Das Element Chlor

Halogene - Alkalimetalle - Redoxreaktionen. Eigenschaften. Verwendung.

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37. Das Element Chlor

Darstellung von Chlor im Labor

Wenn konz. Salzsäure auf die rötlich-lila Kristalle des Kaliumpermanganats (KMnO4) einwirkt, dann entsteht ein gelblich-grünes Gas mit stechendem Geruch: das Chlor. Chlorgas wirkt stark toxisch (giftig), daher muß eine Darstellung im Labor immer im Abzug durchgeführt werden.

Eigenschaften von Chlor

 
Chlor ist ein gelbgrünes, stechend riechendes, giftiges Gas, es verbindet sich mit Metallen zu Salzen: Halogen = Salzbildner

In der Natur kommt Chlor nicht elementar, sondern nur gebunden in verschiedenen Verbindungen vor. Die wichtigsten Verbindungen sind die Chloride, in denen Chlor in Form des Anions Cl auftritt. Das bekannteste Chlorid ist Natriumchlorid, häufig auch als Kochsalz oder kurz Salz bezeichnet. Chlorid ist ein häufiger Bestandteil des Meerwassers und besitzt wichtige biologische Funktionen, vor allem bei der Steuerung des Wasserhaushaltes im Körper. Chlor ist ein gelbgrünes Gas, das die Atemwege stark angreift.

Chlorkonzentrationen von etwa 0,5 % in der Atemluft sind für den Menschen tödlich. 0,001 % Chlor in der Atemluft haben bereits erste gesundheitsschädliche Auswirkungen. Der maximale Arbeitsplatzgrenzwert in Deutschland (TRGS 900, Luftgrenzwert) liegt zurzeit bei 0,5 ppm bzw. 1,5 mg pro Kubikmeter Luft in Laboratorien oder anderen Arbeitsräumen.

Bild 1. Im Labor stellt man Chlor aus Kaliumpermanganat und Salzsäure her. Überschüssiges Chlor kann mit Aktivkohle absorbiert werden.
 
 
Man gibt in einen Gasentwicklungsapparat einen kleinen Löffel Kaliumpermanganat, setzt einen Tropftrichter mit konz. Salzsäure darauf und läßt kurz Säure ausfließen. Das entstehende Chlor wird in mehreren Zylindern aufgefangen, die sofort mit einer Glasplatte verschlossen werden. Das restliche Gas leitet man in eine Waschflasche mit Aktivkohle.
Versuche mit Chlor NUR im Abzug!
 
 
In einen mit Chlor gefüllten Zylinder taucht man mit der Tiegelzange einen mit Terpentinöl getränkten Filterpapierstreifen.

Der Arbeitsplatzgrenzwert soll sicherstellen, dass auch bei täglicher Arbeit in solchen Räumen die Gesundheit der Beschäftigten keinen Schaden nimmt. Früher bezeichnete man die zulässige Konzentration eines gefährlichen Stoffes in der Luft als maximale Arbeitsplatzkonzentration (MAK-Wert).

Chlor löst sich gut in Wasser - bei Raumtemperatur lösen sich 2,3 l Chlor in 1l Wasser. Die dabei entstehende grünliche Lösung bezeichnet man als »Chlorwasser«. Chlor zählt neben Fluor zu den reaktivsten Elementen und reagiert mit fast allen Elementen. Keine direkte Reaktion findet lediglich mit Sauerstoff, Stickstoff und den Edelgasen statt und viele Metalle, wie Mangan, Zink oder die Edelmetalle Gold, Silber und Platin reagieren erst bei erhöhten Temperaturen mit Chlor. Chlor ist chemisch gesehen also ein sehr reaktionsfähiges Element.

Besonders stark neigt Chlor zur Reaktion mit Wasserstoff, die beispielsweise durch kurzwelliges blaues Licht ausgelöst werden kann. Die beiden Elemente reagieren in einer explosionsartig verlaufenden Kettenreaktion, der sogenannten Chlorknallgasreaktion.


$ \mathrm { H_{2} + Cl_{2} \quad \longrightarrow \quad 2 \ HCl + 92,44 \ kJ } $


Durch die starke Neigung, Chlorwasserstoff zu bilden, reagiert Chlor auch mit anderen Wasserstoff enthaltenden Verbindungen wie Ammoniak, Ethin, Schwefelwasserstoff oder Wasser.

 
 
In je 1 Standzylinder mit Chlor hält man nacheineander angeglühte Eisenwolle und Kupferwolle. Am Boden des Zylinders ist Sand.
Eisen (oben) und Kupfer (unten) verbinden sich mit Chlor zu Salzen.
Video: Einwirkung von Chlorgas auf eine Rose.
 
 
In einen mit Chlor gefüllten Glaskolben bringt man eine Blume, die vorher zur Entfernung der Wachsschicht auf den Blütenblättern mit Tetrachlorkohlenstoff behandelt wurde. Den Kolben deckt man ab.

Chlor kann sich auch mit chemisch gebundenem Wasserstoff vereinigen. Wenn der Kohlenwasserstoffverbindung Terpentinöl (C10H16) der gebundene Wasserstoff entrissen wird, so wird Kohlenstoff in Form von Ruß freigesetzt (Vers. 2). Wie mit dem Natrium (Versuch 1, Kapitel 30) verbindet sich das Chlor auch mit anderen Metallen zu Salzen, weswegen das Chlor als Halogen (=Salzbildner) bezeichnet wird.

Die Reaktionen von Metallen mit Chlor verlaufen stark exotherm:


$ \mathrm { 2 \ Fe + 3 \ Cl_{2} \quad \longrightarrow \quad 2 \ FeCl_{3} + 400 \ kJ } $
Eisen + Chlor $\longrightarrow$ Eisenchlorid


$ \mathrm { Cu + Cl_{2} \quad \longrightarrow \quad 2 \ CuCl_{2} + 206 \ kJ } $
Kupfer + Chlor $\longrightarrow$ Kupferchlorid


 
Bedeutung: Bleich- und Desinfektionsmittel, Ausgangstoff für großtechnische Synthesen
 
Chlorwasser = Lösung von Chlor in Wasser
 
Das Chloratom erhält durch Aufnahme eines Elektrons eine stabile Edelgasschale

Verwendung

Chlor ist einer der wichtigsten Grundstoffe der chemischen Industrie. Im Jahre 1996 wurden in der Bundesrepublik mehr als 3 Mio t Chlor erzeugt, wobei die Verwendung als Bleich- und Desinfektionsmittel (beispielsweise in Schwimmbädern) kaum eine Rolle spielt. Die größten Mengen Chlor werden von der chemische Industrie bei der Produktion von Kunststoffen (PVC), Lösungsmitteln, Sprays und Farbstoffen verbraucht.

Sicherheitshinweise [1]

Chlor wirkt als Gas vorwiegend auf die Atemwege. Bei der Inhalation reagiert es mit der Feuchtigkeit der Schleimhäute unter Bildung von hypochloriger Säure und Salzsäure. Dadurch kommt es zu einer starken Reizung der Schleimhäute, bei längerer Einwirkung auch zu Bluthusten und Atemnot, sowie Erstickungserscheinungen. Bei höheren Konzentrationen kommt es zur Bildung von Lungenödemen und starken Lungenschäden. Ein Gehalt von 0,5–1 % Chlor in der Atemluft wirkt tödlich durch Atemstillstand. Die letalen Dosen über eine Stunde (LC50) liegen bei 293 ppm für Ratten und 137 ppm für Mäuse. Flüssiges Chlor wirkt stark ätzend auf die Haut. Bei chronischer Einwirkung von Chlor kann es zu chronischer Bronchitis, bei höheren Konzentrationen auch zu Herz- und Kreislaufschäden, sowie Magenbeschwerden kommen.

Chlor ist nicht brennbar, kann jedoch mit vielen Stoffen stark reagieren. So besteht beim Kontakt von Chlor mit WasserstoffKohlenwasserstoffen, Ammoniak, AminenDiethylether und einigen anderen Stoffen Explosionsgefahr.