原文作者：美国加利福尼亚大学欧文分校化学系教授Barbara J. Finlayson-Pitts

无论是在自然界还是在人造环境中，氯都随处可见。地壳和海水都富含氯；它也存在于人体的各个部位，比如胃液中的盐酸；它还是清洁剂和农药的主要组成部分。

来源: © J. N. PITTS JR

对单质氯最早的观察记录可以追溯到1774年，当时Scheele在二氧化锰与盐酸的反应中观察到一种黄绿色气体生成，后来被鉴定为是分子氯（Cl₂）。

那个时候人们以为这一气体是氯酸——氧和盐酸形成的化合物，并发现它可被用于杀虫和漂白。直到1810年，Davy才提出该气体实际上是一种单独的化学元素，并于次年将其命名为氯（chlorine，源自希腊语的chloros，意为黄绿色）。

在漂白中并不太实用的气态氯很快就被次氯酸溶液取代了。直至今日，次氯酸仍被用于需要漂白和消毒的场合，比如纸浆和造纸业，以及处理饮用水和游泳池水。氯也被广泛用于从溶剂、塑料（如聚氯乙烯）到药品等各种产品的制造。

遗憾的是，含氯化合物也产生了种种不良影响：氯气、光气及芥子气都曾被残忍地、不人道地用作化学武器。另一个例子是DDT（二氯二苯三氯乙烷），其影响被详细地记录在Rachel Carson所著的《寂静的春天》（Silent Spring）中。

第17号元素与大气中的灾难性效应也有关。20世纪30年代开发的氯氟烃（CFCs）被广泛用作制冷剂、气溶胶喷射剂和泡沫发泡剂。它们在对流层（15千米以下的大气层）中无毒、无反应活性，这最初被认为是优点；但在1974年，Molina 和 Rowland发现它们实际上具有重大的全球性影响；因为这一发现，1995年他们与Crutzen 一起获得了诺贝尔化学奖。

因为CFCs在低层大气中不会显著下沉，所以会被运载到上层大气。在那里，波长小于240 nm的辐射可以诱导其光解，生成的氯原子会参与破坏臭氧层的连锁反应。平流层（距离地面15至50千米之间）的臭氧可以阻挡来自太阳辐射的紫外线。

正常情况下很稳定的臭氧浓度会被CFC诱导降解过程所降低，这会导致到达地球表面的紫外线增强。这一化学过程导致的最引人注目的后果是南极春季臭氧层空洞——某些海拔高度的臭氧层被完全破坏。此外，CFCs也是相当强力的温室气体。

对流层化学中氯的另一个神秘作用在过去的几十年里已经逐渐明朗。海洋的波浪作用产生的亚微米级空气盐颗粒主要由海水中的氯化钠（NaCl）组成；同时来自碱性干湖的灰尘也含有氯。大气中的痕量气体（如HNO₃、NO₂、N₂O₅）和羟基自由基与这些颗粒的内部及表面的氯离子发生反应，生成含氯化合物，如HCl、ClNO、ClNO₂、Cl₂和HOCl。

令人惊讶的是，最近的测量结果显示，这种对流层的氯化学反应似乎也广泛地发生在大陆中部地区，这些地区也能检测到ClNO₂。其来源尚不明确，可能与卤素化合物和地表的氮氧化物（NO_y）之间的非均相反应有关。

大部分含氯化合物都会快速地转化为氯原子，它们与合成和/或天然有机化合物具有相当高的反应活性。这通常会导致对流层臭氧的增加，臭氧是一种有毒的空气污染物和强力的温室气体。这是人为和自然排放协同作用的一个典型例子，其潜在重要性越来越明显。

尽管这些大气过程极其复杂并难于研究，但阐明它们的化学对大气过程的定量预测至关重要，这进而有助于减少或克服这些过程导致的不良影响。

无论如何，在日常生活中不论好坏，我们已逃避不了氯。那么接下来的挑战便是如何扬长避短。ⓝ

原文以Chlorine chronicles为标题

发布在2013年7月23日的《自然-化学》In Your Element上

Nature|doi:10.1038/nchem.1717

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