qui étudiait alors les propriétés décolorantes du chlore.

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