07.01.05

USA

Chlorgas-Zug verunglückt - acht ToteAcht Menschen sind in den USA getötet worden, als ein mit Chlorgas beladener Güterzug auf stehende Waggons aufprallte und die giftigen Dämpfe frei wurden. 240 Menschen wurden durch die ätzende Substanz verletzt.

Luftbild der Unglückstelle: Geruch wie im Schwimmbad

Der große Knall - Bitterfeld 1968

Am 11. Juli 1968 um 13:57 Uhr vernahm ganz Bitterfeld einen ohrenbetäubenden Knall. Schwer und dumpf bebte die Erde. Eine schwere Gasexplosion hatte die PVC-Fabrik in Trümmer gerissen. Mindestens 41 Menschen starben, Hunderte wurden schwer verletzt.

Seveso

Der Albtraum dauert an

Als am 10. Juli 1976 in einer Chemiefabrik im Mailänder Vorort Seveso unbemerkt eine hochgiftige Gaswolke entweicht, brachte der Unfall das Dioxin in die Schlagzeilen. Die Wunden sind noch nicht verheilt.

15.10.08

Chlorunfall in Schwimmbad

Bei einem Unfall mit Chlorgas sind in einem Erlebnisbad in Bitburg mehrere Kinder und Erwachsene verletzt worden, zwei mussten in ein Krankenhaus eingeliefert werden….

24.10.1988

"Es geht darum, unsere Haut zu retten" Die Zerstörung des Ozonschilds der Atmosphäre ist nach den jüngsten Erkenntnissen der Wissenschaftler schon weiter fortgeschritten als bislang angenommen. Der einzige Ausweg - der Verzicht auf chlorhaltige Industriegase, die den Ozonabbau verursachen….

….Schlagzeilen

• Chemieunfälle

• Halogene involviert

• Einprägende Bilder

• Halogene => gefährlich

• Halogene verpönt

Experimentalvortrag

WS 08/09

Oliver Strauch

HALOGENE IM

ALLTAG

9

Gliederung

1. Was sind Halogene?

2. Fluorverbindungen

3. Chlorverbindungen

4. Bromverbindungen

5. Iodverbindungen

6. Schulrelevanz

10

Was sind Halogene ?

17VII A

18.998

FFluor35.45

ClChlor79.90

BrBrom126.90

IIod

209,99

Astat

Was sind Halogene?

• griech. „halos“ = Salzbildner

• bilden 7. Hauptgruppe des PSE

• ausgeprägte Nichtmetalle

• hohe Elektronegativität

• sehr reaktionsfreudig

Astat:• radioaktiv

• stabilstes Isotop: 8,3 Std.

• wenig Vorkommen

11

Was sind Halogene ?

Elektronenkonfiguration: • 2 s- und 5 p-Elektronen• fehlendes Elektron zur Edelgaskonfiguration

Edelgaskonfiguration durch:• kovalente Bindung• einfach geladenes Anion

Vorkommen:• nie atomar• zweiatomige Moleküle• gebundener Form

12

Fluor

• griech: „fluor“ = Fluss

• gelbliches Gas (RT)

• reaktivstes Element

• Ox-Stufen 0 oder -1

• stark ätzend, extrem giftig

Fluor im Alltag

13

Fluor im Alltag

Polytetrafluorethen PTFE

– besser bekannt als Teflon®

– vollfluoriertes Polymer

– robuster Kunststoff

– hoch belastbar

– Raumfahrt

– Teflon - Pfanne

– Spezialtextilien (GORE-TEX®)

nF

F

C

Fluor im Alltag

14

FCKW

• Fluor-Chlor-Kohlenwasserstoffe

• reaktionsträge, unbrennbar, wenig giftig

• chemisch stabil

=> vielfach verwendbar

• Kühl- und Treibmittel

Fluor im Alltag

Cl

Cl

FCl

15

Abbau der Ozonschicht

Fluor im Alltag

h*v3 2

3 2

2 2

h*v2 2 2

2 2

3 2

CFCl CFCl Cl

2 Cl 2 O 2 ClO 2 O

2 ClO Cl O

Cl O ClO Cl

ClO Cl O

2 O 3 O

16

Fluor im Alltag

Fluoridierung

• Kariesvorbeugung durch Fluoride

• Zusatz zu Speisesalz, Zahnpasta, Milch…

• stark abweichende Meinungen

17

Versuch 1

Fluorid aus Zahnpasta

Fluor im Alltag

18

V1 Fluorid-Nachweis aus Zahnpasta

Fe3+(aq) + 3 SCN-

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

rot

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

(aq) + 3 SCN-(aq) + 3 H2O

farblos

Fluor im Alltag

19

Kariesvorbeugung

• Zahnschmelz besteht zu 97 % aus

Hydroxylapatit Ca5(PO4)3OH

• hart / widerstandsfähig

• instabil gegen Säure:

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

(aq) + 3 PO4

3-(aq) + 2 H2O

Fluor im Alltag

20

Demo 1

Fluorierte Schweinezähne

Fluor im Alltag

21

D2: Fluorierte Schweinezähne

• Schweinezähne in KF(aq) eingelegt

• Austausch Hydroxid-Ionen mit Fluorid-Ionen:

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

(aq)

• Fluorapatit hoch säurebeständig

• Säureschutz für die Zähne

Fluor im Alltag

22

Versuch 2

Glasätzen mit Flusssäure

Fluor im Alltag

23

V2: Glasätzen mit Flusssäure CaF2(s) + H2SO4(l) Δ 2 HF(g) + CaSO4(s)

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

Fluor im Alltag

24

Glasätzen

• HF zum Ätzen und Polieren von Glas

• Restauratoren / Künstlerbetriebe

• feiner als Sandstrahlen

• brillante Abstufungen

• optische Umkehrung

Fluor im Alltag

25

Flusssäure

Sehr gefährliche Säure

• HF diffundiert durch die Haut, zersetzt Knochen

• Schmerzen verzögert

• giftig und stark wassergefährdend

Sandstrahlen ungefährlich / billiger / weniger attraktiv

Risiken / Nutzen abwägen

Fluor im Alltag

26

Chlor

• griech: „chloros“ = gelbgrün

• grünliches Gas (RT)

• reaktionsfreudiges Element

• starkes Ox.-Mittel

• giftig, stark umweltgefährdend

Chlor im Alltag

27

Salz

• Natriumchlorid: NaCl

• bedeutende Rolle im Alltag

• „Salz in der Suppe“

• lebenswichtig

Chlor im Alltag

28

PVC• Polyvinylchlorid

• vielseitig verwendbarer Kunststoff

• Fußböden, Fensterrahmen, Rohre…

• große Entsorgungsprobleme

• Verbrennung: HCl und Dioxine

Chlor im Alltag

29

DioxineChlor im Alltag

• polychlorierte

• Dibenzo-p-Dioxine (PCDD)

• Dibenzofurane (PCDF)

• extrem giftig

30

Versuch 3

Chlorbleiche

Chlor im Alltag

31

V3: ChlorbleicheBleichen mit Hypochlorit:• Rote Bete: violett -> gelb

• Rotkraut: violett -> grün -> gelb

• Tinte: blau -> farblos

• Farbstoffe mit HOCl oxidiert

• Farbstoffe werden zerstört / ändern sich

Chlor im Alltag

H

Cl

O

RR

1

OH-Cl

RR

1

C

32

Demo 2

Geruchsentfernung mit Chlorwasser

Chlor im Alltag

33

D2: Geruchsentfernung mit Chlorwasser

Heuaufguss• fauliger Geruch• Mikroorganismen

Chlorwasser:

• Wasseraufbereitung im Schwimmbad

Chlor im Alltag

2(aq) (aq) (aq)2

0 1 1Cl H O HCl HOCl

Disproportionierung

34

Demo 3

Streichhölzer

Chlor im Alltag

35

D2: StreichhölzerStreichholzkopf:

– Kaliumchlorat– Braunstein– Schwefel– Dextrin– Saccharose– Glasmehl

Holzstäbchen:– paraffingetränkter Holzspieß

Reibefläche– roter Phosphor auf Schmirgelpapier

Chlor im Alltag

36

Reaktionen

• Reibung erzeugt Wärme / Kontakt Kaliumchlorat/Phosphor

=> Gemisch zündet

5 0 1 5

(s) 4 10(s)3(s) (s)10 K ClO 12P 10 K Cl 3 P O H 0

Chlor im Alltag

37

• Reaktion von Kaliumchlorat und Schwefel wird gestartet:

• Paraffin wird entzündet => Holzstäbchen beginnt zu brennen

• stark exotherme Reaktionen

5 0 1 43

8(s) (s)3(s) 2(g)82 K ClO S 2 K Cl 3 SO H 0

Chlor im Alltag

38

Versuch 4

Chlorgas zu Hause

Chlor im Alltag

39

• Chlorreiniger + Essigreiniger:

Komproportinierung

• Chlorgas-Nachweis:

V4: Chlorgas zu Hause

(aq)2(g)(aq) (aq) 3 (aq)

1

2

0

1 Cl 2 NaNaOCl NaCl 2 H O

3 H O

13

1 0 0 1

(aq) 2(aq)2 (aq) (aq)

0 1

2(aq) (aq) 3 (aq)

2 K I Cl I 2 K 2 Cl

I I I

Chlor im Alltag

braunCharge-Transfer-Komplex

Synproportionierung

40

Brom

• griech: „bromos“ = Gestank

• bräunliche Flüssigkeit (RT)

• schwer heilende Wunden / starke Schmerzen

• stark umweltgefährdend

• elementar nicht im Alltag

Brom im Alltag

41

Brom im Alltag

• Br2: Desinfizieren von Schwimmbädern (Schweiz)

– leichter handhabbar

• Bromaceton als Tränengas (früher)

– Augen, Schleimhäute gereizt

• Brommethan

– extrem giftig -> Schädlingsbekämpfung (Begasung)

• Silberbromid

– Lichtempfindliche Substanz in Filmen

Brom im Alltag

42

Halonlöscher

• Bromchlordifluormethan (Gas)

• Effektiver Feuerlöscher

• Störung des Verbrennungsablauf

– Radikalkettenabbruchreaktion

• keine Löschschäden, Reinigungsarbeiten

-> Einsatz in Maschinen, Motoren, Flugzeugen

• Stark Ozon-schädigend -> Verboten

Brom im Alltag

43

Versuch 5

Brom aus Badesalz

Brom im Alltag

44

V5: Brom aus Badesalz

Totes Meer-Salz+ Wasser+ Chlorreiniger+ Heptan+ Schwefelsäure

Brom im Alltag

45

V5: Brom aus Badesalz

1 0 1

(aq)2(aq) (aq)(aq)

1 1 1

(aq) (aq)(aq

0

2

) (aq) (aq) 2

0

2

2 Br Cl 2 Cl

4 Br 2 ClO 4 H 2 Cl 2

Br

Or H2 B

• Zugabe des Chlorreinigers:

• Zugabe der Schwefelsäure:

• Br2 unpolar löst sich in Heptan -> obere Phase braun

Brom im Alltag

46

Iod

• altgriech: „ioeides“ = veilchenfarbig

• leicht sublimierbar, violette Dämpfe

• Feststoff (RT)

• grau-schwarz, metallisch-glänzende Schuppen

• stark reizend

• stark umweltgefährdend, keimtötend

Iod im Alltag

47

Iodverbindungen im Alltag

• Iod ist essentielles Spurenelement

• gebraucht für Schilddrüse

• Iodmangel -> „kropfkrank“

• gabe von Iodid-Tabletten

• Deutschland gehört zu jodärmsten Regionen Europas

• iodiertes Speisesalz (IO3-)

Iod im Alltag

48

Medizin

• Desinfektion

• Antiseptikum (Blutvergiftung)

• Antimykotikum (Pilzbekämpfung)

• I2 wirkt selbst desinfizierend, zusätzlich:

• Nukleare Unfälle -> Iodid-Tabletten

0 2 1 0

(aq) (aq) 2(aq)22 I 2 H O 4 H I O

Iod im Alltag

49

Versuch 6

Iod aus Meeresalgen

Iod im Alltag

50

V6: Iod aus Meeresalgen

Blechdose mit Löchern

Bunsenbrenner mit Dreifuß

Simon-Müller-Ofen

1000°C / 1 Std

Iod im Alltag

51

V6: Iod aus Meeresalgen

• Veraschung: I- und IO3- wird freigesetzt

• in Lösung bringen mit verd. Salzsäure

• Zugabe von Chlorwasser:

• I2 löst sich in Heptan -> violette Phase

0 1 1 0

(aq) 2(aq)2(aq) (aq)Cl 2 I 2 Cl I

Iod im Alltag

52

V6: Iod aus Meeresalgen

NH2

O

OH

I

I

OH

3,5-Diiodtyrosin

• Algin (Polysaccharid) strukturgebend in Braunalgen:

• Iodorganische Verbindung: Koralle „Gorgonia cavolonii“

Iod im Alltag

53

Schulrelevanz

• 8G.2 Halogene

– Verwendung und Eigenschaften

– Alltag und Technik (Chlor aus Sanitärreinigern)

• 10G Einführung in die Kohlenstoffchemie

– Umweltgefährung durch FCKW

• 10G Redoxreaktionen

– betrachten an Alltagsbeispielen

Schulrelevanz

Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit