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Halogenverbindungen

im Alltag

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Gliederung

1. Eigenschaften der Halogene

2. Verwendung von Fluorverbindungen

3. Verwendung von Chlorverbindungen

4. Verwendung von Bromverbindungen

5. Verwendung von Iodverbindungen

6. Schulische Relevanz

7.Quellen der Abbildungen

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• Griech. Halos (Salzbildner)

• Nichtmetalle

• Aggregatzustände:– Zweiatomige Moleküle– Fluor und Chlor bei Raumtemperatur

gasförmig– Brom flüssig– Iod fest

1. Eigenschaften der Halogene

3

1. Eigenschaften der Halogene

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• Elektronenkonfiguration: – 2 s- und 5 p-Elektronen– Erreichen Edelgaskonfiguration durch:

a.) Bildung einer kovalenten Bindungb.) Bildung eines einfach geladenen Anions

• Oxidationskraft/ Elektronegativität:

F2

Cl2

Br2

I2

1. Eigenschaften der Halogene

ENF2

Cl2

Br2

I2

Ox

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• Oxidationsstufen:– Fluor: 0, -1– Chlor: 0, -1, +3, +5, +7– Brom: 0, -1, +3, +5, +7– Iod: 0, -1, +3, +5, +7

• Vorkommen: – Nur in gebundener Form aufgrund

hoher Reaktivität– Reaktivste Elemente des PSE

1. Eigenschaften der Halogene

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• Physiologische Eigenschaften:

– Fluor: stark ätzend; extrem giftig

– Chlor: giftig; greift die Schleimhäute an; umweltgefährlich

– Brom: Dämpfe sind Schleimhaut-reizend; flüssiges Brom erzeugt schmerzhafte Wunden auf der Haut; sehr giftig; umweltgefährlich

– Iod: gesundheitsschädlich; umweltgefährlich

1. Eigenschaften der Halogene

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2. Verwendung von Fluorverbindungen:

Kunststoffe:• Polytetrafluorethen (Teflon®):

– In der „Teflon®“-Pfanne– In Dichtungen– In Spezialtextilien (GORE-TEX®)– Von großer Bedeutung in der Elektro- und Luftfahrtindustrie

Kühl-/Treibmittel:• Dichlordifluormethan (Frigen®)

• 1,1,1,2- Tetrafluorethan

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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FCKW in der Atmosphäre

h CF2Cl2 CF2Cl + Cl

O3 + Cl O2 + OCl 2 OCl Cl2O2

Cl2O2 ClO2 + ClClO2 O2 + Cl

2 O3 3 O2

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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• Fluorsalze (hauptsächlich

NaF) :

– Zusatz in Zahnpasta, Speisesalz

und Trinkwasser

– Empfehlung der WHO: 1ppm

– Kariesprophylaxe

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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Versuch 1:Fluorid-Nachweis aus

Zahnpasta

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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V1: Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta

Fe3+(aq) + 3 SCN-

(aq) + 3 H2O [Fe(SCN)3(H2O)3](aq)

[Fe(SCN)3(H2O)3](aq) + 6 F-(aq) [FeF6]3-

(aq) + 3 SCN-(aq)

+ 3 H2O

rot

farblos

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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Weshalb Fluoride in Zahnpasta?

• Hauptbestandteil des Zahnschmelzes: Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH (97%)

• Säureangriff des Hydroxylapatits:

Ca5(PO4)3OH(s)+ H3O+(aq) 5 Ca2+

(aq) + 3 PO4

3-(aq) + 2 H2O

• Austausch der OH–-Ionen aus dem Hydroxylapatit gegen Fluorid:

Ca5(PO4)3OH(s) +F–(aq) Ca5(PO4)3F(s) + OH–

(aq)

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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• Fluorapatit gegenüber Säuren stabil

• Wirksamer Säureschutz für die Zähne

• Fluorierung als wichtiger Bestandteil der Kariesprophylaxe

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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• Flusssäure:

– Wässrige Lösung von HF (40%ig)

– Zum Ätzen und Polieren von Glas

– Verwendet in der Glasindustrie, bei

Restauratoren und in

Künstlerbetrieben

– Glasätzcremes mit geringerer

Konzentration an HF im Hobbybedarf

– In der Jugendstilzeit erstmals geätzte

Scheiben unter dem Namen

Musselinglas

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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Versuch 2:Glasätzen mit

Flusssäure

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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V2: Glasätzen mit Flusssäure

CaF2 (s) + H2SO4 (l) 2 HF(g) + CaSO4 (s)

SiO2 (s) + 4 HF(g) SiF4 (g) + 2 H2O (l)

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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• Vorteil: – Ätzmattierungen viel feiner in der Struktur

als ein sandgestrahltes Matt

• Nachteil: – Sehr gefährliche Säure! HF diffundiert durch die Haut in den

Organismus und führt unter Zersetzung der Knochen zur Ausfällung des Calciums

Sehr giftig und stark wassergefärdend

2. Verwendung von Fluorverbindungen

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HF-Strukturen• Wasserstoffbrückenbindungen zwischen

den Molekülen:

2. Verwendung von Fluorverbindungen

HF

HF

HF

HF

120°

Kristallines HF

Gasförmiges HF

+

-

FH

H

FFH

HF

HF

F

H

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3. Verwendung von Chlorverbindungen

Kunststoffe • PVC (Polyvinylchlorid):

– Stabiler Werkstoff mit besonderer Widerstandsfähigkeit

– In Rohren, Fensterprofilen, Leisten, Schläuchen und Fußböden

– Nachteil: Entstehung von Dioxinen und HCl-Gas bei der Verbrennung

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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Lösungsmittel:

• Dichlormethan (Methylenchlorid):– Lösungsmittel und Extraktionsmittel für Öle,

Coffein, Harze, Wachse und in Fleckenreinigungsmittel enthalten

– Kleber für Plexiglas

• Trichlormethan (Chloroform):– Früher als Anästhetikum

• Tetrachlorethen (Per): – In der chemischen Reinigung eingesetzt

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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Pflanzenschutzmittel

• DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan)

Medikamente

• In Nasensprays

• In vielen Antibiotika

• In Antimykotika

CCl3

ClCl

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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Kühlmittel:• Dichlordifluormethan (Frigen®)

Treibmittel:• Trichlorfluormethan• Dichlordifluormethan

Bleichmittel/Desinfektionsmittel• Elementares Chlor• Hypochlorit-Lösungen• Chlorite• Chlordioxid

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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Versuch 3:Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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• Chlorreiniger mit Essigreiniger: +1 -1 0

NaOCl(aq) + NaCl(aq) + 2 H3O+(aq) 2 Na+

(aq) + 3 H2O + Cl2(g)

(Komproportionierung)

• Nachweis des entstehenden Chlorgases:

-1 0 0 -1

2 KI(aq) + Cl2(g) I2(aq) + 2 K+(aq) + 2 Cl-(aq)

farblos

0 -1 -1

I2(aq) + I-(aq) I3

-(aq)

braun

3. Verwendung von Chlorverbindungen

(Charge-Transfer-Komplex)

V3 Chlorgasentwicklung aus Haushaltsreiniger

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Warum Chlorbleiche?

OCl-(aq) + H2O HOCl(aq) + OH-(aq)

-2 +1 -2 -2 -1 0

HOCl(aq) + OH-(aq) H2O + Cl-(aq) + ½ O2 (g)

(nascier.)

Nascierender Sauerstoff für Bleichwirkung verantwortlich

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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• Natriumchlorid:– Als Nahrungsmittel (Speisesalz)

• Kaliumchlorat:– In Feuerwerkskörpern– In Streichhölzern

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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Demonstration 1:Die Reaktion im Streichholzkopf

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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D1 Die Reaktion im Streichholzkopf

Zusammensetzung der Zündhölzer:

Kaliumchlorat, Braunstein, Schwefel, Gelatine, Glasmehl

Roter Phosphor

Wachs

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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D1 Die Reaktion im Streichholzkopf

1.) Reibung erzeugt Wärme; Phosphorspuren gelangen an das Zündköpfchen

2.) Phosphor reagiert mit Luftsauerstoff und Kaliumchlorat (stark exotherm):

0 0 +5 -24 P (s) + 5 O2 (g) P4O10 (s) H < 0

+5 0 -1 +510 KClO3 (s) + 12 P(s) 10 KCl (s) + 3 P4O10 (s) H <

0

das Gemisch entzündet sich

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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3.) Freiwerdende Energie startet Reaktion von Kaliumchlorat und Schwefel (stark exotherm):

+5 0 -1 +4 2 KClO3 (s) + 3/8 S8 (s) 2 KCl (s) + 3 SO2 (g) H

< 0 Paraffin wird entzündet; Holz beginnt zu brennen

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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Die Geschichte der Zündhölzer

• 1785: Phosphorbüchsen • 1805: Tunkzündhölzer (Erfinder: Jean-Louis

Chancel)

• 1832: die ersten Reibezündhölzer (Erfinder: Jakob Friedrich Kammerer)

• Mitte des 19. Jhds.: Sicherheitsstreichhölzer (Erfinder: Böttger/ Pasch )

3. Verwendung von Chlorverbindungen

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4. Verwendung von Bromverbindungen

1,2-Dibromethan:• In bleihaltigem Benzin

Farbstoffe:• Eosin: roter Farbstoff

Chemische Kampfstoffe:• Bromaceton (Tränengas)

Flammschutzmittel:• Halone (Brom-Chlor-Fluor- kohlenwasserstoffe)

O

COONa

Br

OH

BrBrO

Br

4. Verwendung von Bromverbindungen

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Bleichmittel/Desinfektionsmittel:• Elementares Brom

Schädlingsbekämpfung • Methylbromid

Arzneimittel • Beruhigungs- und Schlafmittel

(Bromazepam, früher KBr)

Silberbromid:• Lichtempfindliche Substanz in Foto-Filmen

Br

NH

N

O

N

4. Verwendung von Bromverbindungen

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Versuch 4:Modellversuch zum

fotografischen Prozess

4. Verwendung von Bromverbindungen

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V4 Modellversuch zum fotographischen Prozess

• Ag+(aq) + Br-

(aq) AgBr(s)

• Der fotografische Prozess:

+1 -1 0 0

2 AgBr(s) 2 Ag(s) + Br2 (g) (schwarz)

– Oxidation: 2 Br- Br2 + 2e-

– Reduktion: 2 Ag+ + 2e- 2Ag

h

4. Verwendung von Bromverbindungen

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Der fotografische Prozess:Absorption eines Photons geeigneter Wellenlänge Abspaltung eines Elektrons vom Halogenid-Ion

Entstehung einer Leerstelle (Defektelektron) = Bromatom (Bromradikal)

Elektron wandert undwird von Empfindlichkeitskeim eingefangen Empfindlichkeitskeim durch „chemische Reifung“ hergestell

4. Verwendung von Bromverbindungen

1.)

2.)

3.)

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Silberionen auf Zwischengitterplätzen (Frenkel-Fehlordnung)

sind beweglich

Silberionen wandern zu negativierten Empfindlichkeitskeimen

werden reduziert

4. Verwendung von Bromverbindungen

4.)

5.)

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Latentes Bild

Sichtbares Bild

GelatineSilberbromid-KornTräger

Silbercluster

Belichtung

Entwicklung

Fixierung

4. Verwendung von Bromverbindungen

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1.) Entwickeln:

AgBr(s) + 2 Ag(s) + 2Br-

(aq)

2.) Stoppen:

HOAc(aq) + OH-(aq) H2O + OAc-

(aq)

3.) Fixieren:

AgBr(s) + 2 Na2S2O3 (aq) Ag(S2O3)23-(aq) + Br-

(aq)

+ 4 Na+(aq)

OH

OH O

O

+ 2 OH-(aq) – 2 H2O

Agn

4. Verwendung von Bromverbindungen

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5. Verwendung von Iodverbindungen

Silberiodid• Lichtempfindlicher Bestandteil in

Foto-Filmen• Hagelabwehr

Medizin:• Iodtinkturen als Antiseptika• Radiopharmaka mit den

radioaktiven Iod-Isotope 131I und 123I (in der nuklear-medizinischen Diagnostik)

5. Verwendung von Iodverbindungen

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• KI-Tabletten gegen die Aufnahme der radioaktiven Iod-Isotope bei radioaktiven Unfällen

• Iodid-Tabletten/ Iodatzusätze in Speisesalz gegen Kropf-Bildung (Schilddrüsenvergrößerung)

Thyroxin

5. Verwendung von Iodverbindungen

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Versuch 5:Bestimmung des Iodatgehaltes in

Speisesalz

5. Verwendung von Iodverbindungen

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V5 Bestimmung des Iodatgehalts in Speisesalz

+5 -1 0 IO3

-(aq) + 5 I-(aq) + 6 H+

(aq) 3 I2 (aq) + 3 H2O

+2 0 +2,5 -1

6 S2O32-

(aq) + 3 I2 (aq) 3 S4O62-

(aq) + 6 I-(aq)

• 1 Mol Iodat ~ 3 Mol Iod

• 3 Mol Iod ~ 6 Mol Thiosulfat

5. Verwendung von Iodverbindungen

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Der Iod-Stärke-Komplex

• Einlagerung von linearen Polyiodid-Ketten in die Hohlräume der Amylose

• Elektronendelokalisierung für blaue Farbe verantwortlich (Charge-Transfer-Komplex)

5. Verwendung von Iodverbindungen

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6. Schulische Relevanz

• 9.2 Elementgruppen:

Verbindliche Unterrichtsinhalte/Aufgaben:

Eigenschaften und Verwendung; Halogene und ihre Verbindungen im Alltag

• 11.1 Redoxreaktionen

• 13.2 Wahlthema Angewandte Chemie

• LK 13.2 Wahlthema Komplexchemie

6. Schulische Relevanz

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7. Quellen der Abbildungen:

Microsoft

Word-Dokument

7. Quellen der Abbildungen

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Ende